Problème de mécanique

**Clement_M** · 01/09/2014, 22h36

Bonjour à tous !

Premier post sur le forum de futura !

Voila j'ai un problème de mécanique, j'ai essayé de le résoudre mais je me dis que je me suis peut être trompé alors je me lance :

Voila le schéma en pièce jointe.

En fait j'ai une masse qui fait 10 kilos qui est le rond noir et qui peut se déplacer uniquement de haut en bas sans frottement,
Une barre noire d'une longueur inconnu,
Un axe de rotation bleu qui est commandé par un moteur,
Et une barre rouge qui a une longueur connu de 15 cm et qui est lié au sol par un axe de rotation.

Je voudrais connaitre le couple maximum nécessaire au moteur sur mon axe pour permettre au poids de s'élever de la position 2 à la position 1 en passant par la position 3 . ( excusez moi, le bout de la barre rouge étant lié au sol, mon schema 2 n'est pas très correct )
Je précise que ni le moteur, ni les deux barres n'ont une masse.
Alors voila, pour calcul j'ai pris la position 2 dans laquelle le moteur va le plus forcer ( au début ), hop, la barre de 15 cm et le poids qui s'exerce a son bout contre le sol est de 10 kilos :

Couple = Longueur du " levier " * force s'exerçant sur le bout
= 0.15 * 9.81 * 10
= 14.7 Nm

Maintenant j'aimerais choisir le moteur pour piloter tout ça, j'ai besoin de très peu de vitesse ( de l'ordre de 10 ou 20 tr/min ), mais je voudrais faire ça en 12 ou 24V.
Alors déjà sur internet impossible d'avoir de renseignements que je comprenne :
http://www.ebay.fr/itm/Moteur-DC-mot...item3a92ce11ce
Ici ça parle de kg.cm, ce que je ne comprends pas
http://shop.hpceurope.com/fr/produit...=Transmissions
Ici j'ai un moteur a 400 euros o_O

Bon alors j’arrête tout et je préfère demander conseil, est ce que c'est aussi dur que ça de soulever 10 kilos ?

J'ai peut être fait une erreur de raisonnement, j'aimerais qu'on m'éclaire s'il vous plait

Ou alors si c'est a peu près bon, comment choisir un moteur ? Les moteurs a essuie glace ça me parait parfait mais impossible d'avoir le couple que je demande ( et encore, quand le couple est mentionné )

Merci d'avance

**Dynamix** · 01/09/2014, 23h52

Salut
Une première remarque :
comme tu l' a constaté la charge sur le moteur (couple) est maximum au début . Or c' est au démarrage que le moteur consomme le plus . Il n' est donc pas bienvenu de la charger au maximum à ce moment la .
Si tu peux modifier ton système , je te conseillerais de faire tourner la biellette bleue d' un demis tour plutôt qu' un quart . 1 = point mort haut et 2 = point mort bas . Ce qui permettrait au moteur de se lancer avant de rencontrer une résistance .
Un kg.cm , unité obsolète et stupide , est équivalent (pour g=10) à 10 N * 0,01 m =0,1 Nm
Pour affiner le calcul de ton moteur :
La puissance à l' arbre est le produit du couple par la vitesse angulaire (en rd/s)
1 rd/s ça fait environ 0,1 tr/min (avec pi = 3)
donc 20 tr/min = 2 rd/s
Puissance = 14,7*2 = 30 W c' est très peu .
Mais c' est la puissance mécanique .
Le rendement de ce genre de moto-réducteur ne doit pas Etre merveilleux . Disons 50% (c' est réaliste) ça nous fait 60 W électrique .
En 12 V l' intensité est donc de 60/12 = 5 A et 2,5 A en 24 V
On voit bien que le moteur de ton premier lien ne va pas .
En fait le moteur GW370 , suivant la dénomination usuel du fabriquant , a une longueur de 37 mm (370/10) , c' est tout petit par rapport à l' autre lien .

**Clement_M** · 02/09/2014, 00h14

Salut à toi !
Merci de ta réponse, j'ai toutefois encore quelques questions.
Tu parles de puissance ( mécanique puis électrique ) puis d'une longueur en mm juste après, je ne comprends pas le rapport.
Est ce que cela veut dire que j'ai juste a calculer ma puissance moteur nécessaire ( c'est fait, 60W donc ) et prendre n'importe quel réducteur monté sur un moteur 60 W et je pourrais avoir ce que je veux ?
( je sais, ça fait très réducteur, mais j'essaie de m'accrocher a quelque chose de simple si c'est possible, sinon tant pis

)

**Dynamix** · 02/09/2014, 00h29

En fait mon calcul est optimiste .
En regardant ton lien , je constate que qu' il consomme 120 W (12 V 10 A) pour 15 Nm à 2,5 rd/s soit 37.5 W à l' arbre . Un rendement de 37.5/120 = 32 % bien inférieur à ce que j' imaginais .
Il te faut donc un moteur de environ 100 W électriques reducté pour avoir en sortie en sortie 20 tr/min en charge (ou 25 tr/min à vide)

Pour la longueur du moteur , c' était juste pour te montrer la différence entre ton premier et ton deuxième lien . Ce n' est pas du tout la même taille .

A voir en vidéo sur Futura · Aujourd'hui

invite07941352 · 02/09/2014, 06h31

Bonjour,
Je ne comprends pas comment cela peut fonctionner si le bleu est un axe moteur .
Où est le moteur ? Fixé à quoi ?

**Clement_M** · 02/09/2014, 08h36

Le moteur serait fixé à la barre noire.
Bon merci je commence a comprendre, il était tard hier soir

Je pense limiter la consommation en passant a quelque chose de plus raisonnable avec une vitesse de l'ordre de 8-12 rpm et en 24V.
Alors d'après ce que j'ai appris, on ne peut pas faire de rapport trop précis entre la puissance électrique et mécanique du moteur.
Je ne cache pas que j'ai bien du mal à trouver un motoreducteur qui me satisfait, mais bon je n'ai cherché que 10 minutes.
Un motoreducteur 24 Vdc 8-12 rpm et 15 N.m pas trop cher et irréversible ça serait parfait.
Peut être que j'ai plus de chance en commandant séparément le moteur et le motoreducteur pour un usage plus personnel ?

invite07941352 · 02/09/2014, 08h43

Re,
Si l'extrémité de la barre rouge est fixée au sol par une rotule ,comme nécessaire vu le dessin, tout le système restera gentiment couché dans l'herbe .

**Clement_M** · 02/09/2014, 09h06

En fait c'est vrai que j'aurais du présenter le problème d'une meilleure manière : c'est un système de bielle qui soulève un poids sur un rail vertical. Mais au lieu que l'axe de traction soit à la base comme sur un moteur a explosion, il est au milieu.

Je désespère de trouver un motoreducteur directement aux dimensions que je veux. Pourquoi pas doubler le réducteur ? Mais alors la j'obtiens des résultats étranges :
http://fr.aliexpress.com/item/Free-s...468713669.html
Voici un moteur 40W ( donc bien en deçà de ce qu'on veut ) et pourtant, couplé avec un réducteur de rapport 1/5, on obtient 10 rpm et 35 N.m ( bon, un peu moins que 35 N.m je suppose au vu des frottements ).
Serait-ce exactement ce que je cherche ? ou est ce que je fais complètement fausse route ?

**Dynamix** · 02/09/2014, 11h34

Sur ton lien , il n' est pas indiqué que tu obtiens 7 Nm à 50 tr/min
A mon avis , c' est le couple de blocage , ou le couple maximum supporté .
Et la vitesse de rotation ça peut être la vitesse à vide .
Cette doc ne donne pas assez d' informations .

**Clement_M** · 02/09/2014, 12h41

Effectivement Dynamix, tu pointes le plus gros problème que j'ai : je peine a trouver un bon motoreducteur où la documentation est fiable et claire.
Mais comment font les industriels !

**Clement_M** · 02/09/2014, 12h54

http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...-3028?ref=list

La recherche porte ses fruits, ça c'est vraiment pas mal, en plus j'ai une bonne marche si je mets un second réducteur de 2 pignons pour faire un coef reducteur de 1:2.
Bon, un poil plus cher que ce que je pensais pour mon budget initial.
Sinon j'ai cette solution : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...938603B00-3124
beaucoup moins de marge, mais si les pertes frottements du reducteur dont inférieure a 10% c'est possible ( et ça me fait bien économiser 100€ ) !
Qu'en dites vous, c'est faisable ?

**Dynamix** · 02/09/2014, 13h10

Envoyé par Clement_M

Mais comment font les industriels !

Premièrement , il dispose de catalogues bien plus sérieux que ce que tu trouve en commerce de détail .
Et il ne choisis pas lui même le moteur . Il rédige un cahier des charge qui définit le plus précisément possible son besoin et l' envoie au fabriquant de moteurs .
La définition du moteur est à la charge et sous la responsabilité du fabriquant de moteurs . Normal , c' est son métier .

**Clement_M** · 02/09/2014, 14h37

Je m'en doute, c'était surtout une question rhétorique, mais voila, je suis un particulier et je vais payer la TVA et j’achète pas en gros

Je recentre un peu le sujet, je mets un nouveau schema en corrigeant les inexactitudes du départ et en mettant les nouvelles ( optimisme ! ).

Ma barre marron fait 10kg. L'axe de sortie de mon motoreducteur est en orange, il passe par une courroie pour faire ensuite tourner l'axe bleu et ainsi la barre rouge (15cm de long) qui est fixé au sol par une liaison de rotation ( le système est de face donc, pas vu de haut ).

Il me faudra donc une force de ( 9.81 * 10 * 0.15 = ) 15 N.m
( je sais que ce calcul est simpliste mais pour cette application je suis tout le temps dans l'approximation, il faut que ça marche en étant un peu large )

Donc je résume les caractéristiques du motoreducteur qu'il me faudrait : 24 Vdc, 15 N.m et 10 tr/min.

Je lis par ci par là des histoires de couple nominal, de couple de blocage, de couple de démarrage, y a-t-il une relation plutôt claire entre ces valeurs pour un moteur à broches comme j'en vois beaucoup sur tout les sites de vente ?
Ensuite je m'oriente à peut près sur ce genre de choix :
Voila un qui a exactement 15 N.m de couple nominal mais une vitesse de rotation deux fois plus élevée : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...-3028?ref=list
Et celui la qui a que 9 N.m et qui a une rotation deux fois plus élevée que je peux utiliser pour mettre un deuxième réducteur 1:2 de deux pignons pour avoir deux fois le couple et deux fois moins de vitesse : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...938603B00-3124

Ces deux propositions sont elles acceptables ? y'en a t'il une meilleure ? sont elles toutes les deux bancales ?
Est ce que le couple de démarrage est nettement inférieur au couple nominal, et est il obligatoire qu'il soit a plus de 15 N.m pour que le système bouge ?
Question bète : j'ai jamais pris en compte de vous dire qu'il y a une courroie crantées mais je ne pense pas qu'elle doit apparaitre dans les calculs, si ?

( peut etre faudra t-il bouger la discussion dans la catégorie technologie, je ne pensais pas arriver si rapidement a la problématique d'un choix de moteur :$ )

**Dynamix** · 02/09/2014, 14h57

_Couple nominal , ce n' est pas bien définit . C' est une valeur qui va bien en utilisation
_Couple de blocage C0 , c' est quand tu bloques l' arbre (N=0) , Toute l' énergie consommée se transforme en chaleur . L' intensité (I_bloc = U/R) est maximum et le moteur grille rapidement . La puissance consommée est P_bloc = U²/R (R = résistance interne du moteur) .
A noter : La puissance maxi que peut restituer un moteur (en dehors des problèmes d' échauffement) est toujours inférieure à P_bloc/4
Le couple est nul à vide .
Entre "blocage" et "à vide" il varie linéairement en fonction de la vitesse de rotation et également en fonction de l' intensité .

**Clement_M** · 02/09/2014, 15h31

Bon, concrètement, il faut que mon couple de démarrage soit supérieur à mon couple de blocage pour que ça fonctionne correctement ?
Au final la vrai question c'est, est ce qu'avec ça http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...-3028?ref=list , je suis large pour mon application, ou faut-il plus puissant ou rajouter un reducteur 1:2 ?

**Dynamix** · 02/09/2014, 16h27

Envoyé par Clement_M

Bon, concrètement, il faut que mon couple de démarrage soit supérieur à mon couple de blocage pour que ça fonctionne correctement ?

Couple de démarrage ou de blocage , c' est la même chose .

Envoyé par Clement_M

Au final la vrai question c'est, est ce qu'avec ça http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...-3028?ref=list , je suis large pour mon application, ou faut-il plus puissant

Il convient pour une utilisation occasionnelle avec un temps de refroidissement suffisant .
S' il fonctionne sans interruption , mieux vaut prendre plus gros . Surtout s' il est enfermé sans ventilation .
Tu as regardé la doc dans "telecharger les notices"?

**Clement_M** · 02/09/2014, 18h04

Eh zut je l'avais pas vu la notice, je suis vraiment bidon. BREF euh, couple de démarrage : 80 N.m (???)
Il va effectivement servir occasionnellement, de plus vu que les 10 kilos sont monté sur une bielle il ne sera pas tout le temps au maximum du potentiel de son couple.
Et sinon à propos de mettre un deuxieme réducteur de 2 pignons pour passer de 25 tr/min à 10 tr/min, ça soulagerait beaucoup le moteur ? voir passer a une gamme inférieure ?

**Dynamix** · 02/09/2014, 19h52

Deux fois moins de vitesse = deux fois moins de puissance .
Pas le peine d' ajouter des pignons , tu joues sur ceux de la courroie : Pignon orange deux fois plus petit que le pignon bleu et le tour est joué.

**Clement_M** · 02/09/2014, 21h04

Oui mais j'en entendu dire qu'il y avait de la perte d'énergie dans un réducteur ( engrenage ou courroie ) est ce que cette perte est négligeable ?
Du coup je suis beaucoup plus rassuré sur l'ampleur de mon petit projet la.
J'ai envie de prendre ça : http://www.conrad.fr/ce/fr/product/1...-3001?ref=list
et faire un réducteur 1:3 pour arriver a 18 N.m
Et aussi je vais revoir les dimensions et mon poids à la baisse. J'ai été naïf et je ne me suis absolument pas rendu compte de la puissance mécanique à mettre en œuvre pour soulever 10 kg.

**Dynamix** · 03/09/2014, 00h02

Envoyé par Clement_M

Oui mais j'en entendu dire qu'il y avait de la perte d'énergie dans un réducteur

Tu as une courroie . Qu' elle fasse réducteur ou pas la perte sera la même .

**Clement_M** · 03/09/2014, 11h14

J'ai déjà les poulies crantées et la courroie donc je ne sais pas, surtout qu'une poulie est déjà attaché et fait 3,5 cm de diamètre donc il me faudrait une poulie coté moteur de 1cm, je pense que c'est trop petit, il vaut mieux que je mette un réducteur.
Apparemment j'ai entendu dire que le rendement était aux alentours de 97% pour un réducteur a deux pignons.
Et sinon, j'y pense la, mais comment calcule-t-on la force qui va s'exercer sur ma courroie ? admettons j'ai une poulie à la sortie de mon moteur qui fait 1cm de rayon qui entraine une poulie de 1.75 de rayon, et cette dernière peut opposer une force de 15 N.m en son axe.

invite07941352 · 03/09/2014, 12h08

Re,

Un couple de 15Nm transmis sur une poulie de rayon 0.01 m , entraîne un effort tangentiel de 1500 N .
Oui, r = 0.01m , c'est bien petit pour une courroie crantée , sûrement hors spécifications du fournisseur . D'ailleurs, le pignon existe t il au catalogue ?
Oui, on peut prendre 0.95 de rendement pour 2 pignons .Disons, environ 0.9 , ce sera plus réaliste ...

**Dynamix** · 03/09/2014, 12h58

Voir le catalogue Binder magnetic
( mots clé dans google : catalogue Binder magnetic)

**Clement_M** · 03/09/2014, 13h28

Et voila, ça recommence : impossible d'avoir une donnée précise de la force que peut supporter une courroie ... http://www.tanals.com/fr/courroies-m...-polyurethane/
Pour les longueurs ils sont bons, et pour dire que c'est " d'une grande résistance " ils sont bons aussi.
Dois-je aller chercher les données du type de plastique qu'ils utilisent et faire un bilan des forces ?

**Clement_M** · 03/09/2014, 14h08

Bon, j'ai trouvé un chiffre : http://joho.p.free.fr/EC/COURS%20DOC...IE%20ETUDE.pdf ( tout en bas )
Une courroie asynchrone crantée peut transmettre environ 100 kW pour 100 mm de largeur.
Puissance = force * vitesse angulaire = 1500 * 0.87 = 1300 W
J'avais prévu 25 mm de largeur donc je suis théoriquement large de 23.8 kW
Bon, peut être que du coup c'est pour ça qu'ils n'en disent pas trop sur la résistance de la courroie ? c'est car elles sont très forte ?
Du coup quelque chose comme ça, ça pourrait passer ? : http://www.tridistribution.fr/fr/pou...argeur-25.html

**Dynamix** · 03/09/2014, 14h10

Envoyé par Clement_M

Dois-je aller chercher les données du type de plastique qu'ils utilisent et faire un bilan des forces ?

Les courroies crantées convenant à ton utilisation sont renforcées par des fils , en général en acier . Ce sont ces fils qui donnent la résistance en traction et non pas l' élastomère .

**Dynamix** · 03/09/2014, 14h23

Envoyé par Clement_M

Une courroie asynchrone crantée

L' intérêt d' une courroie crantée , c' est qu' elle est synchrone .
"courroie asynchrone crantée" est un non sens
"courroie synchrone crantée" est un pléonasme

Envoyé par Clement_M

100 kW pour 100 mm de largeur

Pour quelle taille de denture ?
T5 T10 T20 ?
Un pignon de 35 en T20 , ça n' existe pas .
Ta courroie est surement en T3 ou T5 , pas plus .

**Clement_M** · 03/09/2014, 15h10

Excusez moi autant pour moi.
Bon, j'ai trouvé cette référence : 25AT5. Et je viens de voir sur un site que la " power range " est de 15 kW, si mon calcul est correct, ce genre de courroie est donc bien adaptée a ma situation. ref : http://www.ondrives.com/25at51500
Cela dit, en effet mon pignon est en T5.
Je vais surement écrire un résumé global d'ici peu pour voir qu'on voit si il n'y a pas de grossière erreur de conception.

**Dynamix** · 03/09/2014, 15h46

Envoyé par Clement_M

Cela dit, en effet mon pignon est en T5.

Enfin un renseignement intéressant !
En quelle largeur ?
Une 25AT5 (largeur 25) supporte 1750 N maximum . A quoi il faut retirer la tension .

**Clement_M** · 03/09/2014, 16h04

Et bien, je ne sais vraiment pas où tu as accès à ce genre d'information, ça fait une bonne heure que j'y suis dessus

!
En tout cas merci de ton aide. 1750 N ça fait pas beaucoup plus que 1500 N ( surtout si on rajoute quelques Newtons pour la tension d'étirement ) alors vaut-il mieux pas passer a quelques mini mètres de plus pour la largeur de la courroie ?
Aussi, je précise que j'ai vu à la baisse mon système de base il n'y aura plus que 8kg dessus avec une vitesse de rotation de 8 tr/min, mais je souhaite quand même conserver 10kg pour les calculs pour avoir une bonne marge.

Problème de mécanique