Dimensionner un moteur électrique

[FloCoul1]

Bonjour,

Je voudrais connaitre les éléments à prendre en comptes pour dimensionner un moteur électrique mais surtout à calculer le rapport du réducteur.

Les pertes chaleurs, glissements, frottements sont négligées.

Je souhaite, réaliser un système de monte-charge, type ascenseur, le mécanisme étant fixé sous la charge.

Le cahier des charges :

- Prix du moteur =<20€
- Diamètre max du corps du moteur 8cm
- Charge à soulever 30kg
- Course de la charge 1 mètre
- Délai d’ascension 30sec
- Accélération « instantanée »

Le moteur sera couplé à un réducteur, 4 crémaillères hisseront la charge verticalement, un seul moteur entrainera la charge, il y aura donc une distribution de la force sur les 4 crémaillères afin de garder un minimum de stabilité.

J’ai de prime abord cherché sur internet, j’en suis arrivé à ces conclusions :

- Masse M : 30kg >> m.g >> 30*9,81= 294,3 N, donc un poids P= 300N
- Diamètre engrenage sur la crémaillère 10cm= 0,1m
- Périmètre de l’engrenage crémaillère : 2.Pi.R= 2.Pi.5= 31,4cm= 0,314m
- Tours nécessaire à l’engrenage crémaillère : 1/0,314= 3,18trs >> 3,2trs
- Vitesse angulaire engrenage crémaillère : 1 tr/s= 6,2 rad/s, donc vitesse angulaire w’=6,2 rad/s
- Inertie J=M.R^2= 30.0,05^2= 0,075 kg.m^2
- Couple accélération : Cac= j.w’ >> 0,075.6,2 = 0,465 Nm
- Energie nécessaire a la monté : E= m.g.h >> 30.9,81.1= 300 joules
- Puissance nécessaire : P= mgh/t >> 300/30= 10 W

Je vous mets le lien du potentiel moteur que j’ai retenu par rapport à la puissance : https://www.conrad.fr/p/moteur-unive...-trmin-1081973

Mes questions :

- Quel sont les éléments à prendre en compte/oublié ?
- Dans les informations techniques du moteur, il est mentionné 2,46Ncm, ce qui veut dire que le moteur fourni 2,46N par cm ?? Si je mets un engrenage de 20 cm de diamètre, il fournira 10*2,46= 24,6N ??
- Je ne comprends pas ce concept, si je fixe une barre de 10cm au moteur il aura moins de difficulté à là lever que si je lui fixe une barre de 1m !!??
- De plus il mentionne 6100tr/min à charge, donc à 2,46Ncm ?? J’ai regardé la datasheet, mais… ??

J’ai surement tout mélangé, on me le dit à chaque fois…, j’adore faire la tambouille !!!

Merci d'avance.
-----

[antek]

- Dans les informations techniques du moteur, il est mentionné 2,46Ncm, ce qui veut dire que le moteur fourni 2,46N par cm ?
- De plus il mentionne 6100tr/min à charge, donc à 2,46Ncm ?? J’ai regardé la datasheet, mais… ?

- 1 cm = 0,01 m donc 2,46 N.cm = 0,0246 N.m
- ce couple est le couple maximum (sous-entendu rotor bloqué)

La fiche technique fournit les courbes nécessaires !

[tchitchou]

Bonjour,
possible de voir (un petit schéma, bien) de ce que tu veux dire (comment tu comptes faire, surtout) par

un seul moteur entrainera la charge, il y aura donc une distribution de la force sur les 4 crémaillères afin de garder un minimum de stabilité.

?

[JeanYves56]

Bonjour ,

Comment pensez vous entrainer 4 pignons avec 1 seul motoréducteur ??

je suppose que les 4 crémaillères sont fixées verticalement .

[A voir en vidéo sur Futura]

[FloCoul1]

Bonjour,
Dans l’ordre, voici un schéma du monte-charge :

Monte-charge.jpg
Monte-charge2.jpg

Pour ce qui est de distribuer la force du moteur sur les 4 crémaillères, je voudrais éviter de mettre des courroies (tension, usure, coefficient de glissement,…).
Je suis parti sur une cascade de pignons, comme sur les distributions des moteurs thermiques en V.

distribution cascade de pignon.jpg

Pour l'instant, je ne connais pas la taille du moteur, ni celle du réducteur. Mais si le motoréducteur est trop volumineux ou lourd je devrai mettre 1 seul réducteur
et relier le tout le plus léger possible.

Ce qui je pense serai l’idéale, est de relier les engrenages Ea1 et Ea2 à Em par un ensemble d’engrenage qui ferai aussi office de réducteur, bien sûr un des
réducteurs aura un engrenage de plus pour corriger le sens de rotation.

Monte-charge3.jpg

Oui ,les 4 cramaillières sont fixé verticalement.

[tchitchou]

Bonsoir à tous,
la première ligne de ton cahier des charges ;

Prix du moteur =<20€

suggère que tu as un budget total serré, est-ce le cas ?
Les paliers, engrenages, crémaillères, guidages pas encore envisagés ont aussi un coût certain..

[FloCoul1]

Bonjour,

suggère que tu as un budget total serré, est-ce le cas ?
Les paliers, engrenages, crémaillères, guidages pas encore envisagés ont aussi un coût certain..

Alors oui et non, la raison du prix est que je dois réaliser 4 monte-charges identiques. Le plus difficile sera les engrenages,
(le choix, le fournisseur) c'est ma prochaine étape mais sans une idée du motoréducteur, je peux pas estimer mes besoins.

[JeanYves56]

Re ,

Le monte charge 3 me semble un bon début , il reste de nombreuses liaisons entre le moteur et les pignons liés aux crémaillères , habituellement pour des engrenages à dentures droites on considère un rendement de 0.98 avec une qualité d'usinage de niveau 7 , usinage soigné .

Il faut également considerer aussi les guidages qui sont sujet aux pertes par frottement .

[FloCoul1]

Quelqu'un pour répondre à mes questions ??

[tchitchou]

Bonjour,

Quelqu'un pour répondre à mes questions ??

Et bien, oui, là, on est sur la première,

Mes questions :
- Quel sont les éléments à prendre en compte/oublié ?

Et puisqu'on parle de la qualité des réponses, si tu veux que ça avance, évite celles du genre

Alors oui et non,

et donne ton budget, plutôt, sans parler des équipements dont tu disposes, parce que le recours à la sous traitance va largement impacter ton budget.

[tchitchou]

Et..

il est mentionné 2,46Ncm, ce qui veut dire que le moteur fourni 2,46N par cm ?? Si je mets un engrenage de 20 cm de diamètre, il fournira 10*2,46= 24,6N ??

le couple, c'est un produit, la force X le bras de levier.
2.46 N au bout d'un bras de levier d'1cm, ou par exemple pas au hasard, 0.246N au bout d'un bras de levier de 10cm (la moitié du Ø de 20cm)

[JeanYves56]

Quelqu'un pour répondre à mes questions ??

Bjr ,

TU ne peux pas calculer la puissance d' un moteur avant d'avoir fait le bilan de ce qu'il faut entrainer !!....

[FloCoul1]

Bonjour,

Et bien, oui, là, on est sur la première,

Pourtant personne ma encore dit ce que j'ai oublié !!!

puisqu'on parle de la qualité des réponses, si tu veux que ça avance, évite celles du genre

donne ton budget, plutôt, sans parler des équipements dont tu disposes, parce que le recours à la
sous traitantce va largement impacter ton budget.

Alors... Je suis pas dans le métier, ni étudiant et je n'est pas fait ingénierie mécanique! J'ai aucune idée du budget, je suis pas mandaté par
une entreprise avec un budget précis ! Si je répond budget :1€, la réponse ça va être quoi ?? C'est pas réalisable.

Le budget on s'en fout !!!!! Je fais ça par passion, le dimanche soir, dans le fond du garage ! Le but c'est pas de calculer le budget. Le but
c'est de choisir un moteur raisonnable avec une marge de puissance et de réaliser un réducteur raisonnable lui aussi. Si le budget est trop
important et bien tant pis, au moins j'ai calculé le projet et appris à le faire !

le couple, c'est un produit, la force X le bras de levier.

Sous entendu N=Fxd, d pour distance.

D'accord: Un couple de 2.46N avec un bras de levier de 1cm >> 2.46*1=2.46 ! Magie ! Maintenant, un couple de 2.46N avec un bras
de levier de 10cm >> 2.46*10=24.6 ! Oh ! Problème ! ( j'ai volontairement pas mit les unités à la fin des calcules)

TU ne peux pas calculer la puissance d' un moteur avant d'avoir fait le bilan de ce qu'il faut entrainer !!....

Waaaaaouououououh !!!! Enfin une réponse à ma première question !!!!

Mais... Je sais toujours pas ce qu'il faut faire !! Encore une fois, je suis pas dans le métier, ni étudiant et je n'est pas fait ingénierie mécanique !

Donc si je résume:

- Pour choisir ton moteur, il te faut la masse total.
- Pour savoir la masse total, il te faut réaliser ton réducteur.
- Pour réaliser ton réducteur il te faut ton moteur

J'en suis donc toujours au même point !!!!

Mais peut être que je m'exprime mal, ma questions est peut être mal formulée..

Dans ce cas, puis-je caresser l'espoir que l'on me fournisse les étapes à suivre pour dimensionner mon moteur:

-Etape 1 >> choisi ceci
-Etape 2 >> Calcule cela
-...

[JeanYves56]

Bsr ,

A mon avis , il faut avancer un peu plus dans le dossier technique de definition , y a pas de reducteur à faire !

Il existe une quantité de motoreducteur sur le marché ... dans des puissances , des vitesses tres variées , avec quelle tension , en alternatif monophasé je suppose ??

[antek]

D'accord: Un couple de 2.46N avec un bras de levier de 1cm >> 2.46*1=2.46 ! Magie ! Maintenant, un couple de 2.46N avec un bras
de levier de 10cm >> 2.46*10=24.6 ! Oh ! Problème ! ( j'ai volontairement pas mit les unités à la fin des calcules)

Tu n'a pas compris, un couple n'est pas dépendant de la longueur du bras ! C'est la force exercée en bout de bras qui dépend de cette longueur de manière à conserver F fois d égal au couple.
La somme des couples fournis sur les pignons terminaux sera égal au couple moteur, au rendement près.

Les engrenages sont un peu chers et demandent une certaine précision d'assemblage, tu as pensé à une transmission par courroie crantée ?

[harmoniciste]

Bonjour,
Le premier pas:
Pour soulever une masse M de 30 kg il faut lui appliquer une force F = M*g soit 30 kg * 9.81 m/s2 = 300 N
Pour la soulever à la vitesse V de 1/30 m/s, il faudra développer une puissance P_u = F * V = 300* 1/30 = 10 Watts

Bien-sûr, il faudra ajouter les pertes par frottement dans les guides et les engrenages éventuels. Allons-y pour 10 W de plus et il faut alors P mot = 20 W

Après, il faut choisir les réducteurs de vitesse "qui vont bien" en fonction de la vitesse de rotation du moteur choisi.

[JeanYves56]

Bjr ,

En considérant l'action d'une charge de 30 kg + 10 kg ( plateau+ le mécanisme , et je suis modeste ) agit sur les 4 pignons qui engrainent avec les cremaillères ,
on peut estimer 10 kg sur chaque crémaillère ;
pour assurer la montée du plateau il faut vaincre cette charge

cette charge induit un couple de 100 N x 0.05 m = 5 mN
La vitesse de rotation du pignon est donnée pour 6.2 rd/s
donc une puissance de P=Cw : 5 x 6.2 rd/s = 31 Watts , avec les 4 crémaillères un total de : 31 x 4 = 124 W

En raison des divers frottements et rendement on peut considérer un coef de sécurité de 3
124 x 3 = 372 soit 400 w

Et il reste de nombreuses inconnues .

[harmoniciste]

Aïe, Aïe.
Mettons un peu d'ordre dans les têtes de chacun.

Voici les courbes caractéristiques du moteur que vous avez choisi et ce qu'elles montrent:

Elles montrent un puissance nominale très proche de vos besoins, et une vitesse nominale d'environ 6000 t/mn

Puisque cette vitesse de rotation est nettement supérieure à la vitesse souhaitée de vos pignons de crémaillères (*), il vous faut alors intercaler un réducteur entre l'arbre du moteur et ces 4 pignons
Pour assurer la synchronisation des crémaillères, le mieux et le moins coûteux serait des courroie crantées

(*) Si vous avez choisi des pignons de 100 mm de diamêtre, ou 314 mm de circonférence, il suffira d'environ 3 tours pour lever le plateau de 1 m et puisque le délai de cette ascension est de 30 secondes, cela signifie une vitesse de rotation des pignons de 3t/30s = 0,1 t/s ou 6 t/mn
Il vous faudra donc trouver une réduction de vitesse de rapport 1/1000

[harmoniciste]

Une erreur s'est glissée dans la valeur du courant nominal que j'ai écrit sur les courbes. C'est environ 1A et non 0.14 A

[JeanYves56]

re ,

Je ne vois pas du tout cela avec un tel moteur !,
surtout parceque je ne vois pas la discussion deboucher sur la construction d'un reducteur

Pourquoi aller s'e.....der dans la construction d'un tel reducteur quand on trouve aisement un motoreducteur dans le commerce ?? .

Encore un fil qui va durer une éternité

[harmoniciste]

Je ne vois pas du tout cela avec un tel moteur !

1) Les 4 pignons de 100 mm ne doivent tourner qu'à 0,62 rd/s au couple de 5 Nm pour délivrer la puissance utile totale de 10 Watts, et non 6,2 rd/s de votre calcul.

2) Ce moteur ne "cale" que pour un couple environ 8 fois supérieur au couple requis. Inutile d'y ajouter des marges "de sécurité"

[JeanYves56]

re ,

C'est la vitesse annoncée , les engrenages font 3.2 tours sur une montée !

je crois que pour les calculs , on ne peut pas isoler dans l'espace le mouvement de cette masse de 30 kg , vous ignorez tout ce qui est lié , le plateau , le mécanisme , les engrenages ...

Vous ne trouvez pas la valeur (10 w ) bien suspecte pour mouvoir une masse de 30 kg ? ?

Puis , il faut tout de même prendre une sécurité pour le bon fonctionnement du système

Comment et par qui pensez vous que puisse etre réalisé un reducteur mecanique de 6000 t/mn à 60 t/mn , avec un tel moteur ??

une telle reduction ne peut etre realisée que par reducteur roue et vis , et pas seulement

[harmoniciste]

C'est la vitesse annoncée , les engrenages font 3.2 tours sur une montée !

3,2 tours en 30 secondes font bien 0,106 t/s, soit 0.666 rd/s non?

Vous ne trouvez pas la valeur (10 w ) bien suspecte pour mouvoir une masse de 30 kg ?

Non, rien de suspect: 5 mN * 0.666 rd/s * 4 = 13 W Relisez mon message #16

Puis , il faut tout de même prendre une sécurité pour le bon fonctionnement du système

Regardez les courbes: Ce moteur est capable de produire 3 fois plus que le couple souhaité avant que sa vitesse ne ralentisse de moitié.

Comment et par qui pensez vous que puisse etre réalisé un reducteur mecanique de 6000 t/mn à 6 t/mn , avec un tel moteur ??
Une telle reduction ne peut etre realisée que par reducteur roue et vis , et pas seulement

La réduction de 1/1000 pourrait être obtenue par deux ou trois réducteurs successifs du commerce, et un limiteur de couple à dent de loup serait bien venu pour la protection mécanique du dernier étage.

[JeanYves56]

Bjr ,

Ok , la durée d'ascension ( 30 s ) m'avait échappé ...

m'enfin je trouve ce type de moteur pas adapté !,
il n'est pas suffisamment puissant , et il faut à mon avis un moteur moins rapide , qui n'exige pas de monter plusieurs réducteurs en série , c'est du bricolage

Un motoreducteur compact du commerce est la solution , et existe avec cette vitesse de sortie .

[JeanYves56]

Re ,

Voila un motoréducteur qui pourrait faire l'affaire :
https://moteur-electrique-pro.fr/pro...mp070-056-040/

La vitesse est un peu pus rapide mais il est assez difficile de trouver la correspondance avec tous les critéres ..

Il est nécessaire de l'alimenter par une petite alimentation 230/24 V DC , mais c'était deja le cas pour le moteur precedent ,
et de faire aussi un schema de cablage pour un boitier de commande et des contacts de fin de course

[tchitchou]

Bonsoir,
encore une question, comme ça, je ne connais pas la réponse, vraiment,
... ok, réducteur à engrenages, petit moteur, 30kg.. quand le moteur n'est pas alimenté, il va tenir la pose, ou la gravité va gagner ?

[JeanYves56]

Bsr ,

Avec le moteur que j'indique , le plateau va tenir la pose ,

Parce que c'est un réducteur à roue et vis sans fin , et la liaison logique à mettre entre ce réducteur et les pignons serait deux chaines ou deux courroies crantées .

[tchitchou]

Re,
oui, avec vis, évidemment..
Mais sans ? Si on prend une autre sorte de réducteur ? Ou si on le "fait" ?

[JeanYves56]

Tout depend comment on le fait ! ?
Un réducteur avec des engrenages à denture droite , non en principe !

M'enfin il faut plusieurs etages et beaucoup d'engrenages pour faire une réduction de 1000 env , et c'est autant d'inertie et de frottement à vaincre ...

[FloCoul1]

Bonjour,

Tout d’abord, merci, merci, harmoniciste d’avoir vérifié mes calculs, au moins, je sais où sont mes erreurs et je comprends
mieux le graphique maintenant.

Dans l’ordre :

JeanYves56 >>

Il existe une quantité de motoréducteur sur le marché

Le but n'est pas d'acheter un réducteur, mais de le réaliser en apprenant.

antek >>

tu n'a pas compris, un couple n'est pas dépendant de la longueur du bras ! C'est la force exercée en bout de
bras qui dépend de cette longueur de manière à conserver F fois d égal au couple.

Alors, je comprends ce que tu veux dire, tchitchou mentionne la formule du couple qui est une multiplication et fournit des résultats
en réalisant une division, voila pourquoi j'ai mentionné ne pas avoir mis les unités aux résultats, car les unités dans l'opérations ne
correspondent pas. Si on prend un couple N.cm pour obtenir des N on doit forcement diviser par des cm: N.cm=N x cm >> N = N.cm/cm

Ce que je ne comprend pas, si on a 10 N.m, cela veut dire que à chaque mètre on ajoute 10N ?? Exemple: je prends une clé de
10cm pour serré un écrou, on obtient x couple de serrage. Si maintenant je prend une clé de 1m, on obtient un couple 10 fois supérieur ??

Si, oui, pourquoi cela ne s'applique pas sur un engrenage d'un axe moteur ??

antek >>

La somme des couples fournis sur les pignons terminaux sera égal au couple moteur, au rendement près.

>> un réducteur ne modifie pas le couple ?? Quand tu passes la première dans ta voiture, tu avances pas doucement mais tu a un couple
énorme, non ??

JeanYves56 >>

En considérant l'action d'une charge de 30 kg + 10 kg ( plateau+ le mécanisme , et je suis modeste

>> petite précision, le plateau est en bois contreplaqué 1cm d'épaisseur, 40x40cm.

harmoniciste >>

Les 4 pignons de 100 mm ne doivent tourner qu'à 0,62 rd/s au couple de 5 Nm pour délivrer la puissance utile
totale de 10 Watts, et non 6,2 rd/s de votre calcul.

>> Oups pour les 6.2 rd/s, j'ai cafouillé. Comment a tu calculé le couple de 5Nm sur les 4 pignons ??

JeanYves56 >>

faire aussi un schema de cablage pour un boitier de commande et des contacts de fin de course

tchitchou >>

quand le moteur n'est pas alimenté, il va tenir la pose, ou la gravité va gagner ?

Et si par hasard, il y avait une gestions électronique derrière le moteur et si le maintient du plateau n'était pas prévus par le moteur...

Donc, si j'ai bien compris j'ai du couple en plus, mais une vitesse trop grande >> pwm je diminue ma vitesse !! Si je diminue ma vitesse,
je diminue le rapport nécessaire du réducteur afin de le simplifier.