MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

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MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  charly 57 le Mer 03 Avr 2013, 23:26

Bonsoir à Toutes et à Tous

Je cherche à transformer une fraiseuse graveuse en machine CNC.
Voilà des semaines que je me pose la question du dimensionnement de la motorisation.
Je veux des moteurs pas à pas, oui, mais lesquels ??? Vu le prix, il ne sert à rien de les surdimensionner . La théorie c’est bien, j’ai trouvé plein de formules que je ne comprends pas et pour lesquelles il faut connaître des tas de coefficients de frottement et d’inertie, bref des chiffres et des nombres tous plus empiriques les uns que les autres.
Une certitude : le couple de décollage est plus élevé qu’en avance lente
Une autre certitude : les pertes augmentent en partie proportionnellement à la vitesse et aussi avec le carré de la vitesse
La dernière certitude : les pertes augmentent avec l’augmentation de la charge à déplacer
Question : Alors comment faire ?
Réponse : trouver un truc pour mesurer le couple nécessaire à l’avancement du chariot ( de la table en vertical dans mon cas) de la machine que j’ai entre les mains.
Et alors, une idée, un croquis sans dimension ( ne me demandez pas les cotes ni de dessin plus précis) et direction le stock des bidules mis de côté dans la boite des « ça peut servir ».




Un peu de tournage, un peu de perçage, un peu de réflexion, quelques adaptations, une perceuse à vitesse variable et voilà le résultat :






Un trait de mine de crayon dont la longueur est égale à la tension des ressorts pendant la rotation, c’est à dire, la trace du couple résistant opposé au montage par les pertes + l’effort à la montée de la table, le tout à la vitesse fixée par la perceuse.






Mais un trait sur un papier, ce ne sont pas de mètres Newton !!
Ok, mais j’approche …
Ensuite, je positionne le disque pour que l’extrémité du trait de crayon et l’axe de rotation forment une ligne horizontale. Je bloque la table pour la rendre immobile.



Au bout d’une ficelle, je pends des poids à la tige filetée côté ressorts et j’augmente le poids jusqu’à ce que la mine arrive à l’extrémité de la trace. La tige filetée sera alors horizontale et la ficelle verticale bien sur !!



Connaissant alors la distance entre l’axe et la fixation de la ficelle,




En mesurant le poids que j’y ai pendu,



et comme à ce moment là la barre sera horizontale, je calculerai le couple maximal qui est nécessaire pour déplacer la table à la vitesse de rotation de la perceuse.

Je pourrais faire d’autres mesures en chargeant la table avec un gros étau plus 5 kg de matière, en remplaçant le papier, après avoir descendu la table, mettre la vitesse maxi sur la perceuse, et mis en route sur toute la course de la table.
(En tenant la perceuse, je la fais monter en même temps que la table, mais vous l’aviez deviné !! )
Le système n’est pas bien équilibré mais pour faire quelques essais, je ne vais pas bousiller le guidage de l’arbre de la machine !!
Dans le système, un des deux roulements a ses deux bagues bloquées pour éviter le déboîtement. A noter que les roulements ne sont efficaces que sur moins d’un demi tour, enfin, seulement sur l’angle correspondant à la trace de crayon, donc pas la peine d’en acheter des neufs. J’en avais des vieux avec du jeux, mais qui n’étaient pas grippés. C’est largement suffisant!
Coût du montage : J’ai du acheter des mines de critérium = 3€ et c’est ma seule dépense. Zut, c’est déjà beaucoup Mad !!!! A noter que pour économiser encore, j’avais essayé de tailler un morceau de charbon de bois mais c’était pas le top !!! Wink
Les ressorts sont fonction du couple résistant et de la distance à l’axe. J’en ai essayé plusieurs en faisant tourner l’axe à la main. J’ai choisi ceux qui me permettaient d’avoir une trace longue (pour plus de précision), mais inférieure à 120° environ car après, si le couple résistant augmente encore, les ressorts ne s’allongent plus et « coupent le fromage » en venant toucher le centre du montage. C’est quasiment la grande trace circulaire que l’on voit sur le papier.

Cerise sur le gâteau : la torsion de la tige filetée qui tient les ressorts, conjuguée à la méthode d’accrochage des poids et au positionnement de la mine de crayon, a tendance à maximiser le tracé sur le papier. Il en est de même pour toutes les pertes introduites par le montage ( sauf pour la force centrifuge sur les ressorts).

J'ai 25 cm de course en vertical avec un rapport de 2,5 mm / tour il ne faut pas s'endormir sur l'interrupteur de la perceuse !!! (j'ai pas mesuré la vitesse de rotation de la perceuse pendant l'essai mais ça allait trés vite, peut être trop vite. Pour les pièces métalliques que je veux réaliser, je ne pense pas qu'il faille une grande vitesse en plongée.
Quelle vitesse avez vous sur vos fraiseuse sur l'axe vertical ???

Pour le nom du montage, je pense que couplographe dynamique est adapté à l’objectif et à la méthode. Le mot dynamographe qui est plus technique mais qui semble être déjà utilisé à l’état statique :
dans le domaine médical pour mesurer la force musculaire.
En horlogerie pour la tension du ressort de barillet

Comme d’habitude, je suis preneur de vos remarques et je suis disposé à vous apporter des réponses, mais pas de plan !!!!

A bientôt
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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Jeu 04 Avr 2013, 10:12

pour le couple a vide (donc sans usinage) tu as le principe du contre poids, tu monte un levier à l'horizontal sur ton axe et un poids au bout, tu augmente le poids (exemple de la bouteille d'eau que tu remplis au fur et à mesure) jusqu'à ce que l'axe bouge et ainsi tu as le couple mini en multipliant le poids (en Newton donc Massex9.81) par la distance entre le poids et l'axe de rotation de ton axe, tu rajoute environ 30% de marge en plus et c'est bon.
concernant le couple d'usinage il faut que tu applique sur ton chariot la force maxi que tu auras lors de ton usinage maxi donc dans le pire des cas.
par exemple avec un ressort de traction ou un verrin judicieusement placé.
puis tu reprend ton test avec contre poids sauf que tu rajoute plus de poids évidemment.
tu pourrais aussi le faire pendant usinage mais c'est trop risqué parce que si ton axe se déplace d'un coup ta fraise va forcer dans le métal et tu risque de casser la fraise voir d'avoir un petit accident, donc fait les test sans usinage.
la force d'usinage est facile à obtenir par calcul donc je te laisse la trouver en fonction de ton usinage maxi Wink

sinon tu peux aussi (avec l'habitude) estimer le couple maxi en tournant toi même la manivelle pendant l'usinage mais c'est à la louche.

une fois que tu as ton couple en Newton.mètre, il te suffis de définir ta vitesse d'avance maxi lors de l'usinage maxi et lors du déplacement à vide et par calcul ça te donne la puissance maxi et mini du moteur, à savoir qu'en général elles sont très proche donc un calcul de la puissance mini (donc sans usinage) suffit très souvent pour définir la puissance maxi, au pire tu rajoute environ 20% en plus et c'est bon Wink

tu dois faire tout ça sur chaque axe vu que très souvent ils n'ont pas les mêmes contrainte mécanique et donc pas les mêmes frottements...

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Lil le Jeu 04 Avr 2013, 12:00

Hi Charly

charly 57 a écrit: Je veux des moteurs pas à pas, oui, mais lesquels ???
Regarde les derniers posts de la page 6 où je précise le calcul pour la détermination des moteurs :
http://passion-usinages.forumgratuit.org/t2288p125-numerisation-d-une-fraiseuse-marf-baby

Amitiés

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Jeu 04 Avr 2013, 12:54

je savais bien que j'avais vu un sujet sur ça sur ce forum mais impossible de me rappeler où... Embarassed

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Invité le Jeu 04 Avr 2013, 19:37

Bonjour à tous,
En relation avec les mesures de couple, voici une petite vidéo d'un couple-mètre dynamique que j'ai fabriqué avec le principe expliqué par ordinerf.
Pour cet essai, je ne suis pas gourmand, seulement 2A avec une alim en 24V ce qui donne un couple pratique mesuré relativement modeste mais cela permet de se faire une idée d'un couple-mètre facile à fabriquer.

Pour ce qui est de la mesure du couple en usinage, je rejoins ordinerf à la nuance près que j'ai tenté et réussi la mesure de couple en usinage sur ma fraiseuse en utilisant une barre bridée en travers de la manivelle au bout de laquelle je mettais un poids.
Pour cet essai j'ai utilisé une fraise ravageuse d'ébauche dans un morceau d'acier doux : fraise en rotation et tangente à la matière, le couple nécessaire à l'usinage est vite déterminé en fonction du poids et de la longueur du bras de levier dès que la fraise rentre dans la matière, c'est à dire dès que la manivelle commence de tourner.


Couplemètre dynamique par dm_50361f6eb244d

j-e

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  charly 57 le Jeu 04 Avr 2013, 23:55

Lil a écrit:Hi Charly

charly 57 a écrit: Je veux des moteurs pas à pas, oui, mais lesquels ???
Regarde les derniers posts de la page 6 où je précise le calcul pour la détermination des moteurs :
http://passion-usinages.forumgratuit.org/t2288p125-numerisation-d-une-fraiseuse-marf-baby

Amitiés

Bonsoir Lil
J'ai suivi ce post avec intérêt puisque je projetais de me lancer dans l'aventure mais je n'avais pas mémorisé tes conseils en temps qu'homme de peu de foi

En conclusion, j'ai passé quelques heures à faire un bricolage qui se révèlera peut être inutile.
Je ferai mes mesures, et je comparerai aux calculs....

Pour Emile: je ne veux pas mesurer le couple du moteur mais celui opposé par ma machine? Ou alors encore une fois, je ne comprends pas bien ....

Pour Ordinef: Ton truc est bon et surtout beaucoup plus simple que ma bidouille. Après avoir lu beaucoup de littérature sur les frottements , je me suis convaincu ( peut être à tord encore une fois) que les frottements variaient avec la vitesse et aussi avec son carré. C'est pour çà que je voulais mesurer le couple résistant à différentes vitesses ....

Je vous salue et je vais faire dormir mes petits yeux ...

bien cordialement
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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Ven 05 Avr 2013, 12:13

jean-emile a écrit:j'ai tenté et réussi la mesure de couple en usinage sur ma fraiseuse en utilisant une barre bridée en travers de la manivelle au bout de laquelle je mettais un poids.
tu as bien fait si tu as senti que tu ne craignais rien mais vu que ça dépend de la machine (des jeux, du graissage des axes, etc...) je préfère ne pas le conseiller sur internet faute d'être à côté de la machine, pour autant en réelle je ne te cache pas que je l'ai déjà fait mais j'ai pris mes responsabilités en cas de pépin et à chaque fois j'ai pris une barre assez longue pour avoir un poids assez faible et évité un effet de tout ou rien, en plus j'avais ma mains sur la barre pour la retenir au cas où ça irait pas bien Very Happy

par contre au niveau de la puissance des moteurs sur chaque axe tu as eu une grande différence entre la version vitesse rapide et la version vitesse d'usinage ? Neutral

charly 57 a écrit:Après avoir lu beaucoup de littérature sur les frottements , je me suis convaincu ( peut être à tord encore une fois) que les frottements variaient avec la vitesse et aussi avec son carré. C'est pour çà que je voulais mesurer le couple résistant à différentes vitesses ....
je comprend ce que tu as voulu faire mais dans ce domaine la théorie (crois moi Embarassed ) est très loin de la réalité parce qu'il faudrait que tu connaisse en détail chaque paramètre qu'expose la théorie hors sur une machine déjà faite le mieux est de faire que de la pratique et mettre de côté la théorie, pour ça que je conseille des pourcentage à rajouter parce que ça couvre les défauts de la machine, du graissage, l'usure avec le temps qui passe, etc... Wink
par contre la théorie est toujours bonne à connaître, ça permet de mieux comprendre sa machine et ce n'est jamais perdu pour personne bien au contraire...

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Invité le Dim 07 Avr 2013, 11:28

ordinef a écrit:
par contre au niveau de la puissance des moteurs sur chaque axe tu as eu une grande différence entre la version vitesse rapide et la version vitesse d'usinage ?

Désolé, je ne peux pas répondre à cette question car je n'ai pas encore fini de numériser ma fraiseuse.

Charly 57 a écrit:
Pour Emile: je ne veux pas mesurer le couple du moteur mais celui opposé par ma machine? Ou alors encore une fois, je ne comprends pas bien ....

Oui, je pense que j'ai fait du "hors sujet" peut être à déplacer par l'administrateur dans la rubrique Asservissement et électronique : il y a un sujet "Force des moteurs pas à pas"

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Dim 07 Avr 2013, 15:16

charly 57 a écrit:je ne veux pas mesurer le couple du moteur mais celui opposé par ma machine? Ou alors encore une fois, je ne comprends pas bien ....
bah vi... Embarassed
parce que si tu veux celui qu'oppose la machine (donc le contre couple) c'est pour ainsi définir le couple moteur et lui ajouter la vitesse de rotation pour avoir la puissance du moteur à acheter Wink
dès l'instant que tu définis le contre couple tu va définir le couple et inversement à la différence que SAUF si tu fait une liaison direct du moteur sur l'axe de ta machine, sinon tu auras en plus le rendement de la boite de vitesse entre le moteur et l'axe de ta machine.

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  charly 57 le Dim 07 Avr 2013, 17:43

Bonjour

Dans les jours à venir je vais être très occupé et je ne pourrais pas consacrer beaucoup de temps aux copeaux et activités associées.
Je vous tiendrai informé de mes "mesures" à différentes vitesses ...

Bien cordialement
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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Patrick59 le Dim 07 Avr 2013, 20:35

Bonsoir
Je me suis beaucoup penché sur le probléme du couple des moteurs pour réaliser mes petites CNC. Normalement on emploi une clef dynamométrique mais comme je n'en ai pas, j'enroule une ficelle sur le volant et y place des poids puis convertie tout cela en Nm. Beaucoup de paramétres rentrent à ligne de compte, vitesse de déplacement, charge, transmission ...... En fait je pense que la qualité des moteurs et leurs réglages sont très importants. J'ai numérisé une fraiseuse Wabeco avec des moteurs de 1,8Nm et cette machine est réputée comme étant très lourde sur l'axe Z du au poids de la téte, de plus je ne l'ai pas équipée de vis à billes ni de contre-poids. J'utilise des moteurs pas à pas 8 fils que l'on peut coupler en paralléle ou en série suivant que l'on favorise la vitesse ou la puissance. De plus j'ai mis un rapport de 1/4 entre le moteur et la vis, les moteurs nema 23 de 1,8Nm l'entrainent facilement .......

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Invité le Dim 07 Avr 2013, 20:57

Patrick59 a écrit:Bonsoir
Je me suis beaucoup penché sur le probléme du couple des moteurs pour réaliser mes petites CNC. Normalement on emploi une clef dynamométrique mais comme je n'en ai pas, j'enroule une ficelle sur le volant et y place des poids puis convertie tout cela en Nm. Beaucoup de paramétres rentrent à ligne de compte, vitesse de déplacement, charge, transmission ...... En fait je pense que la qualité des moteurs et leurs réglages sont très importants. J'ai numérisé une fraiseuse Wabeco avec des moteurs de 1,8Nm et cette machine est réputée comme étant très lourde sur l'axe Z du au poids de la téte, de plus je ne l'ai pas équipée de vis à billes ni de contre-poids. J'utilise des moteurs pas à pas 8 fils que l'on peut coupler en paralléle ou en série suivant que l'on favorise la vitesse ou la puissance. De plus j'ai mis un rapport de 1/4 entre le moteur et la vis, les moteurs nema 23 de 1,8Nm l'entrainent facilement .......

Bonjour,
Excellent message très clair et qui correspond sensiblement aux mesures que j'ai effectuées de mon coté.
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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Lun 08 Avr 2013, 11:28

après faut voir au niveau de la répétivité et de la précision sur les axes.
certe on peut ne pas mettre de contre poids mais dans ce cas sur le Z on doit prendre en compte le fait que la monté sera plus difficile que la descente ce qui peut jouer sur les qualité de l'usinage notamment à cause des vibrations et des contraintes qui peuvent faire perdre des pas ou créer une usure prématuré.

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Patrick59 le Lun 08 Avr 2013, 13:30

Bonjour
Certe pour la perte de pas qui est le probléme des moteurs pas à pas. J'ai résolu ce problème avec ma première machine, une fraiseuse Proxxon livrée d'origine en CNC. En fait la perte de pas est du à une vitesse excessive du moteur pas à pas mais également par une accélération/désaccélération trop forte. J'ai réglé tous ces paramétres via le logiciel et également pour ma Wabeco, j'ai cablé les moteurs 8 fils en série pour obtenir plus de couple. En répétabilité je reste dans le 1/100 éme.
Par contre il faut faire attention au fait de rattraper le jeu de la vis à la volée, le moteur se met en plein régime et on perd des pas ...........

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Mar 09 Avr 2013, 11:49

oui mais la perte de pas peut arriver lors d'un effort trop important sur l'axe.
normalement le couple du moteur doit être en grande partie réservé à l'usinage et non au déplacement des chariots dans le vide, les chariots dans le vide ne devraient prendre que 25% maxi du couple sinon on va se retrouver avec un gros moteur pour finalement usiner du dépron bom

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  charly 57 le Dim 19 Mai 2013, 19:50

Bonsoir

Me revoilà après mes essais: il me faut 5 mN pour faire monter de façon certaine l'ensemble en fonte console + table + chariot, sans charge sur la table, et donc sans effort de coupe.
La vis de montée verticale a un rapport de 2,5 mm pour un tour de manivelle.

Je peux démultiplier par courroie crantée + poulies pour avoir 1 mm par tour moteur pas à pas ce qui donnerai un couple de 2 mN minimal sans charge sur la table, et donc sans effort de coupe. Si je veux faire tourner le moteur un peu vite, il faudra:
- un couple moteur plus grand ( car perte de couple en fonction de la vitesse)
et/ ou
- une démultiplication plus élevée
et/ou
- un système qui soulage le poids console + table + chariot

C'est sur cette dernière proposition que je demande vos avis:
Il y a la mise en place d'une vis à bille à la place de la vis trapézoïdale (solution que je ne veux pas mettre en application)
- avantage: diminue le frottement vis/noix et donc fait gagner du couple disponible
- inconvénients: la table descend toute seul si le moteur n'est pas alimenté
. Demande de grosses modifs pour adaptation
. devra être de gros diamètre pour supporter la masse
. va coûter plus cher que la machine

Il y a le contrepoids:
- avantage: produit un effort constant
- inconvénients: augmente l'inertie de l'ensemble au changement de sens
. devient vite encombrant et souvent moche

Il y a la mise en place de vérin "type capot de voiture"
- avantage: discret, peu encombrant
- inconvénients : a mon avis ne produit pas un effort constant sur toute sa course ???
. je ne connais pas son comportement au changement de sens ???

Avez vous des infos sur les verins type capot de voiture ?
Avez vous d'autres idées de montage pour compenser la masse console + table + chariot ???

PS: je n'ai pas de compresseur pour ceux qui envisageraient un vérin pneumatique à pression régulée..

D'avance merci pour votre contribution


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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

Message  Ordinerf le Lun 20 Mai 2013, 12:38

pour ne pas faire cher et compliqué je pense que faire une démultiplication plus grande serait très bien si ton moteur peut tourner assez vite pour que tu n'es pas des vitesses de déplacement hors usinage trop lente.

pour le contre poids je ne suis pas trop d'accord avec toi, ça peut être esthétique et ça ne va pas forcément augmenter l'inertie, par contre ça prend de la place.
le contre poids peut être mis directement pour contrer la masse à déplacer (principe de l'ascenseur), même si c'est assez simple, ça impose des poulies et des pièces très rigide d'autant plus si la masse est importante.
c'est donc surtout conseillé sur les chariots qui ne se déplace pas autrement que de haut en bas.
d'un autre côté le contre poids va surtout alléger les efforts sur la manivelle qui te permet de monter ce chariot, de ce fait on peu déplacer le contre poids et aller le mettre directement sur la manivelle, dans ce cas un système de type "puit" avec le poids à la place du seau peut être intéressant, quand on remonte le poids alors ça descend le chariot et inversement.
l'inconvénient de ce système c'est qu'on à une charge constante sur la manivelle qui avec la démultiplication peut être réduite mais reste bien présente.
de plus il ne faut pas que la manivelle se déplace dans le sens de son axe auquel cas on doit emmener aussi le contre poids et donc apparait le soucis d'inertie qui impose que le contre poids soit parfaitement guidé avec pour seul déplacement de haut en bas mais surtout pas de droite à gauche ni d'avant en arrière.
on peut aussi avoir un système fixe avec une manivelle qui se déplace mais dans ce cas on doit avoir un système de transmission coulissant et surement avec cardan pour être sur d'être toujours dans l'axe.
par contre on a pas mal de possibilité pour positionner le contre poids et transmettre l'effort, on peut même l'éloigner de la machine si la transmission est bien conçu.

pour résumer, tout est possible et tout va dépendre de la machine, de la place que tu as, des moyens que tu as, etc...
encore une fois seule l'étude te le diras Wink

concernant le vérin, mon avis purement perso est que ce n'est pas top du tout, certain l'aime bien mais pas moi Embarassed

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Re: MESURER le couple pour dimensionner un moteur pas à pas

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