Vite di comando - Leadscrew
Una vite di comando (o vite di comando ), nota anche come vite di alimentazione o vite di traslazione , è una vite utilizzata come collegamento in una macchina, per tradurre il movimento di rotazione in movimento lineare . A causa dell'ampia area di contatto strisciante tra i loro membri maschio e femmina , le filettature delle viti hanno maggiori perdite di energia per attrito rispetto ad altri collegamenti . Non sono in genere utilizzati per trasportare alta potenza, ma più per l'uso intermittente in attuatori a bassa potenza e meccanismi di posizionamento. Le viti sono comunemente utilizzate negli attuatori lineari , nelle slitte delle macchine (come nelle macchine utensili ), nelle morse , nelle presse e nei martinetti . Le viti sono un componente comune negli attuatori lineari elettrici.
Le madreviti sono fabbricate allo stesso modo delle altre forme di filettatura (possono essere rullate, tagliate o rettificate ).
Una madrevite viene talvolta utilizzata con un dado diviso chiamato anche mezzo dado che consente di disimpegnare il dado dalle filettature e spostarlo assialmente, indipendentemente dalla rotazione della vite, quando necessario (come nella filettatura a punto singolo su un tornio manuale). Un dado diviso può essere utilizzato anche per compensare l'usura comprimendo le parti del dado.
Una madrevite idrostatica supera molti degli svantaggi di una normale madrevite, avendo un'elevata precisione di posizionamento, un attrito molto basso e un'usura molto bassa, ma richiede un'alimentazione continua di fluido ad alta pressione e una fabbricazione ad alta precisione che porta a un costo significativamente maggiore rispetto alla maggior parte degli altri collegamenti a movimento lineare .
tipi
Le viti di potenza sono classificate in base alla geometria della loro filettatura . Le filettature a V sono meno adatte per le madreviti rispetto ad altre come Acme perché hanno più attrito tra le filettature. Le loro filettature sono progettate per indurre questo attrito per evitare che il dispositivo di fissaggio si allenti. Le madreviti, d'altra parte, sono progettate per ridurre al minimo l'attrito. Pertanto, nella maggior parte degli usi commerciali e industriali, le filettature a V sono evitate per l'uso delle madreviti. Tuttavia, le filettature a V sono talvolta utilizzate con successo come madreviti, ad esempio su microtorni e microfrese.
Filetto quadrato
I fili quadrati prendono il nome dalla loro geometria quadrata. Sono i più efficienti , avendo il minor attrito , quindi sono spesso utilizzati per viti che trasportano alta potenza. Ma sono anche i più difficili da lavorare e quindi i più costosi.
Filettatura trapezia / Filettatura trapezoidale
Le filettature Acme hanno un angolo di filettatura di 29° , che è più facile da lavorare rispetto alle filettature quadre. Non sono efficienti come le filettature quadrate, a causa dell'aumento dell'attrito indotto dall'angolo della filettatura. Le filettature acme sono generalmente anche più resistenti delle filettature quadrate grazie al loro profilo della filettatura trapezoidale, che fornisce maggiori capacità di carico.
Filo contrafforte
I fili del contrafforte sono di forma triangolare. Questi vengono utilizzati quando la forza di carico sulla vite viene applicata solo in una direzione. Sono efficienti quanto le filettature quadrate in queste applicazioni, ma sono più facili da produrre.
Vantaggi e svantaggi
I vantaggi di una madrevite sono:
- Grande capacità di carico
- Compatto
- Semplice da progettare
- Facile da fabbricare; non sono richiesti macchinari specializzati
- Grande vantaggio meccanico
- Movimento lineare preciso e accurato
- Facile, silenzioso e con poca manutenzione
- Numero minimo di parti
- La maggior parte sono autobloccanti (non possono essere guidati all'indietro)
Gli svantaggi sono che la maggior parte non sono molto efficienti. A causa della bassa efficienza non possono essere utilizzati in applicazioni di trasmissione di potenza continua. Hanno anche un alto grado di attrito sui fili, che può usurarli rapidamente. Per filettature quadre è necessario sostituire il dado; per filettature trapezoidali è possibile utilizzare un dado diviso per compensare l'usura.
alternative
Le alternative all'azionamento tramite vite includono:
- Viti a ricircolo di sfere e viti a rulli (a volte classificate come tipi di madreviti piuttosto che in contrapposizione)
- Potenza fluida (cioè idraulica e pneumatica )
- Gear treni (ad esempio, le unità a vite senza fine , cremagliera e pignone unità)
- Attuazione elettromagnetica (ad es. solenoidi )
- Attuazione piezoelettrica
Meccanica
La coppia necessaria per sollevare o abbassare un carico può essere calcolata "srotolando" un giro di un filo. Questo è più facilmente descritto per una filettatura quadrata o di sostegno poiché l'angolo della filettatura è 0 e non ha alcuna incidenza sui calcoli. Il filo non avvolto forma un triangolo ad angolo retto in cui la base è lunga e l'altezza è il piombo (nella foto a destra). La forza del carico è diretta verso il basso, la forza normale è perpendicolare all'ipotenusa del triangolo, la forza di attrito è diretta nella direzione opposta alla direzione del moto (perpendicolare alla forza normale o lungo l'ipotenusa), e un immaginario La forza di "sforzo" agisce orizzontalmente nella direzione opposta alla direzione della forza di attrito. Utilizzando questo diagramma a corpo libero è possibile calcolare la coppia necessaria per sollevare o abbassare un carico:
Materiale della vite | Materiale del dado | |||
---|---|---|---|---|
Acciaio | Bronzo | Ottone | Ghisa | |
Acciaio, secco | 0,15-0,25 | 0,15–0,23 | 0,15–0,19 | 0,15-0,25 |
Acciaio, olio per macchine | 0,11–0,17 | 0.10–0.16 | 0.10–0.15 | 0,11–0,17 |
Bronzo | 0,08–0,12 | 0,04–0,06 | - | 0,06-0,09 |
dove
- = coppia
- = carico sulla vite
- = diametro medio
- = coefficiente di attrito (i valori comuni si trovano nella tabella adiacente)
- = piombo
- = angolo di attrito
- = angolo di anticipo
Sulla base dell'equazione si può trovare che la vite è autobloccante quando il coefficiente di attrito è maggiore della tangente dell'angolo di attacco. Un confronto equivalente si ha quando l'angolo di attrito è maggiore dell'angolo di anticipo ( ). Quando questo non è vero, la vite si sposterà all'indietro o si abbasserà sotto il peso del carico.
Efficienza
L'efficienza, calcolata utilizzando le equazioni di coppia di cui sopra, è:
Angolo di filettatura diverso da zero
Per le viti che hanno un angolo di filettatura diverso da zero, come una filettatura trapezoidale, questo deve essere compensato poiché aumenta le forze di attrito. Le equazioni seguenti tengono conto di questo:
dove è la metà dell'angolo di filettatura.
Se la vite ha un collare su cui scorre il carico, anche le forze di attrito tra l'interfaccia devono essere prese in considerazione nei calcoli della coppia. Per la seguente equazione si assume che il carico sia concentrato sul diametro medio del collare ( ):
dove è il coefficiente di attrito tra il collare sul carico ed è il diametro medio del collare. Per i collari che utilizzano cuscinetti reggispinta la perdita per attrito è trascurabile e l'equazione di cui sopra può essere ignorata.
L'efficienza per angoli di filettatura diversi da zero può essere scritta come segue:
Combinazione di materiali | Di partenza | Corsa |
---|---|---|
Acciaio dolce/ghisa | 0.17 | 0.12 |
Acciaio temprato/ghisa | 0.15 | 0.09 |
Acciaio dolce / bronzo | 0.10 | 0.08 |
Acciaio temprato / bronzo | 0.08 | 0.06 |
Velocità di marcia
Materiale del dado | Carichi sicuri (psi) | Carichi sicuri (bar) | Velocità (fpm) | Velocità (m/s) |
---|---|---|---|---|
Bronzo | 2.500-3.500 psi | 170–240 bar | Bassa velocità | |
Bronzo | 1.600-2.500 psi | 110–170 bar | 10 fpm | 0,05 m/s |
Ghisa | 1.800-2.500 psi | 120–170 bar | 8 fpm | 0,04 m/s |
Bronzo | 800-1.400 psi | 55–97 bar | 20–40 piedi al minuto | 0,10–0,20 m/s |
Ghisa | 600–1.000 psi | 41–69 bar | 20–40 piedi al minuto | 0,10–0,20 m/s |
Bronzo | 150–240 psi | 10–17 bar | 50 fpm | 0,25 m/s |
La velocità di marcia per una vite (o vite a ricircolo di sfere) è tipicamente limitata, al massimo, all'80% della velocità critica calcolata . La velocità critica è la velocità che eccita la frequenza naturale della vite. Per una vite in acciaio o una vite a ricircolo di sfere in acciaio, la velocità critica è di circa
dove
- = velocità critica in RPM
- = diametro più piccolo (radice) della madrevite in pollici
- = lunghezza tra i supporti dei cuscinetti in pollici
- = .36 per un'estremità fissa, un'estremità libera
- = 1.00 per entrambe le estremità semplice
- = 1.47 per un'estremità fissa, un'estremità semplice
- = 2.23 per entrambe le estremità fisse
In alternativa utilizzando unità metriche:
dove le variabili sono identiche a quelle sopra, ma i valori sono in millimetri ed è come segue:
- = 3,9 per supporti fissi liberi
- = 12,1 per entrambe le estremità supportate
- = 18,7 per struttura a supporto fisso
- = 27,2 per entrambe le estremità fisse
Guarda anche
Riferimenti
Bibliografia
- Bhandari, VB (2007), Progettazione di elementi meccanici , Tata McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-061141-2.
- Martin, Joe (2004), Lavorazione da tavolo: un approccio di base alla realizzazione di piccoli pezzi su macchine utensili in miniatura , Vista, California, USA: Sherline, Inc., ISBN 978-0-9665433-0-8. Pubblicato originariamente nel 1998; contenuto aggiornato ad ogni tiratura, simile a una "edizione riveduta". Attualmente alla quarta tiratura.
- Shigley, Joseph E.; Mischke, Charles R.; Budynas, Richard Gordon (2003), Progettazione di ingegneria meccanica (7a ed.), McGraw Hill, ISBN 978-0-07-252036-1.