Ouverture portes double vantaux par vis à billes

[NicoHan]

Bonjour,

Je souhaiterai avoir votre avis concercant le projet su lequel je travaille. Mon idée est de réaliséer une ouverture de porte à double ventaux par l'entrainement d'une vis à bille. Un entrainement par courroie est utilisé pour la mettre en mouvement grâce à un moteur (pas à pas ou brushless). Ma vis est montée sur roulement et est constituée d'une partie fileté 'pas gauche' et d'une autre partie 'pas droit' : les deux vantaux doivent s'ouvrir en se déplaçant en sens opposé. Les écrous sur la vis sont reliés à chaque vantail par l'intermédiaire d'un guide support (Pas d'effort radial sur la vis).

Je laisse un croquis (simpliste) en pièce jointe.

- La masse totale a déplacer est de 81 kg, soit 810 N.
- Le pas de ma vis est de 40 mm.
- La distance de déplacement par vantail : 700 mm.
- Temps d'ouverture : 3 secondes.
- Vitesse : 0,7/3 = 0,23 m/s = 345 tr/min (avec pas de 40 mm)
- Accélération = 0,23/3 = 0,08 m/s2

Voici mes résultats (en utilisant les formules catalogues constructeurs): // Dois-t-on utiliser les formules de bases ou constructeur?

Masse à déplacer = 750N
F totale = F + masse * accélération = 750 + (750 * 0,08) = 810 N // Première question (sans doute stupide) : pourquoi rajouter l'accélération ?

Calcul du couple nécessaire à la rotation de ma vis :
C = (F totale * pas * s)/(2000 * Pi * rendement // s = facteur securité compris entre 1,25 et 2,25
C = (810 * 40 * 1,5)/(2000*Pi*0,9) // Je considère peu de perte par frottement car vis à billes.
C = 8,59 N

Calcul de la puissance :
P = (C * vitesse rotation en tr/min)/9550 // V(tr/min) = 345 tr/min
P = (C*345)/9550 = 310 W.

Ensuite j'utilise une poulie type synchrone montée sur l'arbre de la vis d'un diamètre de 100mm. Du côté moteur, la poulie présente un diamètre de 60 mm. Donc :
D = 100 mm;
d = 60 mm;

De ce fait, mon couple résésitant au niveau du moteur est de 8,59/1,67 = 5,05 Nm // Rapport transmission = 100/60 = 1,67

Pour le calcul de ma courroie, le constructeur indique demande la puissance corrigée du système (sécurité) :

Pc = 310 * Ss // Facteur securité trouvé sur tableau catalgue = 1,12.
Pc = 310 * 1,12 = 347,2 W.

Est ce que jusque là, celà vous semble correcte ou suis-je complètement paumé ?

Quel type de moteur choisir sachant que j'ai un couple résistant de 5 Nm (sur petite poulie) et que ma petite poulie (montée sur l'arbre du moteur) doit tourner à 345 * 1,67 = 576, 15 tr/min ?

J'était interressé par le moteur pas à pas Nema 34 mais est-ce suffisant ? Dois je me tourner plutot vers un moteur Brushless ou autres ?

Sur internet, on trouve les courbes du couple en fonction de la vitesse. Une fois que la vitesse augmente, le couple fournit devient très bas... Le couple calculé précédemment n'est-t'il pas le couple de démarrage ? Un fois le mouvement lancé, l'inertie ne fait-elle pas son travail et le couple résistant diminue (donc moins d'effort à fournir par le moteur) ?

J'espère ne pas avoir fait trop d'imbécilité dans mes calculs

Merci d'avance de m'éclairer.
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[mécano41]

Bonjour,

Déjà, tu parles de masse en N (ici, ce sont des masses qui nous intéressent donc des kg) alors...

Ci-joint un calcul simple (sans tenir compte des rendements poulie/courroie et en négligeant la masse de la courroie).

La vis est longue, ce ne sera certainement pas une aiguille à tricoter. Il faut donc tenir compte de son inertie et de l'inertie des pièces tournant avec elle (poulie, accouplements...etc). J'ai également tenu compte de la poulie de l'arbre moteur

Je n'ai pas vérifié ; il serait bon que quelqu'un le fasse...

Cordialement

[Zozo_MP]

Bonjour

Indépendamment des calculs sur lesquels mécano41 (que je salue bien bas) vous répond, je trouve bien singulier cette idée d'utiliser une vis sans fin.

Un systeme a crémaillère ou a chaine et de loin préférable, ou encore mieux par cable, d'autant qu'une fois l'inertie de demarrage vaincu l'effort pour déplacer les portes n'est pas colossal.

De plus la chaine ou le câble ont l'avantage de régler l'eloignement des portes l'une par rapport a l'autre.

Il suffit de regarder toutes les portes de hangard d'avion ! D'ailleurs les portes des hangars d'air bus sont un exemple.

Cordialement

[NicoHan]

Bonjour,

Tout d'abord, merci de vos réponses.

Zozo_MP, tu as raison. Ce n'est pas un projet qui sera réellement réalisé (j'aurais du le préciser). C'est un exercice, je suis parti sur cette idée là et je mentionnerai effectivement qu'il y a des solutions mieux adaptées que ce type d'entrainement. Mais merci de ta remarque

Mecano41, merci beaucoup d'avoir pris le temps de faire ça. Super sympa! Par contre, j'ai un doute concernant l'inertie équivalente de la porte sur l'arbre 1 (ds ton schéma).

Tu utilises la formule ^{(((m1+m2)*p)/2Pi)},

n'est ce pas plutot (m1 + m2)*^(p/2pi) ? (moment d'inertie de masse en translation)

De plus, étant débutant,j'ai encore un peu de mal à comprendre certains principes. Le couple obtenu pas ces calculs correspond-il au couple nécessaire pour déplacer la charge lorsqu'elle est "EN MOUVEMENT" sur ma vis? Le couple de démarrage étant forcément plus important.

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[NicoHan]

Désolé, fausse manoeuvre pour les formules (pas habitué)

Pour la formule, c'est:

(((m1+m2)*p)/2pi))². N'est ce pas plutot (m1+m2)*(p/2Pi)² ?

Cordialement

[mécano41]

N'est ce pas plutot (m1+m2)*(p/2Pi)² ?

Si, bien sûr! (j'avais raison d'indiquer "à vérifier!")

Avec ce que j'indique, le couple est le couple, constant, d'accélération, à appliquer pendant la moitié de la course. Pour décélérer pendant la seconde moitié de la course, il faut appliquer la même valeur de couple mais en freinage cette fois. La vitesse est maximale au milieu de la course. L'accélération est constante, positive pendant la première moitié de la course et négative pendant la seconde moitié. (ànoter que l'on peut évidemment accélérer/décélérer plus fort et avoir une partie de la course à vitesse constante mais cela implique un couple plus élevé)

A noter que je n'ai pas pris en compte l'effort dû au frottement de roulement des portes sur leur rail ou dans leur glissière.

Cordialement

[NicoHan]

Salut Mecano41,

En fait ce qui me perturbe, c'est le faible couple nécessaire pour mettre en mouvement le système.

Mais celà pourrai être logique...ma vis ne supportant par de charge (charge supportée par un guide), ce serai un peu comme une masse de 50 kg posée sur des billes. La soulever serait difficile, mais une faible force de poussée permettrait son déplacemenr en translation sur les billes.

Donc, dans mon cas, seule l'inertie et les frottements du système sont à vaincre pour mettre ma vis en mouvement ? C'est pour ça que l'on dit que seule l'accélération est à prendre en compte pour un mouvement horizontale (lu sur un forum)?

Qu'en est-il de mes calculs effectués dans mon premier post ? Est-ce valable pour un mouvement vertical où là, le poid de la charge soulevée est à prendre en compte...?

Désolé si mes questions sont un peu idiotes...mais besoin que ce soit clair dans ma tête (encore beaucoup de choses à apprendre)

Merci encore

Cordialement

[mécano41]

Bonjour,


En déplacement horizontal, le poids des portes n'entre pas en ligne de compte (sauf si tu tiens compte du frottement). Seule la masse influe sur le couple à appliquer à la vis.

Tu peux vérifier en procédant autrement. Avec tes valeurs :

m=81 kg p=0,040 m X=0,7 m et t=3s

Tu calcules l'accélération pour la demi-course X/2 (avec le demi temps t/2)



D'où :

et l'effort d'accélération :

qui ramené en couple à la vis donne :

et au moteur :

couple très faible (auquel il faut ajouter, si tu en tiens compte, le couple d'accélération de la vis...)

Cordialement

[mécano41]

J'ai oublié :

Si tu avais une porte se déplaçant verticalement :

- le calcul de l'effort pour l'accélérer/décélérer dans les mêmes conditions serait le même
- pour la montée, il faudrait ajouter, à cet effort, le poids de la porte
- pour la descente, il faudrait soustraire, de cet effort, le poids de la porte

En descente, si le rendement du vis-écrou est bon et les autres frottements faibles, le moteur sert uniquement de frein (puisque le poids de la porte peut alors être un "moteur" suffisant à la faire descendre plus vite que dans les conditions requises...

Hors sujet : à noter que le système ne répond pas toujours aux conditions de sécurité requises car s'il y a coupure de courant, tout tombe...C'est pour cela qu'il faut alors adjoindre, soit un contrepoids (mais masse à déplacer doublée...) soit un vrai frein à manque de courant.

Cordialement