Calcul du couple nécessaire à la rotation d'un système à courroie.

[invitebda3dd5b]

Bonjour,

je réalise actuellement un projet personnel: une platine vinyle. Etant électronicien je bute sur un problème de mécanique.
C'est surement simple pour un mécanicien avec des bases mais pour moi je me perds sans mon U=R.I.

J'ai une poulie moteur de 23mm de diamètre, un plateau de 310mm de diamètre avec un entre axe de 280mm.
La transission est faite par une courroie plate de 10mm de hauteur pour 0.9mm de largeur.
La vitesse de rotation du moteur est de 450tr/min, la vitesse de rotation de mon plateau est donc de 33tr/min.
Le poids de mon plateau (horizontal) est de 30kg.
Le roulement est de type "Inverted ceramic ball bearing", une seul bille avec un système de lubrification autonome.

Je cherche le couple de mon moteur nécessaire pour faire tourner mon plateau. Comment calculer ce couple?

Merci d'avance, cordialement,

Nicolas.
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[PA5CAL]

Bonsoir

Lorsque la platine a atteint la vitesse souhaitée, le couple développé par ton moteur correspond au couple des forces de frottement. Par conséquent, les informations nécessaires pour le calcul ne figurent pas dans ton énoncé.

Si les frottements et les pertes dans le moteur peuvent être négligés, alors le couple moteur est pratiquement nul et sa force électromotrice est égale à sa tension d'alimentation.

[invitebda3dd5b]

Merci pour cette réponse si rapide.

Donc si je comprends bien il manque les forces de frottement du moteur. Il doit aussi y en avoir sur le roulement du plateau, non?
Quelles est l'unité d'une force de frottement?

Le moteur que j’envisage est un maxon EC45 (ref: 339281). C'est un brushless 8 pôle de 30W.

Nicolas.

[PA5CAL]

Ce qu'il faudrait en principe connaître, ce ne sont pas seulement les forces de frottement limitées au moteur, mais l'ensemble des forces de frottement subies par le moteur, et provenant des différents éléments en mouvement (moteur, courroie, plateau, interface disque/saphir, éventuel régulateur de vitesse mécanique).

Une force est exprimée en Newton (N), et son couple en Newton-mètre (N.m). Mais les forces de frottement sont généralement déterminées au travers de coefficients (Cx, tan φ, etc.).

Comme je doute que tu puisses trouver toutes les données numériques nécessaires au calcul du couple résistant, je te conseillerais plutôt de tenter une évaluation expérimentale (en construisant un prototype, ou en observant des appareils existants) afin de dimensionner le moteur et son alimentation de sorte qu'ils assurent au moins le fonctionnement escompté (i.e. de sorte que la vitesse maximale prévue puisse être atteinte), puis d'adjoindre un organe de réglage pour ajuster la vitesse de rotation (frein mécanique ou régulateur de tension pour MCC par exemple).

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jaunin]

Bonjour, Nico7940,
Encore bienvenu sur le forum de Futura-Sciences.

Le poids de mon plateau (horizontal) est de 30kg.

C'est bien juste, votre plateau fait bien 30 [kg], quel sont ses dimensions.
Cordialement.
Jaunin__

[invitebda3dd5b]

Un plateau en laiton de 30kg pour 310mm de diamètre et 45mm de hauteur. Les 30kg est la masse volumique que j'ai calculé (maximum suivant le taux de cuivre).

[invitebda3dd5b]

Je retombe bien sur les mêmes inconnues que lors de mes lectures. Je pensais qu'il y avait une astuce plus simple que je n'avais pas saisie.

Les observations sur de l’existant est difficile car les constructeurs de platine HDG garde bien leurs secrets. De plus il faut un système mécanique
identique ou approchant. Ma platine actuelle est construite avec un roulement dans le même esprit mais le réglage de vitesse est hydraulique,
le moteur alternatif et le plateau fait moins de 3kg. Le proto n'est pas envisageable compte tenu du prix de l'usinage.

Je vais donc partir sur du test sur table avec un frottement forcé manuellement. Je pourrais juger si le moteur a suffisamment de couple si j'ai un peu
de mal pour le ralentir. C'est un peu (même beaucoup) du "tarin" mais je ne voulais faire c'est calculs que pour me rassurer dans le choix du moteur.
De plus comme dit PA5CAL "Si les frottements et les pertes dans le moteur peuvent être négligés, alors le couple moteur est pratiquement nul", c'est
clairement le cas sur les roulements spécifiques aux platines vinyles.

Niveau électronique la vitesse est fixée par PWM. Pour l’asservissent j'utilise un PID grâce aux capteurs hall du moteur. Je couple le tout à un système
de gestion d'erreur sur l'étage du puissance et une alimentation bien construite. Je limite grandement le pleurage et tout accident.

Merci pour votre aide.

[PA5CAL]

Compte tenu des dimensions, la masse du plateau semble pertinente, et suggère qu'il est plein.

En pratique, les plateaux sont creux afin de ne pas atteindre des masses aussi importantes, qui finalement peuvent poser plus de problèmes (temps de démarrage et d'arrêt, transport, effet gyroscopique, sécurité...) qu'elles n'apportent d'avantages.

[invitebda3dd5b]

Commercialement parlant ces argument sont vrais. Tout comme commercialement parlant une Ferrari de 750ch n'a aucun avantage
par rapport à une clio. Plus lourde, moins économique, plus chère, moins pratique, entretien coûteux, puissance inutile.

C'est la même chose pour les systèmes audio HDG. Dite au commun des mortels qu'un ampli à tube doit chauffer plusieurs minutes
avant utilisation, que le temps d'utilisation doit-être de minimum 30min, que les tubes ont une durée de vie. Il achètera alors un ampli
stéréo (stéréo non pas HiFI) à transistor au Darty du coin.

Et pourtant le point le plus important c'est le plaisir de conduire ou d'écouter une musique avec une restitution de qualité alors les
désavantages sont balayés.

Un point crucial sur une platine vinyle c'est l’absorption des vibrations (induit par le moteur ou externe). "Le monde se divise en deux
catégories" ceux qui ont une platine suspendu et ceux qui on une platine lourde. Les deux catégories se valent. J'ai tout de même
remarqué que les platines du commerce (<2000 euros ) sont toutes suspendus (moteur principalement, c'est le cas de ma
platine actuelle). Les platines plus HDG (>5000 euros) ont toutes des plateaux et châssis lourd afin d'être le moins sensible possible.

C'est vrai que 30kg pour le plateau c'est élevé. Je n'ai calculé la masse qu'après avoir réalisé ma CAO. C'était vraiment une surprise,
je ne pensais pas que le laiton avait une densité si élevée. L'alu est moins dense mais l'esthétique n'est plus là. Pour le moment mon
premier choix se porte vers un plateau en acrylique (env 5kg) au lieu du laiton. Mais dans le pire des cas je doit envisager un plateau
de 30kg. La masse du plateau est alors divisé par 6 mais le châssis pèse environ 25kg. Je reste donc dans l'optique d'une platine lourde.

[PA5CAL]

Les vibrations du moteurs se propagent au travers de la courroie jusqu'au plateau. Les vibrations du moteurs et du sol se propagent au travers le châssis jusqu'à l'axe du plateau et au bras de lecture. Il m'est d'avis que l'inertie de 30 kg de plateau est probablement démesurée au regard de l'amortissement escompté.

De plus, tu te retrouves avec un gros gyroscope, soumis à des efforts radiaux du fait de la courroie, dont le basculement de l'axe est contrarié par le pivot avec le châssis, et dont on ne sais pas jusqu'à quel point il est équilibré dynamiquement. Bref, le plateau pourrait bien être une source propre de vibrations du fait des festons de nutation, maintenant ou plus tard lorsque les premiers effets de l'usure mécanique commenceront à se faire sentir.

[invitebda3dd5b]

Je comprends bien mais mon plateau de 30kg c'est mon pire cas. Je veux juste construire mon système pour pourvoir supporter ce pire cas.
Ce n'est pas ma solution actuelle. C'est un peu pour me dire qu'elle peut le faire. Que le moteur a suffisamment de couple pour tourner sans
peine avec mon plateau en acrylique.

Je ne pense pas que l'usure mécanique du roulement soit un problème au regard des échelles de vitesse et de temps d'utilisation. De plus
l'usinage du plateau a une tolérance de moins de 0.1mm. Le roulement moins de 0.05mm. J'ai eu plusieurs platines vinyle et je n'ai jamais
rencontré de problème d'usure mécanique. Pourtant certaine avait un roulement en aluminium (plutôt souple), un plateau de presque 6kg et
40 ans d'âge.

Dans le pire si je me trompe j'ai soit un roulement de meilleur facture à acheter soit un plateau à alléger.

[cardan]

Bonjour,

Je découvre un peu votre questionnement aujourd’hui hui, toutes les réponses y ont déjà été apportées je pense donc sans vouloir paraphraser les autres internautes on peut estimer que le couple maximum à fournir est comme prévu à fournir au démarrage puisqu'il faudra accélérer l'inertie du plateau. A vitesse nominale (33 t / min) le couple résistant sera quasiment nul puisqu' à part le frottement du bras de lecture sur le disque.....MAIS surtout le frottement dû à l'étanchéité du roulement il n'y aura rien d'autre. Concernant cette étanchéité dans le roulement il peut y avoir tout de même des pertes significatives (devant la puissance de votre moteur) donc soyez vigilant. La masse du plateau me paraît importante, il y aura nécessairement des vibrations car au cours de l'usinage il y a des tolérances sur les spécifications géométriques qui bornent les valeurs maxi de ces dernières ce qui ne signifie pas qu'elles sont nulles: défaut de coaxialité etc d'autant qu'une opération d'équilibrage borne la valeur du défaut d'équilibrage mais ne l'annule pas non plus. Via les roulements du guidage cette vibration remontera au châssis de votre platine, cordialement.