SPORT! Cuscinetti e cinghie di trasmissione, analizziamo le diverse tipologie.
- Meccanica Volvente
- 10 giu 2023
- Tempo di lettura: 7 min
La meccanica e i suoi componenti di dettaglio giocano un ruolo fondamentale nello sport moderno. Consentono prestazioni ottimali, movimenti fluidi e risultati vincenti. Tra gli elementi chiave che assicurano il corretto funzionamento delle attrezzature sportive, i cuscinetti e le cinghie di trasmissione occupano un posto di primo piano. In questo articolo esploreremo i diversi tipi di cuscinetti e cinghie di trasmissione utilizzati nello sport, evidenziandone le caratteristiche e le applicazioni specifiche.
Cuscinetti a sfera
I cuscinetti a sfera sono tra i più comuni e versatili utilizzati nello #sport. Composti da una pista esterna, una pista interna e sfere che consentono il movimento rotatorio. Questi cuscinetti offrono una bassa resistenza al rotolamento e un';elevata velocità.
Trovano applicazione in attrezzature come ruote di #biciclette, #pattini a rotelle, #skateboard, bilancieri da powerlifting, attrezzature per il fitness aerobico.
I cuscinetti a sfera sono ideali per ridurre l'attrito e migliorare l'efficienza del movimento in sport che richiedono velocità, agilità. e riduzione del possibile attrito tra parti meccaniche in movimento. La loro capacità di supportare carichi leggeri o moderati li rende adatti per applicazioni come la rotazione delle ruote su biciclette e skateboard.
Ad esempio, nel mondo delle bici, i cuscinetti a sfera si trovano nei pedali, ruote, serie sterzo, nel movimento centrale e nei mozzi.
Per il tema dei mozzi è sufficiente pensare allo sviluppo dei mozzi a cuscinetti sigillati.
Fin dall’origine della bicicletta il mozzo che conosciamo è il classico mozzo a coni e sfere, che vede all’interno del mozzo la presenza delle piste di scorrimento esterne del cuscinetto, dove le sfere (o elemento volvente) trovano alloggiamento, rimanendo in posizione grazie al dado conformato a cono che è montato sull’asse filettato del mozzo.
Il cono è mantenuto fermo in posizione grazie al serraggio del controdado esterno. L’asse del mozzo è il perno stesso, il quale viene montato sui forcellini di carro o forcella.
Negli ultimi anni tuttavia si è vista la diminuzione dei produttori che propongono questa tipologia di mozzi, a vantaggio del mozzo con i cuscinetti sigillati industrialmente.
In questo caso si parla di mozzi che vedono, al loro interno, la presenza di cuscinetti sigillati.
I cuscinetti sigillati, essendo comunque cuscinetti volventi, per struttura sono simili al cono e sfera, presentando anch'essi l’elemento volvente (le sfere) e le ralle (o piste di scorrimento), le quali sono una a contatto col perno del mozzo che resterà fissato ai forcellini e l’altra è collegata alla parte esterna del mozzo. Questo permettere la rotazione della ruota.
Esempio ancora più pratico, senza cuscinetti a sfera, le ruote dello skateboard sarebbero molto difficili da girare. Il movimento dei cuscinetti mantiene le ruote in movimento.
Le sfere all'interno dei cuscinetti ruotano quando si mettono in movimento le ruote e consentono di ridurne l'attrito.
Cuscinetti a rulli
I cuscinetti a rulli sono ideali per gestire carichi pesanti e movimenti lineari.
La loro struttura a rulli cilindrici o conici permette di distribuire il carico in modo uniforme, riducendo l'attrito e l'usura. Questi cuscinetti sono utilizzati in apparecchiature per il sollevamento pesi oppure, nello sport, su veicoli come #motocross e #mountainbike, oltre che in molte altre applicazioni di sport ad alto impatto dinamico con elevate sollecitazioni meccaniche.
I cuscinetti a rulli sono in grado di sopportare carichi elevati e velocità elevate fornendo al contempo una guida lineare stabile. Sono particolarmente adatti per attrezzature sportive come biciclette da montagna o per downhill. Tutte attività in cui la capacità di sopportare urti e vibrazioni è fondamentale.
Un esempio pratico, per le moto da motocross, i cuscinetti a rulli si trovano all'interno del carter motore e sostengono l'albero motore. Durante l'uso della moto, i cuscinetti subiscono l'attrito e l'usura e possono deteriorarsi con il tempo. Se non vengono sostituiti insieme alla biella, potrebbero non essere in grado di sostenere la nuova biella in modo adeguato, causando problemi di funzionamento del motore. Vibrazioni anomale e rumori irregolari possono essere ottimi segnali di allarme per procedere con una dovuta manutenzione.
Cuscinetti a rulli cilindrici a contatto angolare
Questi cuscinetti combinano le caratteristiche dei cuscinetti a sfera e a rulli. Sono in grado di gestire carichi radiali e assiali contemporaneamente, offrendo maggiore rigidità e precisione.
Trovano impiego in attrezzature per il ciclismo ad alte prestazioni, come bici da corsa e mountainbike, in cui è richiesta resistenza e stabilità anche a velocità sostenute.
I cuscinetti a rulli cilindrici a contatto angolare offrono una maggiore capacità di sopportare carichi combinati, consentendo movimenti fluidi e precisi. Questi cuscinetti sono spesso utilizzati in sport ad alta velocità e alta intensità, dove la precisione e la reattività sono fondamentali.
Cuscinetti a rulli conici
I cuscinetti a rulli conici sono progettati per sopportare carichi elevati e offrono una combinazione di resistenza ottimale all'usura e alla capacità di sopportare carichi assiali e radiali. Sono ampiamente utilizzati in attrezzature per sport motoristici, come #automobili da corsa, #moto o veicoli #fuoristrada.
I cuscinetti a rulli conici sono ideali per le applicazioni che richiedono una maggiore resistenza e affidabilità. La loro capacità di sopportare carichi elevati li rende adatti per le condizioni estreme e ad alto impatto degli sport motoristici dove è necessaria resistenza ai sistemi .
La loro robustezza è dovuta all'ampia distanza tra i cuscinetti, assorbono le forze e i carichi elevati dei potenti sistemi frenanti e garantiscono una guida precisa e rigida dell’albero. Dimensionalmente sono più grossi rispetto che quelli a sfera ma i risultati, fanno la differenza.
Un esempio pratico può essere fatto sui cannotti dello sterzo. I cuscinetti a rulli conici garantirebbero maggior precisione di guida ma minor reattività di sterzo. Dipende sempre dall'utilizzo e dal tipo di guida ma su moto di piccola cilindrata potrebbe aver senso installare cuscinetti sia a sfere che a rulli dove possibile. Sulle moto di taglia superiore, il vantaggio della resistenza durevole fa prediligere la scelta di cuscinetti a rulli conici.
Cinghie di trasmissione
Le cinghie di trasmissione sono componenti essenziali per la trasmissione della potenza tra due alberi rotanti. Le cinghie in materiale elastico, come le cinghie in gomma, offrono una trazione affidabile e silenziosa.
Le cinghie in fibra di vetro o kevlar sono utilizzate in applicazioni ad alta resistenza come il sollevamento pesi o il powerlifting.
Le cinghie dentate, come le cinghie di distribuzione, forniscono una trasmissione precisa del movimento e sono spesso impiegate in attrezzature sportive che richiedono sincronizzazione, come le macchine da palestra per le attività aerobiche quali cyclette, spin bike o tapis-roulant.
Le cinghie di trasmissione svolgono un ruolo cruciale nella trasmissione efficiente della potenza e del movimento nelle attrezzature sportive. La scelta del tipo di cinghia dipende dal carico, dalla velocità e dalle esigenze di precisione dell'applicazione specifica.
L'esempio più semplice è la cinghia di trasmissione del moto di scorrimento del nastro del tapis roulant. Nel caso si notasse una sensibile riduzione della velocità di scorrimento quando si appoggia il piede con tutto il peso del corpo, in genere il problema si attribuisce a due possibili cause. La cinghia del motore elettrico che slitta o il nastro poco tensionato che non è correttamente azionato dai due rulli, anteriore e posteriore del tapis roulant.
Cinghie dentate garantiscono molta più presa tra i denti dei rulli e garantiscono quindi un movimento del nastro più preciso e sensibile. L'atleta potrà selezionare elettronicamente piccole variazioni di velocità e il grip della cinghia dentata farà il suo dovere!
D'altra parte le cinghie piatte sono più soggette allo slittamento nel caso in cui il carico non sia elevato. Richiedono infatti alti pretensionamenti (e quindi carichi elevati) e in particolare, per la trasmissione di potenza su breve distanza, sono state sostituite dalle cinghie di trasmissione trapezoidali. Siccome presentano la tendenza ad arrampicarsi verso il lato più alto della puleggia/rullo, le cinghie piatte vengono realizzate con una superficie leggermente convessa per permettere un autocentraggio.
Le cinghie piatte si utilizzano molto in palestra per tensionare i pesi e permetterne il sollevamento attraverso carrucole. Rendono il movimento fluido e continuo durante le fasi eccentriche o concentriche.
Nel caso delle automobili, invece, le riflessioni si articolano maggiormente perché tutto dipende dallo scopo e performance del motore. Per i modelli di serie sono fondamentali grande silenziosità di funzionamento, elevata durata e costo contenuto (in diversi casi, come ad esempio quando si tratta di motori motociclistici di alte prestazioni, occorre però anche fare i conti con l’ingombro).
Per le realizzazioni da corsa queste tre voci non hanno praticamente importanza, mentre sono essenziali una robustezza a tutta prova (le sollecitazioni sono maggiori, per via dei profili delle camme più spinti e aggressivi e delle molle con carico più elevato) e una grande precisione nella trasmissione del moto. Nei motori da #competizione, solitamente si impiegano cascate di ingranaggi proprio perché queste non sono soggette a oscillazioni come quelle che interessano le cinghie e le catene. In questo modo, si garantisce un comando più rigoroso (minori deviazioni dalla fasatura di distribuzione ottimale, specialmente ai regimi molto elevati). Nel caso si usassero delle cinghie è più comune trovarle molto corte. Questo perché si evita di aggiungere rulli tenditori e rullo di guida per evitarne oscillazioni.
Conclusioni
Nello sport, anche i componenti meccanici più piccoli rivestono un ruolo fondamentale per garantire prestazioni ottimali e sicurezza.
Proprio come abbiamo raccontato nell'articolo del nostro blog "Affidabilità ed Efficienza delle macchine industriali. Da cosa dipendono?" la dinamica inizia dal minimo movimento delle "minime" parti meccaniche. Più performanti sono e più sarà performante l'intero movimento. Allora, iniziamo dai cuscinetti e dalle cinghie!
Nello sport professionale, agonistico e amatoriale i cuscinetti e le cinghie di trasmissione sono elementi essenziali per assicurare movimenti fluidi, ridurre l'attrito e massimizzare l'efficienza delle attrezzature sportive. La scelta del tipo di cuscinetto o cinghia corretti dipende dall'applicazione specifica, dal carico previsto e dalle esigenze di precisione. La conoscenza dei diversi tipi disponibili aiuta gli atleti, gli appassionati di sport e gli allenatori a selezionare le migliori soluzioni per ottimizzare le prestazioni sportive e raggiungere i migliori risultati. A seconda dello sport, i migliori benefici sono:
Minore attrito
Migliore dinamicità e controllo
Minore rumorosità
Maggiore velocità
Efficienza nel consumo di carburante
Riduzione nelle emissioni di CO2
In conclusione, la comprensione dei diversi tipi di cuscinetti e cinghie di trasmissione utilizzati nello sport è essenziale per garantire un funzionamento efficiente delle attrezzature sportive. Dalle caratteristiche specifiche dei cuscinetti a sfera, a rulli, a rulli cilindrici a contatto angolare e a rulli conici, alle diverse tipologie di cinghie di trasmissione come quelle in gomma, fibra di vetro o kevlar, dentate e non. Ogni componente ha un ruolo specifico nell'ottimizzare le prestazioni sportive. La scelta del tipo di cuscinetto o cinghia appropriati dipende dalle esigenze specifiche di carico, velocità e precisione dell'applicazione sportiva.
Infatti, i principali benefici nello sport nell'utilizzare tecnologie e componenti meccanici
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