Шариковый винт: Поддержание положения оси Z при выключенном двигателе

Question

Шариковый винт: Поддержание положения оси Z при выключенном двигателе

Я создаю 3D-принтер размером 500 х 500 х 500 квадратных метров. Для оси Z я планирую использовать этот линейный привод.

Максимальный вес, с которым может столкнуться ось Z, составляет 15 кг из-за того, что это глиняный принтер. Один линейный привод может, в соответствии со спецификациями, поднимать 10 кг. Поэтому я планирую использовать два из них.

Мой вопрос заключается в шариковом винте с шагом 4 мм или 5 мм, сможет ли он сохранить свое положение, когда двигатель обесточен под нагрузкой 15 кг, разделяемой двумя системами.

Как влияет на это диаметр стержня??

Есть ли какой-нибудь способ найти это??

@Athul, 👍3

Обсуждение

Вопрос о нагрузке зависит от конструкции. Какой дизайн вы хотите? Prusa "печатающая головка движется вверх" или что-то вроде гиперкуба с движущейся вниз печатающей платформой? Не могли бы вы дать нам хотя бы набросок?, @Trish

3 ответа

@*Tom van der Zanden* · Answer 1 · 2018-09-19 08:06-00:00

▲ 6

Мой вопрос заключается в шариковом винте с шагом 4 мм или 5 мм, сможет ли он сохранить свое положение при отключении двигателя под нагрузкой 15 кг, разделяемой двумя системами.

Крутящий момент фиксатора типичного шагового двигателя NEMA 23 колеблется примерно от 3 до 7 Н·см. Это крутящий момент, возникающий, когда обмотки не находятся под напряжением.

Используя этот калькулятор крутящегомомента свинцового винта, вы можете обнаружить, что крутящий момент, необходимый для свинцового винта диаметром 12 мм с шагом 4 мм для удержания нагрузки 75 Н, составляет около 5 Н·см - при условии отсутствия трения. Если есть трение, то требуемый крутящий момент будет ниже.

Таким образом, требуемый крутящий момент почти равен или, возможно, даже превышает крутящий момент фиксатора. Поэтому вам не следует рассчитывать на обесточенный двигатель, удерживающий платформу сборки. На практике вы можете увидеть, что трения достаточно, чтобы удержать платформу сборки, но любого возмущения (например, когда кто-то врезается в принтер) достаточно, чтобы свинцовые винты начали вращаться и платформа упала, как камень.

Как влияет на это диаметр стержня?

Увеличение шага также увеличивает требуемый крутящий момент (поэтому используйте свинцовый винт с меньшим шагом). Диаметр не влияет непосредственно на крутящий момент, но больший диаметр увеличивает трение и поэтому полезен.

19 сен 18, @Tom van der Zanden

Все это хорошо и хорошо, но можно также увеличить несущую способность с помощью некоторых конструктивных приемов, например, установить Z не прямо, а наклонно. Это действительно изменяет шаги/мм в пользу превращения части вертикальной силы веса в горизонтальную силу, пытающуюся сдвинуть плиту, о которой позаботятся другие части конструкции (рельсы)., @Trish

@Trish, но вопрос не в этом. Кроме того, я не уверен, что это очень практичный дизайн., @Tom van der Zanden

это если вам отчаянно нужно уменьшить нагрузку и вы можете использовать контакт в пазу или ползунок на рельсе в качестве соединения между Z-двигателем и столом. Это не самое простое решение, но оно использует закон Аристотеля о рычагах: мы получаем более длинный путь для каждого увеличения высоты, но нам нужно прикладывать меньше силы. С наклонной Z-рейкой под углом 45° можно было бы достичь теоретической несущей способности, вдвое превышающей расчетную нагрузку, *но* необходимо учитывать ту же силу, пытающуюся переместить стол горизонтально, что требует очень жесткой задней направляющей/боковых направляющих для противодействия, @Trish

побочным эффектом наклона Z-приводов было бы уменьшение Z-шага по мере увеличения числа шагов/мм., @Trish

@Trish Обратите внимание, что [комментарии не предназначены для вторичного обсуждения](https://3dprinting.stackexchange.com/help/privileges/comment) или предоставление альтернативных ответов. Вопрос только в том, выдержит ли данный ведущий винт заданный вес, и мой ответ касается этого. Он не требует альтернативных решений., @Tom van der Zanden

Использование нулевого коэффициента трения в ваших расчетах было бы неточным. Никакое сопряжение шарика/ходового винта не будет иметь нулевого трения. В зависимости от материала, используемого в обоих, будет изменяться коэффициент трения. Используя наименьшее из приведенных измерений (0,04), у вас будет крутящий момент 9,59 Н-см, увеличивающийся до 28,9 Н-см на верхнем конце. С двумя шаговыми двигателями это было бы удвоено. Во-вторых, линейные приводы, показанные OP, также имеют направляющие рельсы. Это также увеличивает их удерживающую способность, когда двигатели не находятся под напряжением. Реалистично, я не думаю, что это будет проблемой, чтобы задержать события., @Pᴀᴜʟsᴛᴇʀ2

@PᴀᴜʟSᴛᴇʀ2 У меня есть принтер, который использует два шаговых (хотя и nema 17) с винтами с шагом 8 мм для удержания небольшого стола (200 мм x 300 мм) и имеет сопутствующие линейные направляющие. Я знаю по опыту, что он падает, как камень, если вы даже посмотрите на него неправильно, когда он обесточен. По общему признанию, у меня вдвое больший шаг и шаговые двигатели с половиной крутящего момента фиксации, но мой стол весит всего 1-2 кг. Я бы не стал полагаться на трение компонентов, которые должны обеспечивать плавное движение, чтобы удерживать мой 15-килограммовый печатный стол на месте., @Tom van der Zanden

@TomvanderZanden Я не смог найти резьбовую дорогу с большим диаметром и шагом 1,25 мм. В настоящее время я использую диаметр 8 мм с шагом 1,25 мм. Он удерживает положение, но я знаю, что со временем он согнется. Также проблема с резьбовыми стержнями в том, что они сильно раскачиваются. Я думаю, что делаю что-то не так при расчете крутящего момента. При диаметре шага = 12 мм, силе = 75 Н, плотности резьбы 6,35 при коэффициенте трения = 0,2 значение, которое я получил, составило 14,1 и -4,32 Нсм, @Athul

Будет ли он более стабильным для 16 дюймов в диаметре и 5 мм в диаметре, @Athul

@Athul Больший шаг означает увеличение крутящего момента, что делает его менее стабильным. Больший диаметр означает большее трение, что делает его более стабильным. Невозможно узнать, какой из них будет более стабильным, не зная точного коэффициента трения., @Tom van der Zanden

@TomvanderZanden Можете ли вы объяснить, как вы получили крутящий момент 5 Нсм? При диаметре шага = 12 мм, силе = 75 Н, плотности резьбы 6,35 при коэффициенте трения = 0,2 значение, которое я получил, составило 14,1 и -4,32 Нсм, @Athul

@Athul, потому что я использовал коэффициент трения 0. 0,2 находится на самом высоком уровне возможных коэффициентов трения. Мы не знаем точного коэффициента трения, и я не хочу строить никаких предположений. Поэтому я был очень консервативен в своих расчетах. Если я использую калькулятор с коэффициентом трения 0,1 с параметрами моего собственного принтера, он говорит мне, что он должен легко удерживать стол, но это не так., @Tom van der Zanden

@TomvanderZanden Любая идея, что указывает отрицательное значение. Это просто для представления крутящего момента в нижней палате?? Если расчетное значение отрицательное, а момент фиксации положительный, что это значит?, @Athul

Если расчетное значение меньше момента фиксации, то теоретически ось останется на месте., @Tom van der Zanden

@*Trish* · Answer 2 · 2018-09-19 13:12-00:00

Давайте вытащим физику...

У нас есть нагрузка 15 кг, что составляет весовое усилие 147,15 Н, ПЛЮС стол. Давайте примем во внимание около двух килограммов стола и кабелей, которые тоже нужно нести, так что 166,77 Н.Это с погрешностью 150 Н, что значительно упрощает расчеты, так что давайте просто предположим, что. $$F_{g_\текст{всего}}=166\текст N$$

Давайте предположим, что мы используем 2 ходовых винта, один левый, один правый, и оба идут точно вертикально. Тогда мы получаем, что нагрузка равна половине, поэтому $$F_{g_\text{на лид}}=83\text N$$

Теперь давайте посмотрим на технические характеристики ходового винта: Шаг 4 мм, диаметр 12 мм. Для калькулятора нам нужен Диаметр шага (=Диаметр) и Плотность резьбы (=Резьбы/см), поэтому я открываю таблицу преобразования шага и смотрю под шагом 4 мм. Кроме того, мы проверяем таблицу и получаем промежуточный коэффициент трения "сталь о сталь" 0,2 для сухого или 0,15 для смазанного.

Результаты, которые я получаю с этими числами, составляют $\tau_\текст{сухой}=-0.0478\текст{ Нм}$ и $\tau_\текст{смазанный}-0.0222\текст{ Нм}$ соответственно. Это крутящий момент, который необходимо приложить к нашим двигателям, чтобы сдвинуть его вниз. Подождите, это число отрицательное?! Да, это так, и это на самом деле неплохой знак:

Давайте предположим, что нить более высокого тона. Например, ДЕЙСТВИТЕЛЬНО высокая: 1 поворот на дюйм. Одна ниточка. Это в значительной степени "прямолинейно". Калькулятор выдает нам результат $\tau_\text{сухой,суперскоростной}=0,273\text{ Нм}$ за коэффициент трения 0,2, с которым двигателю нужно было бы продолжать работать, чтобы он не двигался.

Итак, когда мы остаемся, когда нам переезжать? Ну, если $\tau_\текст{вычисляется}>\tau_\текст{задерживается}$, он перемещается вниз сам по себе. если $\tau_\текст{вычисляется}> Значение $\tau_\text{detent}= 0,027\text{ Nm}$ для NEMA 23 одной длины. Наш отрицательный крутящий момент просто означает, что нам нужно приложить дополнительный крутящий момент, чтобы преодолеть трение, прежде чем мы запустим стол.

Это означает, что при нагрузке 15 кг (+2 кг стол) следует ожидать, что стол останется на месте. Если бы вы использовали более гладкую комбинацию материалов, вы могли бы начать скользить.

Всегда помните, что есть предостережение о преодолении силы удержания при коротком ударе или применении силы непосредственно к стержням при столкновении с ними. Если механизм начинает вращаться, трение гайки на стержне и двигателя-это все, что может привести к поломке машины.

@*user77232* · Answer 3 · 2018-09-20 15:57-00:00

Добавляя к другим более научным ответам здесь. Сила обратного хода будет перемещать ходовые винты в зависимости от сцепления между ходовым винтом и гайкой. Если бы это было меньше трения, то оно всегда будет скользить. В основном вам нужно, чтобы ходовой винт не поворачивался, пока машина выключена. Вы можете сделать базовую электромагнитную муфту, которая добавит некоторое сопротивление повороту, используя двухполюсные реле двойного хода, чтобы замкнуть провода двигателя на землю при выключенном питании. Вы можете проверить это самостоятельно, просто соединив все подводящие провода вместе, а затем попробуйте повернуть шпиндель двигателя вручную.

Concept of an electromagnetic brake

https://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_brake