Cinghia

La cinghia è un organo di trasmissione meccanica utilizzato per collegare in modo leggermente elastico, ma comunque solidale, due alberi, mediante l'uso di pulegge, il cui interasse è piuttosto elevato.

Solitamente sono composte da anelli chiusi, con o senza giunzione, di cuoio, fibre tessili e fili di nylon gommati.

Per applicazioni dove la stabilità della trasmissione non ha una rilevanza importante ed è richiesta una modesta potenza, come ad esempio in alcuni meccanismi di apertura dei lettori ottici di CD e DVD, si possono impiegare semplici anelli in gomma e guarnizioni toroidali o-ring.

Tipi di cinghie

Esistono vari tipi di cinghie, a seconda dell'uso e della situazione in cui sono chiamate ad operare. Ecco i principali tipi:

Cinghia piatta

Molto usata in passato, ha una sezione rettangolare molto appiattita, molto larga e sottile, solitamente 3–5 mm. Può essere in cuoio, ottenuta dalle pelli dorsali di bovini adulti, oppure in fibre tessili.

La chiusura dell'anello può essere eseguita tramite un taglio molto inclinato rispetto alla direzione di trasmissione del moto e cucitura dei lembi con lacci di cuoio, oppure con un taglio netto ortogonale alla direzione di trasmissione del moto e graffe metalliche, che però disturbano la trasmissione.

Le pulegge hanno una faccia esterna liscia su cui appoggia la cinghia e questa faccia, in almeno una delle due pulegge, solitamente quella motrice, è leggermente bombata per permettere l'autocentratura della cinghia, impedendone la caduta.

I vantaggi di questo tipo di cinghia sono:

costo di montaggio o sostituzione relativamente basso
semplicità di montaggio
trasmissione della potenza a lunghe distanze
elevata elasticità, quindi possibilità di assorbire brusche variazioni di coppia.

Cinghia trapezoidale

Inventata da John Gates nel 1917, è ancora molto utilizzata perché fornisce un ottimo compromesso tra dimensione, potenza trasmissibile e massima velocità. La sezione trapezoidale, con la base minore rivolta verso l'interno dell'anello, fornisce un ottimo attrito con le gole della puleggia, avente anch'essa una scanalatura trapezoidale, evita gli attorcigliamenti e permette la trasmissione di grande potenza. Queste caratteristiche vengono valorizzate da un diverso disegno del trapezio, con i lati laterali arcuati verso l'interno e il dorso esterno bombato.Per la trasmissione di potenze maggiori vengono impiegate più cinghie in parallelo, invece di una di grandi dimensioni.

La cinghia è composta da un'anima di fili di nylon che trasmettono il moto di trazione, ricoperti da uno strato di gomma vulcanizzata che forma un anello senza giunture.

Le cinghie trapezoidali di più recente concezione hanno la parte interna segmentata per migliorare l'attrito e la flessibilità, permettendo l'avvolgimento anche su diametri molto piccoli, come nei variatori, o quando sottoposte a tensione per mezzo di tendicinghia che lavorano sul dorso esterno. Esistono cinghie a doppio trapezio, adatte a trasmettere il moto a più pulegge, alcune delle quali posizionate sul dorso esterno; in questo caso la sezione della cinghia è simmetrica.

L'angolo delle cinghie trapezoidali è di 40° mentre quello delle gole della puleggia varia da 34° a 38°, pertanto la cinghia lavora in compressione. Grazie alla cinghia trapezoidale si ha minore slittamento tra puleggia e cinghia, minor rumore e la possibilità di realizzare elevati rapporti di trasmissione.

Cinghia poly-V

Cinghia poli-V e puleggia multigole

Nei moderni motori endotermici e nei più svariati macchinari la classica cinghia trapezoidale è sempre più sostituita da un sistema a cinghia e pulegge multigola. Questo tipo di cinghia è strutturalmente sempre in gomma con inserti di fili di nylon, ma è caratterizzata da un profilo piatto e internamente da un numero multiplo di incavi e denti longitudinali a forma di V, numero che negli impieghi più comuni va da 3 a 7 e può arrivare fino a 20. L'accoppiamento su pulegge di eguale disegno garantisce ottima aderenza e silenziosità e la possibilità di percorrere curve di raggio molto vario con un'unica cinghia su diverse pulegge. Nei motori per autoveicoli ha sostituito il sistema a più cinghie trapezoidali: una o al massimo due cinghie, chiamate "cinghia servizi", prendono il moto dall'albero motore per azionare contemporaneamente l'alternatore, la pompa dell'acqua, i compressori del servosterzo e dell'aria condizionata. Normalmente la possibilità di registro per il tensionamento è molto limitata o nulla e la cinghia viene mantenuta in tensione da un sistema di cuscinetti e rulli di rinvio. Se con le cinghie trapeziodali una lunghezza dell'ordine di un metro poteva cominciare a dare problemi di tensionamento, con questo tipo di cinghia si può superare la lunghezza di due metri.

Cinghia dentata o sincrona

Cinghia dentata sincrona

È formata da una serie di denti collegati da una fascia continua che forma un anello chiuso. La fascia che li collega è formata da gomma che racchiude al suo interno una spirale di cavi d'acciaio o di altri materiali altamente resistenti e flessibili, ad esempio kevlar.I denti possono essere su una sola delle facce, di solito quella interna, o su entrambe le facce nel caso di applicazioni particolari. I denti sono stampati nella gomma e sono ricoperti da un sottile strato di materiale tipo nylon o simile che offre elevata resistenza all'usura; senza quello strato la gomma si consumerebbe rapidamente contro i denti delle pulegge dentate. Le cinghie dentate sono usate quando è importante trasmettere una grande potenza senza perdite causate da slittamenti e quando è richiesta una particolare silenziosità. Viene anche impiegata in applicazioni di precisione, perché garantisce assenza di slittamenti e mantiene in fase tra di loro i movimenti degli organi meccanici collegati. La puleggia ha un profilo esterno dentato che ingrana con i denti della cinghia assicurando una trasmissione stabile, veloce e precisa, per questo viene anche definita "cinghia sincrona". Viene impiegata per esempio nei motori endotermici, dove comanda e sincronizza le valvole con i pistoni in sostituzione della catena, che tende ad allungare il suo passo per usura e può rendere irregolare la fase tra valvole e cilindri.

Un uso particolare come cinghia di trasmissione viene fatto in campo motociclistico al posto della tradizionale catena, sistema tipicamente utilizzato dalla Harley Davidson.

Applicazioni

Queste cinghie possono essere utilizzate in vari ambiti, dai motori come cinghia dei servizi, cinghia di distribuzione o cinghia di trazione, come essere utilizzate in varie macchine operatrici o utensili, così come nell'elettronica, ad esempio nei lettori ottici.

Calcolo sviluppo cinghia 1

Calcolo sviluppo cinghia 2

Esempio 1

Esempio 2

Inconvenienti

Queste cinghie, in particolar modo quelle non dentate, possono incorrere in problemi di tenuta e quindi cigolare, la causa di questo problema può dipendere dall'allineamento non ottimale, dalle pulegge sporche, dalla bassa qualità della cinghia, dal suo invecchiamento e quindi dalla perdita di elasticità o dal sottodimensionamento del sistema.^[1] Altri problemi legati alle cinghie sono la loro durata, infatti superato un determinato servizio non sono più in grado di garantire la loro integrità, il che può portare alla loro rottura in modo più o meno celere, questo è causato dalla struttura interna in nylon o altro materiale che non sopportano eccessive flessioni e trazioni.