Calcul energie moteur/pignons

[t94]

Bonjour,

J'ai récemment fabriqué un train de pignons ayant pour rapport de couple 2500. Je l'ai monté sur un moteur electrique et j'ai suspendu une charge de 500g au bout (une haltere on vas dire). Lorsque le moteur tourne cette charge se soulève de 2 cm / minute environ et je mesure 7,5V - 1,3A au borne du moteur.

Je cherche à calculer le rendement du train de pignons. Malheureusement mon calcul semble inexacte. Pourriez vous m'indiquer comment faire ?


Pour moi on fait :

W moteur = V x I = 1,3V x 7,5A = 9,75 J
Mais le rendement du moteur est de 70% (selon sa datasheet) donc le moteur fournit une energie "utile" de 9,75 x 70% = 6,8 J.

et W haltere = m x g x "distance-parcourue" = 0,5kg x 9,8 x 0,02m = 0,098 J.

Donc le rendement est de 0,098 / 6,8 = 1,4% ? ... ????? ^^ ca me semble vraiment trop faible. Pourtant je ne vois pas où je me suis trompé :s

Merci d'avance pour vos explications
-----

[t94]

En outre à aucun moment dans mon calcul je n'intègre le train de pignons =S or bon il est pas là pour rien, sans lui ca ne soulèverait simplement pas... (qqc a voire avec le travail ?)

[invite07941352]

Bonjour ,
Puissance électrique consommée : 9.75 W
Force-poids : 0.5 . 9.81 = 4.9 N
Travail effectué en 60s : 4.9 . 0.02 = 0.0981 J
Puissance mécanique récupérée : 0.0981 /60 = 0.00163 W
Rendement moteur-réducteur : 0.00163 / 9.75 = 0.017%

[t94]

D'accord merci...
Je crois que vas faloir repenser le réducteur !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite07941352]

Re,
Soit vous perdez beaucoup dans le réducteur , soit vous pouvez lever une charge plus importante dans les mêmes conditions :
j'essaierai de doubler la charge et de faire les mêmes mesures .

[harmoniciste]

Bonjour t94
Je crois plutôt à un moteur surdimensionné.
Commencez par définir votre besoin en couple et vitesse en sortie de réducteur, puis adaptez le réducteur en fonction de la vitesse nominale du moteur, et enfin choisissez un moteur de puissance nominale convenable.

[t94]

Bonjour !

D'abord merci pour vos réponses !

En fait mon objectif présent est de comprimer de 3cm un ressort avec un moteur (pour un projet plus gros). Ce ressort a une constante de raideur de environ k = 3,3 N / cm -> donc sur 3 cm il seras à 9,9 N. (facilement vérifiable vu que bah faut mettre 1kg pour le comprimer de 3cm). Et donc justementjje veux le comprimer de 3cm et ce sur 3 secondes.


Du coup avant de me lancer j'avais recherché sur internet comment faire et j'ai calculé la puissance requise avec la formule P = W / t ( D'après wikipédia )
F = 9,9 N on a dit et on veut travailler sur 3cm en 3 secondes
donc W(3cm) = 9,9N * 0,03m = 0,297 J
donc Puissance_requise= 0,297 / 3 = 0,099 Watt.
(c'est bien ca ?)


Voilà mais à partir de là je ne sais à peu près rien faire chui en médecine pas en ingé :s .. Donc je veux bien un peu d'aide. J'ai vu quelque part que yavait un calcul a faire avec le couple , les rpm (puissance = rpm * couple ?) mais je ne vois pas bien à quoi ca peut servir..


Nb : Les caractéristiques techniques exactes du moteur inscrites dans la datasheet sont "en tension nominale : 12V / 1,3A / 15500 tours/minute".
et "en rendement maximale : 12V, 11A / 12500 tours/minutes"

[t94]

Ah ! je crois avoir trouvé :

Puissance = Rpm * couple.
Donc a l'entrée niveau moteur j'ai
RPM = 15500 * 2 PI / 60 = 1623 rad/s
Donc Couple_entrée = Puissance / RPM = 12V * 1,3A / 1623 = 0,0096 N/m

A la sortie je veux du coup
RPM = 5 tour/minute = 0,52 rad/s (c'est moi qui le définit comme ca dans le projet)
Puissance -> 0,099 Watt (calcul ci dans le post du dessus)
DONC Couple_sortie = Puissance / RPM = 0,099 / 0,52 = 0,189 N/m

Le rapport de reduction doit donc être de .... euh .... bah ouai 0,189 / 0,0096 = 20 ?


Mais à ce moment comment on fait pour choisir la puissance de moteur adéquate ? Ca me semble adapté là non ?

[invite07941352]

Re,
Donc, 10N sur 3cm en 3s, 0.1 W. Cette puissance ne sert à rien , vu les pertes mécaniques énormes que vous ne connaissez pas .
Donc, vous ne pourrez jamais CALCULER la puissance nécessaire du moteur .

La seule chose à faire , c'est de passer d'un axe en rotation à 15500 tr/mn à un déplacement linéaire de 1 cm/s ? Cela, c'est juste une question de démultiplication mécanique obligatoire .
Et voir si votre moteur convient ou non .

Ce n'est pas vraiment le bon choix de partir de 15500 tr/mn ...Par exemple, si vous êtes en courant continu , un moteur d'essuie-glace et son réducteur serait mieux à priori .

[t94]

"15500 tr/mn à un déplacement linéaire de 1 cm/s ? Cela, c'est juste une question de démultiplication mécanique obligatoire"

Voilà exactement !

L'ennui c'est que j'ai soit ce moteur, soit un autre plus petit 6V, 1200 tours/minutes je crois.....

[t94]

"Donc, vous ne pourrez jamais CALCULER la puissance nécessaire du moteur ."

yaurait pas moyen d'expliquer un peu quand même ? ... (je sais faire 2/3 calculs quand même ahah )


Sinon pourquoi ne pas admettre que bah le rendement du système à cause des frottements etc est de 30% par exemple (ca me semble être une belle marge ?) et poursuivre le calcul ?


(dsl pour les double post)

[invite07941352]

Re,
Vous ne savez strictement rien du rendement , ni du moteur, ni du réducteur : 30%, 3% , 0.3% ??? La preuve ? Vos premières mesures ...
Pourquoi les mettez vous en doute ?
Le mieux serait de compléter vos premières mesures avec d'autres charges ... C'est facile à faire .

[t94]

Re,
Vous ne savez strictement rien du rendement , ni du moteur, ni du réducteur : 30%, 3% , 0.3% ??? La preuve ? Vos premières mesures ...
Pourquoi les mettez vous en doute ?
Le mieux serait de compléter vos premières mesures avec d'autres charges ... C'est facile à faire .

Ok donc le moteur soulève 50g de 80cm en 1sec à 7,5V 1,3A =>
P moteur = 7,5 * 1,3 = 9,75 Watt
W mécanique = 0,05 * 10 * 0,8m = 0,4 J
P mécanique = 0,4 J / 1seconde = 0,4 Watt
=> Rendement moteur = 0,4 / 9,75 = 4,1% .... =S ....... sur la fiche technique ils indiquent 70% x) ... Mais bon aussi je suis en nette sous tension donc ca peut expliquer ce résultat !


Le truc c'est que je met mes calculs en doute car ca me semble ridicule 0.017% de rendement global :-/.

si j'ai 4,1% avec le moteur ca veut dire que j'ai 0,34% de rendement du train de pignons.. (0,0034 * 4,1% = 0,017%)

Mon train de pignons je peux garantir qu'il est pas mal fait , genre si avec le doigt j'entraîne la premiere roue, bah avec l'energie cinétique donnée elle vas continuer tourner toute seule pendant qqc genre 1 ou deux secondes après... donc ca m'étonnes d'avoir une valeur aussi pitoyable :-/ Pourtant la mesure est là j'ai revérifié : 500g montent bien 2cm en environ 1minute.. et j'ai test de mettre une charge plus grosse (1kg) ca bloque.

[t94]

pardon* 0,41% de rendement le train de pignon, pas 0,34%* my mistake,

En fait en vrai c'est logique j'ai 5 étages de pignons .. donc si j'ai 21% de rendement à chaqun étage ca fait un rendement global de 21% * 21% * 21% ... = 0,0041 , donc on retrouve bien les 0,41% de rendement du train de pignons... =S Et là 21% de rendement par étage en moyenne c'est tout a fait probable à vue de nez.... donc globalement ouai ca se tiens en fait :/ ...... Et on multiplie ca par le rendement de 4% du moteur en sous tension et effectivement ca donne le résultat magnifique de 0,017% de rendement..

C'est inoui jpensais pas ça impactait tant que ça ...

[chatelot16]

la premiere chose a faire serait de parler du type de reducteur !

il y a une multitude de reducteur de principe different dont les rendement sont completement diferent

les reducteur a vis sans fin a grand rapport de reduction on des rendement minable : on les utilise quand on veut faire des vietsse lente a très faible puissance donc que le rendement est sans importance

quand on veut un bon rendement on peut arriver a 95% pour un engrenage droit de rapport 5

pour faire 2500 il en faut au moins 5 successif donc 0,95⁵ = 0,77

se mefier de certain train epicycloidaux qui font un enorme rapport de reduction en un seul etage mais font un rendement encore pire que les vis sans fin

[t94]

Ok. Bah c'est un train de pignons tout simple avec 5 engrenages successifs. Ca vas être compliqué de donner tous les diamètres alors je donne les découplages successifs pour chaque : (en partant du moteur) ca multiplie par 10 , puis 3 puis 1,5 puis 5 puis 10 (et puis ya la charge au bout) , ce qui nous fait 2250 de réduction.

Je n'ai pas de vis sans fin (peu d'intérêt dans ce cas en effet) et aucun train épycicloidal a disposition (trop cher)..

Niveau matériaux c'est mixte... genre en partant du moteur -> le pignon du moteur est en plastique, il entraine un pignon en laiton qui entraine un pignon en laiton ensuite ca entraine un pignon plastique pui plastique le dernier avant la charge est à nouveau en laiton. .. Je ne sais pas trop si ca change quelque choise de mélanger les matériaux .. ?

Les tiges sur lesquelles les pignons sont montés sont en acier (diamètre 4mm). Elle sont montées sur chaque extrémité dans un fourreau en alu (fixe lui, et de diamètre très légèrement supérieur.)...

[chatelot16]

le rendement des engrenage ne depend pas que des engrenage mais aussi du frottement sur les palier

si il n'y a pas de roulement il faut des diametre d'axe le plus petit possible , donc proportionné aux effort , donc petit diametre pour les grandes vitesse , et plus gros aux basse vitesse ou il y a plus d'effort

autre remarque : le rendement de ton moteur est donné a sa puissance nominale ... il est bien possible que dans ton essai la puissance mecanique soit très faible donc le moteur consome son courant a vide , et son rendement est presque nul ... le probleme ne serait pas le reducteur mais le moteur mal utilisé

pour lever le doute mesure le courant du moteur a vide sans engrenage

pour reduire la puissance consomé a vide d'un moteur trop gros il est simple de reduire la tension ... ça reduit la puissance perdue a faire du vent avec la vitesse , et a faire chauffer son circuit magnetique par courant de foucault

un moteur a courant continu a aimant permanent peut avoir un meilleur rendement a vitesse et puissance reduite qu'a sa puissance nominale

mais tu n'a pas precisé le type de ton moteur

[t94]

Bonjour,

D'abord merci pour votre réponse,

Alors niveau roulement effectivement je n'en ai pas. mais ok je note pour les diamètres. J'essaie de voire si je peux huiler les transmissions pour diminuer encore les frottements !


Il s'agit d'un moteur électrique : Ici pour la datasheet
Mais en résumé :
Nominal Voltage = 8,4V (fonctionne de 6 à 12V),
No-Load Value at Nominate Voltage = 1,3A 15.550 rpm
Values at max. efficiency = 11,3A 12.400 rpm
Maximum efficiency = 72%

J'ai mesuré à vide et à 7,5V : il consomme environ 1,0 A à vide... et quand j'ai les pignons c'est 1,3 A.... Hum... Mais qu'est-ce que cela signifie ? Que j'utilise 1,0A de base pour faire tourner le moteur et le "surplus" (ici 0,3A) serviras à pousser la charge ?

(j'ai test, plus je met une charge plus grosse l'ampérage monte.. quand j'ai bloqué mon moteur j'étais genre 5 ou 6A x) (pas eu le temps de lire la valeure exacte une résistance de mon générateur a cramé ... (vive l'expérimentation physique ))

[harmoniciste]

Bonjour t94
Comme je te vous l'avais dit, le rendement déplorable vient principalement ici du mauvais choix du moteur: La puissance demandée est plusieurs centaines de fois inférieure à la puissance nominale de votre moteur. Doit-on supposer aussi que le couple nominal du réducteur a été choisi en fonction de ce qui trainait dans un fond de tiroir?

[t94]

Bonjour,

Comme je l'ai dit, je ne suis pas du tout en étude d'ingénieur, c'est à dire que jusqu'à hier quand on m'a montré comment faire les calculs je ne savais pas du tout comment faire ! ... Je me suis dit "1Kg c'est beaucoup" donc gros moteur + gros reducteur.... Au final il s'avère que bah pas du tout


Mais là avec ce que l'on m'a expliqué je commence à un peu à comprendre, je vais réessayer un montage avec un moteur plus petit (6V, 0.2 A, 1200 rmp à vide -> 1,2 Watt... sachant que la puissance mécanique requise est de 0,098W ce seras bien plus raisonnable !) Et cette fois je vais réèllement faire les calculs pour les couples etc... (en me basant sur le rendement que j'ai mesuré sur mon train de pignons mesuré cad 20% de moyenne pour chaque étage (même si pense que en vrai je dois avoir un étage qui a genre 30% et donc qui ca impacte sur tous les autres.. mais je vais mesurer la transmission pour chaque étage !) .. en espérant que cette fois-ci ca fonctionneras !)

Mais en tout cas merci vraiment de m'expliquer tout ca j'aurais pas deviné seul ^^..

[chatelot16]

avec 1,2W pour 0,9W tu risque d'avoir le probleme inverse , surcharger le moteur

il faut choisir un type de moteur qui a un bon rendement a tension et vitesse reduite : c'est en general le cas des moteur a courant continu a aimant permanent de bonne qualité ... ce n'est pas forcement le cas des petit moteur de jouet

dans la doc de ton moteur il n'y a aucune information : on ne voit même pas le nombre de lame de collecteur !

les moteur de jouet a 3 lame ne marchent pas très bien a tension reduite

les moteur de bonne qualité ont un plus grand nombre de lames et tournent bien a tension reduite : ça peut donner un meilleur rendement qu'un moteur plus petit utilisé a fond

pour trouver des petit moteur a haut rendement il y a les dynamo a manivelle : la plupart utilisent comme dynamo des petit moteur electrique assez bon ... sauf ceux qui utilise des alternateur ... et en prime ça contient une serie d'engrenage bien adapté au moteur

[t94]

Nouveau rebondissement : ..... ca m'a vraiment mis le doute toute cette histoire je viens de vérifier : ....... alors le vendeur m'a donné n'importe quoi comme notice : donc mon moteur est un RS-550PC-8021 et VOILA la bonne notice ! Hum... Effectivement ya tout de suite plus de choses...... ^^

Mais c'est surtout le graph qui retiens mon attention ... Très intéressant pour comprendre !

En tout cas en effet il est bien en sous régime : il fonctionne sur du 12V en nominal et j'ai tout fait avec 7,5V....

Mais je crois je vais aller m'expliquer avec le vendeur car c'est lui qui m'a dit que ça irait très bien ce moteur ....... !

avec 1,2W pour 0,9W tu risque d'avoir le probleme inverse , surcharger le moteur

Pourquoi ? La puissance de mon petit moteur est 10 fois supérieure aux 0,9W requis pourtant ? :/
En outre je ne travaille que 3 secondes toutes les 10 secondes donc il a le temps de se détendre non ? (je peux faire en sorte avec l'electronique derrière que yait moins de tension qui arrive pendant les 10 secondes où il ne travaille pas pour qu'il se repose encore plus :s pas très compliqué..)

[sitalgo]

B'jour,

Par curiosité, as-tu mesuré ton moteur à vide avec et sans réducteur. Tu aurais peut-être déjà des surprises.

[t94]

je l'ai fait c'est écrit quelque part au dessus : à vide à 12V il consomme environ 1,1A (comme sur la bonne notice en fait).

[chatelot16]

bin oui ... robbe c'est le marchand pour modelisme , il ne fabrique pas les moteur

il vaut mieux avoir affaire au bon dieu qu'a ses saint ...

donc mabushi est le fabricant le plus connu de ces moteur ... encore que mabushi etait japonnais et que maintenant on achete surtout des copie chinoise plus ou moins aproximative

en tout cas ta doc montre ce que je pensait : le rendement maxi n'est pas a la puissance nominale !

a puissance nominale le rendement est minable ... le rendement maxi est a un couple reduit

et ce graphique ne te montre pas ce qui se passe en reduisant la tension : il y a une autre augmentation de rendement possible

donc si tu cherche le meilleur rendement il ne faut pas chercher un moteur dont la puissance maxi soit ce que tu veut , mais un moteur un peu plus gros que ce que tu veux pour pouvoir te placer a son rendement maxi

le moteur que tu a est peut etre trop gros , mais ça merite de mesurer un peu dans differente condition pour mieux comprendre

cette façon de faire est completement differente entre ces petit moteur de jouet et les moteur industriel : pour les moteur industriel il ont heureusement le meilleur rendement a leur puissance nominale !

[sitalgo]

je l'ai fait c'est écrit quelque part au dessus : à vide à 12V il consomme environ 1,1A (comme sur la bonne notice en fait).

Je n'avais pas vu.
Dans ton premier message : "Lorsque le moteur tourne cette charge se soulève de 2 cm / minute environ et je mesure 7,5V - 1,3A au borne du moteur."
Puis dans ton message 18, tu trouves les mêmes valeurs mais à vide.
Au vu des valeurs, il faudrait que tu aies une précision de mesure à 0,01% maxi.
Comme on dit, on n'utilise pas un tank pour tuer un moustique.

[t94]

donc si tu cherche le meilleur rendement il ne faut pas chercher un moteur dont la puissance maxi soit ce que tu veut , mais un moteur un peu plus gros que ce que tu veux pour pouvoir te placer a son rendement maxi

Le problème du bon dieu c'est qu'en général il te demande des frais de ports avant d'envoyer un bout de paradis, tandis que les saints eux avec mes ptites pattes jpeux aller les voire .. Mais ok je vais me trouver un générateur qui supporte genre 10A et tester tout ca à nouveau par curiosité

Mais du coup je suis allé sur le site de Mabushi, et j'ai cherché des moteurs à 12V et avec un rendement optimal entre 0,2 et 0,5 Watt (j'ai besoin de 0,1 Watt moi) et je me suis retrouvé avec ce moteur dont la datasheet est ici à la deuxieme ligne (c'est le 081100 qui m'intéresse ici) (en cliquant sur le 081100 on a une simulation des rendements selon plein de paramètres d'ailleurs )

Bon donc du coup ici -> le rendement max est à 12V, 0.022A et c'est 0.16 Watt ! Ca pourrait aller non ? Comme vous m'avez conseillé, là je me place bien sur un moteur un peu plus gros dont le rendement max est a peu près à ce que je veux ?


Mais du coup je me demande ... le couple indiqué à l'efficacité max est de 0,001 N/m (j'ai arrondi).
Or le couple que je désire à la sortie 0,05 N/m (Puissance = 0,1 Watt, et je veux que ca fasse environ 2 rad/seconde) ... ... Donc là il suffiras de faire un reducteur de 50 (si on admettant qu'il a un rendement de 100%) et ca fonctionneras ?

Dans ton premier message : "Lorsque le moteur tourne cette charge se soulève de 2 cm / minute environ et je mesure 7,5V - 1,3A au borne du moteur."
Puis dans ton message 18, tu trouves les mêmes valeurs mais à vide.

j'ai refait plusieurs fois les mesures, réèllement je ne trouve quasiment aucune variation dans l'intensité, genre max 0,3A de différence quand je met la charge ou que je la retire. (je mesure avec un multimètre standard, genre le truc qu'on achète à 12€ dans n'importe quel magasin d'electronique..) Par contre ouai quand j'ai bloqué l'axe du moteur avec mes doigts c'est partit en cacahuète niveau ampérage : mon générateur a cramé j'ai eu le temps de lire 5 ou 6A. Mais bon au vu du schéma mis en lien au dessus 5 ou 6A c'est faible comparé à ce que peut supporter ce moteur ^^