Dimensionamento vite trapezia e guide lineari

PiE81

Utente poco attivo
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Buonasera,
vorrei un suggerimento sul dimensionamento di guide lineari e vite trapezia per la realizzazione di una morsa.
In particolare la vite trapezia muoverà la griffa mobile di una morsa di serraggio su cui è poggiato l'oggetto da serrare.
L'oggetto pesa circa 300kg e supponiamo sia indeformabile. Finchè la griffa mobile si muove, non ho grossi problemi e ho trovato sufficienti strumenti di calcolo/calcolatori. Le guide lineari supportano il momento flettente generato dal carico a sbalzo dell'oggetto e della morsa stessa, mentre la vite trapezia riceve il carico assiale.
Nel momento in cui inizia il serraggio cosa succede ai fini del dimensionamento? Immaginando che la forza di serraggio sia circa 30kN ovvero 10 volte il peso dell'oggetto. Come devo regolarmi ai fini del dimensionamento della vite trapezia e delle guide?
In allegato uno schizzo dell'applicazione, perdonatemi se è poco chiaro.
Grazie
 

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meccanicamg

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Un disegno recente postato è questo:

È una classica morsa da banco in ghisa e il disegno è stato inserito per imparare a modellare.

Le guide devono essere progettate per portare tutte le azioni derivanti dal serraggio non centrato.

La vite trapezia serve solo ad imprimere la forza di serraggio e non è progettata per portare carichi radiali di nessun tipo.

Se il tutto è in verticale e il peso è di 300kg cioè 3000N direi che la forza di serraggio deve essere almeno un ordine di grandezza in più....quindi 30kN sono il minimo a progetto (a meno che tu abbia intenzioni e specifiche diverse).

Devi mettere le forze e calcolare le reazioni ai carrelli in modo che resistano a forze orizzontali e momenti. Quando i pattini sono apposto vai a dimensionare la vite/chiocciola.

La questione è che se hai una vite capace di spingere 100000000kN assiali e hai un peso di 3000N hai solo quello che si scarica sulle guide (accelerazioni e inerzie a parte). Ma quando vai a pacco o disintegri il cubo che sicuro non è indeformabile o se fosse indeformabile hai che il carico sale da 3000N a 100000000kN.
 

meccanicamg

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Lo schema per schematizzare le forze è qualcosa così
IMG_20200406_180423.jpg
Poi se invece hai pattini molto rigidi a ricircolo di rulli hai pure i momenti e quindi hai qualcosa di molto iperstatico.
 

PiE81

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Si, grazie, avevo intuito che i pattini sopporteranno i carichi derivanti dal serraggio, che può essere ben più alto del peso dell’oggetto da serrare.
Ma in merito alla vite trapezia come mi regolo?
Mi spiego, alcuni cataloghi che ho visto, giustamente, offrono capacità di carico dinamiche in base al rapporto PV, quindi diminuendo la velocità cresce il carico assiale. Ma nel caso di una morsa, V diventa 0. Ci sarà tabellata una capacità di carico statica come per i cuscinetti?
 

meccanicamg

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Normalmente si usano i cataloghi dei costruttori di viti.

La chiocciola andrà verificata come capacità portante sulla sua area resistente e sulla sua bullonatura o sistema di fissaggio.

Se poi una chiocciola gira avrà anche p•v e si usurerà.

Le viti si calcolano a trazione se ce l'hanno e poi a carico di punta, flessione e velocità critica vibrazionale che se ferma non esiste.
 

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PiE81

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Ok grazie, vi aggiornerò sul dimensionamento effettuato.
Visto che si è parlato di forza di serraggio, pongo un quesito. La forza di serraggio è funzione dell’attrito e chiaramente diminuisce con l’aumentare del coefficiente di attrito.
Ma la superficie della griffa a contatto col pezzo non ha alcun ruolo ai fini del erraggio? Sicuramente ha un ruolo sulle sollecitazioni che si trasmettono al pezzo, in quanto diminuendo la superficie a contatto tra griffa e pezzo aumenta la pressione esercitata sul pezzo. Ma ai fini del serraggio non entra in gioco?
 

meccanicamg

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L' area di contatto con il pezzo subirà una pressione specifica.....forza su area con le sue variazioni.
 

PiE81

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Ciao meccanicamg,

guardando il tuo schema, sull'equilibrio delle forze e dei momenti, avrei un paio di domande:

1. Come mai nell'equazione di equilibrio di M intorno ad H non hai considerato anche il contributo del peso Fg? L'hai considerato trascurabile o hai comunque ti sei messo in una posizione più conservativa?

2. Dalle formule sembrebbe che l'unica cosa che conta è il braccio b e la distanza tra le guide c. Ma non è importante anche la distribuzione dei 2 (o meglio quattro) carrelli rispetto al baricentro dell'assieme trave/morsa? Inizialmente credevo che se dispongo i carrelli simmetricamente rispetto al baricentro avrò delle forze equamente distribuite, viceversa no. Probabilmente non è così perchè sia Fp che Fs sono ortogonali alle reazioni R1 e R2 e quindi l'unico contributo è un momento che dipende solo dal braccio b. E' così o mi sfugge qualcosa?
 

meccanicamg

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Al punto uno mi son purtroppo dimenticato m•g•b....
IMG_20200410_165947.jpg

Io sono rimasto centrato con la forza della vite e l'altezza dei pattini trascurabile.
Sicuramente dovrai valutare bene la geometria complessiva.
 

PiE81

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ok grazie, si mi trovavo anche io così.
In realtà ora però guardando meglio, credo che Fs sia rivolto verso il basso, ovvero la forza di serraggio agisce sulla trave da bloccare, ma la reazione che riceve la griffa credo sia rivolta verso il basso e quindi si somma alla forza peso, o mi sbaglio?
Allego alcuni schizzi e calcoli (dove però ho modificato il peso della trave a 500kg).
 

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meccanicamg

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ok grazie, si mi trovavo anche io così.
In realtà ora però guardando meglio, credo che Fs sia rivolto verso il basso, ovvero la forza di serraggio agisce sulla trave da bloccare, ma la reazione che riceve la griffa credo sia rivolta verso il basso e quindi si somma alla forza peso, o mi sbaglio?
Allego alcuni schizzi e calcoli (dove però ho modificato il peso della trave a 500kg).
si o metti la freccia verso giù o metti il valore negativo al numero.
 

PiE81

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Ho impostato i calcoli, per quel che riguarda la vite trapezia e il serraggio della morsa.

Mi trovo dei valori chiaramente molto differenti durante la movimentazione della griffa e invece durante il serrraggio, dove la velocità è nulla. Ovvero considerando un riduttore 1:15, all'albero motore dovrebbero essere necessari 3,5Nm@1500rpm, ma 291Nm@0rpm.
Come dovrei muovermi per la scelta del motore/azionamento?
 

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meccanicamg

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In teoria basterebbe un motore con un riduttore che eroga 52Nm in uscita però dovrebbe essere in grado di portare di picco 4500Nm. Siccome il rapporto tra le coppie è mostruoso, occorre a questo punto andare su un riduttore che eroghi 4500Nm nominali a 100rpm in uscita....o meglio a questo punto si può ottimizzare prendendo un riduttore che di picco sua in grado di gestire poco più di 4500Nm e quindi nominale circa la metà.
Andando su un riduttore epicicloidale ROSSI puoi scegliere quello che più ti piace ma ottimizzando quindi come ho detto sopra avremmo un EP R 2EL 004A 14,7Y C070M1 F30b I48x350 V3 con un motore HB 200L 4P da 30kW a 1450rpm circa, magari potrebbe servirti frenato, con encoder e quant'altro ma elettricamente bè quello che serve. Se usi encoder e inverter puoi gestire massima coppia (doppia) a velocità zero.
Screenshot_20200416_204422.jpg

Poi puoi fare scelte diverse ma sicuramente ci devi ragionare bene.
 

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PiE81

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No scusa, forse la tabella che ho pubblicata è poco chiara (o forse mi sfugge qualcosa)
Nel caso di serraggio con 58kN di forza assiale sarebbero necessari 291 Nm sulla vita trapezia, ovvero considerando un riduttore 1:15, servirebbe un motore con coppia di 25,8 Nm.
Come mai ti trovi 4500 Nm?
 

meccanicamg

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Hai scritto nel post precedente che all'albero motore ti serve 291Nm.
Prima c'è il motore poi c'è il riduttore i =15....quindi 15•291=4365Nm uscita riduttore.

Se il nvrce ti servono no all'uscita del riduttore 291Nm è tutt'altra cosa.
Questo ti basta e ti avanza.
Screenshot_20200416_222519.jpg
Hai il freno di sicurezza quando non ti muovi, hai le sonde termiche per dirti quando stai scaldando troppo e il servoventilatore per poter spingere a zero giri per un po'di tempo senza bruciare l'avvolgimento e un bell'encoder per dare coppia massima a zero giri.
 

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PiE81

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Si avevo sbagliato a scrivere, la tabella era corretta ma nel post avevo trascritto male :) grazie ci do un’occhiata
 

meccanicamg

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A dire il vero, con il configuratore Rossi usando la coppia di picco mi ha dato il riduttore che ti ho postato precedentemente, però mi sono accorto che non è vero. Quindi facciamo che dobbiamo erogarli sto 291Nm....
Screenshot_20200416_224834.jpg
Questo è in grado di dare coppia in uscita fino a 359Nm senza scassarsi.

Pertanto tieni buono questa configurazione.

Come puoi vedere con la coppia nominale del motore non eroghi la massima coppia, ma essendo che hai il motore che può erogare più di 2 volte la coppia nominale ce la fai senza avete un riduttore e un motore enorme che ti serve in realtà solo per qualche istante.
Gli ingranaggi tengono questa coppia maggiorata senza problemi.
 

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PiE81

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Si esatto, avevo notato e stavo per scriverti che il precedente datasheet mi sembrava sottodimensionato, sebbene i dati di input inseriti sono corretti.
PS in che modo l’encoder da coppia massima a zero giri?
 

meccanicamg

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Si esatto, avevo notato e stavo per scriverti che il precedente datasheet mi sembrava sottodimensionato, sebbene i dati di input inseriti sono corretti.
PS in che modo l’encoder da coppia massima a zero giri?
Quando regoli con inverter un motore con encoder incorporato hai la possibilità tramite PLC di fare l'anello di retroazione e quindi puoi costringere in modo regolato di erogare la coppia che ti serve anche se sei fermo. Se l'encoder non ce l'hai devi fare la virtualizzazione e quindi hai un encoder simulato che non è preciso come averne uno fisico.
Se non usi l'inverter, e quindi non usi neppure l'encoder e accendi direttamente con teleruttori, avrai il picco fino a 2,5-2,8volte la corrente nominale anche da fermo e se non intervieni con il distacco della tensione rimane bloccato il rotore con surriscaldamento ma non puoi regolarlo.
 

Gigi60

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Ciao.
Perché non ci metti un bel cilindro oleodinamico (di quelli che non necessitano di centralina)?
Tutto più semplice (e il controllo della forza di chiusura è automatico...)
Un cilindro da 30cm2 a 100 bar da 30kN ma se ti serve di più basta alzare la pressione...