Cinghie dentate: materiali avanzati e innovazioni

Assenza di slittamento, rapporti di trasmissione costanti, elevata efficienza, silenziosità, nessuna manutenzione, funzionamento della trasmissione anche su assi non paralleli, costi contenuti. Un riassunto conciso per descrivere le caratteristiche principali delle cinghie dentate.

Se leggi i nostri articoli sei un tecnico, sorvoliamo sulla descrizione dei principi di funzionamento per concentrarci su altri aspetti.

I profili dentati

Le tipologie comunemente più utilizzate:

• Profili trapezoidali, indicati per trasmissioni leggere, medie e nell’automazione industriale
• Profili curvilinei, indicati per settori quali la robotica, l’automotive, le macchine utensili. La geometria delle cinghie dentate a profili curvi è ottimizzata per ridurre la concentrazione di tensioni, aumentano la capacità di coppia.
• Profili Super Torque Drive (STD), migliorano la distribuzione del carico, riducono le vibrazioni ed il rumore
• Altri profili speciali, come il profilo Omega, per applicazioni in cui sono previste frequenti inversioni di marcia, o i profili asimmetrici per trasmissioni unidirezionali ad alta coppia.

Materiali e struttura costruttiva

Dopo gli anni ’60 l’evoluzione più importante delle cinghie dentate ha riguardato i materiali costruttivi, i rinforzi utilizzati, i rivestimenti. L’utilizzo di nylon, i miglioramenti delle mescole di neoprene, successivamente del poliuretano, di corde aramidiche (Kevlar), ad altri materiali compositi, hanno guidato questa trasformazione, anche in funzione di crescenti esigenze prestazionali richieste dai vari settori industriali.

Corpo della cinghia:

• Neoprene (per temperature da -40°C a +100°C
• Poliuretano (maggiore resistenza all’abrasione, temperature fino a +120°C)
• Gomma nitrile idrogenata HNBR (utilizzata nel settore automotive, temperature fino a +150°C)
• Gomma fluorurata FKM (per applicazioni in zone chimiche aggressive e con temperature fino a +200°C)

Rinforzi:

• Corde in fibra di vetro (standard per la maggior parte delle applicazioni)
• Corde aramidiche Kevlar (grande resistenza e stabilità dimensionale)
• Gomma fluorurata FKM (per applicazioni in zone chimiche aggressive e con temperature fino a +200°C)

Rivestimento dei denti:

• Tessuto in nylon (riduce l’attrito e l’usura)
• Tessuto aramidico (per applicazioni severe)
• Poliuretano (per aumentare la resistenza chimica)

Suggerimenti per installazione e tensionamento.

Cambiare una cinghia dentata è facile? Certo, per un tecnico esperto è un gioco da ragazzi. Tuttavia ricordiamo alcuni passaggi importanti.

Verifiche preliminari

Pre-installazione

• Controllo dell’allineamento delle pulegge (tolleranza ± 0,5 mm per metro di distanza)
• Pulizia delle gole
• Controllo dimensionale delle pulegge
• Ispezione visiva della cinghia

Montaggio

• Avvicinare le pulegge per ridurre la distanza tra i centri
• Posizionare la cinghia senza forzare
• Portare gradualmente le pulegge alla distanza del progetto
• Verificare che i denti della cinghia siano alloggiati correttamente

Tensionamento iniziale

• Applicare il 50% della tensione finale
• Fare alcuni giri per l’assestamento
• Portare alla tensione definitiva
• controllare l’allineamento

Controllo di tensione

Si può usare il metodo della deflessione (si applica una forza perpendicolare al ramo della cinghia e si misura la deflessione = 1,5-2 mm per 100 mm di span) Si può utilizzare un torsiometro (controllo diretto del momento di serraggio sui sistemi di tensionamento).

Consigli per una manutenzione preventiva

Il metodo più pratico prevede un programma di ispezione che prevede:

• controlli settimanali (controllo della deflessione, presenza di crepe, tagli o usura anomala, controllo della rumorosità durante il funzionamento, verifica della temperatura di esercizio)
• controlli mensili (verifica della precisione di allineamento, dei giochi e vibrazioni delle pulegge, controllo dell’usura dei denti e dei fianchi della cinghia, controllo del tensionamento)
• controlli semestrali (analisi completa delle vibrazioni, termografia per individuare punti caldi, verifica del dimensionamento delle pulegge e delle prestazioni energetiche)

Esistono degli indicatori di usura che evidenziano problemi nel funzionamento di una trasmissione con cinghie dentate. Vediamo quali giustificano la sostituzione:

• L’allungamento della cinghia oltre l’1,5%
• L’usura dei denti oltre il 30%
• La presenza di cricche sui fianchi
• una deformazione permanente sul dorso
• una temperatura di esercizio che supera i 70°C nel caso di neoprene, di 90°C per il poliuretano
• un eccessivo livello sonoro
• una variazione di tensione rispetto al valore nominale di circa il 15%

Quali le cause dei guasti più comuni per una cinghia dentata

• Rottura per trazione (sovraccarico, tensionamento eccessivo, bloccaggio improvviso)
• Taglio dei denti (per disallineamento, brusche inversioni, corpi estranei)
• Usura dei fianchi (eccessivo attrito, incompatibilità dei materiali, lubrificazione incompatibile)
• Infragilimento da calore (temperature di esercizio eccessive, mancanza di ventilazione, attriti localizzati)
• Degradazione chimica (contatto con sostanze aggressive, UV, ozono)
• Fatica da flessione (pulegge di diametro insufficiente)
• Fatica torsionale (variazioni cicliche di carico, disallineamento)

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