Dimensionamento Motore Brushless - Sistema cinghia - puleggia

[Fratelmaestro]

Salve a tutti

Per la prima volta nella mia vita sto affrontando il dimensionamento di un motore in particolare un brushless sinusoidale.Dovrei soprattutto dimensionare la potenza nominale del motore.Il sistema che deve muovere tale motore è costituito da una massa di 4,6 Kg da due puleggie identiche ed una cinghia per ottenere una movimentazione traslazionale della stessa massa.Quello che dovrei fare è dimensionare opportunatamente il motore per poi andare a dimensionare il sistema cinghia - puleggie.Quello che si vuole ottenere è una movimentazione andata/ritorno su di un braccio di 170 mm ad una velocità che vari dai 1,4 ai 2,1 m/s (anche leggermente inferiori...il sistema precedente che faceva questa operazione aveva velocità massime di 650 mm/s)

Ovviamente non voglio la soluzione al problema ( credo che i dati siano insufficienti ) ma una spiegazione di come si affronta il dimensionamento per sistemi cinghia - puleggia.

Grazie a tutti per la collaborazione

[Livio Orsini]

Se guardi in questo forum c'è una discussione in rilievo sul dimensionamento dei motori elettrici, al primo post c'è il link per un mio breve tutorial sull'argomento.

Comunque la metodologia è smepre la medesima devi ridurre tutte le masse, carico e trasmissione, come momento d'inerzia visto all'asse motore, sommi a questo il momento d'inerzia del motore ottenendo il momento d'inerzia totale. Nota la massima accelerazione richiesta ti calcoli la coppia necessaria all'accelerazione. A questa devi aggiungere l'eventuale coppia necessaria per vincere gli attriti. Ottieni la coppia motrice totale. Determinata la massima velocità di rotazione hai dimensionato il motore.

Il metodo è semplice, un po' più difficoltosa in alcuni casi è la determinazione ottimale dell'accoppiata motore-trasmissione. Perchè aumentare o diminuire la velocità massima di lavoro diminuendo o aumentando il rapporto di trasmissione può significare un buon risparmio di costi.

PS se guardi nella documentazione dei workshops del SAVE 2007 trovi un altro mio tutorial riguardante la scelta degli azionamenti.

Modificato: 3 aprile 2008 da Livio Orsini

[Fratelmaestro]

Grazie infinite.Comincio a lavorarci su.E grazie anche per il tutorial !!!

Una cosa soltanto.In questa fase di progettazione,la coppia inerente agli attriti è relativa al solo attrito di primo distacco oppure anche qui devo considerare gli attriti viscosi?

Grazie ancora per l'illuminazione!

Roberto

[Livio Orsini]

Da come descrivi il sistema sembrerebbe che gli attriti possano essere trascurati, anche quello di primo distacco. Però solo tu hai i dati per verificare quanto gli attriti incidano.

[Fratelmaestro]

In realtà è la coppia più elevata che mi viene e ciò mi spaventa.Ecco i dati che ho a disposizione/ricavati empiricamente

d = 13 mm; % diametro puleggia

nu = 1; % rendimento della trasmissione

N = 1; % rapporto di riduzione

phi = 0.05; % coefficiente di attrito di primo distacco

t_acc = 0.126 s; % tempo di accelerazione

V_l = 1.36 m/s; % Velocità lineare desiderata

a_c = 17.1 m/s2; % accelerazione desiderata

M_c = 4.4917 Kg; % Massa del carico

M_tot = 4.5026 Kg % Massa totale compreso sistema cinghia puleggie

phi = 0.05; % coefficiente di attrito di primo distacco

t_acc = 0.126; % tempo di accelerazione

calcolo la Coppia motrice del carico totale in Kg*m'

C_m= (M_tot * (d/2) * nu)/N = 0.0293

trasformo la velocità lineare in rpm

V_lm = V_l * 60;

omega = V_lm/(d* pi) = 1998 rpm

calcolo il Momento di inerzia lato carico in Kg*m2'

J_c = M_tot * ((d/2)^2) = 1.9023e-004

il Momento di inerzia del motore in Kg*m2'

J_m = 1.69e-4 % datasheet Panasonic Motore Minas A4 da 1Kw

calcolo il Momento di inerzia totale in Kg*m2'

J_tot = J_c + J_m = 3.5923e-004

calcolo la coppia necessaria alla compensazione per l accelerazione in Kg*m'

C_a = (J_tot * omega)/(94 * t_acc) = 0.0606

calcolo la coppia necessaria per la compensazione dell attrito di primo distacco in Kg*m'

C_aa = M_tot * phi = 0.2251

(ho messo phi = 0.05 in maniera approssimativa...ho preso il coefficiente di attrito tra le puleggie e la cinghia fornito dal datasheet dei medesimi)

Calcolo la coppia meccanica totale in Kg*m'

C_tot = C_a +C_aa +C_m = 0.3150

Calcolo della Potenza meccanica all'albero motore in kW

P_m = (omega * C_tot) / 975 = 0.6455

Ho svolto correttamente il dimensionamento...o sbaglio già qualcosa a livello teorico?

Grazie per la collaborazione

Modificato: 5 aprile 2008 da Fratelmaestro

[Livio Orsini]

Ho eseguito un controllo veloce dei calcoli che hai fatto e mi sembrano in ordine. Ripeto è un controllo veloce e un poco superficiale quindi non ci scommetterei i......gioelli id famaglia .

Anche i valori di coppia e potenza mi sembrano congrui. Perchè ti spaventa il valore di coppia ottenuto?

Modificato: 6 aprile 2008 da Livio Orsini

[Fratelmaestro]

Grazie ancora!

Mi spaventa perchè il contributo più elevato me lo dà proprio la compensazione dell'attrito di primo distacco....A pensare che volevo trascurarlo....!

Inoltre non sò se il valore del coefficiente di attrito sia corretto...l'ho "rubato" dal datasheet delle pulegge in un esempio che fornisce...ma non dà valori ufficiali oltre a dichiarare bassi valori di attrito.

Grazie davvero tanto per la pazienza e per la consulenza!

Modificato: 6 aprile 2008 da Fratelmaestro

[Livio Orsini]

...non sò se il valore del coefficiente di attrito sia corretto...

Su questo non posso aiutarti. Posso dirti che dipende molto dal tipo di cinghia e puleggia, dal carico e dalla tensione. In effetti è un po' alto ma potrebbe starci. Pensa che nel caso dei martinetti la coppia necessaria per vincere l'attrito dinamico rappresenta circa il 90% della coppia totale.

[Fratelmaestro]

Grazie ancora per la risposta. Proverò a fare una simulazione in realtà virtuale prima di dare per certo i risultati ottenuti.

Di nuovo grazie.

Aggiornerò il topic appena avrò conferma che lo studio sopra riportato è corretto e corrisponde alla realtà.

[Fratelmaestro]

Piccolo aggiornamento....e quindi piccola richiesta di aiuto

Ho portato il diametro primitivo della puleggia a 25mm e ottengo una coppia totale di 1.326 N/m , 1500 rpm per una potenza di circa 200W.

Quello che mi chiedo è se scelgo un motore di 400W che mi fornisce proprio 1.3 N/m di coppia nominale ma a 3000 rpm riesco lo stesso a movimentare il sistema

Soprattutto far muovere 4.6 Kg per una corsa di 170 mm in 0.2 s (velocità di punta 1.7 m/s) con questa scelta di motore...vi sembra possibile?

Ho eseguito i stessi calcoli mostrati sopra solo che ho modificato il diametro della puleggia e il coefficiente di attrito facendo scorrere la massa su guida a ricircolo di sfere.

Grazie per l'aiuto...state salvando la mia tesi di Laurea!

[paoloixp]

I motori brusshless sono caratterizzati dal loro funzionamento a coppia costante in sostanza la coppia di 1.3 N/m la trovi da 0 giri/min fino a 3000 giri/min quindi a 1500 giri hai sempre i tuoi 1.3 N/m

se non ricordo male da grafici che mi capitarono sotto mano la coppia in stallo è più alta di quella nominale mentre verso il massimo del numero di giri questa tende a calare leggermente

quindi se non ho detto delle c......te se il tuo limite massimo di numero di giri è 1500 in teoria ne trarresti anche dei vantaggi in quanto lavori in una zona dove la coppia è sicuramente sul valore di targa.