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Thema: Selbsthemmendes Bewegungsgewinde (25502 mal gelesen)
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dand Mitglied
Beiträge: 11 Registriert: 14.08.2006
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erstellt am: 11. Dez. 2006 09:50 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo zusammen. Wenn eine Spindel als Bewegungsschraube dient, wählt man ein Trapezgewinde. – Soweit die klassische Schule der Maschinenelemente. Ich möchte mit fünf Spindeln hochpräzise eine Masse von 1000 Kg positionieren. Der notwendige Verfahrweg beträgt knapp 10 mm. Die Positionierung der Masse muss auf 5µm genau erfolgen. Mit einer geeigneten Sensorik stellt das kein Problem dar. Die Hauptschwierigkeit ist, dass die Spindeln die Positionierung dauerhaft halten müssen und nicht gesondert gesichert werden sollen. Ich gehe von einer dynamischen Beanspruchung, die maximal schwellend, aber keinesfalls wechselnd ist, aus. Es ist eine hohe Selbsthemmung erwünscht. Mein Bauchgefühl verlangt also nach Gewindespindeln mit möglichst niedriger Steigung. Ein Trapezgewinde 12x3 hat die dreifache Gewindesteigung eines Feingewindes M12x1. Der größere Flankenwinkel von 60° erhöht den Reibungswinkel von Metrischen Gewinden im Vergleich zu Trapezgewinden. Die notwendigen Antriebsmomente sind dank der geringeren Steigung von Metrischen Gewinden dennoch etwa gleich. Ich möchte also ein metrisches Gewinde als Bewegungsgewinde nutzen. Wie hoch darf die Flächenpressung im metrischen Feingewinde maximal sein? Gelten hier auch die Richtwerte nach Roloff Matek? Die Gleitgeschwindigkeiten sind sehr gering, die Betätigung erfolgt etwa ein bis zwei Mal am Tag, eine Lebensdauer von 20 Jahren soll erreicht werden. Hat Jemand Erfahrungen und Anregungen zu diesem Thema?
Vielen Dank dand
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günni19 Mitglied Ing
Beiträge: 225 Registriert: 27.10.2004 AutoCad 2004 VISUAL C++ .NET 2002/2003
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erstellt am: 11. Dez. 2006 09:57 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Servus Dand, bei der Fläschenpressung ist es egal was für ein Gewinde du hast, es müssen immmer die Festigkeitswerte deiner WS eingehalten werden. Ein metrisches Gewind ist von Haus aus Selbsthemmend, Feingewinde bringt dir nur was zur genauen Positionierung. Gruß Günni Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Leo Laimer Ehrenmitglied V.I.P. h.c. CAD-Dienstleister
Beiträge: 26028 Registriert: 24.11.2002 IV bis 2019
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erstellt am: 11. Dez. 2006 10:18 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hallo dand, IMHO bist Du da in der falschen Gasse gelandet. Ein normales metrisches (Fein-)Gewinde ist für Positionieraufgaben sehr wenig geeignet, wenn's um Wiederholbarkeit und hohe Auflösung geht. Bei 5µm Positioniergenauigkeit ist IMHO sogar ein Trapezgewinde wenig geeignet, denn Sowas hat bereits eine gröbere Steigungsungenauigkeit von der Fertigung her. Für so genaue Positionierungen brauchts zuerst mal eine sehr genaue Führung, und dann einen Antrieb (kann durchaus eine Spindel sein) die eine Wiederholbarkeit von deutlich besser als 5µm hat. Da wirst Du wahrscheinlich bei geschliffenen Spindeln, ev. mit Gewindeschraubtrieb, landen. Ein Werkzeugbauer sagte mir mal: "Wissen Sie überhaupt was ein µm ist? Wenn Sie sich auf der Toilette 3x die Hände waschen, was dann noch drauf ist, das ist ein µm!" Nebenbei: Wenn die Vorrichtung dann der Zugluft ausgesetzt ist oder in einen anderen Raum transportiert wird laufen die µm davon wie nix!
------------------ mfg - Leo Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
dand Mitglied
Beiträge: 11 Registriert: 14.08.2006
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erstellt am: 11. Dez. 2006 13:01 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Hallo, vielen Dank für die schnellen Antworten. Die eigentliche Positionierung erfolgt nicht über den Drehwinkel der Spindeln, sondern über mehrere Sensoren. Die Sensoren existieren schon, deshalb ist meiner Einschätzung nach keine hochpräzise kalibrierte Spindel notwendig. Wichtig ist mir vorallem, dass die eingestellte Position der Spindeln beliebig stabil ist und sich nicht um mehr als 5 µm setzt. Deshalb ist mir ein möglichst geringer Steigungswinkel an den Spindeln wichtig. Meine Hauptbroblem ist, dass ich mir nicht sicher bin, ob eine Flächenpressung von 10...20 N/mm^2 bei einem metrischen Gewinde und einer E295-C35 Werkstoffpaarung zulässig ist. Bei einem Trapezgewinde wäre die Flächenpressung nach Roloff Matek in Ordnung. Aufgrund der größeren Flankenwinkel ergeben sich jedoch möglicherweise andere Reibzustände... und somit andere zulässige Flächenpressungen. Hat jemand schonmal zulässige Werte für metrische Gewinde gefunden? Vielen Dank & Gruß Dand Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Leo Laimer Ehrenmitglied V.I.P. h.c. CAD-Dienstleister
Beiträge: 26028 Registriert: 24.11.2002 IV bis 2019
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erstellt am: 11. Dez. 2006 14:22 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hallo Dand, Ich wäre trotzdem vorsichtig mit Gewinden. Bereits ein paar mal hin-und-her unter Last und Du hast Setzungserscheinungen die die gewünschten 5µm übersteigen können. Bei Genauigkeiten in dieser Grössenordnung muss das Gesamtsystem völlig stimmig sein (also auch z.B. die elastische Verformung). Aber OK, ich kenne die Gesamtanordnung und -anforderungen nicht. ------------------ mfg - Leo Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Clayton Ehrenmitglied Konstrukteur
Beiträge: 1632 Registriert: 07.02.2004 AMD Athlon 64X2 5600+, 1GB, Nvidia Quadro Pro FX 1100 Inventor Series 10 Mathcad 13
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erstellt am: 11. Dez. 2006 15:19 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hi, Wie stellst Du Dir das praktisch vor? Ohne klimanlage schon gar nicht moeglich. Aber nehmen wir mal an, das Ding ist fertig justiert und sitzt da rum. Dann guckt jemand es schief an oder hustet nur und ein Sensor (oder mehrere) fangen an zu quaken, dass 5μm nicht eingehalten sind. Muss dann jemand manuell die Eistellung vornehmen, in dem Schrauben verstellt werden? Es gibt natuerlich piezoelectric Einheiten, die sowas koennen, aber dann reden wir nicht mehr von Schrauben. Gruss Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
adamsh Mitglied Forschung und Entwicklung
Beiträge: 842 Registriert: 27.05.2006 Halbwegs Systemadministration und -entwurf....
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erstellt am: 12. Dez. 2006 00:30 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Zitat: Original erstellt von dand: Hallo, vielen Dank für die schnellen Antworten.Die eigentliche Positionierung erfolgt nicht über den Drehwinkel der Spindeln, sondern über mehrere Sensoren. Die Sensoren existieren schon,
Schoen, Sie bauen also letztendlich eine Posistions_REGELUNG mit Rueckfuehrung ueber die Sensoren..... Zitat:
deshalb ist meiner Einschätzung nach keine hochpräzise kalibrierte Spindel notwendig.
Klar, linearisieren kann man durch Rueckfuehrung bzw. Gegenkopplung, ABER haben Sie sich schon einmal mit den Problemen wie Getriebelose, sprich Totzonen, Stickslip etc. auseinandergeetzt?
Zitat:
Wichtig ist mir vorallem, dass die eingestellte Position der Spindeln beliebig stabil ist und sich nicht um mehr als 5 µm setzt.
Wie stellen Sie sicher ein Flankenspiel wesentlich kleiner 5um ein? Zitat:
Deshalb ist mir ein möglichst geringer Steigungswinkel an den Spindeln wichtig.
Der hilft Ihnen nur sehr bedingt. Zwei ebene, nicht feinbearbeitet liegen typischerweise schlechter als mit 5um Toleranz/Spiel gegenseitig an... Sie pressen auf diese Flaechen, und die setzen sich nocheinmal zwei- bis dreihundertsel....
Zitat:
Meine Hauptbroblem ist, dass ich mir nicht sicher bin,
Augenscheinlich kennen Sie Ihre Hauptprobleme noch ueberhaupt nicht.
Zitat:
ob eine Flächenpressung von 10...20 N/mm^2 bei einem metrischen Gewinde und einer E295-C35 Werkstoffpaarung zulässig ist.
Erfuellt das UEBERHAUPT Ihre Anforderungen. Woher wissen Sie, dass Sie ohne geschliffene Geweinde auskommen? Woher wissen Sie, dass Ihr Geweinde nicht gehaertet(! Ja, ich weiss ...) sein musz? Holen Sie sich einmal Anregungen bei Optischen Geraeten...... Zitat:
Bei einem Trapezgewinde wäre die Flächenpressung nach Roloff Matek in Ordnung. Aufgrund der größeren Flankenwinkel ergeben sich jedoch möglicherweise andere Reibzustände... und somit andere zulässige Flächenpressungen.
Rechnen Sie doch bitte nach, wie stark der Reibungskoeffizient in die Flaechenpressung eingeht..... Zitat:
Hat jemand schonmal zulässige Werte für metrische Gewinde gefunden? Vielen Dank & Gruß Dand
(Ver-)Zweifelnd, HA Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
dand Mitglied
Beiträge: 11 Registriert: 14.08.2006
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erstellt am: 12. Dez. 2006 16:48 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben:
Ok… Es scheinen einige Missverständnisse vorzuliegen. Ich bin für faire Anregungen jeder Art offen. Meine Frage war: Kennt jemand zulässige Flächenpressungen für metrische Gewinde? Wer ist der Meinung, dass die zulässigen Werte nach Roloff Matek auch für metrische Gewinde gelten? Vielleicht noch mal eine erweiterte Funktionsbeschreibung, zum besseren Verständnis der Rahmenbedingungen.
Die Spindeln werden von Motoren angetrieben. Die Motoren fahren ein erstes System in eine andere Position. Diese Positionierung muss nicht genau sein. Sensoren erfassen die vorhandene Position des ersten Systems und leiten sie an ein völlig anderes System weiter, das zu arbeiten beginnt. Während das zweite System arbeitet, darf keine Relativbewegung zwischen Spindeln und Führungsmuttern auftreten. Keine Relativbewegung bedeutet weniger als 5µm. Die 5 µm beziehen sich nur auf die Lagerung zwischen Spindel und Mutter, nicht auf das Gesamtsystem und erst recht nicht auf das anfahren einer Position. Diese vorhandene Position will ich mit einem möglichst hohen Grad an Selbsthemmung in den Spindeln halten. Flankenwechsel sind systembedingt ausgeschlossen. Die Belastung des Gewindes ist statisch, maximal schwellend. Ich könnte alle möglichen Gewindearten verwenden. Wegen der geringen Selbsthemmung möchte ich kein Trapezgewinde einsetzen. Vom Gefühl her tendiere ich dazu ein metrisches Feingewinde einzusetzen. Möglich wäre eventuell auch ein Rundgewinde.
Die maximal zulässige Flächenpressung ist meines Wissens nach, ein aus Versuchen ermittelter Werkstoffkennwert, der für Materialpaarungen gilt. Dass der Flankenwinkel bei metrischen Gewinden die vorhandene Pressung erhöht ist klar. Mir ist nicht klar, ob die zulässigen Werte für Flächenpressungen auch für metrische Gewinde gelten, da durch andere Geometrien andere Dauerfestigkeitsverhältnisse entstehen können.
Also stelle ich drei konkrete Fragen:
Kennt jemand zulässige Flächenpressungen für metrische Gewinde, die als Bewegungsgewinde missbraucht werden? Wer ist der Meinung, dass die zulässigen Werte nach Roloff Matek auch für metrische Gewinde gelten? Hat jemand Auslegungsmaterial zu Rundgewinden, oder kann mir empfehlen ein anderes Gewinde zu verwenden? Vielen Dank dand
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Leo Laimer Ehrenmitglied V.I.P. h.c. CAD-Dienstleister
Beiträge: 26028 Registriert: 24.11.2002 IV bis 2019
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erstellt am: 12. Dez. 2006 17:34 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hallo dand, Ist die Sache so geheim, dass Du keine Skizze zeigen kannst? Da würden wir uns viel leichter tun! Wenn ich mal frei Schnauze annehme, Du hättest eine Platform auf 4 Spindeln, die Du um ein paar cm heben und die Position auf 5µm genau halten willst, bei rein vertikaler Bewegung und Belastung: Da gibt's keine mechanische Genauigkeit, sondern da spielt dann fast ausschliesslich die Steifigkeit eine Rolle. So ein System gibt schnell mal mehrere 1/10mm elastisch nach, wenn die Belastung schwellend ist. Du hast doch Zugang zu ANSYS, modellier das mal und rechne die elastische Verformung nach! Trotzdem ist die Verwendung von metrischen (Fein-)Gewinden als Bewegungsgewinde sehr ungünstig, und Rundgewinde sind eigentlich nur bei sehr stark schmutzenden Betrieb üblich. ------------------ mfg - Leo Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Husky Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Beiträge: 5704 Registriert: 10.07.2002
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erstellt am: 12. Dez. 2006 17:46 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Zitat: Original erstellt von Leo Laimer: Hallo dand,IMHO bist Du da in der falschen Gasse gelandet. Ein normales metrisches (Fein-)Gewinde ist für Positionieraufgaben sehr wenig geeignet, wenn's um Wiederholbarkeit und hohe Auflösung geht. Bei 5µm Positioniergenauigkeit ist IMHO sogar ein Trapezgewinde wenig geeignet, denn Sowas hat bereits eine gröbere Steigungsungenauigkeit von der Fertigung her. Für so genaue Positionierungen brauchts zuerst mal eine sehr genaue Führung, und dann einen Antrieb (kann durchaus eine Spindel sein) die eine Wiederholbarkeit von deutlich besser als 5µm hat. Da wirst Du wahrscheinlich bei geschliffenen Spindeln, ev. mit Gewindeschraubtrieb, landen. Ein Werkzeugbauer sagte mir mal: "Wissen Sie überhaupt was ein µm ist? Wenn Sie sich auf der Toilette 3x die Hände waschen, was dann noch drauf ist, das ist ein µm!" Nebenbei: Wenn die Vorrichtung dann der Zugluft ausgesetzt ist oder in einen anderen Raum transportiert wird laufen die µm davon wie nix!
Hallo Leo,
du stellst für mich eine Welt auf den Kopf ????? Darf ich nicht mehr meiner Mikrometerschraube mit Feingewinde trauen? Wenn ich dir so zuhöre kann ich auf meiner Mikron mit Trapezgewindespindeln nicht exakt fräsen ... am besten gleich auf den Schrott.... Grüße Stefan
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Leo Laimer Ehrenmitglied V.I.P. h.c. CAD-Dienstleister
Beiträge: 26028 Registriert: 24.11.2002 IV bis 2019
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erstellt am: 12. Dez. 2006 18:15 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hallo Stefan, Wenn Du mit einer Mikrometerschraube 1000kg heben und schwellend belasten würdest, würde ich Dir davon abraten, richtig. Und Deine Mikron hat Servoantriebe, die wahrscheinlich die Steigungsungenauigkeiten der Spindeln rausrechnen, ausserdem sind die Spindeln sicherlich geschliffen und reichlich dimensioniert. Übrigens, "unsere" Werkzeugmaschinen haben vorgespannte Kugelumlaufspindeln drin, und die ganzen anderen Dinge die ich vorgeschlagen habe. Das ist aber keine Weisheit von mir, sondern vom Kunden für den ich da manchmal was mache. Der garantiert am Werkstück ein paar µm Genauigkeit. ------------------ mfg - Leo Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
Husky Ehrenmitglied V.I.P. h.c.
Beiträge: 5704 Registriert: 10.07.2002
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erstellt am: 12. Dez. 2006 22:42 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Hallo Leo, ein M6x0,5 Gewinde ist sicher nicht für solche Belastungen gedacht. ein M120x2 schon eher. Die Mikron ist jetzt bald schon 30 Jahr alt, nix mit Servo oder so. Ganz konventionell und doch sehr genau. Desweiteren kenne ich einige so alte Hobel deren Präzision deutlich unter 5µ liegt. Was brauchts als minimum ? Ein Führung die das mitmacht(Linearwälzführung), eine Spindel die das trägt(zBsp ein Trapezspindel) und ein Messystem die das auflöst(Glassmaßstab 1µ). Muß ja nicht die Kurbel mit Skala und Nonius sein... M12 ist aber sicher etwas zu zierlich, rein aus dem Bauch würde ich schon einen Durchmesser von 40mm anpeilen. Grüße Stefan
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adamsh Mitglied Forschung und Entwicklung
Beiträge: 842 Registriert: 27.05.2006 Halbwegs Systemadministration und -entwurf....
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erstellt am: 12. Dez. 2006 22:50 <-- editieren / zitieren --> Unities abgeben: Nur für dand
Zitat: Original erstellt von Husky: Hallo Leo, du stellst für mich eine Welt auf den Kopf ?????
Er stellte die Welt wieder auf die Fuesze...... Zitat:
Darf ich nicht mehr meiner Mikrometerschraube mit Feingewinde trauen?
Nicht, wenn DU sie mit den Massenkraeften einer Tonne (1000kg) belastest.... Zitat:
Wenn ich dir so zuhöre kann ich auf meiner Mikron mit Trapezgewindespindeln nicht exakt fräsen ... am besten gleich auf den Schrott....
Nein, waeren Vorschubantriebe so mickrig, haettest Du Recht.... Wie es in der Praxis gemacht wird, zeigen Dir u.a. Waldrich/Coburg und, sollte es IT4 oder IT5 sein, ein Bohrwerkshersteller in Genf.... Zitat:
Grüße Stefan
Sieh es positiv, Du hast die Chance, nachzulernen, stellt HA fest Eine Antwort auf diesen Beitrag verfassen (mit Zitat/Zitat des Beitrags) IP |
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