Scelta servoriduttore basso costo

Buongiorno,
premesso che mi occupo di altro ma sono comunque un ingegnere meccanico, per una situazione "anomala" devo progettare un sistema per sollevare un "palo" di 90 gradi (simile ad un passaggio a livello). in pratica trascurando la coppia di inerzia (l'accelerazione è bassissima dovendo fare 90 gradi in 5 secondi) ho calcolato la coppia necessaria e avrei bisogno delle seguenti condizioni:
- Coppia 800 [Nm] al palo
- 3 [rpm] del palo
quindi potenza 251 [W] circa.

Pensavo di inserire un riduttore epicicloidale con rapporto 100:1 quindi al motore avrei bisogno di
- 80 [Nm]
- 300 [rpm]
-potenza 250 [W]

Quale potrebbe essere il tipo di motore migliore? pensavo a un servoriduttore DC ma avrei bisogno di una mano per trovare un modello adatto e soprattutto un produttore. Allo stessto tempo se fosse possibile usare un tipo di motore (es stepper ma non credo) con un sistema di controllo piu semplice e meno costoso ovviamente lo preferirei..
Grazie

non puoi usare un vite senza fine asincrono trifase con dei sensori induttivi di fine corsa? di che precisione hai bisogno?

direi media precisione nel senso con una risoluzione di 1 grado rispetto ai 90 che deve raggiungere non sarebbe un problema.. e assolutamente monofase...quello che non capisco non essendo esperto è come fare con gli rpm..vedo che ci sono servomotori a 1500 rpm minimo..come raggiungo un rapporto di riduzione di 500:1? vite senza fine? epicicloidali in serie?

shinobi9 ha detto:

Buongiorno,
premesso che mi occupo di altro ma sono comunque un ingegnere meccanico, per una situazione "anomala" devo progettare un sistema per sollevare un "palo" di 90 gradi (simile ad un passaggio a livello). in pratica trascurando la coppia di inerzia (l'accelerazione è bassissima dovendo fare 90 gradi in 5 secondi) ho calcolato la coppia necessaria e avrei bisogno delle seguenti condizioni:
- Coppia 800 [Nm] al palo
- 3 [rpm] del palo
quindi potenza 251 [W] circa.

Pensavo di inserire un riduttore epicicloidale con rapporto 100:1 quindi al motore avrei bisogno di
- 80 [Nm]
- 300 [rpm]
-potenza 250 [W]

Quale potrebbe essere il tipo di motore migliore? pensavo a un servoriduttore DC ma avrei bisogno di una mano per trovare un modello adatto e soprattutto un produttore. Allo stessto tempo se fosse possibile usare un tipo di motore (es stepper ma non credo) con un sistema di controllo piu semplice e meno costoso ovviamente lo preferirei..
Grazie

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Dico la mia, visto le coppie e velocità ridotte potresti valutare un attuatore lineare elettrico, questi possono essere provvisti di finecorsa registrabili e/o di encoder per sapere sempre dove si trova il tuo attuatore nella corsa.
Sicuramente è un po' più ingomabrante in quanto si devono prevedere i leverismi ma non conoscendo nel dettaglio la tua esigenza non so possa andare bene nel tuo caso.

grazie delle risposte. diciamo che l'applicazione sarebbe con motore direttamente sul palo(poi c'è un contrappeso) comunque servirebbe rotazionale.
In pratica avrei bisogno di un riduttore 500:1 per arrivare a un motore con 1,6 [Nm] di coppia e 1500 [rpm]. Altrimenti mettere in serie un ingranaggio con ruote a denti dritti a valle del servoriduttore?

shinobi9 ha detto:

Buongiorno,
premesso che mi occupo di altro ma sono comunque un ingegnere meccanico, per una situazione "anomala" devo progettare un sistema per sollevare un "palo" di 90 gradi (simile ad un passaggio a livello). in pratica trascurando la coppia di inerzia (l'accelerazione è bassissima dovendo fare 90 gradi in 5 secondi) ho calcolato la coppia necessaria e avrei bisogno delle seguenti condizioni:
- Coppia 800 [Nm] al palo
- 3 [rpm] del palo
quindi potenza 251 [W] circa.

Pensavo di inserire un riduttore epicicloidale con rapporto 100:1 quindi al motore avrei bisogno di
- 80 [Nm]
- 300 [rpm]
-potenza 250 [W]

Quale potrebbe essere il tipo di motore migliore? pensavo a un servoriduttore DC ma avrei bisogno di una mano per trovare un modello adatto e soprattutto un produttore. Allo stessto tempo se fosse possibile usare un tipo di motore (es stepper ma non credo) con un sistema di controllo piu semplice e meno costoso ovviamente lo preferirei..
Grazie

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Sul catalogo SEW trovi quello che ti serve (trifase), immagino li abbiano simili anche altri produttori.

La tua applicazione è analoga a quella del sollevamento delle barriere stradali nelle quali prevalentemente sono utilizzati riduttori a vite senza fine, senza però negare la validità dei riduttori ad ingranaggi. La scelta fra le due tipologie spesso è dettata dal costo in quanto un riduttore a vite senza fine (in questo caso doppio) è inferiore ad un corrispondente ad ingranaggi anche se, a causa del basso rendimento, nel primo dovrà essere previsto un motore di potenza maggiore. Generalmente le barriere stradali sono bilanciate da molle od altro, soluzione che consente di ridurre sensibilmente la coppia necessaria e, di conseguenza, le dimensioni della motorizzazione.
Come motore potrai utilizzare un motore trifase, monofase, o DC, è però necessario prevederlo con un freno integrato se non esterno, obbligatorio per un riduttore ad ingranaggi e superfluo nel vite senza fine se il rapporto scelto è irreversibile, ovviamente senza freno la precisione dell'arresto non è garantita.
La maggior parte dei produttori ha soluzioni adatte a questo scopo e configuratori che ti consentono di dimensionare una motorizzazione ma, per questo tipo di applicazione, ti consiglio di evitare il fai da te e di interpellare direttamente il loro servizio tecnico (per es: Transtecno, Varvel, Bonfiglioli, Rossi, ecc.) che ti potrà scegliere e proporre la soluzione ottimale in funzione delle tue esigenze anche economiche, suggerendoti anche gli accorgimenti opportuni da adottare sotto il profilo applicativo.
Solo come esempio non vincolante, allego una selezione di un riduttore a vite senza fine combinato di uno dei produttori che ho citato sopra.

shinobi9 ha detto:

direi media precisione nel senso con una risoluzione di 1 grado rispetto ai 90 che deve raggiungere non sarebbe un problema.. e assolutamente monofase...quello che non capisco non essendo esperto è come fare con gli rpm..vedo che ci sono servomotori a 1500 rpm minimo..come raggiungo un rapporto di riduzione di 500:1? vite senza fine? epicicloidali in serie?

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Epicicloidale 4 stadi oppure due riduttori combinati vite senza fine.
Fai prima a contattare un rivenditore o un venditore di motoriduttori.

penso che avevo sbagliato dei conti.

È corretto per un accoppiamento motore carico che la coppia che mi serve sia

Cm= Cr/t + (Jm+Jr/t^2)*w1 ?
Poi peró da quì devo ipotizzare una velocità angolare definendo in quanti secondi questo palo mi fa 90 gradi? E quindi trovo la Potenza del servomotore? Oppure utilizzate un metodo statico cioè potenza resistente e moltiplico per un fattore di sicurezza per tenere conto della coppia di inerzia?
L’ultima volta che ho fatto questi conti si parla di 5 anni fa circa
In tutto ció allora le curve di coppia e resistenza come vanno utilizzare? Cioè in teoria coppia motrice e resistente mi variano con la velocità angolare e a regime la w sarà quella in cui si incrociano no?
quindi diventa un’equazione differenziale complessa. Mi mancano le conoscenze “pratiche”..non credo che i periti facciano tutti questi conti..
La mia idea resta utilizzare un servomotore DC con un riduttore interposto ma ho problemi nel dimensionarlo.

Nulla di tutto questo.
Per la tua velocità ipotizziamo inerzie nulle per via di accelerazioni nulle.
Peso sbarra per distanza baricentro a centro di rotazione fa la coppia massima in uscita.
Prendi un motoriduttore che gira a 1450rpm circa e ti esce il rapporto di riduzione conoscendo la velocità del carico.
Da coppia e giri calcoli potenza passando dal rendimento del riduttore.
Se per ipotesi ti esce un motore da 0,18kW ne prendi uno da 0,25kW che è la taglia dopo e comunque costano quasi uguale e a quasi pari dimensioni di tutto.
Quello che sarà la coppia minima non importa perché sarà entro i 1500rpm.
Allo spunto senza inverter il motore eroga almeno 1,5volte la coppia nominale e quindi non te ne accorgi nemmeno che ci mette 50 millisecondi a partire.
Nessuna equazione strana. Calcolatrice dixan.

meccanicamg ha detto:

Allo spunto senza inverter il motore eroga almeno 1,5volte la coppia nominale e quindi non te ne accorgi nemmeno che ci mette 50 millisecondi a partire.
Nessuna equazione strana. Calcolatrice dixan.

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La coppia di spunto dovrebbe essere quella che dici se si tratta di un motore trifase; da quel che ho letto, shinob9 vorrebbe utilizzare un motore monofase (scrive: assolutamente!). In quel caso la coppia di spunto arriva a malapena alla nominale solo se si utilizza un condensatore di spunto di capacità maggiorata che però credo porti a problemi all'avvolgimento, a lungo andare.

Grazie mille a entrambi! Quindi più semplice del previsto il dimensionamento. Confermo
Che l’ideale è usare un servomotore DC, o al massimo monofase ma trifase no..

Altra domanda..seguendo i conti “statici” di meccanicamg come coppie mi andrebbe bene anche un passo passo tipo Nema 42 che si puó controllare in open loop quindi sarebbe semplice e poco costoso. Peró ho letto che non va bene per una questione di inerzie ovvero per il
Rapporto tra l’inerzia sua e quella del carico che se troppo maggiore gli fa perdere passi..Potete spiegare meglio?

shinobi9 ha detto:

Grazie mille a entrambi! Quindi più semplice del previsto il dimensionamento. Confermo
Che l’ideale è usare un servomotore DC, o al massimo monofase ma trifase no..

Altra domanda..seguendo i conti “statici” di meccanicamg come coppie mi andrebbe bene anche un passo passo tipo Nema 42 che si puó controllare in open loop quindi sarebbe semplice e poco costoso. Peró ho letto che non va bene per una questione di inerzie ovvero per il
Rapporto tra l’inerzia sua e quella del carico che se troppo maggiore gli fa perdere passi..Potete spiegare meglio?

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Ma perchè un passo passo? Un asincrono monofase con due finecorsa elettrici posizionati sulle posizioni (aperta/chiusa) della sbarra no? Per non usare microinterruttori che taglino la 230V, sarebbe meglio utilizzare una scheda di controllo dove i finecorsa fornirebbero solo il segnale.
Puoi utilizzare una scheda elettronica di quelle che sono a bordo degli apricancelli, o meglio delle barriere stradali, per esempio. Anche se acquistate come ricambi, non hanno un prezzo proibitivo.
Poi, nel caso dovessi mettere in sicurezza l'area di manovra della sbarra, con una di quelle schede puoi anche gestire eventuali fotocellule che inibiscono il funzionamento in caso di attraversamento.

Grazie molto interessante!
Non essendo appunto del settore ho una domanda sicuramente banale..io pensavo che la prassi fosse prendere un servomotore con un encoder incluso che va poi collegato al driver del servomotore. Facendo come dici te quindi evito l’encoder e collego i fine corsa allo stesso driver del motore? Quindi lui parte e si ferma appena arriva a uno dei due finecorsa?
Inoltre il freno elettromagnetico devo comunque metterlo giusto?

shinobi9 ha detto:

Grazie molto interessante!
Non essendo appunto del settore ho una domanda sicuramente banale..io pensavo che la prassi fosse prendere un servomotore con un encoder incluso che va poi collegato al driver del servomotore. Facendo come dici te quindi evito l’encoder e collego i fine corsa allo stesso driver del motore? Quindi lui parte e si ferma appena arriva a uno dei due finecorsa?
Inoltre il freno elettromagnetico devo comunque metterlo giusto?

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Si è così.
Per l'elettrofreno dipende; se utilizzerai un riduttore a vite senza fine, se esso ha un rendimento inferiore al 50% risulterà irreversibile anche dinamicamente. Chiaro che l'inerzia del rotore porterà a far compiere qualche giro in più dopo il raggiungimento dei finecorsa; in tal caso, o anticipi l'intervento del finecorsa oppure utilizzi l'elettrofreno. Visto il grandissimo rapporto di riduzione che sarà necessario, secondo me non serve. Se invece il riduttore sarà un epicicloidale, allora sarai costretto ad utilizzare un motore con elettrofreno.
Tieni comunque conto di eventuali blackout; nel caso utilizzi un epiciloidale con motore dotato di elettrofreno, ti sarà possibile sbloccare il sistema agendo sulla levetta che tipicamente è presente sulla calotta della ventola. Se invece utilizzi un riduttore irreversibile (vite senza fine), in caso di blackout o giri a mano il rotore (scegliendo un motore che ti permetta di collegare una manovella) oppure devi inserire un sistema di sblocco tra albero di uscita del riduttore e sbarra. Girare a mano un motoriduttore con un rapporto 1:480, per aprire la tua sbarra potrebbero essere necessari parecchi secondi; al limite puoi attaccargli un trapano.
Ma qual'è il tuo budget? perchè alla fine della fiera, non è che ti conviene acquistare una barriera commerciale? Se questa macchina che vuoi creare lavora in ambito industriale (o peggio, pubblico) deve sottostare a tutte le norme di sicurezza, secondo me ti conviene acquistare la barriera commerciale e ti togli tutti i pensieri.

Grazie ancora!
Preferirei fare il progetto comunque.
Per una questione di compattezza anche se costa più sto valutando di usare anche un servoattuatore yaskawa SGM7 che ha potenza 450 W, 1500 rpm e quasi 3 Nm di coppia. Potrebbe andar bene con interposto un ridutttore a vite senza fine 1:100. Ho visto che l’inerzia del carico è inferiore all’inerzia del motore per 15 (considerandola riportata all’asse motore attraverso il rapporto di riduzione). Quindi dovrebbe andare bene..solo che non. Capisco come trovare questo riduttore..soprattutto che abbia un diametro di flangia che si adatta al mio servoattuatore. Consigli?

shinobi9 ha detto:

Grazie ancora!
Preferirei fare il progetto comunque.
Per una questione di compattezza anche se costa più sto valutando di usare anche un servoattuatore yaskawa SGM7 che ha potenza 450 W, 1500 rpm e quasi 3 Nm di coppia. Potrebbe andar bene con interposto un ridutttore a vite senza fine 1:100. Ho visto che l’inerzia del carico è inferiore all’inerzia del motore per 15 (considerandola riportata all’asse motore attraverso il rapporto di riduzione). Quindi dovrebbe andare bene..solo che non. Capisco come trovare questo riduttore..soprattutto che abbia un diametro di flangia che si adatta al mio servoattuatore. Consigli?

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Ma perche' cerchi una soluzione cosi' sofisticata per un'applicazione cosi' semplice? Vai a spendere 5000 euro quando te ne bastano un decimo.

Mi sono arreso. Ho scelto un motoriduttore della SEW con riduttore a vite senza fine. Potenza 350 W e velocità al secondario 5 rpm che va più che bene. Ora devo capire come regolarlo in posizione con i fine corsa..

shinobi9 ha detto:

Mi sono arreso. Ho scelto un motoriduttore della SEW con riduttore a vite senza fine. Potenza 350 W e velocità al secondario 5 rpm che va più che bene. Ora devo capire come regolarlo in posizione con i fine corsa..

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Prendilo autofrenante cosi' appena togli la corrente il sistema si ferma.

@shinobi9 ho visto ora la tua soluzione finale ma dal momento che stavo preparando la risposta al tuo quesito precedente, la completo per un eventuale utilizzo futuro e per conoscenza di altri utenti con esigenze analoghe.

shinobi9 ha detto:

Preferirei fare il progetto comunque.
Per una questione di compattezza anche se costa più sto valutando di usare anche un servoattuatore yaskawa SGM7 che ha potenza 450 W, 1500 rpm e quasi 3 Nm di coppia. Potrebbe andar bene con interposto un ridutttore a vite senza fine 1:100. Ho visto che l’inerzia del carico è inferiore all’inerzia del motore per 15 (considerandola riportata all’asse motore attraverso il rapporto di riduzione). Quindi dovrebbe andare bene..solo che non. Capisco come trovare questo riduttore..soprattutto che abbia un diametro di flangia che si adatta al mio servoattuatore. Consigli?

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Il motore brushless ha una flangia non unificata per cui è necessario trovare un costruttore di riduttori a vite senza fine che abbia previsto delle flange speciali per l'accoppiamento di questi motori ed, essendo l'albero uscita senza linguetta, l'accoppiamento dovrà essere effettuato tramite un morsetto, guarda il video.
I dati dimensionali che occorrono per l'accoppiamento del motore sono quelli riportati nel catalogo Yaskawa e più precisamente:
- LA (interasse fori flangia)
- LB (diametro di centraggio flangia)
- S (diametro albero senza linguetta)
Si può poi scegliere il riduttore (predisposto per attacco motore elettrico) tramite configuratore in base alla coppia o potenza richiesta, rapporto di riduzione e fattore di servizio oltre, ovviamente alla forma costruttiva, dopodichè è indispensabile fornire i dati dimensionali sopracitati al produttore del riduttore (ne cito uno come esempio) per verificare se dispone del morsetto (vedi catalogo a pag.8) e della flangia per quel tipo di motore.