Dimensionamento Motore passo passo

Professione: ♔ Technical manager - Mechanical engineer ♚
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Regione: Lombardia
#81
1) il collegamento con giunto a collare a strozzo se correttamente dimensionato non slitta. Il sistema con linguetta è quello che permette inversioni ed urti forti a pari diametro. L'albero fresato con piccola spianata è efficace solo parzialmente.
2) le viti se le fanno fare tutti o se le torniscono. Se guardi sul sito della igus o altri fornitori ti puoi fare tornire i codoli direttamente da loro. Sicuramente troverai una vite trapezoidale per fare questo lavoro piuttosto che una impropria barra filettata metrica a passo grosso
3) per fare dei codoli seri sarebbe bene che il diametro del fondo vite fosse superiore al diametro del codolo. Le misure le trovi sui cataloghi seri
 

Trasparente

Utente registrato
Professione: Regista
Software: Inventor, C4D
Regione: Emilia-Romagna
#82
1) il collegamento con giunto a collare a strozzo se correttamente dimensionato non slitta. Il sistema con linguetta è quello che permette inversioni ed urti forti a pari diametro. L'albero fresato con piccola spianata è efficace solo parzialmente.
2) le viti se le fanno fare tutti o se le torniscono. Se guardi sul sito della igus o altri fornitori ti puoi fare tornire i codoli direttamente da loro. Sicuramente troverai una vite trapezoidale per fare questo lavoro piuttosto che una impropria barra filettata metrica a passo grosso
3) per fare dei codoli seri sarebbe bene che il diametro del fondo vite fosse superiore al diametro del codolo. Le misure le trovi sui cataloghi seri
Ti ringrazio per aver risposto ai miei dubbi.
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
#83
Domande semplici, che richiedono una risposta lunga e complessa...

Facciamo prima alcune considerazioni iniziali sulle viti di manovra. Le viti di manovra (ovvero quelle utilizzate per muovere una parte rispetto ad un'altra considerata fissa), sono simili nell’aspetto, ma non hanno nulla a che vedere con le viti di collegamento (che sono quelle destinate a serrare due pezzi tra di loro per creare un assemblaggio eventualmente separabile).

Le viti di collegamento hanno una forma del filetto (essenzialmente triangolare) finalizzata a generare attrito tra vite e madrevite. Questo attrito, unitamente a quello che si viene a creare tra testa (e/o dado) da un lato e il pezzo dall’altro, è condizione fondamentale per assicurare la stabilità del collegamento. Ci sono discussioni a non finire sui sistemi antisvitamento, anche in questo forum, proprio perché quell’attrito è uno dei dettagli più importanti del funzionamento di quelle viti.

Al contrario, le viti di manovra hanno una forma del filetto (essenzialmente trapezia) finalizzata a generare poco attrito anche con forti coppie di serraggio (si pensi a una morsa) o con forti spinte assiali (si pensi alla vite di sollevamento della mensola di una fresatrice).

Le viti di manovra per eccellenza sono però le viti a circolazione di sfere che offrono attrito e gioco praticamente nulli fino al limite della loro capacità di carico (che di per sé è molto più elevata, a parità di diametro nominale, se confrontata a quella di una vite trapezia).

Quando scegliere una o l’altra? Se si devono unire due pezzi, si utilizzano ovviamente le viti di collegamento. Se si devono realizzare movimenti lineari, si può scegliere generalmente o la vite trapezia o la vite a circolazione di sfere. La prima ha ben pochi vantaggi sulla seconda: in definitiva solo il costo inferiore. Se si devono realizzare movimenti (essenzialmente manuali) a basso costo in una produzione di serie, la vite trapezia è probabilmente la scelta migliore. Quando i movimenti sono servoassistiti, il gioco intrinseco della vite trapezia è un forte deterrente, come lo sono anche l’elevato attrito (in particolare quello di primo distacco). In questo caso, la scelta della vite a circolazione di sfere è quasi sempre la scelta migliore.

Quando si deve realizzare un numero limitato di macchine, o magari una sola, un altro fattore fondamentale entra nella scelta del tipo di vite: i supporti. La vite, da sola, non serve a nulla: è necessario supportarla da una o da entrambe le parti. Il sistema più comune è tramite una coppia di cuscinetti precaricati dal lato motore e con un semplice cuscinetto radiale dal lato opposto. Spesso, le viti trapezie hanno invece supporti striscianti costituiti da boccole in metallo antifrizione, meno costose dei cuscinetti, ma meno performanti.

Perché questo dettaglio è fondamentale? Perché i costruttori di viti a circolazione di sfere mettono in commercio sia i supporti, sia le viti con i codoli già lavorati da entrambe le parti per adattarsi ai supporti adatti. Nel caso delle viti trapezie è necessario provvedere autonomamente a realizzare i supporti e le lavorazioni dei codoli che, nel caso di poche unità, influiscono sul costo più di quanto costerebbe un’equivalente vite a circolazione di sfere con lavorazione standard.

Concludendo, se dovrebbe essere chiaro che utilizzare una barra filettata per realizzare un movimento lineare è un assurdo dal punto di vista meccanico, per il progetto in discussione vedo adatto l’uso di una vite a circolazione di sfere standard, con codoli lavorati per i supporti prodotti dallo stesso costruttore. In questo modo si ha un sistema certamente funzionante senza alcun pezzo a disegno, cosa che in definitiva dovrebbe risultare anche economicamente vantaggiosa.

(Segue la risposta alle altre domande…)
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
#84
Domande semplici, che richiedono una risposta lunga e complessa...

Vediamo ora la questione “linguette”. È il sistema normalmente utilizzato per impedire la rotazione degli alberi negli accoppiamenti assiali. Hanno senso quando le coppie da trasferire sono “importanti” in relazione al diametro dell’albero stesso e alla lunghezza di impegno delle due parti accoppiate.

L’alta velocità di rotazione non implica necessariamente il dover utilizzare una linguetta o un altro tipo di sistema antislittamento. È sempre la coppia (quindi semmai l’accelerazione, non la velocità) il parametro di riferimento per questa scelta progettuale.

La tenuta senza chiavetta avviene per attrito sulla superficie accoppiata. La superficie è determinata dal prodotto della circonferenza dell’albero e della lunghezza di impegno. La forza da contrastare è quella tangenziale alla superficie dell’albero (data dal rapporto tra la coppia e il raggio dell’albero stesso).

A parità di coppia da trasferire e di lunghezza impegnata, la riduzione di diametro dell’albero comporta un aumento della forza da contrastare e una riduzione della superficie di attrito. È quindi buona regola utilizzare il diametro massimo compatibile con l’albero che si intende accoppiare.

Per l’utilizzo o meno della chiavetta, non esiste una regola generale poiché la tenuta è determinata dalla scabrosità delle superfici accoppiate, dalla forza di serraggio del giunto, dal tipo di serraggio (se con grano radiale, oppure a morsetto), ecc. I dati relativi alla tenuta si trovano nei cataloghi dei costruttori dei giunti.

Proviamo a fare una verifica nel caso in oggetto:

Coppia massima (dalle specifiche del motore): 0.5 Nm
Diametro albero (dalle specifiche del motore): 8 mm

Un giunto a caso, scelto dal primo catalogo trovato in rete, mostra che un giunto a elastomero, con chiusura a morsetto di diametro 25 mm è adatto per coppie fino a 25 Nm. Un fattore di sicurezza pari a 50 è stratosfericamente abbondante per questa applicazione, pertanto non ci si deve preoccupare di alcuna chiavetta o altro sistema antislittamento.

(Segue la risposta alle altre domande…)
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
#85
Domande semplici, che richiedono una risposta lunga e complessa...

La scelta del diametro della vite è dettata da più fattori. Come regola generale (che vale genericamente per ogni parte meccanica) è bene scegliere il diametro minore possibile che assicuri lo svolgimento della funzione con gli adeguati margini di sicurezza.

Nel caso delle viti di manovra, la scelta del diametro minore ha anche una motivazione ulteriore: a parità di lunghezza di lavoro, il momento di inerzia della vite cresce in ragione superiore alla quarta potenza del diametro. Questo è un fattore incredibilmente ripido, e dato che la coppia resistente è direttamente proporzionale al momento di inerzia, significa che raddoppiare il diametro della vite comporta quasi venti volte la coppia necessaria alla sua accelerazione. Se si raddoppia ancora, si arriva oltre le trecento volte.

Del resto, non si può neppure scegliere una vite troppo sottile, per una serie di motivi, alcuni evidenti, alcuni un po’ meno. Appare chiaro che una vite di diametro maggiore è in grado di sostenere una forza assiale maggiore e di conseguenza anche una coppia più grande, ma non è quasi mai questo il parametro di scelta. Molto più importante è il fattore di forma (lunghezza/diametro) che determina la flessibilità della parte libera della vite e di conseguenza il rischio che la vite “sbacchetti” se fatta ruotare ad alta velocità.

Altra motivazione è il passo. Se è necessario un passo lungo, allora la scelta di un diametro maggiore risulta obbligata. Qui si apre un dilemma: meglio una vite di diametro maggiore con passo lungo e riduzione della velocità di rotazione (e di conseguenza dell’accelerazione angolare), o meglio l’opposto? Bisogna fare i calcoli e scegliere la soluzione più adatta.

Ecco che già abbiamo un numero di parametri (tra cui alcuni aleatori) che impongono una scelta dettata dal buon senso e dall’esperienza. Se una vite diametro 10 mm lunga due metri, fatta ruotare a 3000 rpm non ha speranze di poter restare in asse (partirebbe già flessa per il suo stesso peso e avrebbe quindi il proprio centro di massa disassato, pronto a subire l’accelerazione centrifuga non appena messa in rotazione). La stessa messa in rotazione da un volantino a mano e posta magari in posizione esclusivamente verticale, potrebbe essere una scelta condivisibile.

Nel caso in questione, per una corsa di 300 mm e una velocità di picco di 3000 rpm, una vite a circolazione di sfere diametro nominale 10 mm è accettabile e comporta una coppia di accelerazione 1.3 mNm. Pensando anche di aumentare di dieci volte l’accelerazione angolare (il motore potrebbe permetterlo), la coppia di accelerazione sarebbe di 13 mNm.

Passando a una vite diametro 16 mm, la coppia resistente crescerebbe di sette volte, passando a 90 mNm, portandosi via il 20% della coppia di picco del motore (contro il 3% della vite diametro 10 mm). Dato che una vite a circolazione di sfere è normalmente estremamente curata nella rettilineità, e montata sui suoi supporti è ben equilibrata, il rischio che “sbacchetti” è ridotto rispetto ad altre tipologie, e una tale vite diametro 10 mm sembra la più adatta per il lavoro da svolgere.

Mi pare di aver risposto più o meno a tutte le domande in #80. Se ci sono dubbi o domande…