Konstrukcja platformy obrotowej - jaki silnik DC?

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)

Twistoff napisał:

Silnik (DC) planuję zamontować na samym środku koła.

Twistoff napisał:

Przekładnia: 131:1

Twistoff napisał:

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?

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)


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

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...

398216 Usunięty napisał:

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

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/.

Twistoff napisał:

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:

Cytat:

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.

do_not_panic napisał:

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).

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?

Twistoff napisał:

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 napisał:

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.

Twistoff napisał:

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.