Proszę o pomoc w dobraniu śruby kulowej?

Chcę zrobić ruchomy zderzak do gentarki. Zastanawiam się nad doborem odpowiedniej śruby kulowej. Chciałem użyć gwintu 16x5 (długość 1m), ale nie wiem jaka jest sztywność takiego gwintu. Waga blachy, którą zderzak będzie przesuwał w trakcie gięcia to max 150kg, ale to tyle w/g możliwości gentarki, bo w praktyce będzie to 0.5-40kg. Tylko jak już robić to z sensem i nie chciałbym za jakiś czas wymieniać śruby, bo blacha trafi się cięższa.

Poradźcie koledzy czy 16x5 przy 1m długości mi wystarczy?

Druga sprawa to pytanie do tych co używali tanich nakrętek z allegro (np. z poltechu). Jakiego luzu mogę się po nich spodziewać? Czy mimo wszystko są lepsze niż 2x nakrętka z brązu?

Trzecie pytanie: do czego stosuje się nakrętki podwójne (kulowe j.w.) skoro w tej klasie dokładności gwintu (c7) nie mają one kasowania luzu? (tak wyczytałem tu na forum)

Przy takiej długości gwintu i niewielkiej średnicy wydłużenie bezwzględne pod obciążeniem 150 kg wyniesie blisko 0,05 mm (pół "dychy").

Boję się tylko, że nie o to tak naprawdę Panu chodziło. Powyższe oznacza wydłużenie śruby gdyby powiesić ją w pionie za jeden koniec a na drugim końcu powiesić ciężar 150 kg.

Waga detalu to zdecydowanie za mało informacji. Mówi Pan o przesuwaniu materiału o wadze 150 kg. Ważne zatem są opory tego ruchu bo właśnie tych sił musi dostarczyć śruba (w ruchu ustalonym). Teraz pytanie czy blacha przesuwa się po zwykłym stole czy może np. po stole kulkowym itp.

Co więcej. Obciążenia śruby w uproszczeniu dzielą się na dynamiczne, statyczne i robocze.

Gdyby nawet zmierzyć lub obliczeniowo oszacować opory ruchu blachy o wadze 150 kg po stole znamy tylko cześć obciążeń mechanizmu śrubowego. Teraz jeśli zderzak ma ustalić materiał międzyoperacyjne a potem się wycofać to ok. Ale może zderzak ma być oporem utrzymującym materiał podczas obróbki plastycznej co może doprowadzić do olbrzymich obciążeń roboczych mechanizmu. Inna sprawa to dynamika napędu. Śruba kulowa z dobrym serwem może osiągnąć przeciążenia nawet do 10G. Dlatego materiał, przyśpieszając (z racji bezwładności) w tym krótkim czasie (w piku) może dostarczyć śrubie obciążenia osiowego rzędu 1500 kg !!!

Wszystkie te zmierzone lub oszacowane obciążenia właściwie należy zsumować. Zakładając wsp. tarcia materiału o stół na poziomie 0,1 śruba w ruchu ustalonym dozna obciążenia 15 kg. Zakładając przyśpieszenie tylko na poziomie 2G. Obciążenie dynamiczne wyniesie 300 kg. Powiedzmy teraz, że dojdzie do tego jeszcze 100 kg obciążenia od samej obróbki (gięcia) to łącznie mamy już 415 kg siły osiowej (normalnej).

Zmiana długości śruby będzie miała wpływ na dokładność już po ustaniu ruchu czyli wtedy należy uwzględnić tylko obciążenie robocze o ile w ogóle ono występuje.

I rzecz najważniejsza. Czy śruba ma przenosić dane obciążenie w jednym czy w obu kierunkach? Inaczej... Jeśli śruba ma tylko dosuwać a dosuwając obciążona jest na rozciąganie to pół biedy. Jeśli przy mizernej średnicy 16 mm i długości aż 1 metra będzie ściskana taką siłą prawie na pewno przekroczy Pan siłę krytyczną wyboczenia.
Siła ta bardzo silnie zależy od sposobu zabudowy - od sposobu łożyskowania śruby, o którym nic Pan nie wspomina. Dodam tylko, że wyboczenie to zjawisko utraty stateczności. Zupełnie tak jakby wziąć cienką linijkę i ścisnąć ja za oba końce - już przy stosunkowo niewielkiej sile linijka przyjmie postać "brzucha".

Proszę pamiętać jeszcze o jakimś współczynniku bezpieczeństwa. Ponadto od tego, ile nośności statycznej i dynamicznej śruby Pan wykorzysta, będzie bardzo zależeć trwałość pary śruba - nakrętka.

Co więcej - śruba toczna nie jest samohamowna - wiec jeśli w spoczynku ma utrzymać obciążenie robocze trzeba utrzymać ją momentem serwomechanizmu lub momentem jakiegoś hamulca np. elektromagnetycznego.

Dalsze pytania:

Śruby toczne chińskie jak z Poltech'u są klasy c7 do c10 - choć sprzedawca często o tym milczy. Śruby takie na Pańskim metrze mają błąd podziałki do 0,6 mm a luzy osiowe na poziomie kilku setek. Choć w tych "wyrafinowanych" chińskich śrubach znajdą się czasem egzemplarze o luzie na poziomie dychy !!! (O czym sprzedawca też milczy). Te wszystkie błędy luzy i odkształcenia od sił należy zsumować przy szacowaniu symetrycznego, sumarycznego błędu pozycjonowania. Jak widać w tym projekcie może on spokojnie wynieść +/- 1 mm !!!

Co lepsze?

Typowa trapezowa śruba ślizgowa może mieć mniejszy błąd podziałki niż chińska klasa c10. Śruba ślizgowa może też mieć mniejsze luzy osiowe szczególnie przy stosowaniu mechanizmu kasowania luzów (lub dwóch napiętych nakrętek). Więc pod tym względem śruba ślizgowa może być nawet lepsza od tocznej. Tylko to co zawsze przemówi za śrubą kulową to SPRAWNOŚĆ !!!
Śruba trapezowa ma sprawność maksymalnie na poziomie 30% toczna blisko 100%.
Kiedy w śrubie ślizgowej zastosuje się 2 nakrętki lekko zakontrowane lub ze sprężyną jej sprawność spokojnie może spaść do 10% a nawet mniej !!! Czyli pod względem sprawności (zapotrzebowania na moment silnika) śruba toczna może być nawet 10 krotnie lepsza od ślizgowej !!!

Ostatnia kwestia - podwójne nakrętki lepiej się prowadzą, mają średnio 2x większą obciążalność na tym samym gwincie i w zasadzie stosuje się je z myślą o sterowaniu luzem aczkolwiek nie wiem czy chińskie podwójne nakrętki są do tego przystosowane.
Jeśli maja pomiędzy sobą np. dystans - element montażowy - który można wyjąć i doszlifować precyzyjnie (z dokładnością do kilku mikronów) można wykasować sobie luzy. Ale uwaga !!! Jeśli to tylko klasa c10 niedokładność podziałki może spowodować duże piki napięcia wstępnego co może bardzo szybko zabić taki mechanizm.

Dziękuję za tak rozbudowaną wypowiedź. Już uściślam. Śruba ma tylko za zadanie przesunąć blachę (w momencie jeśli będzie więcej niż jedno zagięcie arkusza). Pod czas samego gięcia blacha jest zaciśnięta w szczękach zaginarki, więc na śrubę nie działają już żadne siły. Opory będą pochodzić tylko od przesuwanej (między gięciami) blachy, leżącej na metalowym blacie. Zderzak będzie wsparty na wałkach liniowych podpartych.

OK. A co z wielkością przyspieszenia napędu? Jak planuje Pan zabudować śrubę? (Jakie konfiguracje łożysk z każdej strony?).

Przyspieszenie, hm... rampę dla silnika dobiorę na maszynie, tak żeby nie gubił kroków a wszystko sprawnie chodziło. Sterownik silnika do tego będzie mój własny sterowany z mikrokontrolera.

Silnik planowałem 3,1 Nm z przekładnią 1:2 chociaż 1:1 pewnie też wystarczy, bo zmierzyłem dokładnie maszynę i okazało się, że więcej jak 80 kg nie będzie tam leżało na stole, a śruba wyjdzie nie 100 a 70 cm.

Łożyska standardowo: od strony napędu skośne podwójne, a z drugiej zwykłe. Może z tą śrubą 16x5 przesadziłem, bo 20x5 cenowo niewiele odbiega, a sztywność większa - powstaje pytanie, czy wystarczy?

Zakładając dla bezpieczeństwa jak najwyższy współczynnik tarcia (stal - inny metal) równy 0,3. Współczynnik ten jest statycznym - dynamiczny / ruchowy będzie o połowę mniejszy, ale do obliczeń lepiej użyć wartości 0,3. Przyjmując wagę nie 150 kg a 80 kg śruba w ruchu ustalonym będzie musiała pokonać siłę około 250 N.
Jeśli silnik ma 3,1 Nm na śrubie 20x5 (z przekładnią 1:1) uzyska się maksymalną siłę (trzymającą - przy której ruch ustanie) na poziomie 3800N. Z reduktorem 1:2 uzyska się do 7600N. Tak więc odejmując od tego wcześniej obliczone 250N - reszta zostanie na dynamikę - przyspieszenie / hamowanie. Tak więc w przypadku 1:1 - uzyska się nawet 4,5G, z reduktorem 1:2 uzyska się nawet do 9G !!! Więc zapas dynamiczny jest ogromny.
Warto nie śrubować dynamiki - obniżyć obciążenia i wielokrotnie wydłużyć żywotność.
Przyśpieszenia na poziomie 2G będą absolutnie wystarczające. Napęd powinien przyśpieszyć w około 1,5 setnej sekundy
Przy 250N oporów ruchu i dynamice na poziomie 2G siły nie powinny przekroczyć 4000N. Dla gwintu 20x5 i dla 4kN dla podanego sposobu łożyskowania długość krytyczna wynosi 3m. Tak więc rozwiązanie do 1 m jest całkowicie bezpieczne.
Szczególnie jeśli cena 20x5 jest zbliżona do 16x5. Te kilka milimetrów daje blisko 2 razy większy przekrój poprzeczny i o tyle lepsze parametry.
Dodam, że nawet podczas maksymalnego obciążenia - odkształcenie 20x5 wyniesie około jednej setki. Jest to wartość pomijalna jeśli pamiętać, że sam błąd podziałki w klasie c10 może wynieść blisko pół milimetra - szczególnie, że odkształcenie jednej setki i tak praktycznie zniknie po ustaniu ruchu.
Dopuszczalne obciążenia gwintu 20x5 wynoszą około 12kN wiec przy założonych 4kN ma Pan współczynnik bezpieczeństwa równy 3.
To dobrze rozwiązany napęd.

Myślę, że to ostatecznie rozwiewa Pańskie wątpliwości.

Dziękuję bardzo za pomoc , a więc mogę spać spokojnie. Od środy zabieram się do projektowania i pracy, jak skończę to pochwalę się na forum moja konstrukcją. Pozdrawiam