moteur rotation 150kg

[invited222f86e]

Bonjour,

Je souhaite réaliser un système d'extrusion de collets dans des tubes metalliques.

La configuration du système est identique à celle d'un tour, les outils se mouvant le long du tube cylindrique à l'horizontale. L'objectif etant d'usiner des trous puis faire des extrusions tous les x cm et ce, sur tout le pourtour du tube qui pèse 150 kg pour une longueur de 10,2m.

Je suis à la recherche d'un moteur pas à pas (les extrusions pouvant être réalisées n'importe où sur le diametre exterieure du tube) capable de faire tourner cette masse (comprenant également le mandrin et la "contre-pointe")

J'ai tenté de chercher le couple à délivrer par le moteur en connaissant l'acceleration angulaire et l'inertie des différents composants (quasi nul pour tous...), mais ce que je trouve me semble excessivement trop petit (en gros je trouve un couple de 3.8Ncm et une puissance de 0.1W, pour faire tourner 150 kg... Un moteur de jouet suffirait alors que sur certaines videos d'industriels, on peut voir des motoreducteurs nettement plus conséquent) et je ne vois pas comment faire autrement ni comment calculer autrement puisque je néglige les frottements au niveau du mandrin et de la contre-pointe guidés par des roulements...

Merci d'avance pour vos suggestions et bon week end.

Edit : j'aimerai aussi vous de demander si vous saviez comment fixer le mandrin sur l'axe du motoreducteur/moteur tant que l'on et dans ce domaine. Merci à vous.
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[invited222f86e]

Up.

Peut être que je me suis mal exprimé auparavant.

Ce que j'aimerai connaitre, c'est les étapes pour déterminer le couple à transmettre au mandrin pour faire tourner un tube de 150 kg de diamètre 100mm, ou simplement savoir si j'emploie la bonne méthode...

Ou peut-être me suis-je trompé d'endroit dans le forum ou que ce genre de topic n'a rien a faire sur celui-ci, auquel cas je m'en excuse.

Merci à vous.

[Zozo_MP]

Bonjour

Votre question à tout à fait ça place ici mais peut être que le première formulation n'a pas été comprise.


Par exemple

L'objectif etant d'usiner des trous puis faire des extrusions tous les x cm

pouvez vous expliquer extrusion, car trou nous comprenons mais pas extrusion, ni quel outil peut réaliser l'extrusion.

Quand au couple que vous donnez il parait bien sur très faible.
Je ne suis pas spécialiste des moteurs hélas mais encore faut-il que le moteur pas à pas, soit capable de tenir la bonne position angulaire une fois la position obtenu et cela compte tenu de vibrations importantes ainsi que des pressions radiales qui auront tendance à faire tourné le tube sur son axe.
Dis autrement, indépendamment du moteur (et des sécurités d'asservissement) qui positionnera le tube selon le bon angle pour ne parlez pas du système de blocage (indexation) pendant la phase d'usinage.

Cordialement

.

[Zozo_MP]

Bonjour

Compte tenu du décalage horaire je regroupe les remarques et questions !

Pour l'extrusion en vous relisant, j'ai compris que vous parliez de collets tirés réalisés par technique d’extrusion de type T-DRILL.

J'étais resté sur une autre technique d'extrusion qui n'a rien à voir avec la votre.

Petite curiosité est-ce que les trous dans le tube sont ronds ou elliptiques comme j'ai cru le comprendre.

Cordialement


.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee0b658bd]

Bonsoir,
il manque comme donnée pour pouvoir verifier tes calculs l'acceleration angulaire qu'il faut fournir à ton tube et le moment d'inertie des divers composants.
si les paliers sont bons, il est normal qu'a vitesse de rotation constante la puissance consommée soit quasi nulle.
fred

[invited222f86e]

Actuellement, je me concentre sur le bâti fixe, je n'ai donc aucune idée de la géométrie des trous, désolé Zozo.

Ce que vous me dite Verdifre me rassure un peu
L'acceleration agulaire est très faible aux vues des petits angles de rotation et des petites dimensions du tube.

En gros, le tube fait 90° en 1s avec une acceleration constante jusqu'a 45°, puis une deceleration sur les 45° restant. Peut être que mon erreur se trouve ici, sur le calcul de l'acceleration angulaire... Pourriez vous me donner les étapes de calcul svp ?

Merci d'avoir pris le temps de m'avoir lu

[invitee0b658bd]

Bonjour,
le calcul de l'acceleration est alors trés simple
90 ° en 1s ---> vitesse maxi = 180°/s
on obtient cette vitesse maxi en 1/2 seconde l'acceleration vaut donc 360°/s²
ou (2*pi)rad/s²
il reste à connaitre le moment d'inertie de l'ensemble à entrainer pour pouvoir calculer un couple
freds

[invited222f86e]

Ce n'est donc pas ici que je me suis trompé^^. merci Verdifre.
Par contre, j'ai obtenu les mêmes résultats avec les belles équations horaires apprises il y a de ça quelques années déjà^^". Il y a une manière plus logique d'obtenir la vitesse maximale à partir du temps que met un objet à tourner ? Je ne vois pas là^^".

Si vous avez le temps, pouvez vous juste m'aider à vérifier les calculs qui suivent ?

Concernant les moments d'inertie, j'ai 3 pièces que sont :
- le tube (diamètre intérieur 94.5mm, diamètre extérieur 100mm sur une longueur de 10.2m, poids 150kg),
- un mandrin (diamètre 200mm, épaisseur 110mm, poids 25kg),
- la contre-pointe (cône : diamètre de base 110mm, hauteur 60mm, poids 2.5kg)

Pour simplifier, je ne prends pas en compte les axes dont les dimensions sont petites par rapport aux composants.

La configuration du système est celle d'un tour, donc tous les moments d'inertie sont calculés suivant l'axe de révolution des composants.

Le moment d'inertie du tube est : [m.(Re²+Ri²)]/2 = 0,29 kg.m²

Le moment d'inertie du mandrin est : m.R²/2 = 0,13kg.m² (déjà là, bien que le mandrin soit "plein", le moment d'inertie est la moitié du tube alors que le tube pèse 6 fois plus lourd...)

Le moment d'inertie du cône est : 3.m.R²/10 = 0,009 kg.m²

Etant tous sur le même axe de rotation, il nous suffit de les additionner, et on obtient donc un moment d'inertie de l'ensemble à entrainer de : I = 0,429 kg.m²

Donc si je ne me trompe pas, le couple est le produit de l'accélération angulaire en Radian et du moment d'inertie.
Ce qui nous donnerait : C = 2.pi.0,429 = 2,7 Nm

(ah, déjà c'est un peu plus que ce que j'avais trouvé, j'ai dû me tromper précédemment... Mais ca me parait tout de même faible en fait, même si on prenait en compte les frottement du palier lisse sur l'axe en sortie moteur et les frottements au niveau des roulements a billes côté contre-pointe, c'est quand même 150 kg... J'avoue ne pas réussir à me représenter ce qu'est des kg.m² ... kg par m² c'est compréhensible, mais les multiplier...)

D'où la puissance en sortie moteur : P = C.w = 2,7 x pi = 8.5 W
C'est exact ?
Auquel cas un petit moteur électrique permet de faire tourner ces 150 kg...

Encore merci pour votre aide !

[invitee0b658bd]

bonjour,

Par contre, j'ai obtenu les mêmes résultats avec les belles équations horaires apprises il y a de ça quelques années déjà^^". Il y a une manière plus logique d'obtenir la vitesse maximale à partir du temps que met un objet à tourner ? Je ne vois pas là^^".

plus logique non, mais plus simple oui.
c'est un raisonnement graphique et je vais essayer de l'expliquer sans dessiner.
dans ton explication il était implicite que:
1) les accélération et les décélérations sont égales et constantes
2) il n'y a pas de phase à vitesse constante
---> on a donc une loi de vitesse de type triangulaire
(si tu traces la vitesse en fonction du temps tu tombes sur un beau triangle isocèle)
---> une fois cette loi tracée on peut remarquer que le déplacement est représenté par la surface sous la courbe

---> la surface du triangle est simple a calculer, c'est hauteur * base /2 donc vitesse maxi * temps de déplacement /2
comme la surface du triangle représente le déplacement on peut écrire
déplacement = vitesse maxi * temps de déplacement/2
on en déduit immédiatement que vitesse maxi = 2 * déplacement/(temps de déplacement)
ou dit différemment vitesse maxi = 2 vitesse moyenne.

Cependant, même si le loi de vitesse triangulaire est simple à calculer et peu sembler conduire à une utilisation optimale du moteur elle est rarement utilisée. On lui préfère généralement une loi trapézoïdale (avec un pallier à vitesse maxi) qui a l'usage est beaucoup plus souple (si on veut réduire ou augmenter le déplacement il suffit de jouer sur la durée du palier)
Le chois d'une loi 1/3 du temps en accélération, 1/3 du temps a vitesse maxi et 1/3 du temps en freinage est souvent fait. Ce chois mène à un moteur très légèrement plus gros que précédemment ( une fois le calcul fait on constate que la différence est faible) et permet une gestion du déplacement beaucoup plus fine.

Le moment d'inertie du mandrin est : m.R²/2 = 0,13kg.m² (déjà là, bien que le mandrin soit "plein", le moment d'inertie est la moitié du tube alors que le tube pèse 6 fois plus lourd...)

le rayon intervient au carré et le rayon est double ....
le reste des calculs me semble à priori correct (cela fait 3 mois que j'ai pas touché a la meca je peux quand même laisser passer une erreur)
pour le cylindre je trouve J = 0.355
pour le mandrin J = 0.125
je prend donc J = 0.5 Kgm²

donc C = 2pi*0.5 = pi = 3.14
et une puissance crete = pi² = 10 W

Ceci étant dit, le calcul est loin d'être fini car il va te falloir aussi prendre en compte l'inertie de ton moteur et de ton reducteur.
comme ton moteur tourne vite, l'inertie de son rotor doit obligatoirement aussi être prise en compte.

il faut aussi que tu fixes le diametre maxi des tubes qui peuvent passer sur cette machine.

il reste aussi à prendre en compte la deformation du tube sur la machine, quelle est la fleche du tube ?

si tu veux te convaincre de la faiblesse des efforts, tu poses ton tube sur 2 Vé munis de galets et tu le fait tourner à la main
fred

[invitef7884487]

Bonjour à tous
Ton calcul te donne la puissance nécessaire pour faire tourner ton ensemble à la vitesse désirée rhaz. Pas la puissance pour l’accélérer.
La puissance nécessaire tu la déduis de l’énergie cynétique de l’ensemble tournant avec :
E (en joule) = ½ x m(en kg) x g^2 (en radian/s)
E= 0.5 x 177,5 x (2.pi)^2 = 3500 joules
La puissance c’est E/t et comme t=1s il te faut 3500W de puissance sur l’arbre.
A cette puissance il faut ajouter les pertes du réducteur (n=~75%) et le rendement moteur (n=~90%).
Prend une marge de sécurité de 1,5 c‘est plus prudent.
N’oublie pas que pour l’arrêter ta pièce, il faudra récupérer 3500 joules en 1 seconde d’une manière ou d’une autre.

[invited222f86e]

Bonjour,

Vraiment merci pour vos réponses que j'ai dû lire rapidement à cause du manque de temps aujourd'hui, je regarde ça avec plus d'attention dès demain étant donné que vous semblez compléter vos réponses.

Merci Veldifre, je pense avoir compris l'histoire du graphique, comme dit, je regarde tout ca demain^^.

Vous parlez d'arrêter la pièce, Fantome13, mais cela n'intervient-il pas dans la phase de décélération constante justement ?
L'arbre génère 3500 J sur toute la durée de l'opération (1s) ou seulement lors de l'accélération (0,5s), auquel cas on aurait 1500 J.
Arrêter moi si je me trompe...

Encore merci, je donne des nouvelles dès demain.

[invitee0b658bd]

Bonjour,
fantomme 13 je pense que tu te trompes dans ton calcul d'energie cinetique.
De ce que j'en sais, l'energie cinetique de rotation se calcule de la facon suivante
Ec = 1/2 J w²
fred

[invited222f86e]

Et bonjour donc^^.

En effet, Verdifre a raison, mais à ce que je comprends le calcul n'est pas fini donc...

Alors pour commencer, après avoir relu le cours que tu donnes sur le graphique, j'ai tout bien compris, et effectivement c'est bien plus simple^^, merci donc. De même pour la prise en compte du rayon au ².

Je reste néanmoins sur mes remarques de mon dernier post.

Sinon en utilisant la formule de Verdifre, on obtient : Ec = (0,5*3,14²)/2 = 2.5 J
soit pour l'accélération durant une demi seconde : P=5W

Il me faudrait donc additionner la puissance necessaire à l'acceleration et celle employé pour maintenir une vitesse constante ...? Car justement je n'ai pas réellement de vitesse constante (je simplifie en ne faisant pas les 1/3, mais un triangle isocèle)

Je n'aurai besoin que du couple à délivrer au mandrin, le moteur sera choisi suivant ce couple et la puissance calculée, donc je ne sais pas si j'ai effectivement besoin de l'inertie du rotor etc, d'autant plus qu'il me faudra choisir sans doute un moteur pas a pas couplé, peut etre, avec un reducteur...

Pour le diametre maximum des tubes qui passeront sur la machine, il est de 100 mm, pas plus, mais surement moins (jusqu'a 50mm).

Concernant la flèche, il me semble que cette formule est applicable :

f=(P.L^3)/(48.E.I) si je ne me trompe pas... (le poids etant concentré en un point au centre)
Donc j'aurai : f=0,5mm, ce qui me semble correct, mais mes notions dans ce domaine ne sont pas encore vraiment affinées^^".

Je sens que nous approchons de la fin, merci de vos aides respectives^^!

[invited222f86e]

Concernant la puissance : vous parliez de puissance crête, cela signifie qu'il s'agit de la puissance à délivrer par le moteur lorsqu'on atteint la vitesse max ?

[Kissagogo27]

bjr, la puissance crête sera surtout celle qui sera consommée pendant les périodes de démarrages et d'accélérations ... en régime stabilité la consommation est moindre

[invitee0b658bd]

bonjour,
si tu fait la courbe de puissance , tu vas comme précedemment tomber sur un beau triangle, le même raisonement s'applique
les 5 W moyens te donnent un 10 w crete ce qui est bien la valeur trouvée précedemment (aux arondis pres)

Il me faudrait donc additionner la puissance necessaire à l'acceleration et celle employé pour maintenir une vitesse constante

la puissance nessecaire pour garder une vitesse constante est nulle si on neglige les frottements.

tu auras forcément besoin de l'inertie du rotor du moteur. Ce rotor tourne vite et cela coute de l'energie de l'accelerer.
dans les asservissements pointus, on considere souvent que le moteur est optimisé quand l'inertie du moteur est la même que celle de la charge (ramenée à l'arbre moteur). La moitié de la puissance sert à accelerer le moteur l'autre sert à accelerer la charge. On peut prouver par le calcul que cela menne à la meilleure acceleration possible de la charge.

pour la fleche, si cela se limite à 0.5 mm cela ne devrait pas poser de problemes insurmontables.
il serait bon d'avoir un descriptif un peu plus précis de cette machine pour voir exactement les charges à prendre en compte etc...
qui dit mandrin dit generalement broche, la broche peut representer une inertie non negligeable

quelle precision d'arret .
quels efforts en statique pendant les diverses operations etc...
fred

[invited222f86e]

Bien le bonjour,

A l'heure actuelle, je n'ai aucun moteur sous la main, et dans les fiches techniques de moteur pas a pas que l'on trouve sur le marché, il ne précise pour ainsi jamais l'inertie du rotor, ni même les dimensions de celui-ci...

Concernant les opérations à réaliser dessus, un système de pince devrait bloquer le tube (aux dernières nouvelles en utilisant des vis d'entraînement hydrostatiques pour compenser les vibrations de l'usinage). Ces pinces permettent de réajuster le tube par rapport à ses points d'appuis (f=0) et de compenser les efforts au cours des trois usinages simultanés (blocage total en translation et rotation).

Il s'agit d'un système simple guidé en rotation par palier lisse. Tous les composants ont donc déjà était mentionné :
un moteur pas a pas > reducteur > mandrin > maintien du tube > contre-pointe.
Les autres efforts, mis a part les frottements au niveau des paliers lisses (bon choix ou non je l'ignore, mais en terme de coût c'est moins cher que des roulements...) seront compensés par un système de pince.

Hum... Qu'entendez-vous par précision d'arrêt ?
Il s'agit de faire tourner mon tube de x degrés. N'ayant rien de précis concernant les paramètres d'usinage, les cotes, etc, et le tube ayant un diamètre relativement petit, je pense que le dixième de degré serait l'idéal, si c'est bien de cela dont vous parlez.