scelta motore/riduttore bassissima velocità, alta coppia

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
Buongiorno a tutti

So che è un argomento trattato più volte e leggere le discussioni precedenti è stato molto istruttivo, tuttavia le variabili sono così tante che preferisco esporvi il mio caso.

Sono alle prime armi con la progettazione di impianti complessi e mi trovo a dover selezionare un motore e relativo riduttore per far ruotare una struttura convertitore di energia solare.

Il numero di giri richiesto è bassissimo, in quanto dovrà fare circa 180° nel giro di 8-10 ore, la coppia richiesta invece è piuttosto elevata, le strutture da ruotare hanno massa di circa 250 kg ognuna (ogni motore dovrà muoverne 2, per cui c’è da considerare due alberi che possano uscire coassiali e speculari). Premetto che il progetto viene poi sottoposto di volta in volta al direttore, per cui tutte le lacune mie ed eventuali errori verranno poi sistemati, tuttavia preferisco cercare di andare più autonomamente possibile, soprattutto per imparare.

Il motore dovrà essere a corrente a continua e dovrà montare un encoder di rotazione. Verrà posizionato collineare all’asse di rotazione, tuttavia posso considerare un braccio di 300mm circa per la rotazione, fissandomi su delle staffe.

Ho già provato ad utilizzare i vari calcolatori che mettono a disposizione alcuni produttori, ma anche li le variabili sono davvero troppe e forse non considero i parametri corretti. Come mi consigliereste di procedere? Tenendosi molto superficiali sulle analisi per la scelta iniziale? Giusto un indirizzamento.
 

PIETRO2002

Utente Junior
Professione: PROGETTISTA MECCANICO
Software: INVENTOR
Regione: LOMBARDIA
Buongiorno a tutti

So che è un argomento trattato più volte e leggere le discussioni precedenti è stato molto istruttivo, tuttavia le variabili sono così tante che preferisco esporvi il mio caso.

Sono alle prime armi con la progettazione di impianti complessi e mi trovo a dover selezionare un motore e relativo riduttore per far ruotare una struttura convertitore di energia solare.

Il numero di giri richiesto è bassissimo, in quanto dovrà fare circa 180° nel giro di 8-10 ore, la coppia richiesta invece è piuttosto elevata, le strutture da ruotare hanno massa di circa 250 kg ognuna (ogni motore dovrà muoverne 2, per cui c’è da considerare due alberi che possano uscire coassiali e speculari). Premetto che il progetto viene poi sottoposto di volta in volta al direttore, per cui tutte le lacune mie ed eventuali errori verranno poi sistemati, tuttavia preferisco cercare di andare più autonomamente possibile, soprattutto per imparare.

Il motore dovrà essere a corrente a continua e dovrà montare un encoder di rotazione. Verrà posizionato collineare all’asse di rotazione, tuttavia posso considerare un braccio di 300mm circa per la rotazione, fissandomi su delle staffe.

Ho già provato ad utilizzare i vari calcolatori che mettono a disposizione alcuni produttori, ma anche li le variabili sono davvero troppe e forse non considero i parametri corretti. Come mi consigliereste di procedere? Tenendosi molto superficiali sulle analisi per la scelta iniziale? Giusto un indirizzamento.
La butto li! Con quel numero basso di giri, non ti conviene usare un motore "torque" cosi' eviti di mettere il riduttore.
 

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
provo a darci un'occhiata, grazie del suggerimento
 

Kaji

Utente Standard
Professione: Disegnatore CAD e progettista meccanico
Software: PTC Modeling 20.1 PE2 CdM, pochissimo Inventor
Regione: Emilia Romagna
Classicamente i motori che danno "coppia" anche a velocità di rotazione praticamente nulla sono i cosiddetti "motori stellari" idraulici vengono utilizzati sulle perforatrici idrauliche dove si ha necessità di dare un forte momento torcente all'asta di perforazione anche quando, a causa dell'adesione del terreno, è completamente bloccata.
Vengono anche montati sul fronte di scavo delle frese da galleria TBM per lo stesso motivo
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Buongiorno a tutti

So che è un argomento trattato più volte e leggere le discussioni precedenti è stato molto istruttivo, tuttavia le variabili sono così tante che preferisco esporvi il mio caso.

Sono alle prime armi con la progettazione di impianti complessi e mi trovo a dover selezionare un motore e relativo riduttore per far ruotare una struttura convertitore di energia solare.

Il numero di giri richiesto è bassissimo, in quanto dovrà fare circa 180° nel giro di 8-10 ore, la coppia richiesta invece è piuttosto elevata, le strutture da ruotare hanno massa di circa 250 kg ognuna (ogni motore dovrà muoverne 2, per cui c’è da considerare due alberi che possano uscire coassiali e speculari). Premetto che il progetto viene poi sottoposto di volta in volta al direttore, per cui tutte le lacune mie ed eventuali errori verranno poi sistemati, tuttavia preferisco cercare di andare più autonomamente possibile, soprattutto per imparare.

Il motore dovrà essere a corrente a continua e dovrà montare un encoder di rotazione. Verrà posizionato collineare all’asse di rotazione, tuttavia posso considerare un braccio di 300mm circa per la rotazione, fissandomi su delle staffe.

Ho già provato ad utilizzare i vari calcolatori che mettono a disposizione alcuni produttori, ma anche li le variabili sono davvero troppe e forse non considero i parametri corretti. Come mi consigliereste di procedere? Tenendosi molto superficiali sulle analisi per la scelta iniziale? Giusto un indirizzamento.
Non c'è cosa migliore che scrivere meno e dare uno schema, immediato, chiaro e sintetico.
Vediamo se riusciamo ad avere le grandezze di calcolo in mano ...che senza quelle non si va da nessuna parte.

Massa carico 250kg....due carichi identici.
Braccio.....presumo del carico b=300mm.
Coppia del carico \( C_{out}=N•F•b=2•2500•0,3=1500[Nm] \)
E non è questa gran coppia..... perché l'industria metallurgica ha come riduttori normali con coppia di uscita 5000Nm.

Calcoliamo i giri di rotazione del carico: \( n_{out}=\frac{180⁰}{10ore}=\frac{360}{20}=\frac{1giro}{20ore}:60=0,00083[rpm] \)

Ciò vuol dire che per girare i due pannelli ci vogliono 0,13W effettivi che generano 1500Nm a 0,00083rpm.

Qui occorrerebbe trovate un motore molto piccolo dove si collegano in serie almeno due riduttori da rapporti i=1000 al fine di ottenere un motore che possa girare a 830rpm....sarebbe meglio salire ancora.
Chiaramente con tutti questi stadi il rendimento totale scende a meno di 0,9.

I motori Torque che ci sono in commercio son tutti molto più grossi e non credo vadano bene per l'applicazione anche se possiamo avere nominali anche 10rpm.
 

brn

Utente Junior
Professione: disegnatore
Software: solidworks 2016
Regione: lombardia
Ma deve girare continuamente od ogni tot. Puoi girare di qualche frazione di grado? In quest'ultimo caso riusciresti a montare un motoriduttore più umano
 

Calender

Utente attivo
Professione: Impiegato tecnico
Software: Inventor
Regione: Friuli Venezia Giulia
Ciao...allora,per quel range di coppia (sul coassiale) hai diverse opzioni:
-motore idraulico (orbitale/a pistoni )+epicicloidale/coassiale o slew drive (i cyclo drive escludili, sono troppo costosi secondo mio modesto parere in un applicazione del genere)
-Motore elettrico+epicicloidale o slew-drive
-Motore coppia
Puoi mettere riduttori in serie (come ti è stato gia suggerito).
Non capisco se hai un esigenza specifica per importi come limite quello di porre il motore sullo stesso asse di rotazione del carico o meno (quel 300mm si riferisce alla distanza delle masse dall asse di rotazione o e la distanza del fulcro di un eventuale braccio di reazione,qalora tu voglia mettere il riduttore pendolare sull'asse?)
Se non hai il limite della coassialita si presentano altre opzioni.
Se poi il componente ruota di 180° avanti e indietro si aprono altri panorami (puoi usare cilindri idraulici accoppiati a cremagliere ad es.) ma non credo tu possa farlo (hai specificato motore in continua)...facci sapere meglio ;)
 

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
Non c'è cosa migliore che scrivere meno e dare uno schema, immediato, chiaro e sintetico.
Vediamo se riusciamo ad avere le grandezze di calcolo in mano ...che senza quelle non si va da nessuna parte.

Massa carico 250kg....due carichi identici.
Braccio.....presumo del carico b=300mm.
Coppia del carico \( C_{out}=N•F•b=2•2500•0,3=1500[Nm] \)
E non è questa gran coppia..... perché l'industria metallurgica ha come riduttori normali con coppia di uscita 5000Nm.

Calcoliamo i giri di rotazione del carico: \( n_{out}=\frac{180⁰}{10ore}=\frac{360}{20}=\frac{1giro}{20ore}:60=0,00083[rpm] \)

Ciò vuol dire che per girare i due pannelli ci vogliono 0,13W effettivi che generano 1500Nm a 0,00083rpm.

Qui occorrerebbe trovate un motore molto piccolo dove si collegano in serie almeno due riduttori da rapporti i=1000 al fine di ottenere un motore che possa girare a 830rpm....sarebbe meglio salire ancora.
Chiaramente con tutti questi stadi il rendimento totale scende a meno di 0,9.

I motori Torque che ci sono in commercio son tutti molto più grossi e non credo vadano bene per l'applicazione anche se possiamo avere nominali anche 10rpm.

Grazie per il riepilogo preciso!


grossomodo erano dei calcoli che avevo fatto anch'io all'inizio, prima di perdermi tra i vari cataloghi e calcolatori online dove ci sono un sacco di altri dati da considerare e da cui ho provato a fare altri calcoli troppo complessi (per la mia preparazione).


Intanto provo ad abbozzare uno schizzo semplificato (i vari 3D li ho in ufficio, ma un assieme complesso forse genererebbe ancora più confusione, meglio semplificare), quello che si riferisce ai dati indicati nel post di apertura è lo “schizzo 1”, e riprendo il tuo ragionamento per chiarirmi i dubbi.


Il braccio che ho indicato come 300mm sarebbe il punto di trazione da cui potevo distanziarmi dall’asse di rotazione, con l’intento di diminuire la forza richiesta. Il braccio di carico, dal mio schema, sarebbe circa 500mm, corretto? Era quello che però io pensavo di calcolare come momento di inerzia, che sarebbe il carico da “vincere” grazie alla coppia del motore/riduttore. Tu hai semplificato conteggiando la coppia del carico da spostare, però per dimensionare il riduttore bisognerebbe considerare una coppia un po’ maggiorata, suppongo.


Applicando dunque i tuoi calcoli al mio schema risultano circa 2500 N*m da spostare. Coppia ancor più grossa rispetto alla velocità richiesta.


Oggi pomeriggio, ho poi messo giù una soluzione ancora differente, che schematizzo sullo “schizzo 2”. Ovvero: oltre a trovare la combo motore poco veloce e riduttore con molta coppia in uscita, far uscire questa coppia su un pignone piccolo che andrà a trasmettere la rotazione a uno grande, in modo da ridurre ancora di più i giri e aumentare la coppia.


Che ne pensate di questa soluzione?

schizzo 1.JPGschizzo 2.JPG
 

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
Ciao...allora,per quel range di coppia (sul coassiale) hai diverse opzioni:
-motore idraulico (orbitale/a pistoni )+epicicloidale/coassiale o slew drive (i cyclo drive escludili, sono troppo costosi secondo mio modesto parere in un applicazione del genere)
-Motore elettrico+epicicloidale o slew-drive
-Motore coppia
Puoi mettere riduttori in serie (come ti è stato gia suggerito).
Non capisco se hai un esigenza specifica per importi come limite quello di porre il motore sullo stesso asse di rotazione del carico o meno (quel 300mm si riferisce alla distanza delle masse dall asse di rotazione o e la distanza del fulcro di un eventuale braccio di reazione,qalora tu voglia mettere il riduttore pendolare sull'asse?)
Se non hai il limite della coassialita si presentano altre opzioni.
Se poi il componente ruota di 180° avanti e indietro si aprono altri panorami (puoi usare cilindri idraulici accoppiati a cremagliere ad es.) ma non credo tu possa farlo (hai specificato motore in continua)...facci sapere meglio ;)
Si, motore elettrico in cc. Altri tipi di alimentazioni non sono considerabili. Ho risposto col msg precedente prima di leggere il tuo, spero che possa chiarire meglio quello che chiedevi
 

Calender

Utente attivo
Professione: Impiegato tecnico
Software: Inventor
Regione: Friuli Venezia Giulia
Ciao,da quel che vedo hai la possibilita di montare il motore ad un certo interasse rispetto all'asse di rotazione del carico. Qui ti si apre veramente un panorama ampio di soluzioni.
Tralasciando i riduttori (che veramente ne son tanti che soddisfano le tue richieste di potenza/coppia),un altra cosa che puoi fare è far gravare il peso del carico su dei supporti e portare il pignone a contatto con una grossa ruota centrale calettata al carico,magari allegerita con razze (Tanto per darti un idea di quello che intendo
) se non addirittura qualcosa del genere se vuoi usare la cinghia


Se non hai bisogno di garantire un certo rapporto di trasmissione costante durante la rotazione (non e detto serva,anche se al motore non fara piacere) puoi usare anche qualcosa del genere anziche un accoppiamento ruota grande/pignone


(dicono che costi meno rispetto ad un ingranaggio di grosse dimensioni..mi sembra molto alla Leonardo Davinci come soluzione,comunque.stimolare un po la fantasia non fa male :D )

Sono tutti spunti per darti qualche idea,nessuno conosce l'applicazione piu di te e sei l unico a prendere la scelta....
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Grazie per il riepilogo preciso!


grossomodo erano dei calcoli che avevo fatto anch'io all'inizio, prima di perdermi tra i vari cataloghi e calcolatori online dove ci sono un sacco di altri dati da considerare e da cui ho provato a fare altri calcoli troppo complessi (per la mia preparazione).


Intanto provo ad abbozzare uno schizzo semplificato (i vari 3D li ho in ufficio, ma un assieme complesso forse genererebbe ancora più confusione, meglio semplificare), quello che si riferisce ai dati indicati nel post di apertura è lo “schizzo 1”, e riprendo il tuo ragionamento per chiarirmi i dubbi.


Il braccio che ho indicato come 300mm sarebbe il punto di trazione da cui potevo distanziarmi dall’asse di rotazione, con l’intento di diminuire la forza richiesta. Il braccio di carico, dal mio schema, sarebbe circa 500mm, corretto? Era quello che però io pensavo di calcolare come momento di inerzia, che sarebbe il carico da “vincere” grazie alla coppia del motore/riduttore. Tu hai semplificato conteggiando la coppia del carico da spostare, però per dimensionare il riduttore bisognerebbe considerare una coppia un po’ maggiorata, suppongo.


Applicando dunque i tuoi calcoli al mio schema risultano circa 2500 N*m da spostare. Coppia ancor più grossa rispetto alla velocità richiesta.


Oggi pomeriggio, ho poi messo giù una soluzione ancora differente, che schematizzo sullo “schizzo 2”. Ovvero: oltre a trovare la combo motore poco veloce e riduttore con molta coppia in uscita, far uscire questa coppia su un pignone piccolo che andrà a trasmettere la rotazione a uno grande, in modo da ridurre ancora di più i giri e aumentare la coppia.


Che ne pensate di questa soluzione?

Vedi l'allegato 59328Vedi l'allegato 59329
Quindi ora abbiamo più chiara la situazione. Avendo una velocità quasi statica con accelerazione nulla perché velocità costante, si può considerare che l'inerzia sia ininfluente. Pertanto l'unica coppia da considerarsi è forza peso moltiplicata distanza baricentro.
Sicuramente ci sarà da considerare un fattore di sovraccarico Ka=1,25.…1,5 o similare.
Avendo 300mm come interasse per fare la trasmissione parallela coassiale si potrebbe fare un riduttore multi stadio costruito su misura sfruttando il massimo rapporto di riduzione di ogni stadio a ruote elicoidali con i=12....14. Con 6 stadi arrivi a rapporto 7 milioni. Sicuramente non sarà piccolino e le forze in gioco altrettanto. Ma qualunque cosa farai vedrà queste grandezze.
 

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
Pertanto l'unica coppia da considerarsi è forza peso moltiplicata distanza baricentro.
Ciao. Scusa, quindi intendi che l’unica coppia da considerare è quella del carico? Ovvero 2*2500*0.5? che ne pensi della soluzione proposta nel secondo schizzo? Motoriduttore che esce su una trasmissione a catena
 

cacciatorino

Moderatore SolidEdge
Membro dello Staff
Professione: Ingegnere meccanico
Software: SolidEdge CoCreate Salome-Meca
Regione: Porto Recanati, ma con l'appennino nel cuore
Ciao. Scusa, quindi intendi che l’unica coppia da considerare è quella del carico? Ovvero 2*2500*0.5? che ne pensi della soluzione proposta nel secondo schizzo? Motoriduttore che esce su una trasmissione a catena
se hai a che fare con la forza peso la catena potrebbe dare problemi nel momento in cui durante la rotazione il peso passa da creare un momento resistente a creare un momento motore (ammesso che questo succeda nell'arco della rotazione che hai). Inoltre probabilmente e' una struttura che deve stare all'aperto per cui soggetta alle intemperie.

Hai fatto un ricerca su cose offre il mercato? Mi sembra stiamo parlando di una tecnica ormai consolidata e quindi non so quanto ti convenga ripartire da zero, e soprattutto gioverebbe sapere perche' non volete usare qualche schema di principio gia' esistente.
 

asblo

Utente Junior
Professione: Disegnatore meccanico Solidworks
Software: SolidWorks
Regione: Veneto, Venezia
Cosa intendi con “cosa offre il mercato”? ovviamente pensavo a una trasmissione a catena tra le commerciali.

Non è un solare domestico, ma impianti particolari per desalinazione, comunuque questo è un brevetto. Il cuore della tecnica di questi impianti riguarda l’uso dell’acqua e del vapore, diciamo che il come ruotano i pannelli è una della cose minori, ma che ovviamente va considerata bene.
 

cacciatorino

Moderatore SolidEdge
Membro dello Staff
Professione: Ingegnere meccanico
Software: SolidEdge CoCreate Salome-Meca
Regione: Porto Recanati, ma con l'appennino nel cuore
Cosa intendi con “cosa offre il mercato”? ovviamente pensavo a una trasmissione a catena tra le commerciali.

Non è un solare domestico, ma impianti particolari per desalinazione, comunuque questo è un brevetto. Il cuore della tecnica di questi impianti riguarda l’uso dell’acqua e del vapore, diciamo che il come ruotano i pannelli è una della cose minori, ma che ovviamente va considerata bene.
Intendo dire che di "Solar Tracker" se ne fanno da decine d'anni per cui potresti andare a vedere come i nostri colleghi hanno gia' affrontato e risolto il problema. Io comunque farei come ti hanno suggerito sopra, ossia lo farei muovere a step a bassa velocita' invece che in continuo a bassissima velocita', studiando bene in questo caso rampe di accelerazione ed eventuali risonanze, cosa che in realta' potresti ritrovarti anche nel funzionamento continuo.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Ciao. Scusa, quindi intendi che l’unica coppia da considerare è quella del carico? Ovvero 2*2500*0.5? che ne pensi della soluzione proposta nel secondo schizzo? Motoriduttore che esce su una trasmissione a catena
Sicuramente lavorando in continuo non esiste accelerazione quindi ci sono solo attriti e forza peso per braccio.
Le catene hanno gioco e hanno un moto a segmenti, non continuo. Non le userei per una applicazione del genere.