Dimensionamento vite a ricircolo di sfere

Toroide

Utente poco attivo
Professione: Studente di ingegneria
Software: SolidWorks 2014
Regione: Emilia Romagna
Salve a tutti,

sono nuovo nel settore della progettazione, da poco uscito dall'Università, e ho una scadenza di un progetto importante a brevissimo termine. Il mio dubbio riguarda il dimensionamento di una vite a ricircolo di sfere, che deve consentire il movimento di una guida lineare sul quale grava un peso di circa 50 Kg (robot+piastra appoggio+carrelli). Il coefficiente d'attrito tra guida e carrelli è 0.004. La vite ha una lunghezza di 880 mm e passo 20 mm. Il motore utilizzato per movimentarla è un brushless da 400 W, con velocità nominale di 3000 rpm. E' presente un riduttore con rapporto i=7.

La cosa su cui sono insicuro è il diametro: pensavo di utilizzare una vite di diametro 20 mm, ho fatto le verifiche presenti a catalogo e sembra tutto a posto. Vorrei un parere "ad occhio"/"ad esperienza", senza entrare nello specifico dei conti (ho messo i dati per far avere un'idea della situazione). Avrei veramente bisogno di sapere che una vite di quel diametro per un'applicazione così può avere un senso o è troppo grande. E nel caso qualche suggerimento su un diametro più adatto.

Grazie a chiunque mi darà una mano,

Buona giornata
 

welcome to the machine

Utente Junior
Professione: project leader
Software: Kubotek
Regione: Lazio
Ciao
hai trovato una vite diametro 20 con passo 20 ? Chi le produce? potrebbe essere a 2 principi, ma mi sembra comunque un passo un po' lungo rispetto al diametro. Anche per una valutazione ad occhio, visto che quello che può preoccupare è il carico dovuto alle inerzie del carrello che deve far traslare, sarebbe necessaria un'idea delle accelerazioni che devi ottenere. 50 kg non sono tanti, per di più appoggiati a dei carrelli a sfere, ma se li devi accelerare di 1 G, anche la vite non si diverte...il tuo motore teoricamente arriva a 8 ,5 mt /min e se gli chiedi di accelerare di brutto magari ce la fa. Ovviamente la mia è un'estremizzazione , ma nelle tue verifiche l'accelerazione ti consiglio di mettercela. Lo dico perché con 880 mm di lunghezza libera e, probabilmente, 2 principi , quindi angoli di spinta delle viti importanti, se gira forte ed è caricata di punta potrebbe vibrare. Che diametro avrebbe il nocciolo?
Dimenticavo: la traslazione è in orizzontale, vero?
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Concordo con quanto ti hanno appena detto. Senza accelerazioni è difficile capire se l'applicazione è corretta o meno. Poi bisogna vedere chi ha scelto motore e riduttore se ha fatto giusto o meno e non mi stupirei se il brushless lavorasse a metà dei giri e senza accelerazioni.
La vite la fai girare a 428rpm e non sono tanti per una vite così piccola.
Hiwin fa viti da diametro 20 con passo fino a 40 mm quindi tanto speciale non è. Sicuramente va supportata bene per non farla vibrare e per non farla flettere....sempre se realmente gira così forte.
Ma il tuo capo cosa dice? Hanno messo un neolaureato prima esperienza a progettare e non ha un tutor o una persona che lo segue...su un "progetto importante"....?
Comunque tanto grande non è la vite da 20....forse ci avrei messo una 32 di diametro ma non una 15 di sicuro.
 

Toroide

Utente poco attivo
Professione: Studente di ingegneria
Software: SolidWorks 2014
Regione: Emilia Romagna
Grazie mille a entrambi per le risposte.

Ciao
hai trovato una vite diametro 20 con passo 20 ? Chi le produce? potrebbe essere a 2 principi, ma mi sembra comunque un passo un po' lungo rispetto al diametro. Anche per una valutazione ad occhio, visto che quello che può preoccupare è il carico dovuto alle inerzie del carrello che deve far traslare, sarebbe necessaria un'idea delle accelerazioni che devi ottenere. 50 kg non sono tanti, per di più appoggiati a dei carrelli a sfere, ma se li devi accelerare di 1 G, anche la vite non si diverte...il tuo motore teoricamente arriva a 8 ,5 mt /min e se gli chiedi di accelerare di brutto magari ce la fa. Ovviamente la mia è un'estremizzazione , ma nelle tue verifiche l'accelerazione ti consiglio di mettercela. Lo dico perché con 880 mm di lunghezza libera e, probabilmente, 2 principi , quindi angoli di spinta delle viti importanti, se gira forte ed è caricata di punta potrebbe vibrare. Che diametro avrebbe il nocciolo?
Dimenticavo: la traslazione è in orizzontale, vero?
La traslazione è orizzontale (è praticamente un asse aggiuntivo per un robot antropomorfo). La vite è una vite Hiwin, hanno anche viti di passo doppio del diametro... Per quanto riguarda l'accelerazione, non ho particolari specifiche da rispettare e non sono necessarie accelerazioni elevate... ho fatto una verifica sulla coppia di spunto considerando le inerzie varie ricondotte all'asse motore e se considero ad esempio 0.25 secondi il delta t per passare da una velocità del motore di 0 a 3000 rpm la coppia di spunto necessaria viene molto sotto di quella indicata nella curva di coppia del catalogo del motore. In assenza di informazioni non so però se abbia senso considerare un delta t così.
Cosa intendi di preciso per diametro del nocciolo? Io ho considerato il diametro nominale presente nel catalogo.

Concordo con quanto ti hanno appena detto. Senza accelerazioni è difficile capire se l'applicazione è corretta o meno. Poi bisogna vedere chi ha scelto motore e riduttore se ha fatto giusto o meno e non mi stupirei se il brushless lavorasse a metà dei giri e senza accelerazioni.
La vite la fai girare a 428rpm e non sono tanti per una vite così piccola.
Hiwin fa viti da diametro 20 con passo fino a 40 mm quindi tanto speciale non è. Sicuramente va supportata bene per non farla vibrare e per non farla flettere....sempre se realmente gira così forte.
Ma il tuo capo cosa dice? Hanno messo un neolaureato prima esperienza a progettare e non ha un tutor o una persona che lo segue...su un "progetto importante"....?
Comunque tanto grande non è la vite da 20....forse ci avrei messo una 32 di diametro ma non una 15 di sicuro.
La scelta del motore è stata fatta semplicemente sulla base del fatto che avevamo a disposizione gratis dei motori di quel tipo lì, e abbiamo verificato poi la compatibilità con l'applicazione. Il riduttore l'ho scelto io. Non ho capito se pensi che 428 siano tanti o pochi per una vite di quel diametro... A catalogo dava una formula per verificare la velocità critica alla quale la vite andava in risonanza, e la velocità di rotazione della vite deve stare sotto quel valore critico. Quella verifica l'ho fatta.
Comunque tanto grande non è la vite da 20....forse ci avrei messo una 32 di diametro ma non una 15 di sicuro.
Ok... io ero preoccupato invece che fosse troppo grossa, quindi non starò a considerare diametri minori.
Ma il tuo capo cosa dice? Hanno messo un neolaureato prima esperienza a progettare e non ha un tutor o una persona che lo segue...su un "progetto importante"....?
Su questo ci sarebbe molto da dire. Il mio tutor è un professore e non un progettista meccanico (faccio un dottorato e solo questi mesi sono di progettazione pura, poi lavorerò sul controllo dei robot e altro). Quando riesco mi faccio dare una mano da un progettista dell'azienda a cui mi appoggio per questo progetto, ma per la maggior parte delle cose me la devo cavare io.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
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Regione: Lombardia
Se hai fatto la verifica a risonanza ed è apporto vuol dire che va bene. 400rpm non sono tanti però se il passo è lungo ne va della precisione e vibra la vite. Poi se ci sta nei parametri è ok.
 

welcome to the machine

Utente Junior
Professione: project leader
Software: Kubotek
Regione: Lazio
Mi sembra che stai seguendo dei criteri corretti ( a parte l'intenzione di usare una vite ancora più piccola di 20 per una corsa 880...). Per nocciolo intendo la sezione della vite misurata sul fondo delle gole dove lavorano le sfere. Se le sfere sono piccole non c'è molta differenza dal diametro nominale, ma non ho verificato sul catalogo le diametro 20 passo 20 e mi chiedevo cosa restava, appunto, come nocciolo, visto che il resto non partecipa molto alla resistenza ai carichi. Auguri per il tuo lavoro
 

antonio_sc

Utente Junior
Professione: Ingegnere Meccanico
Software: PTC Creo Parametric
Regione: Campania
Ciao Toroide,
per un dimensionamento di massima del diamentro,in assenza di informazioni dettagliate, uso la seguente relazione:

1541167525345.png

Fm nel tuo caso se ho ben capito è da definire in funzione dell'applicazione , ma potresti sostituirla con la massima forza "effettiva" che si stima venga esercitata sulla vite nel ciclo (tieni presente che in tal modo avrai un grosso sovradimensionamento in quanto il carico non è quello medio equivalente),ma magari per la durata attesa della vite ,il numero di cicli desiderato etc.. potrebbe andare bene comunque ..a quel punto non avresti ulteriori dubbi.. credo lo saprai già ma preciso ugualmente:se usi una vite precaricata tienine conto quando stimi le forze assiali effettive ..
 

Toroide

Utente poco attivo
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Regione: Emilia Romagna
Grazie mille a tutti...
@antonio_sc
forse è una domanda stupida, ma una volta che ho stimato il fattore di carico dinamico con la formula che hai suggerito, di preciso come passo ad una stima del diametro?
 

antonio_sc

Utente Junior
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Regione: Campania
Grazie mille a tutti...
@antonio_sc
forse è una domanda stupida, ma una volta che ho stimato il fattore di carico dinamico con la formula che hai suggerito, di preciso come passo ad una stima del diametro?
Nessuna domanda stupida,anzi scusa se ho dato per scontato il passaggio... il fattore di carico dinamico "C" dipende anche dal diametro ...
1541415393347.png

Sui cataloghi è presente la relazione tra i due parametri