Dimensionnement des servomoteurs : Un guide pas à pas pour les ingénieurs en mécanique

Vous êtes-vous déjà demandé comment les machines sélectionnent le moteur idéal ? Cet article dévoile le processus fascinant qui sous-tend le choix du bon servomoteur pour diverses tâches mécaniques. Plongez dans cet article pour comprendre les calculs et les critères utilisés par les ingénieurs pour garantir l'efficacité et la précision des machines.

Table des matières

Premier cas

Compte tenu de ce qui précède :

  • Masse du disque M=50 kg
  • Diamètre du disque D=500 mm
  • Vitesse maximale du disque 60 tr/min

Veuillez sélectionner le servomoteur et le réducteur, le schéma des composants est le suivant :

Calcul du moment d'inertie pour la rotation du disque

JL = MD2/8 = 50 * 502 / 8 = 15625 [kg-cm2]

En supposant un rapport de réduction de 1:R, l'inertie de la charge réfléchie sur l'arbre du servomoteur est de 15625/R2.

Selon le principe que l'inertie de la charge doit être inférieure à trois fois l'inertie du rotor JM du moteur,

si l'on choisit un moteur de 400W, JM = 0,277 [kg-cm2],

puis : 15625 / R2 < 3*0.277, R2 > 18803, R > 137,

la vitesse de sortie = 3000/137 = 22 [tr/min],

ce qui ne répond pas à l'exigence.

Si l'on choisit un moteur de 500W, JM = 8,17 [kg-cm2],

puis : 15625 / R2 < 3*8.17, R2 > 637, R > 25,

la vitesse de sortie = 2000/25 = 80 [tr/min],

qui satisfait à cette exigence.

Ce type de transmission ayant une résistance minimale, les calculs de couple sont ignorés.

Deuxième cas

Compte tenu de ce qui précède :

  • Poids de la charge M = 50 kg
  • Courroie synchrone diamètre de la roue D = 120 mm
  • Taux de réduction R1 = 10, R2 = 2
  • Coefficient de frottement entre la charge et la table de la machine µ = 0,6
  • Vitesse de déplacement maximale de la charge : 30 m/min
  • Temps d'accélération de la charge du repos à la vitesse maximale : 200 ms

Sans tenir compte du poids de chaque roue du convoyeur,

Quelle est la puissance minimale requise pour qu'un moteur puisse entraîner une telle charge ?

Le schéma de principe du composant est le suivant :

1. Calculer l'inertie de la charge réfléchie sur l'arbre du moteur :

JL = M * D2 / 4 / R12 

   = 50 * 144 / 4 / 100

   = 18 [kg-cm2]

Selon le principe que l'inertie de la charge doit être inférieure à trois fois l'inertie du rotor du moteur (JM) :

JM > 6 [kg-cm2]

2. Calculer le couple nécessaire pour entraîner la charge du moteur :

Couple nécessaire pour surmonter les frottements :

Tf = M * g * µ * (D / 2) / R2 / R1

= 50 * 9.8 * 0.6 * 0.06 / 2 / 10

= 0,882 [N-m]

Couple nécessaire à l'accélération :

Ta = M * a * (D / 2) / R2 / R1

= 50 * (30 / 60 / 0.2) * 0.06 / 2 / 10

= 0,375 [N-m]

Le couple nominal du servomoteur doit être supérieur à Tfet le couple maximal doit être supérieur à Tf + Ta.

3. Calcul de la vitesse requise du moteur :

N = v / (πD) * R1

= 30 / (3.14 * 0.12) * 10

= 796 [tr/min]

Troisième cas

Compte tenu de ce qui précède :

  • Poids de la charge M = 200 kg
  • Pas de vis PB = 20 mm
  • Diamètre de la vis DB = 50 mm
  • Poids de la vis MB = 40 kg
  • Coefficient de frottement µ = 0,2
  • Rendement mécanique η = 0,9
  • Vitesse de déplacement de la charge V = 30 m/min
  • Durée totale du mouvement t = 1,4 s
  • Temps d'accélération et de décélération t1 = t3 = 0.2 s
  • Temps de repos t4 = 0.3 s

Veuillez sélectionner le servomoteur avec la puissance minimale qui répond aux exigences de la charge,

Le diagramme des composants est le suivant :

1. Calcul de l'inertie de la charge convertie en arbre moteur

Inertie de charge du poids converti en arbre de moteur

JW = M * (PB / 2π)²

= 200 * (2 / 6.28)²

= 20,29 [kg-cm²]

L'inertie de rotation de la vis

JB = MB * DB² / 8

= 40 * 25 / 8

= 125 [kg-cm²]

Inertie totale de la charge

JL = JW + JB = 145,29 [kg-cm²]

2. Calcul de la vitesse du moteur

Vitesse du moteur requise

N = V / PB

= 30 / 0.02

= 1500 [tr/min]

3. Calcul du couple nécessaire pour entraîner la charge du moteur

Le couple nécessaire pour surmonter les frottements

Tf = M * g * µ * PB / 2π / η

= 200 * 9.8 * 0.2 * 0.02 / 2π / 0.9

= 1,387 [N-m]

Couple nécessaire lorsque le poids accélère

TA1 = M * a * PB / 2π / η

= 200 * (30 / 60 / 0.2) * 0.02 / 2π / 0.9

= 1,769 [N-m]

Couple nécessaire lorsque la vis accélère

TA2 = JB * α / η

= JB * (N * 2π / 60 / t)1) / η

= 0.0125 * (1500 * 6.28 / 60 / 0.2) / 0.9

= 10,903 [N-m]

Couple total nécessaire à l'accélération

TA = TA1 + TA2 = 12,672 [N-m]

4. Sélection du servomoteur

Couple nominal du servomoteur

T > Tf et T > Trms

Couple maximal du servomoteur

Tmax > Tf + TA

Enfin, le moteur ECMA-E31820ES a été sélectionné.

N'oubliez pas que le partage, c'est l'entraide ! : )
Shane
Auteur

Shane

Fondateur de MachineMFG

En tant que fondateur de MachineMFG, j'ai consacré plus d'une décennie de ma carrière à l'industrie métallurgique. Ma vaste expérience m'a permis de devenir un expert dans les domaines de la fabrication de tôles, de l'usinage, de l'ingénierie mécanique et des machines-outils pour les métaux. Je suis constamment en train de réfléchir, de lire et d'écrire sur ces sujets, m'efforçant constamment de rester à la pointe de mon domaine. Laissez mes connaissances et mon expertise être un atout pour votre entreprise.

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