Progettazione di un sistema di trasmissione

PLS.Emulo

Utente Junior
Professione: Ingegnere meccanico
Software: SolidWorks, Inca, Autocad
Regione: Piemonte
Buongiorno,
premetto che non sono riuscito a trovare la corretta sezione dove presentarmi.
Lavoro in mondo automotive ma non design. Da qualche giorno mi sono imbattuto in un lavoretto da fare con degli amici civili.
Avrei delle idee su come realizzare il tutto ma ho svariati dubbi non essendo il mio campo di lavoro abituale.
dovrei dimensionare un sistema composto da due parti separate.
In pratica ho un corpo rotante di 600kg(inclinato a 30°) che viene portato in rotazione(3giri/min) ad una altezza di circa tre metri.
Questo cilindro rotante al suo interno ne ha un altro che deve eseguire un moto alternato ad una velocità di 3 uscite e rientri al minuto.
In generale avevo pensato di dimensionare un sistema alla base con motore elettrico trifase ed inverter che con un accoppiamento dentato porta in rotazione l'albero principale(posizionato verticalmente), questo per ciò che concerne la rotazione del corpo sospeso a tre metri.
Poi per il moto alternato dell'altro cilindro di circa 80kg avevo pensato ad un sistema cremagliera pignone mosso sempre da trifase ed inverter con dei finecorsa che parlando con l'inverter concedano l'inversione del moto.
Questa era la mia idea ma quando ho cominciato a lavorare sui numeri ecco i primi dubbi.
La cosa più banale il calcolo della potenza assorbita per la rotazione del cilindro a 30° di 600kg. Pensavo di ricavarla dalle inerzie perché sostanzialmente credo che la potenza che mi serve è solo quella per portarla in rotazione all'avvio.
La resistenza aerodinamica e la potenza d'attrito sono trascurabili a quelle velocita.
Però non ho proprio idea di come valutarla dato che non avrei l'accelerazione come dato di partenza.
Altro dubbio non meno importante riguarda la realizzazione delle velocità in gioco. So dell'esistenza dei motoriduttori ma non credo che si arrivi a rapporti in gioco elevati al punto da passare da 1000giri a 3 giri con ingombri normali; inoltre non avendo mai trattato queste questioni non saprei neppure che dati fornire a chi deve vendermeli(potenza ingresso e uscita, velocità angolari etc).
Grazie in anticipo per l'aiuto.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Stiamo messi male come premesse.
Prima cosa di riduttori con rapporto alto ce ne sono combinando due riduttori normali. Esempio i=60 e i=20 montati assieme fanno i=1200 essí che sono due riduttori normalissimi.

Se non posti uno chema non si capisce assolutamente niente, a maggior ragione che non avete le idee chiare.
Può anche essere a 100000000 metri da terra che non cambia, visto che il problema è il cinematismo.
Per il moto alternato ci sono una miriade di soluzioni: Vite a sfere, pignone e cremagliera, cilindri idraulici o pneumatici, sistema a camme ecc.

Se non lo sai tu che accelerazione occorre...di sicuro non lo sappiamo noi. Dipende da che inverter prendi, da quanta corrente ti può erogare oltre il nominale, da quanto tempo ci vuoi mettere ad arrivare a regime.

Sr cerchi troverai diversi post che trattano avviamento di carichi in rotazione con formule e calcoli.

Se non sai cosa devi fare e come lo devi fare....direi che non lo fai e basta....oppure diventi un superesperto in 6 ore
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Buonasera,
certamente non pretendo di diventare un esperto in materia in poche ore. sono però in genere abituato ad assolvere ai miei incarichi e mi piace imparare in genere.
In merito all'accelerazione pensavo di raggiungere la velocità di regime nei primi tre giri quindi una accelerazione molto blanda.
Premetto che ho scritto sul forum consapevole di non avere le competenze utili e le idee ben chiare.
Come hai ben detto il grosso problema è il cinematismo e la dinamica di avvio per ben comprendere e dimensionare il motore in modo che consenta il moto costante senza problemi.
Per i=20 e i=60 intendi gli interassi in mm?
Comunque per intenderci volevo proprio dei consigli da voi esperti per la migliore soluzione attuabile e per cominciare a capire come si procede alla progettazione di sistemi semplici.


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meccanicamg

Utente Senior
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Con i=30 e 60, come scritto nel post precedente sono i rapporti di riduzione di due riduttori standard banalissimi che puoi trovare in commercio, quindi si può avere rapporti di riduzione alti senza problemi, basta combinare quelli standard.
Se vuoi fare l'accelerazione per passare da zero a velocità massima in 3 giri di carico ci può stare e allora vedi che ce l'hai l'accelerazione?!
Dopo che ti sei calcolato massa, accelerazione, inerzia ecc tieni conto dei rendimenti e del fattore di servizio, al fine di non sottodimensionare il motore
 

meccanicamg

Utente Senior
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Poi nel tuo caso se usi un motore 4poli che gira a circa 1500rpm ti basta un rapporto di riduzione i=500 per girare a 3rpm col carico.

Arrivare a regime in 3 giri di carico é davvero tanto. Di solito per applicazioni dirette senza inverter si considerano 4 o 5 secondi per andare a regime.
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Ok il discorso dei riduttori mi è chiaro, quindi una volta che sono arrivato all'albero principale, come dimensionamento, dovrei dimensionare l'accoppiamento conico che mi porta all'albero di uscita del moto riduttore e scegliere quello che consente un rapporto utile ad ottenere da 1500 rpm(come dicevi tu nell'esempio) a 3rpm. Ora per calcolare la potenza che il sistema assorbe all'avviamento, io avevo pensato di fare M*a*v+ la potenza dispersa per attrito(anche se dovrebbe essere bassa).
Dici che andrebbe bene come dimensionamento di massima? In M ho messo tutte le masse in gioco come se fossero concentrate in punto distante "x" dall'asse di rotazione.
Inoltre l'applicazione vorrei realizzarla con inverter, sempre che tu non mi dica che si può evitare l'utilizzo.
L'inerzia per cosa devo tenerla in conto? Dici che devo ricavare la potenza all'avviamento rotativo del sistema utilizzando il calcolo dell'inerzia del cilindro equivalente al posto di M*a*v(quindi considerando l'energia cinetica come 1/2*I*(omega)^2?
Inoltre con 4 coppie polari non dovrebbe girare a circa 750 rpm?
Grazie.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Se il tuo oggetto pesa 600 kg ma il baricentro non è in asse con l'albero di rotazione avrai l'inerzia di quell'oggetto da considerare in kg*m^2.




Per il motore me lo devi dire tu se ti serve avere una regolazione di velocità o di coppia. Se basta che giri più o meno alla velocità per la quale girerà può anche essere collegato diretto o con soft starter.




Io non ho parlato di "coppie polari" ma ho parlato di "poli" perché le coppie son due ma nel conto danno sempre fastidio e non le usa nessuno.




2poli =3000rpm




4poli =1500rpm




6poli =1000rpm




8poli =750rpm




12poli =500rpm







Fai una ricerca sul forum che ci sono diverse discussioni in merito all'avviamento in rotazione di inerzie.





Coppia inerzia = momentoinerzia * accelerazione di rotazione



Con accelerazione in rad/s^2 e momento inerzia in kg*m^2 per avere una coppia in N*m.

Coppia inerzia * velocità rotazione = Potenza
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Ok, quindi per ricapitolare la potenza assorbita che devo considerare in prima battuta è M*v*a + ( M * D^2/4 + M * d^2) * alfa * v --> con alfa intendo l'accelerazione angolare(tangenziale + centripeta).
A me non serve un regolatore di velocità, dato che dopo che ha raggiunto la velocità di "crociera" la manterrà per 8/10 ore al giorno --> direi che un softstart basti per il motore che porta in rotazione tutta la parte superiore.
Per ciò che riguarda il sistema lineare, ospitato in testa, che dovrà andare a circa 15 mm/s avevo pensato all'inverter per eseguire l'inversione del moto con i finecorsa. Pensi che sia una buona soluzione?
Anche qui per il sistema cremagliera pignone sarò costretto ad utilizzare un motoriduttore.
 

meccanicamg

Utente Senior
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La formula della potenza che hai usato non riesco a capire da dove salta fuori.

Per il discorso asse che trasla, non puoi usare un biella manovella motorizzato? Con inverter non è che gestisci l'inversione ma puoi fare la rampa di accelerazione e decelerazione ma non so se ti conviene.
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Ho calcolato la potenza come F*v. Per quanto concerne il discorso biella manovella sarebbe certamente più semplice, ma questi colleghi preferiscono pignone cremagliera. L'inverter io lo avevo inserito per ottenere il cambio delle fasi(asincrono trifase) in modo da ottenere l'inversione del moto.
Come eseguiresti tu il moto alternato? Per la parte che impartisce la rotazione alla parte sospesa tu come valuteresti la potenza di massima da richiedere al sistema tenendo conto che il baricentro non è in asse?
Grazie.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Per lasse lineare userei un motore con riduttore con biella manovella o glifo. Potresti usare anche una vite a ricircolo di sfere con un bel riduttore e motore. Il metodo cremagliera ha un posizionamento inferiore rispetto alla vite ma bisogna capire che precisione hai bisogno.

Così a grandi linee avrai quello che ti ho indicato io nelle formule sopra, cioè l'unico elemento sarà dato da


Potenza = momento d'inerzia * accelerazione di rotazione * velocità angolare * fattore di servizio / rendimenti.
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Ho trovato, come da te suggerito altre sezioni del forum con l'avviamento inerziale, e devo dire che ora comincio a capirci qualcosina in più, Grazie.
Vorrei proporre ai miei colleghi la soluzione con vite a ricircolo di sfere. Ora però vediamo se ho capito bene:
- motore + motoriduttore(con assi ortogonali)[in questo modo inserisco la vite con una chiavetta/linguetta nell'albero cavo lento e trasmetto il moto alla vite a ricircolo]
- l'inversione del moto sempre con sistema di fine corsa che dovranno comandare al motore l'inversione della rotazione.
E' corretto quanto scritto?
Credo che con il ricircolo di sfere posso ottenere l'inversione del moto anche solo meccanicamente senza i finecorsa, giusto? Se si come potrei fare? L'inverter lo lascio per avviamenti gestire le rampe di avviamento e frenata della slitta.
Grazie per tutto.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Ho trovato, come da te suggerito altre sezioni del forum con l'avviamento inerziale, e devo dire che ora comincio a capirci qualcosina in più, Grazie.
Vorrei proporre ai miei colleghi la soluzione con vite a ricircolo di sfere. Ora però vediamo se ho capito bene:
- motore + motoriduttore(con assi ortogonali)[in questo modo inserisco la vite con una chiavetta/linguetta nell'albero cavo lento e trasmetto il moto alla vite a ricircolo]
- l'inversione del moto sempre con sistema di fine corsa che dovranno comandare al motore l'inversione della rotazione.
E' corretto quanto scritto?
Credo che con il ricircolo di sfere posso ottenere l'inversione del moto anche solo meccanicamente senza i finecorsa, giusto? Se si come potrei fare? L'inverter lo lascio per avviamenti gestire le rampe di avviamento e frenata della slitta.
Grazie per tutto.


Secondo te una vite cambia senso di rotazione da solo? Se ci metti un encoder al motore sai quando invertire e anche dove sei
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Avevo visto di soluzioni con filettatura inversa che quando arrivavano a fine corsa iniziavano a percorrere il profilo opposto.
In questo modo si evitavano tutti i sistemi elettrici di posizionamento. Per questo ti chiedevo.
Grazie.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Beh se vuoi fare questo sistema a due principi occorre far fare la vite apposta, perché é una vite a un principio destro e uno sinistro con posta di scambio agli estremi. É mezza vite e mezza camma.
 

stefanobruno

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Poi per il moto alternato dell'altro cilindro di circa 80kg avevo pensato ad un sistema cremagliera pignone mosso sempre da trifase ed inverter con dei finecorsa che parlando con l'inverter concedano l'inversione del moto

Hai pensato a come portare l' alimentazione elettrica a questo motore ?
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Onestamente pensavo di fare l'albero inferiore a sezione cava in modo da portare i cablaggi coassialmente. Ma resta il problema che comunque si avvolgeranno su se stessi, per cui hai anticipato una mia domanda. Voi come portereste l'alimentazione al sistema rotante? So che ci sono dei metodi a contatti striscianti ma non ho la più pallida idea di come si realizzino...accetto linee guida. Grazie ad entrambi.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Onestamente pensavo di fare l'albero inferiore a sezione cava in modo da portare i cablaggi coassialmente. Ma resta il problema che comunque si avvolgeranno su se stessi, per cui hai anticipato una mia domanda. Voi come portereste l'alimentazione al sistema rotante? So che ci sono dei metodi a contatti striscianti ma non ho la più pallida idea di come si realizzino...accetto linee guida. Grazie ad entrambi.


Una bella matassa di cavi lunga 30km ;-) ci sono i contatti striscianti da commercio ....vendono i giunti già fatti.
 

PLS.Emulo

Utente Junior
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Hai ragione per questo avevo già la domanda pronta ;-). Ora dovrei scegliere dove posizionare questo giunto. Inoltre volevo chiederti ma funziona anche da cuscinetto per rispondere ai carichi o serve solo per portare i cavi a un sistema rotante?
Io ho due cuscinetti sull'albero di trasmissione che è nel cilindro di base. Questo poi in testa è accoppiato rigidamente al cilindro inclinato a 30 gradi all'interno del quale ci sarà il motore per il moto alternato...se lo posizionassi in testa il moto dell'albero diverrebbe indipendente da quello del cilindro superiore, corretto?
 

stefanobruno

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Mi sembra che stai affrontando la cosa un po' alla leggera.
600kg+80kg a 3mt d' altezza non sono proprio uno scherzetto da trattare e la parte fondamentale è la struttura, non la motorizzazione.
Giusto che ci pensi ma, sinceramente, mi pare l' ultimo dei problemi.
 

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