Calcul couple nécessaire à la rotation de roues

[topaze17]

Bonsoir à tous et à toutes.

Pourriez vous m'aider ..

J'ai en projet la fabrication d'un robot , qui me servira à travailler au jardin , en trainant des outils, il sera équiper de 2 roues motrices , et de 2 roues "jockey"
toutes 4 de 400 a 500 mm de diamètre.
Il n'a pas pour vocation de travailler la terre , mais de trainer des outils qui rouleront sur la terre ou racleront la terre (déjà travaillé par un motoculteur , et donc friable ).
Le poids total en charge sera au maximum de 300 kg .
La vitesse sera d'environ 100 m par heure, donc si je ne me trompe pas 1 à 1,5 tour par minute.
Il y aura 2 motoréducteurs , un pour chacune des roues motrices ( la variation de vitesse de l'une par rapport à l'autre permettant de tourner ).
J'ai opter pour le 12 volt batterie comme source d'énergie pour les 2 moteurs ( les outils et le bras du robot sont en 12 volt)
Pour pouvoir choisir les moteurs ( égaux en puissance ), le vendeur me demande "le couple nécessaire à la rotation des roues ".
Et c'est là que ça coince , je me rend compte de mon ignorance en mécanique à ce propos!!!

Question frottements , il y a ceux du motoréducteur ( mais le fabricant devrait les fournir, enfin je crois ), ceux de l'axe des roues ( j’essaierais de prendre les roulements qui en
en ont le moins ( vos avis seront les bienvenus )) et les frottements des roue sur la terre ( mais là .... je ne sais pas les calculer ! )
Merci à tous pour le temps que vous prendrez pour me venir en aide
Et bien sur, si vous avez besoin de renseignement ou précision , je vous les fournirais.
Et quand j'aurais fini , si vous voulez , je mettrai une photo du résultat

Topaze
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[invitecaafce96]

Bonjour,
Je pense que personne ne va pouvoir répondre précisément car tout se passe dans des résistances aux frottements ou aux roulements .
Les pneus , de quel type ? Genre agricole à gros dessins ?
Le terrain , genre gazon bien tassé ou terre labourée ? Cela peut entraîner des différences significatives dans les résultats ...
Le seul avantage , vous roulez lentement et vous démultipliez beaucoup , mais le réducteur ???
Vous avez trouvé des réducteurs rapport 1000 environ ? A quel prix ?
Vous avez compter la masse des batteries ? Vous avez une idée de la capacité à emmener ?
Il va falloir y aller au pif : pour moi , c'est 2 fois 500W minimum ... Et je me demande si c'est bien suffisant !

[phys4]

Il vous faut évaluer la force de traction de ce que vous voulez emmener avec votre microtracteur, c'est son but premier.
Sans cette force qui peut être assez grande, il sera difficile d'en déduire la puissance.

[invitef29758b5]

Salut

Il faut aussi évaluer la résistance au roulement .
Avec un sol mou et irrégulier , elle devrait être assez importante .
Voir aussi si le terrain est en pente .

[A voir en vidéo sur Futura]

[topaze17]

Bonsoir, et merci pour vos réponses,

Les pneus seront type agricoles avec dessins prononcés pour éviter qu'ils ne patinent

Le terrain : est mou et friable sur 2/3 cm de profondeur , et dur en dessous

réducteurs rapport 1000 environ : j'en ai trouvé mais assez cher, à ce propos, peut_on remplacer par 2 réducteurs de moindre rapport en série pour faire 1/1000, ou cela n'apportera que des soucis ?

La masse des batteries est comprise dans les 300 kilos , j'ai prévu 3 batteries de 125A/H ,1000Amperes , selon fabricant , ce sont des batteries agricoles (tracteurs)

la force de traction : il ne tirera que des objet "légers" soit 10/20 kg qui traineront des outils (style raclettes ou faisant un sillon de 2/3 cm de profondeur dans la terre ameublie)
mais sa principale fonction est de se mouvoir lui mème pour amener le bras robotisé travailler là ou il doit .

la résistance au roulement : le terrain est à peu près horizontal (je ne vois pas de pente à l’œil ), le terrain, à la période d'utilisation, est friable et mou sur 2/3 cms d'épaisseur et dur en dessous

J'espère que ces précisions pourront vous aider à me conseiller au mieux pour le choix de la puissance des moteurs de 2 roues motrices .

Bien sur , je comprend que tous les éléments qui interviennent dans ce problème ne sont pas précis ,mais c'est d'un ordre de grandeur de puissance pour l'achat qu'il me faut .
En tout cas Merci
Topaze

[invitef29758b5]

Si on prend une force résistante de 500 N et une vitesse de 0,028 m/s (=100 m/h) on trouve une puissance utile de 14 W
Ce qui donne un moteur gros comme un tube d' aspirine ...
Avec un énorme réducteur .

Problème : tu devras faire attention aux escargots qui vont te dépasser

[topaze17]

Bonne soirée,
Et merci pour vos réponses.
Promis je ne ferais pas la course avec les escargots .....trop peur de perdre

Dynamix , comment est tu arrivé à estimé la force résistante à 500 N comme ordre de grandeur ? , pour notre ami Catmandou pour les moteurs, il semblerait que se soit " au pif : pour moi , c'est 2 fois 500W minimum ... Et je me demande si c'est bien suffisant ! "
( Les 2 explications ne sont peut-être pas contradictoires ?)
Pour moi, je préfère tes chiffres , mais bon.

D'autre part tu me dis avec justesse "Avec un énorme réducteur" , ce qui me pose le problème du prix .
aussi puis-je te redemandé : peut_on remplacer 'un énorme réducteur' par 2 réducteurs de moindre rapport en série pour faire 1/1000, ou cela n'apportera que des soucis ?
car même avec un rapport de 1200, il est beaucoup moins cher d'avoir 2 réducteurs (1 de 40 et un de 30 ) reliés en série entre le moteur et la roue , enfin au tarif que j'ai trouvé .
En tout cas merci beaucoup à tous pour votre aide précieuse .
Topaze

[invitef29758b5]

J' ais pris 10% du poids pour la résistance au roulement et 200 N pour la traînée de l' outil ça va bien comme ordre de grandeur .
Mais 100 m/h ça me semble vraiment extrêmement faible . c' est plus lent qu' un rouleau compresseur .
Avec une telle vitesse on arrive à des puissances ridicules , et tes batteries sont hyper surdimensionnées .

[invitecaafce96]

Re,
Oui, vous allez devoir mettre des réducteurs en série dont le dernier doit passer le couple à la roue .
Je veux bien revoir mes valeurs à la baisse , mais pour entraîner tout cela , il faut une puissance talon minimum ,
Je ne me risquerai pas en dessous de 2 fois 100 W , si c'est trop puissant le moteur ne les consommera pas .

[phys4]

Re,
Les réponses commencent à se stabiliser, je trouve en effet qu'avec 2*100w vous pourriez viser une vitesse utile 10 fois plus grande, quitte à prévoir deux vitesses pour les points durs.

Remarque, vos batteries ont un potentiel d'énergie de 4,5 KWh, elles suffisent pour un fonctionnement de 20 heures à pleine puissance. Vous pouvez sans doute alléger un peu.

[topaze17]

Bonsoir,
Dans ma recherche de motoréducteur tout prêt , on m'a proposer à un prix abordable ce modèle :
Caractéristiques principales
Tension d'alimentation 12v
Courant nominal 0.62 A
Vitesse à vide 5.1 tr/mn
Vitesse en charge 4.9 tr/mn
Couple nominal 6 Nm

Rapport de réduction 750
Nombre d'étages 5
Type de réducteur Train Droit ( qu'est ce que ça signifie ?)
Charge axiale maximum 30 N
Charge radiale maximum 60 N
à une distance de la face de : 10 mm
Jeu radial 0.2 mm
Force de chassage 30 N

Qu'en pensez vous, le prix est attractif, c'est tout fait ,
mais la puissance, si je crois ( P=UI) ça fait : 12*0.62= 7,44 watts , c'est super faible , ou c'est moi qui me trompe ?
Merci de tous vos bon conseils .
Bonne soirée

[topaze17]

Rebonsoir,
Dynamix et phys4,
oui je vais ( grâce à vos conseils) diminuer les batteries , j'en garderai une pour les moteurs de roues , et une pour alimenter le robot et ses moteurs ;
Merci à vous

[invitecaafce96]

Bonsoir,
Non , vous ne vous trompez pas 7.44 W , normalement , 5 paires de pignons à taille droite pour obtenir la réduction .
Je serai curieux de voir l'axe de sortie sur lequel il va falloir adapter la roue agricole ...
On peut le voir , ce moto réducteur ?

[invitef29758b5]

mais la puissance, si je crois ( P=UI) ça fait : 12*0.62= 7,44 watts , c'est super faible

D' autant plus que c' est la puissance électrique .
Tu as besoin de 14 W : puissance mécanique à la roue .(puissance utile)
Compte tenu du rendement du réducteur et du moteur , il faut compter le double soit 30 W
La puissance nominale ne correspond pas au rendement nominal pour ce genre de moteur .
Compter un fonctionnement idéal à 1/2 ou 1/3 du nominal pour être au meilleur rendement , soit environ 90 W .

Le couple à la roue pour 500 N et une roue de R 0,2 , c' est 500*0,2 = 100 N.m

[topaze17]

Voila le motoréducteur en pièce jointe , donc le vendeur , se présentant comme " conseil technique" s'est .....de moi.
Je trouvais aussi que l'axe n'était pas très gros ( mais avec 1 image c'est tout de même dur de se rendre compte,
surtout quand , a priori on fait confiance )
Merci à vous !
je vais donc comme dit + haut , associer 2 réducteurs pour y arriver.

[phys4]

Caractéristiques principales
Tension d'alimentation 12v
Courant nominal 0.62 A
Vitesse à vide 5.1 tr/mn
Vitesse en charge 4.9 tr/mn
Couple nominal 6 Nm

Qu'en pensez vous, le prix est attractif, c'est tout fait ,
mais la puissance, si je crois ( P=UI) ça fait : 12*0.62= 7,44 watts , c'est super faible , ou c'est moi qui me trompe ?

La puissance mécanique en sortie correspond à 3 W seulement en charge. Cela correspond bien à la puissance électrique avec un mauvais rendement de réducteur.

Il faut plus solide et beaucoup plus puissant pour aller avec le reste du matériel.

[topaze17]

Bonjour,
Merci phys4,
Pourriez vous m'indiquer comment vous avez calculé la puissance mécanique à 3 W, et comment fait on la comparaison avec la puissance électrique du moteur pour évaluer le rendement d'un réducteur ? comprendre comment calculer cela, ça m'aidera pour faire le tri de ce que l'on me propose.
En tout cas merci beaucoup de votre aide et soutient si utile

[phys4]

C'est très simple :
En charge la vitesse de rotation est de 4,9 tr/min soit 4,9*2*pi /60 = 0,513 rad/sec
Le couple est alors le couple nominal = 6 N.m

Et nous aurons alors le courant consommé nominal = 0,62 A soit les 7,44 W calculés
La puissance mécanique disponible est donc 6*0,513 = 3,079 W
et le rendement moteur+réducteur = 3,079/ 7,44 = 41,4%