BIG CNC à portique mobile de CARLOS

B) Courroie d'entrainement (suite)

Sur l'image ci-dessous, on trouve la force tangentielle maxi supportée par une dent HTD-8M en fonction de la vitesse de rotation et de la largeur de la courroie.

Sur l'axe d'entrainement, la vitesse varie entre 10 et 150 tr/mn. Avec ma courroie de 30mm, on voit que sur cette plage de vitesses l'effort tangentiel maxi par dent varie entre 190N à 160 N.
Avec l'hypothèse de 8 dents en prise, la résistance au cisaillement des dents serait comprise entre 1520N à basse vitesse (10tr/mn) et 1280N à haute vitesse (150 tr/mn)

Le tableau des données techniques des courroies HTD-8M en bas de l'image donne des informations très intéressantes.

On voit qu'une courroie de 30mm supporte avec mon montage au maximum une traction de 2100N.
Cette traction est heureusement supérieure à la traction pouvant être supporté par les dents, ce qui me parait normal.

On voit également que le coefficient spécifique de la courroie est de 1.05 10^6 N.
Cette information est très importante pour la suite des calculs.
En effet, si j'assimile la courroie à une bande d'acier par exemple, ce coefficient spécifique correspond au produit du Module d'Young de l'acier par la surface de la section de la bande (voir Loi de HOOKE)
Cette bande en acier aurait dans ce cas une section d'environ 5 mm2. Avec une largeur de 30mm, son épaisseur serait environ 0.16mm.
Avec ces 5mm2 de section et une traction max de 2100N, la contrainte en traction serait alors de 420N/mm2 (MPa). Ce qui me parait cohérent.

---> Le comportement en traction d'une courroie HTD-8M serait donc en quelque sorte comparable à celui d'une bande d'acier de même largeur et de 0.16 d'épaisseur. Quel est votre avis ?

Si c'est le cas, on aurait alors par exemple avec un brin ayant une longueur de 2500 mm et une traction de 1000 N, un allongement de courroie d'environ 2,5mm.

Carlos

Salut Carlos et tous les autres.
Très beau projet que tu nous présente là, je le suis depuis un moment.
Je suis également sur un projet cnc mais pas avec des courses aussi longue.
A propos des moteurs pas à pas, pour un projet tel quel, malgré la différence de prix, des moteurs à boucle fermée ne seraient pas mieux?
J'étais parti pour monter des moteurs 12nm en boucle ouverte, je les ai déjà mais depuis j'ai commandé un moteur en 12nm en boucle fermée pour voir la différence, ben ça n'a quand même rien a voir en tout, depuis je serais partant malgré la différence de prix de monter en boucle fermée mais en 8Nm, du moins pour les axes X et Y, le Z étant plus petit il aurait d'une alim partagé avec le 4eme axe
J'hésite aussi pour l'alim, une alim par moteur en 70 volts 500w ou une alim pour deux moteurs de 70 volt 1200w.
J'emplois déjà des moteur 12Nm en boucle ouverte sur une HBM45, ça marche bien mais je perds quand même des pas si la vitesse de déplacement est trop rapide, je suis assez limité de ce coté là et j'ai même déjà songé les remplacer, du moins le X, la course en Y n'est que de 220mm donc ça ne pose pas de problème.
Philippe

Bonjour à tous,

@c.phili :Je suis ravi  de te rencontrer sur ce forum.
Je suis d'accord avec toi, les moteurs à boucle fermée apporteraient une sécurité de fonctionnement et si comme tu le dis on a en plus des performances meilleures pourquoi pas.
In fine, le surcoût correspondant n'est surement pas énorme au regard du prix de revient global du projet.
Pourrais-tu préciser les références des moteurs 8N.m que tu penses utiliser sur ton projet CNC ?
Je n'ai pas encore aborder le sujet des alimentations, mais je pense partir sur la base d'une alimentation 70V - 400W à 40€ par moteur.

J'ai suivi avec le plus grand intérêt la modification que tu as apporté à ta fraiseuse HBM45, d'autant plus que j'ai exactement la même.

Au plaisir de te lire

Carlos

B) Courroie d'entrainement (FIN)

A l'arrêt, les 2 brins de la courroie supportent une tension identique et ègale à la tension de pose.
Lorsqu'on veut se déplacer, il faut vaincre les efforts qui s'opposent au mouvement. Ceci se traduit par une augmentation de la tension du côté vers lequel on veut se déplacer .On se retrouve alors avec un brin tendu et un brin mou.
Tension brin tendu = tension de pose + poussée
Tension brin mou = tension de pose - poussée

Comme il vaut mieux que le brin mou reste tendu, la poussée doit donc rester inférieure à la tension de pose.
Comme le maillon faible de la transmission par courroie se situe semble-t-il au niveau des dents, je prend comme limite la plus petite valeur de traction à ne pas dépasser ( dans la zone de fonctionnement prévue sur la machine) au niveau des dents, soit 1280N. A partir de cette valeur, il me semble qu'on pourrait partir sur une tension de pose d'environ 400N. et une poussée maxi de 300N. La tension maximale sur le brin tendu serait alors de 700N, et la tension minimale sur le brin mou de 100N, ce qui me parait assez raisonnable.
Du coup, on oublie totalement la poussée maximale des moteurs.

Impact des allongements :
La longueur du brin tendu varie entre 0 et 2500mm.
En réduisant la valeur de l'accélération à 0.5 m/s2, en tenant compte d'un très bon coefficient de frottement, et en se limitant également à l'usinage du bois et plastiques, J'estime que la poussée minimale devrait se situer aux alentours de 150 N pour chacun des moteurs.

Avec ces données, l'allongement de la courroie varie selon la position du portique et le sens de déplacement de 0mm à 1mm dans le pire des cas avec une poussée maxi de 300N.
Ma vision des choses est la suivante : Cet allongement maximum de 1mm est l'équivalent de 5 pas entiers au niveau des moteurs. Je pense que ces pas sont bel et bien perdus car ils n'ont servi à mon avis qu'à tendre la courroie avant de déplacer le portique. Bien que je n'y connais rien aux servos, Je pense également qu'un servo ne verrait pas ce problème parce qu'il manque me semble-t-il le retour d'information du déplacement réel. A confirmer par les experts du forum en servos.

Bilan très mitigé :

- La solution à courroie HTD-8M ne me parait pas pouvoir exploiter pleinement la capacité des moteurs NEMA34 8.5N.m et encore moins en 12N.m
- La précision de positionnement n'est pas très bonne. Au mieux probablement aux alentours de 0.2 mm
- L'allongement de la courroie fausse plus ou moins les déplacements suivant le positionnement du portique

MA CONCLUSION : J'ai voulu présenter une solution à courroie parce qu'elle est retenue sur pas mal de projets et que je voulais me faire MON OPINION sur celle-ci.
SI je devais réellement concrétiser ce projet de BIG CNC, je ne pense pas que je retiendrais une solution à courroie.
Une solution avec un entrainement Pignon/crémaillère me parait mieux adapté surtout si l'entrainement est hélicoïdal.

Nota : Une erreur de conception qu'on retrouve malheureusement trop souvent sur des projets de CNC est de monter les moteurs du X sur le châssis.
Avec ce montage on double l'allongement de la courroie, mais surtout la longueur du brin tendu est déjà au minimum de 2500mm.

Carlos

Il existe une solution industrielle qui améliore l'entrainement par courroie : on double astucieusement la courroie.


La courroie active qui assure le déplacement s'engrène sur une courroie passive collée sur le châssis.
Avec ce montage, la longueur de la courroie est réduite au minimum. Il n'y a quasiment plus d'étirement;

TRÈS MALIN !!!

Carlos

Le moteur que j'ai déjà c'est celui-ci c'est un 12Nm
Le 8Nm est ici
Bien sur ç'a viens de Chine mais l’entrepôt est en Allemagne ce qui nous évite les frais. Si on est allergique aux produits chinois, il faudra bien allonger le prix.
Ceci dit, j'ai déjà acheté plusieurs variateurs et différentes bricole a ce vendeur, il est très sérieux et répond toujours aux messages bons ou mauvais.
J'ai eu un problème avec le dernier variateur pas plus tard que la semaine passée et un nouveau est déjà en route.
Pour l'alim je pense qu'il faudrais min une 500w comme celle-ci
Moi je me laisserai bien tenter par celle-ci

Pour la transmission, au lieu d'une courroie, je ferais bien les essais avec une chaîne, certains sont contre mais il y a-t-il vraiment quelqu'un qui a réellement essayé?
Mechmate le fait bien et personne n'a l'air déçu, la Chaîne ne coûte pas cher et les pignon non plus, ça se change en très peu de temps et c'est très résistant, c'est vrais que ça s'allonge avec le temps mais en général un coup de clef résous le problème.
Et contrairement a la courroie, on peut utiliser la totalité de la longueur acheté, on peut la rallonger ou la raccourcir sans limite.
Philippe

Comme je le disais sur l'autre forum, je ne suis pas contre l'entrainement par chaîne.

La vidéo ci-dessous parle d'elle même :

C'est une solution qui peut remplacer la courroie avec probablement la possibilité d'être plus rigide.
Par contre, avec le montage qui est présenté, on a une prise directe du moteur, résultat : la précision de positionnement et l'effort de poussée ne doivent être terribles.

Je ne vois pas pourquoi, la chaîne passe quand même par 3 pignons.
C'est un peu le principe que je comptais adopter


Un seul moteur sur le portique avec un arbre traversant et une chaîne de chaque coté, ici la chaîne n'est pas dessinée mais on devine bien.
La chaîne se plaçant en dessous des pignons permettrait de mettre un guide chaîne en plastique qui empêcherait la chaîne de vibrer, ça obligerait en même temps la chaîne de toujours rester bien au fond des pignons.

Avec une courroie, on a vu qu'il faut impérativement augmenter le nombre de dents en prise, d'ou l'utilité des 2 galets.

Avec une chaîne, je ne vois pas bien comment on pourrait se passer des 2 pignons supplémentaires qui remplacent les galets.

Quelques infos sur la transmission par chaines :
Document 1 :Conception Transmission par Chaines
Document 2 : Transmissions Chaines

Page 16 du 1er document, il y a un calcul du brin mou qui m'inquiète un peu pour une transmission de CNC.

Sur les 2 documents apparaît le fait que la vitesse de rotation n'est pas constante à cause de l'effet de corde. Cet effet dépend du nombre de dents.
Page 7 du 1er document :
"Il ressort du diagramme qu’une chaîne à
rouleaux est soumise à un effet d’accélération
et de décélération lors de son engagement
dans le pignon et à la sortie de ce dernier. La
chaîne exécute en outre un mouvement de
montée et de descente. Le fonctionnement
irrégulier augmente progressivement avec un
nombre de dents décroissant.
...
L’irrégularité dans la transmission des
charges, conjuguée à la répétition par intervalles
du mouvement de montée et de descente,
débouchent sur un fonctionnement irrégulier
de la chaîne"

Merci pour la doc.
Je vais regarder ça de prés.
J'ai parcouru un peu et évidemment après quelque ligne on se poserait bien des question.
En théorie avec des calcul trop savant pour moi c'est clair qu'il y aurait de quoi reculer mais en pratique???
On ne peut pas prétendre fabriquer une machine précise à 1/100 mm, à moins d'avoir un châssis extrêmement rigide, en fonte coulée par exemple.
Donc les inconvénients d'une transmission par chaînes vont-t-ils vraiment jouer sur les performance finale de la machine?
Pour ma part, je pense que ça vaut la peine d'essayer et de voir ce que ça donne en réppettant plusieurs fois le même programme pour voir s'il y a des défaut, faut dire que mon projet porte plus sur une machine capable de travailler le bois et peut-être l'alu mais certainement pas l'acier.

LE PORTIQUE -1 :

Le portique c'est d'abord un tube en acier de 200x200 épaisseur 4mm, longueur 1750mm, poids 46.7Kg

Un petit devis :
 

Sans les frais de port 2.81 € le kg d'acier.

- Je suis parti sur une section carrée parce que le portique est sollicité en flexion et en torsion.
- En torsion, c'est le moment d'inertie polaire de la section I0 qui compte (I0 = Ix + Iy)

On voit sur le tableau ci-dessous qu'à poids quasiment équivalent :
---> En torsion : le tube de 200 x 200 de 4mm d'épaisseur est grosso modo 2 fois plus rigide en torsion que des profilés UPN, IPE, UPE etc ... de même hauteur.
---> En flexion suivant l'axe fort (Ix) : il est au moins équivalent aux poutrelles.
---> En flexion suivant l'axe faible (Iy) : il est 10 à 17 fois plus rigide que les poutrelles

 
Quelques images du portique seul :




Les caches en bout du portique ont été enlevés.

---> J'ai pris l'option de ne pas tarauder directement le tube. 4mm me parait trop juste pour du M6, même si un écrou M6 n'est pas plus épais.
J'avais donc le choix entre l'utilisation d'écrous sertis sur le tube style Rivklé ou d'utiliser des carrés d'acier et des bouts de plaque pour les taraudages.

Avec les écrous Rivklé, ça me parait compliqué pour un amateur car il faut être capable de percer les 2 rangs des fixations des rails sur le tube avec une bonne précision (+/-0.2mm maxi). C'est pas gagné en ce qui me concerne
Avec les carrés d'acier, c'est différent, les entraxes M6 doivent être toujours aussi précis qu'avec le tube mais on ne travaille plus qu'avec les fixations d'un seul rail et sur une pièce sur laquelle on a éventuellement le droit à l'erreur.
Le tube lui est percé avec des trous de 7mm ou plus si besoin. Ce montage permet une petite plage de réglage des rails. A ce stade, je pense utiliser 1 vis sur 2 des rails, donc une fixation tous les 120mm.
Arès réglages des rails on peut toujours contre-percer une partie des autres vis ou mieux encore goupiller les rails sur le tube (si on a pris soin de faire auparavant quelques avant-trous sur ceux-ci).

Carlos