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Forum: Offtopic Zugkraft eines Spindelantriebs abschätzen/berechnen


Autor: Gast (Gast)
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Hallo,

ich frage mich (und google) schon den ganzen morgen wie ich aus 
Drehmoment un Steigung einer Spindel. Bei einem direkt angetriebenen 
Spindelantrieb die Zugkraft am Schlitten berechnen kann.... momentan 
stehe ich ziemlich auf dem Schlauch:
Beispiel
Schrittmotor 1Nm Drehmoment als Spindel M10 Gewindestange mit einer 
Steigung von 1Umdrehung pro mm...
Wie kann ich jetzt berechen wie hoch die Zugkraft an einem Schlitten ist 
der auf der Gewindestange bewegt wird?

Gruß
Holger

Autor: reiner (Gast)
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Zugkraft = Drehmoment * 2pi / Spindelsteigung * Spindelwirkungsgrad.

Zugkraft = 1Nm * 6.28 / 0.001m * 0.4 = 2512N = 256Kp

Spindelwirkungsgrad:
ca 0.4-0.5 für Trapezspindeln
ca 0.8 für Kugelrollspindel

Gruss
Reiner

Autor: Chris (Gast)
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>M10 Gewindestange

Da wird der Wirkungsgrad wohl noch kleiner ausfallen ...

Autor: Gast (Gast)
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DANKE! Das hilft schonmal ungemein!

Was ist der Spindelwirkungsgrad genau?
Verluste durch Reibung in den Lagerungen?
Wie kann ich den für normale metrische Gewinde messen/schätzen?

Holger

Autor: Gast (Gast)
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Messen per Versuchsaufbau ist wohl eher schwierig.

im Maschbau wird ja oft mit Kenngrößen gearbeitet, die aus 
Erfahrungswerten entstanden sind.
Besitzt du das Tabellenbuch europa metall?
im kleinen Formelheft sind die Formeln für die 
Drehmoment-Steigung-Kraft-Zusammenhänge deutlich!

Autor: reiner (Gast)
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< Was ist der Spindelwirkungsgrad genau?
1 = keine Reibung, d.h keine Verluste bei der Umsetzung der Drehbewegung 
in die Linearbewegung.

Der Wirkungsgrad hängt ab von der Steigung, dem Durchmesser, der 
Materialpaarung Spindelmutter-/Spindel, der Gewindeform ...

Metrische Gewinde sind gedacht zum Festschrauben von Teilen, und sollen 
dann auch noch hemmen.


> Verluste durch Reibung in den Lagerungen?
Diese Verluste kommen noch dazu.


> Wie kann ich den für normale metrische Gewinde messen/schätzen?
a. Ich würde 0.1 schätzen.
b. Motor aufbauen,
   Haltedrehmoment des Motors bestimmen,
   Spindel anbauen und mit Federwaage die Zugkraft bestimmen wenn der
   Motor zum Stand gebracht wird,
   Das dazugehörige Drehmoment berechnen,
   Wirkungsgrad berechnen.

Reiner

Autor: Gast (Gast)
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Übrigens, mal so aus dem stehgreif: du hast eine sehr niedrige Steigung.

Das bedeutet, dass du eine langsame aber kraftvolle Translationsbewegung 
ausfüren willst oder?

zumindest klingt das so, dass du gezwungen bist, entweder eine sehr 
große Kraft bereitzustellen, oder du hast einfach nur den Motor mit 
seinem Drehmoment vorgegeben und musst halt hoch übersetzen.

Wenn die Übersetzung so hoch ist, wie deinen Zahlenangaben zu entnehmen 
ist, dann wird die Verlustrate entsprechend hoch sein. Gerade, wenn man 
KEINE reibungsarme und spielfreie kugelgewindespindel nimmt. Besser wäre 
hier eine niedrigere übersetzung, damit der Motor überhautp noch 
Leistung abgeben kann, die noch zur Translation führen....

Darf man nach einer Anwendung fragen? (quasi genauere Angaben zur 
etwaigen Geschwindigkeit des Schlittens? Oder geforderte Kraft in 
linearer Richtung)

kommt evtl. ein Riementrieb wie im Drucker auch in Frage? - Nur mal ne 
idee...

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Schrittmotor 1Nm Drehmoment als Spindel M10 Gewindestange

Diese Konstruktion wird nicht sehr alt. Die Mutter bzw. Gewindestange 
wird sich recht bald festfressen, auch wenn man sie im Öl badet. Die 
Oberflächen normaler Schrauben und Muttern sind einfach nicht dafür 
gemacht.

Autor: GAST (Gast)
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Eine konkrete Anwendung gibt es noch nicht... Ich bin eher noch in der 
Konzept-Phase!
Mir schwebt aber vor eine kleine Fräse für Holz evtl Alu und zur 
Platinenherstellung zu bauen. Das Ding sollte halt lowbudget zu 
"Bastezwecken" sein... Eher nur ein "Demonstrator" als ne Maschine für 
den täglichen Gebrauch. Ne schrittmotor Steuerung habe ich für 3 Achsen 
allerdings mit L298/297 und bin daher erstmal auf 2A Strom 
eingeschränkt... Da die Motoren mit 2A nicht so hohe Drehmomente haben 
dachte einfach ne Steigung von 1 wäre gut :-) damit noch ordentlich 
Zugkraft am Schlitten ankommt!!
Wenn die lowbudget Lösung funktioniert dann kann man darüber nachdenken 
ordentliche Spindeln nachzurüsten/umzurüsten. Ich scheue momentan noch 
die Investition in Profiteile, da noch unklar ist ob ich die 
Realisierung des Ganzen überhaupt hinbekomme... wenn ein erfolg 
abzusehen ist.

Holger

Autor: Latissimo (Gast)
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Autor: FLo (Gast)
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Ich hab da auch direkt mal eine Frage!!!

Also folgendes: Ich muss einen Spindelantrieb nehmen, der dann links und 
rechts auf die Lagerböcke einer Rolle geht (Nicht sehr große Rolle aber 
gewicht kann ich nicht bestimmt sie exestiert noch nicht ;-))diese Rolle 
muss automatisch über SPS bla bla bla... gegen eine andere Rolle 
gepresst werden und das mit soviel Druck das man dort ein blech 
kleiner<2mm Runden kann...Es soll eine so große Kraft möglich sein das 
sich sehr kleine Durchmesser rollen lassen sodass wenn man die Kraft 
drosselt ein größere Durchmesser rauskommt...

Das alles ist für meine Abschlussprüfung Mechatroniker!
Ich soll halt ein Spindelantrieb nehmen und ich muss den Durchmesser 
anhand des Verfahrwegs (5 Umdrehungen der Spindel = 5mm = Durchmesser 
40mm)

UND ICH HABE NOCH KEINE AHNUNG WAS UND WIE ICH DA WAS MACHEN SOLL ICH 
BITTE UM SCHNELLE HILFE

DANKE

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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>Abschlussprüfung Mechatroniker!

>UND ICH HABE NOCH KEINE AHNUNG WAS UND WIE ICH DA WAS MACHEN SOLL ICH
>BITTE UM SCHNELLE HILFE

Da hat wohl jemand die Ausbildung nicht ernst genug genommen...


>(5 Umdrehungen der Spindel = 5mm = Durchmesser 40mm)

Steigung 1mm... Kling nach sowas wie M40x1 oder eintsprechendes 
Trapez-Gewinde.


>Lagerböcke einer Rolle geht ... diese Rolle muss gegen eine andere Rolle
Hab das mal zusammengefasst...
Die eine Rolle ist konvex, die andere konkav?

>ein blech kleiner<2mm

VA? Alu?  Messing? Da wird es doch bestimmt irgendwelche Vorgaben und 
damit zusammenhängende Stoff-Parameter geben.

>BITTE UM SCHNELLE HILFE
Abgabe ist Montag oder noch diese Woche?

Autor: Sven Johannes (svenj)
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@Gast

www.kaesefraese.com , um mal direkt Bezug auf DIESE Idee zu nehmen.

www.cncecke.de , für eine ziemlich nette und hilfsbereite Truppe zum 
Thema.

--
 SJ

Autor: Thomas H. (merlin63)
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hallo

die cnc-ecke kann ich nur wärmstens empfehlen. hat mir auch sehr 
geholfen.
aber wenn ich mich richtig erinnere, dann hat eine M10 gewindestange 
immer noch eine steigung von 1,5mm.
 im übrigen kann ich nur von metrischen gewindestangen abraten, denn sie 
dienen nicht zur fortbewegung sondern zum befestigen. tue dir und deiner 
konstruktion den gefallen und nimm wenigstens trapezspindeln...steigung 
3 oder 4mm. sie liegen im preis noch im akzentablen bereich und es sind 
bewegungsgewinde. sie weisen auch nicht eine so große abweichung in der 
steigung auf wie metrische gewinde....bitte spare nicht am falschen 
ende. kann ich nur aus eigener erfahrung sagen.

viel erfolg
lg thomas

Autor: FLo (Gast)
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Doch die Ausbildung habe ich ernst genommen
Nur liegt das nicht in unseren Lehrplan!!

1) Es ist eine M10 Stange der Durchmesser des Fertig gerollten Blechs 
muss 40mm ergeben. Ich darf/soll..keine Ahnung muss jedenfalls ohne 
Sensoren arbeiten und deshalb muss ich die Steigung zählen
1 Umdrehung der Motorspindel ergibt 1mm verfahrweg dann fährt eine rolle 
gegen eine andere rolle (Anpresswalze -> Stützwalze falls es dir mehr 
hilft) mit einer so starken Kraft das das Blech was eingeschoben wird 
sich in einen gewissen durchmesser (von mir war 40mm angenommen) rollt

Das ich keine Ahnung habe ist nicht ganz richtig formuliert.
Ich weiß das ich einen Motor nehme, den dann auf ein Getriebe lege, 
wahrscheinlich ein kegelradgetriebe ist am einfachsten, die 
ausgangswelle des getriebes auf die spindel und die spindel führt dann 
je nach rechts- oder linkslauf den lagerbock rauf oder runter.

Was ich brauche ist eine Idee (anhand beispielrechnung das wäre super 
die könnte ich in meiner Doku verwenden) was für ein motor da ideal wäre 
(Fragt nicht nach der Welle ich weiß nicht wie groß die sein soll es ist 
alles jedenfalls klein die maschine ist ca 1,20m groß) und wie ich es 
mache das der verfahrweg in 0,00mm angezeigt wird...OHNE SENSOR nur mit 
Display...ich hab mal gedacht das ich das mache wie bei einem Digitalen 
Messschieber nur find ich keine Seite wo ich ein einzelnes Display 
herbekomme...weil ich darf/soll nicht eins von einem messschieber 
abmontieren...

Ich hoffe das war mal ein wenig detailiert genug.


Achso Abgabetermin ist der 01.12.08 aber es muss eine Dokumentation 
erstellt werden es muss alles gebaut werden (es ist noch NIX vorhanden) 
und das macht sich nicht einfach mal in ner Woche!!

Autor: STK500-Besitzer (Gast)
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Ganz ohne Sensorik wirst du nur etwas mit einem Schrittmotor. Und nicht 
mal dann weißt du (bzw. deine Steuerung), ob sich die eine Rolle schon 
in der anderen befindet (worst case; Endlagenschalter) oder nicht.

Autor: FLo (Gast)
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Es soll ja über den Verfahrweg gemacht werden!

Es wird genullt am anfang dann sind es sagen wir mal 60mm bis an die 
rolle un dann noch bisschen weiter um kraft aufzubringen
dann muss ich das anhand der umdrehungen des Getriebes in eine SPS 
eingeben.
6 Umdrehungen 6mm
dann stellst du ein das du 60,2mm fahren willst un dann läuft der motor 
glücklich los bis er auf der anzeige 60,2mm erreicht hat

So will das mein Betreuer haben
geht das denn so?

Autor: Sven Johannes (svenj)
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Moin,

bestell deinem Betreuer mal nen schoenen Gruss, er soll sich dringend 
mal bei uns bewerben, wenn er einen Verfahrweg ohne jeglichen Sensor 
misst und dann noch auf 1/100mm ausgibt. Die Ausgabe ist, im Gegensatz 
zur Meinung Vieler, übrigens absoluter Kleckerkram. Ob da ein Monitor, 
LED oder Fähnchen angeklemmt werden ist ziemlich egal, spannend ist die 
Erfassung der Daten.

Klartext: Mit Ausnahme eines Schrittmotors kann kein Motor ohne "Sensor" 
eine "Rueckmeldung" geben. Dabei ist es völlig unerhbelich ob damit die 
Drehungen oder der Verfahrweg gemeint ist. µC haben nunmal keine Augen 
und können somit eine Wegstrecke verdammt schlecht schätzen.

Ein Stepper kann auch keine Meldung geben, bei bekannter Schrittzahl 
kann man aber auf die Umdrehung schließen => sofern der Motor keine 
Schritte verliert durch Überlast.

Wenn die SPS einen Quaraturencoder hat kommt ein demenstsprechender 
Encoder mit auf die Spindel und zählt die Umdrehungen. Mit 
Spindelsteigung und Schrittzahl des Encoders kommt man dann auf den 
Verfahrweg. Bleibt die "Nullfahrt", da gibts Schalter verschiedener 
Genauigkeiten, gegen die läßt man eine Marke stupsen, dann hat man den 
Nullpunkt.

in der cncecke gibt es irgendwo einen Artikel zur Berechnungen der 
Kräfte die bei so einer Mimik auftreten. Die Suchmaschine ist dein 
Freund.

--
 SJ

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