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Thema: Mechanische Kraft eines Antrieb ermitteln/schätzen

  1. #1
    Kiam
    Gast

    Mechanische Kraft eines Antrieb ermitteln/schätzen

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    Hallo Forenmitglieder,

    ich habe einen DC-Getriebe-Motor (12V, 60 Umdrehungen pro Minute, Angabe 0,41 Ncm).
    An diese Achse soll eine Gewindestange M8 vertikal eine Mutter bewegen.

    Mit welchem Gewicht könnte ich die Mutter belasten bzw schafft der Motor das ?

    Physik ist nicht so meine Sache und die Formeln im Netz ... da steige ich nicht ganz durch ...

    Könnt ihr mir hier auf die Sprünge helfen ?

    Kiam

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Mit welchem Gewicht könnte ich die Mutter belasten bzw schafft der Motor das ?
    Größenordnungsmäßig etwa 0,25 bis 0,3 kg. Ich habe zu dieser Abschätzung aus einer Tabelle für Anzugsmoment und Vorspannkraft von M8x1,25 den Wert zum Anzugsmoment (42Nm bei Festigkeitsklasse 12.9) gesucht. Das ist etwa um den Faktor 10000 mehr als Dein Motor schafft. Entsprechend wird sich die Vorspannkraft von 28 kN um den Faktor 10000 verringern auf etwa 2,8N. Genau rechnen kann man so etwas nicht. M-Gewinde haben viel Reibung, die sich hartnäckig einer genauen Berechnung entzieht. Auch unbekannt sind die Reibungsverluste im Stützlager, ein Anteil dieser Verluste ist aber schon in der Berechnung der Vorspannkraft berücksichtigt. Trotzdem wird man sorgfältig und reibungsarm aufbauen müssen um den Wert zu erreichen.

  3. #3
    Super-Moderator Lebende Robotik Legende Avatar von Manf
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    Für einen Rechenansatz kann man das System auch erst einmal reibungsfrei betrachten und dann aus Erfahrung die erheblichen Reibungsverluste hinzufügen.

    Demnach dreht der Motor mit einer Winkelgeschwindigkeit von (2pi*Upm/60) 6,28/s und hat ein Moment von 4,1mNm.
    Das entspricht einer Leistung von 26mW, oder bei 12V einer Stromaufnahme von 2mA (ohne Motorverluste).

    An der Stelle sollte man noch einmal nachsehen, ober das Motormoment vor dem Getriebe angegeben ist.
    Sonst ist er sicher etwas klein um ausgerechnet mit einem M8 Gewindestange zu arbeiten.
    Mit einer feineren Konstruktion hat man auch weniger Verluste.

    Setzt man die Leistung von 26mW zum Anschieben mit einer Geschwindigkeit von 1,25mm/s um, dann ergibt sich ohne Verluste eine Kraft von P/v also 20N. Damit könnte man ohne Verluste 2kg anheben. Die Verluste beim Einsatz einer M8 Gewindestange können leicht bei 75% bis 90% oder mehr liegen. Das deckt sich dann mit der Betrachtung oben.
    Bei nur 26mW Antriebsleistung kann die Konstruktion auch leicht in der Haftung stecken bleiben.

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Geistesblitz
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    Würde auch sagen, dass das nicht die Drehmomentangabe ist, die du brauchst. Ich hab hier einen kleinen Getriebemotor, der 78 U/min macht und bei Blockieren 2Nm erzeugt (Nenndrehmoment liegt bei 0,4Nm). Selbst wenn das die Drehmomentangabe vor dem Getriebe sein sollte, kann man das hinter dem Getriebe zwar abschätzen, allerdings ohne die Getriebeverluste.
    AI - Artificial Idiocy

  5. #5
    Kiam
    Gast
    Mir ist ein Fehler unterlaufen: es sind 0,41 Nm statt 0,41 Ncm.
    Es wäre dieser Getriebemotor:

    http://www.pollin.de/shop/dt/ODE1OTg...FSoEwwod-I0I7A

    Mit was kann ich dann rechnen so über den Daumen ? Um die Reibungsverluste etwas zu verringern denke ich an etwas Teflonspray ans Gewinde.

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Roboter Genie Avatar von White_Fox
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    ich habe einen DC-Getriebe-Motor (12V, 60 Umdrehungen pro Minute, Angabe 0,41 Ncm).
    An diese Achse soll eine Gewindestange M8 vertikal eine Mutter bewegen.

    Mit welchem Gewicht könnte ich die Mutter belasten bzw schafft der Motor das ?
    Hast du zu deinem Motor vielleicht auch eine Leistungsangabe oder einen Nennstrom? Damit könnte man die Leistung besser abschätzen um dir zu helfen.

  7. #7
    Kiam
    Gast
    Nur noch das Diagramm im Datenblatt dass man bei dem Link von Pollin herunteraden kann.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    es sind 0,41 Nm statt 0,41 Ncm
    Dann wären es so um die 25 bis 30 kg Last (Abschätzung wie in Post #2).
    Wenn die Last als Druckspannung in die Gewindestange eingeleitet werden soll darf sie nicht zu lang sein, wegen Gefahr des Knickens.
    Teflonspray: geht im Prinzip aber immer nur solange wie es eben geht. Über längere Zeit ist damit kein Reibwert aufrecht zu erhalten, außer man schmiert immer wieder neu. Eventuell sollte man über Messing als Material für entweder Mutter oder Gewindestange nachdenken, das läuft erfahrungsgemäß leichter als Stahl auf Stahl.

  9. #9
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von Geistesblitz
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    Genau die Motoren hab ich auch da
    Ich hab mir mal die Gewindestangen im Baumarkt genauer angeguckt, die Edelstahlstangen haben meist eine ganz brauchbare Präzision. Mir wurde da mal ein Trick verraten, einfach zwei Muttern nehmen, eine raufdrehen und die andere dann vorsichtig gegen die andere Mutter drehen. Verkanten die Muttern sofort, ist das Gewinde Mist, lässt sich die erste Mutter mit der zweiten weiter drehen ist es gut. Dazu dann eine Messingmutter und das sollte dann als Spindelantrieb gut gehen.

    Übrigens komm ich bei meiner Rechnung auf einen Idealwert von über 200kg, mit Einbeziehung der Reibungsverluste sollte davon aber noch zumindest die Hälfte übrig bleiben. Wenn ich die Formel F=2*Pi*M/s mit M: Drehmoment und s: Spindelsteigung nehm, erhalte ich 2060,88N. Mit ca. 75mm/min ist es aber dafür auch recht langsam. Vielleicht doch ein größeres Gewinde mit größerer Steigung verwenden?
    AI - Artificial Idiocy

  10. #10
    Kiam
    Gast
    Ich wäre mit 15 kg schon voll zufrieden ...

    Ich baue demnächst das Ganze in eine vernünftige und stabile Hebevorrichtung (mit 2 Teleskopschienen jeweils an den Seiten und an einer Holzkonstruktion befestigt. Querstrebe darüber und der Motor mit Gewindestange darunter. Im Keller fand ich noch Edelstahlstangen (20 cm lang) M16x1,5 mit Edelstahlmuttern.
    Eine Idee das ganze zu verbinden - ohne das es gleich zerlegt - habe ich auch schon.

    Das mit dem Gewindetest ist gut. Probiere ich dann aus und öle es gut ein.

    Es soll langsam fahren, das ist beabsichtigt. Und dann will ich es genau wissen wieviel kg es wirklich schafft ohne den Motor zu quälen. Allerdings wird dabei der Strom ansteigen. Kann ich die Angabe im Datenblatt als max. Grenzwert nehmen ? Das heißt wenn der Strom darüber steigt dann bin ich über die Belastungsgrenze des Motors und er kann Schaden nehmen ? Also kann ich das max Gewicht danach bemessen wieviel Strom dieser dann zieht ?

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