Selezione moto-riduttore per calibrazione torsiometri con carichi statici

Smez22

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#1
Salve a tutti, sono un tirocinante presso un azienda che produce torsiometri per rilevazioni dinamiche della coppia.

Devo modificare un banco per prova e calibrazione di torsiometri, la cui attuazione della coppia attualmente avviene tramite il controllo manuale di un attuatore oleodinamico.

Il mio obiettivo è automatizzare il processo di applicazione della coppia tramite un motoriduttore e un sistema di controllo della coppia in uscita dal riduttore.
Vi scrivo poiché avrei bisogno di un aiuto nella selezione del motoriduttore adeguato alle mie necessità.

I dati di interesse sono i seguenti:
  • Coppia nominale in uscita dall’albero del riduttore 3500 Nm
  • Sistema motoriduttore ad assi ortogonali
  • Motore elettrico preferibilmente Brushless (precisione nel controllo di coppia piuttosto che di posizione) con scheda di controllo dedicata
Ho un quesito a cui non riesco a venir a capo: dovendo applicare, durante la taratura, la massima coppia a motore fermo, come posso dimensionare il riduttore avendo velocità nulla in uscita dal riduttore?

In allegato vi mando uno schema del sistema che devo realizzare.

Grazie mille a chi mi aiuterà.
 

Allegati

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#2
La cosa migliore è che prendi un riduttore rossi o Bonfiglioli e ti fai assistere da un loro tecnico, così ti levi tutti i dubbi.
Se la coppia massima ce l'hai a velocità nulla occorre un dimensionamento del riduttore statico. Vai sul configuratore della rossi sul sito e prova a smanettare.
Il rapporto di riduzione lo scegli in funzione della coppia che vuoi dare sull'asse di uscita in funzione del regime di rotazione.

Comunque sui cataloghi c'è riportata la coppia in uscita....e quella è. Poi se stai fermo non devi verificare la capacità termica del riduttore. Quindi ti consiglio un riduttore epicicloidale con il massimo rendimento e minori giochi possibili.
 

exxon

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#3
Anche secondo me il riduttore ad assi ortogonali non è la scelta migliore. Il problema è l'attrito di primo distacco che renderebbe impossibile regolare finemente la coppia in uscita e manderebbe in instabilità un eventuale controllo retroazionato.

Se la coppia è da applicare a velocità di rotazione nulla, l'utilizzo di un motore con riduttore è una pessima scelta.
 

Smez22

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#4
Grazie mille delle risposte.
Se l'utilizzi di un riduttore è una pessima scelta, che altro attuatore potrei scegliere?
 

exxon

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#5
Se devi applicare un momento a velocità zero, il tutto si riduce ad applicare una forza (o una coppia di forze).

Il metodo che assicura la maggior precisione è tramite una molla compressa o allungata con retroazione tramite cella di carico (un po' come viene fatto nelle macchine per le prove di trazione). Il movimento lineare lo puoi fare con una vite a circolazione di sfere e relativo servomotore.

Altra soluzione e tramite una molla di torsione, e a questo punto puoi utilizzare il motore con il motoriduttore epicicloidale, ma l'applicazione della cella di carico per la retroazione è molto più complessa.

In entrambi i casi, la coppia applicata varia con lo spostamento del motore e risulta facilmente controllabile.
 
Ultima modifica:
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#6
Io ho fatto un banco di taratura di frizioni industriali e ho realizzato praticamente l'attrezzatura che tu hai indicato: motore, riduttore, frizione, estremità fissa.
Semplicemente con l'encoder sul motore gestisco coppia e angolo. A dire il vero essendo coppie alte sopra i 500Nm sto usando un motore asincrono trifase.
 

cacciatorino

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#7
Anche io userei un sistema biella manovella con cella di carico. Secondo me la procedura di misurare la coppia applicata tramite la scheda di controllo assi del motore ha un margine di errore molto superiore a quello dello strumento che si vuole tarare, e inoltre più la catena cinematica è lunga più si introducono variabili impossibili da controllare (cioè dici al motore di applicare una certa coppia ma hai poi un'idea molto vaga di quanta ne arriverà realmente al torsiometro).
La tua macchina di prova dovrebbe avere un'accuratezza almeno dieci volte superiore a quella dello strumento che stai tarando, io partirei da questa considerazione per progettare il tutto.
 
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#8
Sinceramente che un banco prova di torsione venga realizzato con un cilindro idraulico che non ruota e una leva a braccio costante, con il "problema" che il seno dell'angolo è quasi nullo (cateto quasi uguale all'ipotenusa) e quindi il braccio quasi non varia e che gli attriti del pistone sono bassi lo reputo abbastanza preciso quanto un riduttore epicicloidale con rendimento noto e un motore retroazionato. Comunque sono obbligato una volta montato il tutto, prendere un oggetto campione e verificare la taratura della macchina.
IMG_20190214_071813.jpg
Spesso negli impianti che realizzo ci sono bilance che pesano tonnellate e una volta installate le bilance vanno tarate con i pesi campione....quindi....nulla di strano.
 

cacciatorino

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#9
Sinceramente che un banco prova di torsione venga realizzato con un cilindro idraulico che non ruota e una leva a braccio costante, con il "problema" che il seno dell'angolo è quasi nullo (cateto quasi uguale all'ipotenusa) e quindi il braccio quasi non varia e che gli attriti del pistone sono bassi lo reputo abbastanza preciso quanto un riduttore epicicloidale con rendimento noto e un motore retroazionato. Comunque sono obbligato una volta montato il tutto, prendere un oggetto campione e verificare la taratura della macchina.

Spesso negli impianti che realizzo ci sono bilance che pesano tonnellate e una volta installate le bilance vanno tarate con i pesi campione....quindi....nulla di strano.
Beh dipende dove metti la cella di carico: se la posizioni molto vicino al carico resistente puoi fregartene di tutto quanto succede a monte.

Poi dipende anche da quanto sono i carichi da imporre allo strumento da tarare: la difficolta' e' quando i carichi sono piccoli piuttosto che quando sono grandi, per via del rapporto segnale/rumore.
 

exxon

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#10
Beh dipende dove metti la cella di carico: se la posizioni molto vicino al carico resistente puoi fregartene di tutto quanto succede a monte.
Non proprio. Il problema deriva dalla staticità del riduttore che impedisce una regolazione efficace.

Se ho il riduttore fermo, la coppia di uscita non è funzione lineare della coppia in ingresso a causa dell'attrito di primo distacco che gioca il ruolo principale. Basta pensare che se il riduttore è irreversibile, posso anche togliere completamente la coppia in ingresso e mantenere in uscita una coppia pressoché invariata.

In questa condizione, se voglio passare da una coppia T positiva a una T-dT, sempre positiva, ma leggermente inferiore, sono costretto ad applicare una coppia inversa all'ingresso del riduttore che, appena "sbloccato", vedrà la coppia in uscita crollare a zero.

Poco può fare la cella di carico all'uscita, se non chiedere al motore di invertire nuovamente la coppia, con conseguente instabilità del sistema.

E' indispensabile inserire un elemento elastico tra l'uscita del riduttore e la cella di carico che svolga la funzione di "integratore" nella funzione di trasferimento.

In questa nuova configurazione, la variabile di stato imposta dal riduttore non è più la coppia, ma la posizione angolare (che tramite l'elemento elastico viene convertita in coppia). Ecco che allora anche l'inversione di coppia con "sblocco" repentino del riduttore non comporta variazioni di posizione angolare alla sua uscita e la stabilità del sistema viene mantenuta.
 

cacciatorino

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#11
Non proprio. Il problema deriva dalla staticità del riduttore che impedisce una regolazione efficace.

Se ho il riduttore fermo, la coppia di uscita non è funzione lineare della coppia in ingresso a causa dell'attrito di primo distacco che gioca il ruolo principale. Basta pensare che se il riduttore è irreversibile, posso anche togliere completamente la coppia in ingresso e mantenere in uscita una coppia pressoché invariata.

In questa condizione, se voglio passare da una coppia T positiva a una T-dT, sempre positiva, ma leggermente inferiore, sono costretto ad applicare una coppia inversa all'ingresso del riduttore che, appena "sbloccato", vedrà la coppia in uscita crollare a zero.

Poco può fare la cella di carico all'uscita, se non chiedere al motore di invertire nuovamente la coppia, con conseguente instabilità del sistema.

E' indispensabile inserire un elemento elastico tra l'uscita del riduttore e la cella di carico che svolga la funzione di "integratore" nella funzione di trasferimento.

In questa nuova configurazione, la variabile di stato imposta dal riduttore non è più la coppia, ma la posizione angolare (che tramite l'elemento elastico viene convertita in coppia). Ecco che allora anche l'inversione di coppia con "sblocco" repentino del riduttore non comporta variazioni di posizione angolare alla sua uscita e la stabilità del sistema viene mantenuta.
Nel mio messaggio non parlavo di problemi di instabilita' ma della difficolta' di conoscere il reale valore di sollecitazione se l'oggetto che la misura e' al principio della catena cinematica. Per quanto riguarda il resto delle tue considerazioni sono d'accordo.