Comment déterminer la taille du moteur pour votre projet?
Dans cette leçon, vous apprendrez les informations nécessaires pour vous aider à dimensionner le moteur en fonction de la charge utile, de la vitesse, de l'accélération et d'autres exigences nécessaires à l'application souhaitée.
Cette section vous aidera avec les procédures et la compréhension des unités de mesure à sélectionner le moteur optimal pour une application servo ou pas à pas particulière.
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Le processus de sélection du servomoteur nécessite un certain nombre de calculs que vous devez comprendre, ainsi que les unités de mesure utilisées dans les équations pour vous familiariser.
Certains apprenants aimeront effectuer les calculs manuellement (nous allons brièvement décrire et décrire certains des calculs plus loin dans cette leçon), tandis que d’autres préfèrent utiliser l’un des nombreux programmes en ligne disponibles pour vous aider avec toutes les spécifications nécessaires du servo. moteur requis pour votre projet et vous familiariser avec le processus de sélection du servomoteur.
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Le résultat final visé par cette leçon est de vous expliquer comment obtenir les spécifications de vitesse maximale, de couple de charge et de moment d'inertie afin de fournir au fabricant de moteurs servo et pas à pas l'aide d'un outil de dimensionnement de moteur logiciel.
Commençons par examiner quelques termes clés et les unités de mesure utilisées pour déterminer la taille de votre servomoteur.
1. Moment d'inertie
Moments d'inertie quantifie la résistance d'un objet physique à l'accélération angulaire. Les moments d'inertie correspondent au mouvement de rotation, tandis que la masse correspond au mouvement linéaire.
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Par exemple, lorsque vous voyagez dans un train ou dans un autre véhicule, avez-vous remarqué comment vous continuez d'avancer quand il s'arrête? Eh bien, vous venez de vivre l'inertie!
En général, le moment d’inertie d’un objet dépend de sa forme et de la répartition de la masse au sein de cette forme. En effet, plus la concentration de matière loin du centre géométrique de l’objet est grande, plus le moment d’inertie de cet objet sera important.
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Le moment d'inertie varie en fonction de l'axe de rotation spécifié.
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Autre exemple d'inertie, imaginez une rondelle de glace posée sur un étang gelé. Il faut une certaine force pour mettre la rondelle en mouvement.
Plus la masse est importante, plus il faudra de la force pour déplacer la rondelle. Il en va de même si la rondelle glisse le long de la glace. Il continuerait à glisser jusqu'à ce qu'une force soit appliquée pour arrêter la rondelle.
Plus la rondelle est massive, plus il faudra de la force pour arrêter le mouvement de la rondelle.
Les moments d'inertie et d'inertie sont des mesures; Ils mesurent la résistance à un changement d'état. La «masse d'inertie» est définie comme la force requise pour «l'accélération» et le «moment d'inertie» est défini comme le couple nécessaire pour «l'accélération angulaire».
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Plus l'inertie de l'objet est grande, plus il faut de force pour modifier la vitesse dans un temps donné.
L'unité de mesure SI du moment d'inertie est «un kilogramme mètre carré». Dans les équations, il est généralement représenté par la variable «I».
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1-1. Masse
Passons maintenant à quelques exemples de calcul des moments d’inertie de différentes formes géométriques.
L'une des variables de la détermination de l'inertie est la masse. La masse est définie comme la quantité de matière qu'un objet a. Une des qualités de la masse est son inertie. Pour déterminer la masse dans un sens, vous devez connaître la densité et le volume de la charge que vous déplacez.
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1-1-1. Densité
La densité mesure l'étanchéité de la matière d'un objet. Chaque matériau a sa propre densité, que vous pouvez rechercher en ligne ou dans un manuel. L'unité scientifique de densité est «kilogrammes par mètre cube».
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1-1-2. Le volume
Le volume est la quantité d'espace occupée par l'objet. Le volume des solides est mesuré en «mètres cubes».
Enfin, Mass est égal à «Density Times Volume». La variable "m" est ici le symbole défini comme la masse. La masse est une mesure de l'inertie d'un objet.
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Très bien, vous connaissez maintenant certaines des définitions de données nécessaires pour pouvoir déterminer comment déterminer la taille du moteur de votre projet.
Le logiciel de dimensionnement de moteur utilisé dans cette leçon nous aidera à effectuer les calculs afin de simplifier le dimensionnement du bon servomoteur ou moteur pas à pas.
L’outil logiciel de ce fabricant fournit également un utilitaire pour vous aider avec les calculs tels que les moments d’inertie ou la détermination de la masse.
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Commençons maintenant par les étapes pour dimensionner votre servomoteur.
De nombreux outils logiciels offrent de nombreuses solutions pour la commande de mouvement de vis, de courroie, de pignon et crémaillère, d’alimentation en rouleau, de table d’indexage et de bras. Avec notre exemple d'application, nous sélectionnons la nécessité de contrôler la rotation d'un «mécanisme de bras».
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2. Couple de charge
Ensuite, vous devrez déterminer le couple nécessaire à l’application de mouvement. Rappelez-vous que le couple est le "muscle" nécessaire à la rotation d'un mécanisme et provient de trois sources différentes:
1. Accélérer l’inertie du mécanisme,
2. friction,
3. Les forces externes telles que la pression contre un objet ou la gravité.
C'est la partie la plus difficile à calculer avec précision. Calculez l'inertie de chaque composant du système et ajoutez les valeurs.
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Les formules permettant de calculer l’inertie de rotation sous différentes formes sont facilement disponibles sur Internet.
Dans notre exemple de programme, nous déterminerons le moment d’inertie en répondant aux questions sur la rotation du bras dans le plan vertical et en définissant les dimensions du bras; “A” de 200 millimètres de long et “B” et “C” de 50 millimètres de largeur et de hauteur.
Nous n'utiliserons pas de boîte de vitesses pour la réduction de vitesse et le contrôle de couple. La "densité" du matériau sera basée sur "l'aluminium" dans lequel est déterminé par le logiciel.
Vous pouvez également, avec ce logiciel de dimensionnement, changer le mode de calcul en «masse» et entrer la masse en kilogrammes. Nous avons sélectionné l'entrée de 1,4 kg pour cet exemple. Il existe de nombreux programmes en ligne permettant de calculer la masse d’un objet.
En interne et en coulisse, le logiciel multiplie l’accélération par l’inertie de la charge pour calculer le couple d’accélération de la charge.
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Le logiciel calculera également les forces de friction pour les charges de glissement, les forces de gravité pour les charges verticales et toutes les forces externes.
Ensuite, chaque force est multipliée par le rayon sur lequel elle agit (appelée "moment") pour calculer le couple.
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Le logiciel calcule ensuite le couple de pointe en additionnant toutes les valeurs de couple dans le pire des cas. Cela se produit généralement lorsque l'accélération est la plus rapide ou lorsqu'il y a le plus de masse sur la machine.
Additionner les valeurs de couple dues aux forces externes, à la gravité et au frottement pour calculer l'exigence de couple continu est fastidieux sans l'aide d'un logiciel.
3. vitesse
Nous allons maintenant définir le profil de mouvement de l’application. Nous utiliserons un moteur de type servo et utiliserons la méthode de calcul du montant de la course. Nous utilisons ce que l’on appelle un profil trapézoïdal et nous n’aurons besoin que de fournir la vitesse d’accélération et de décélération de 1,5 seconde, la durée du trajet de 3 secondes et la quantité de mouvement en degrés.
Nous allons faire tourner le bras trois fois (360 degrés fois 3 est égal à 1080 degrés). Après quoi, le moment d’inertie de 139,183 x 10-4 kg · m2 (kilogramme mètre carré) est calculé automatiquement.
Pour les équipements qui effectuent des opérations répétitives, indiquez les vitesses de moteur requises tout au long du cycle. Assurez-vous de prendre en compte le temps d'accélération et de décélération.
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L'écran suivant affiche les conditions de fonctionnement du moteur calculées suggérant une vitesse maximale de 120 tr / min, un couple de charge de 1,098 N⋅m et enfin un moment d'inertie de 139,183 x 10-4 kg · m2.
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Le fabricant fournit souvent une assistance supplémentaire lors de la sélection d'un moteur avec différentes questions de classification.
L'ajout d'un frein électromagnétique, par exemple, aidera à maintenir la charge en place lorsque l'alimentation est coupée ou au repos. Et c’est toujours une bonne idée d’ajouter un facteur de sécurité pour couvrir tout changement supplémentaire à venir et les variations de charge non déterminées.
À ce stade, les critères clés pour le choix d’un servomoteur ont été définis et il est temps de parcourir le guide de sélection des produits du fabricant pour trouver le moteur qui correspond à ces exigences.
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Trouvez un moteur et un entraînement qui correspondent à la tension d'alimentation, dont la vitesse nominale, le couple continu et le couple nominal de pointe sont supérieurs aux valeurs calculées.
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S'il y a un moteur qui correspond bien, vous avez terminé. Si ce n'est pas le cas, vous pouvez utiliser le logiciel fourni pour adapter le moteur et le charger plus étroitement.
Le programme vous permettra d’imprimer les résultats du profil de déplacement et tous les calculs effectués par le logiciel.
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Les servomoteurs peuvent produire leur couple nominal maximal de zéro à plusieurs milliers de tours par minute. Peu de machines peuvent tirer parti de ces vitesses sans réduction de vitesse.
La réduction de vitesse adapte le servo à la charge de trois manières; en réduisant la vitesse, en augmentant le couple et en abaissant le taux d'inertie.
La vitesse est réduite proportionnellement au rapport de transmission, le couple est augmenté proportionnellement au rapport de transmission et, plus important encore, le rapport d'inertie est réduit du carré du rapport de transmission.
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Les fabricants de boîtes de vitesses énumèrent l'inertie des boîtes de vitesses de servo-qualité, ce qui permet d'inclure facilement l'inertie de la boîte de vitesses dans les calculs de couple et d'inertie.
La plupart des moteurs disponibles sont probablement capables de vitesses beaucoup plus élevées que nécessaire. Divisez la vitesse du moteur par la vitesse requise et arrondissez pour obtenir le rapport de départ.
Ensuite, divisez le couple requis par le rapport de transmission pour trouver le couple nouvellement requis. Cela vous aidera à limiter votre choix à quelques moteurs sélectionnés.
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Une fois que vous avez sélectionné le servomoteur, choisissez un servomoteur conçu pour la tension d'entrée correcte et avec un courant de sortie suffisant pour entraîner le servomoteur.
Les servomoteurs peuvent être contrôlés via plusieurs types d'interface. Les types d'interfaces que vous pouvez choisir incluent le contrôle numérique à impulsions et dans le sens, le contrôle analogique et d'autres réseaux d'asservissement.
Un servo variateur fournira à votre solution un contrôle et une réaction à grande vitesse, une réduction du câblage et des capacités de diagnostic globalement supérieures à celles des autres types d'interfaces.
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Enfin, choisissez des options telles que des arbres de moteur à clé, des joints d’arbre, des freins de maintien pour charges verticales ou des résistances de freinage externes.
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La sélection du meilleur système d'asservissement pour une application est une compétence qui s'améliore avec la pratique. En cas de doute, il est judicieux de vérifier vos résultats avec le fabricant ou le distributeur.
Ceci conclut l'article du blog, Comment déterminer la taille du moteur pour votre application. J'espère que vous avez appris ce qu'il faut faire pour créer votre propre projet de contrôle du mouvement.
Cet article de blog fait partie d'une série de blogs sur le contrôle du mouvement du moteur, alors revenez nous voir bientôt pour en savoir plus sur le contrôle du mouvement.
Merci de lire et de partager nos articles de blog avec vos amis et collègues.
Bon apprentissage,