Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Konstrukcja platformy obrotowej - jaki silnik DC?

05 Dec 2019 20:58 342 10
  • Level 3  
    Cześć,

    bawię się trochę prostą elektryką, montując różne funkcjonalne układy, lecz nie miałem do tej pory styczności z silnikami - a w tym momencie wykorzystanie go będzie konieczne.
    Chodzi mi o stworzenie okrągłej platformy obrotowej (fi 50 cm), na której będzie coś o wadze 10-20 kg. Co istotne, platforma ma obracać się z prędkością 4-5 r.p.m.; do tego z możliwością sterowania kierunkiem obrotu. Silnik (DC) planuję zamontować na samym środku koła. No i pytania:

    1) Jak obliczyć, jaki mocny tak naprawdę silnik potrzebuję i czy są do niego potrzebne jakieś przekładnie, jeśli planuję (o ile mogę) ustawić prędkość obrotów gotowym modułem regulatora obrotów.
    2) Czy w każdym silniku DC mogę sterować kierunkiem obrotów poprzez odwrócenie polaryzacji na wejściach?
    3) Czy do planowanego układu poniższy silnik wystarczy / czy może będzie np. dużo za mocny (niepotrzebnie przepłacę)?

    https://botland.com.pl/pl/silniki-dc-standard...lolu-37dx57l-z-przekladnia-1311-6v-80rpm.html
    parametry bez wchodzenia w link:

    Zasilanie: od 6 V do 12 V
    Przekładnia: 131:1
    Wymiary: 37D x 57L mm
    Średnica wału: 6 mm
    Masa 216 g

    Dla zasilania 12V:

    Obroty: 80 obr/min
    Średni pobór prądu: 300 mA
    Prąd szczytowy: 5 A
    Moment obrotowy 18 kg*cm (1,7 Nm)
  • Level 43  
    Twistoff wrote:
    Silnik (DC) planuję zamontować na samym środku koła.
    Twistoff wrote:
    Przekładnia: 131:1
    Twistoff wrote:
    platforma ma obracać się z prędkością 4-5 r.p.m
    Zastanówmy się... Jakie obroty musiałby mieć silni8k (nie wyjście z przekładni, ale obroty wirnika) żeby uzyskać wymagane obroty?
    Chyba sam sobie odpowiedziałeś....
    Inna sprawa to obciążenie platformy - im większa przekładnia tym większa moc na wyjściu z przekładni. Pomijam tu opory tarcia przekładni.
    Teraz czas byś sam pomyślał.. Moim jednak zdaniem albo musisz zmienić przeniesienie napędu z wyjścia przekładni nie na oś platformy, a (np. poprzez pasek gumowy, a najlepiej zębaty), albo znaleźć silnik z taką przekładnią jakiej potrzebujesz - czyli takiej dla której napięcie zbliżone do nominalnego napięcia silnika na wyjściu z przekładni były te 4-5 obrotów/minutę.
    Zakładając czysto teoretycznie że dla nominalnego napięcia silnika ma on na wale 5000 r.p.m przekładnia musiała by mieć ...(?):1. Proste?
  • Level 11  
    tak naprawdę należało by zacząć od policzenia inercji układu(tzn - tacka i to cuś co się kręci)....zrobienie tego dobrze to [tu wstaw ulubiony wulgaryzm]
    jak chcesz się bawić w aproksymacje to poniżej zamieszczam zdjęcie na przykładowe bryły (grafika znaleziona na internecie)
    Konstrukcja platformy obrotowej - jaki silnik DC?

    następnie liczysz prędkość/min:
    2 * pi (czyli jedno kółko) x [ile-na-min]

    (pamiętaj, że 1 Newton jest w [cośtam] / sekundę więc nie interesują Cię min tylko sekundy)
    a dalej to już kwestia pomnożenia prędkości przez w/w inercje - czy Ci wyjdzie więcej niż w tym silniku z bootlandu ( 1,7 Nm) ...czy mniej... powodzenia ;)
  • Level 43  
    Inercja jest ważna jeśli oczekujemy, że po podaniu zasilania platforma szybko zacznie obracać się z założonymi obrotami. W większości wypadków nie ma to znaczenia - przekładnia jest na tyle duża (patrz moje wcześniejsze dywagacje), że i tak zacznie się obracać - kwestia tylko czy nominalne obroty uzyska się po 1 sekundzie czy 10...
  • Level 11  
    398216 Usunięty wrote:
    Inercja jest ważna jeśli oczekujemy, że po podaniu zasilania platforma szybko zacznie obracać się z założonymi obrotami. W większości wypadków nie ma to znaczenia - przekładnia jest na tyle duża (patrz moje wcześniejsze dywagacje), że i tak zacznie się obracać - kwestia tylko czy nominalne obroty uzyska się po 1 sekundzie czy 10...


    jeśli potrafi ruszyć - to szanowny kolega ma rację ;)

    ps: ja bym jednak strzelał, że jeśli wyjdzie więcej niż te 1.7 Newton-o-metra to "wstrzymał Słońce, ruszył Ziemie" nie wypali
  • Level 33  
    Ten silnik po dołożeniu dodatkowej przekładni pewnie dałby radę, ale- sam w swojej przekładni ma wiele plastikowych zębatek, które szybko się wykruszą przy rewersach/czasami jest tylko jedna taka zębatka/.
  • Electronics specialist
    Twistoff wrote:
    platforma ma obracać się z prędkością 4-5 r.p.m.

    A silnik (a raczej napędzany przezeń wał przekładni, już po obniżeniu obrotów przez przekładnię) 80 RPM (przy 12V), albo 40 RPM (przy 6V) - on się nie nadaje do takich powolnych obrotów. Druga przekładnia?

    Kolejna sprawa, to moment bezwładności platformy - powiedzmy, że ma kształt walca o promieniu R=25cm i razem z tym, co na niej jest, ma masę M=24kg; I=M*R^2/2=0.75 kg*m^2. Przy momencie napędzającym 0.89nm (zasilanie 6V) potrzeba niecałej sekundy, by uzyskać prędkość obrotową 1 radian/sekundę, czyli prawie 10 RPM - o ile nie ma znaczącego momentu hamowania pochodzącego np. od tarcia - a więc rozpędzi się w pół sekundy (bez drugiej przekładni, bo z nią jeszcze szybciej).

    Pytanie, jaki jest dopuszczalny prąd pobierany przez ten silnik - bo 5A przy 12V, czy 2.5A przy 6V to prąd zatrzymanego silnika; i podane momenty napędzające są dla sporego prądu, nie dla 250mA - przez chwilę można puścić duży prąd, żeby rozpędzić silnik, ale jeśli na tę platformę działa zbyt duży moment hamujący, to może to spowodować przegrzanie silnika. Niestety w opisie nie podano dopuszczalnego prądu.

    https://www.pololu.com/file/0J1706/pololu-37d-metal-gearmotors.pdf - tu na stronach 15 i 16 podano wykresy dla tego silnika - urywają się przy prądzie około 1.15A i dalej są liniami przerywanymi - być może to oznacza, że dopuszczalny prąd to te 1.15A, ale nie ma pewności, że to jest prąd dopuszczalny dla pracy stałej. Ale tam jeszcze piszą:
    Quote:
    The recommended upper limit for continuously applied loads is 100 kg⋅mm, and the recommended upper limit for instantaneous torque is 250 kg⋅mm.
    - nieprawidłowo, bo moment siły można mierzyć w kG⋅mm, w N⋅mm, ale nie w kg⋅mm - pewnie napisali 'g' zamiast 'G'. I to oznacza, że do startowania nie należy podawać napięcia powyżej około 5.4V / prądu około 2.8A, a po rozpędzeniu prądu powyżej około 1.12A; na pewno moment hamujący nie powinien przekraczać 100 kG⋅mm - jeśli przekracza, trzeba poprawić konstrukcję mechaniczną.
  • Level 43  
    do_not_panic wrote:
    jeśli potrafi ruszyć
    Myślę, ze ruszy. Nie ma przeklepani idealnej - każda ma jakieś luzy, a to wystarczyć powinno do w miarę łagodnego przejścia od zatrzymania do obrotów (obciążenie na początku po podaniu napięcia będzie niższe). Można oczywiście zasilać silnik napięciem niższym od nominalnego; byle nie zbyt niskim, bo nie ma wówczas gwarancji, że obroty platformy będą stabilne w czasie (możliwe jakieś niesymetryczne obciążenia w stosunku do kąta obrotu) - nie wiem czy to nie będzie przeszkadzać. Dużo tu zależy od samego silnika i jego momentu przy zaniżonym (o ileś tam) napięciu; z tego też względu lepszy byłby "zapas" mocy silnika (ale też bez przesady).
  • Level 3  
    Dzięki za odpowiedzi :)
    Wynalazłem silnik z przekładnią dający 12 r.p.m. i momentem obrotowym 2,1 Nm. Jak rozumiem, powinien być ok w kwestii w ogóle ruszenia całej konstrukcji. Pytanie jeszcze czy podłączenie sterownika z regulatorem obrotów (przez wypełnienie sygnału PWM) pozwoli mi na obniżenie obrotów do pożądanych 4 obrotów? Czy mimo wszystko dodatkowa przekładnia 3:1 będzie konieczna?

    Plus jeszcze właśnie, czy przy obróceniu polaryzacji zacznę obracać obiekt w drugą stronę?
  • Level 43  
    Twistoff wrote:
    Pytanie jeszcze czy podłączenie sterownika z regulatorem obrotów (przez wypełnienie sygnału PWM) pozwoli mi na obniżenie obrotów do pożądanych 4 obrotów?
    Powinno być ok, ale jak nie spróbujesz - nie będziesz wiedzieć w 100%. Jedno jest pewne = częstotliwość PWM nie może być zbyt mała, żeby nie szarpało platformą (zwłaszcza gdy masa jej nie będzie za duża).

    Dodano po 1 [minuty]:

    Twistoff wrote:
    czy przy obróceniu polaryzacji zacznę obracać obiekt w drugą stronę?
    Praktycznie każdy silnik tego typu może pracować w obie strony (są wyjątki). Raczej bym się jednak nie przejmował na zapas.
  • Electronics specialist
    Twistoff wrote:
    Wynalazłem silnik z przekładnią dający 12 r.p.m. i momentem obrotowym 2,1 Nm.

    A ja bym proponował zacząć od pomiaru siły, jakiej trzeba użyć, by poruszyć w pełni obciążoną platformę. To pozwoli ocenić, czy silnik w ogóle ruszy.

    Można zamiast silnika DC zastosować silnik krokowy - on bez przekładni potrafi kręcić bardzo powoli i z dużą siłą. Ale sterowanie silników krokowych jest bardziej złożone (jakkolwiek to w jakimś stopniu jest sprawą kryteriów oceny), w każdym razie robi się je cyfrowo (przez podawanie impulsów), a zwykłego silnika DC analogowo (poprzez regulowanie napięcia na silniku). Jeśli sterowanie ma być robione z uC, który nie ma ADC i DAC, to łatwiej sterować cyfrowo.