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#154744
Buenos días.

El mecanismo consiste en lo siguiente:

Placa de 7m x 11 m x espesor: 0.050m. Montada sobre una corona-husillo sinfín. La corona-husillo sinfín es accionada por un motorreductor el cual tengo que dimensionar.

Estructura simétrica respecto del eje de giro: M=I·aceleración angular.

I=(1/12)*masa*(7^2+11^2)=46784 kg·m^2 (masa del conjunto=3023 Kg)

Velocidad angular (tiene que girar 246 gados durante 4 min)
Considero que tarda 10 segundos en conseguir la velocidad angular.

aceración angular=w/t=0.00179 rad/s^2

M=I x aceleración angular=84 N·m

Considero un coeficiente de seguridad de 5 - Par=420 N·m

Potencia que necesito a la salida de la corona: N=M·w=0.915 w
w=0.0208 rpm


Aún suponiendo que el rendimiento de la corona-husillo sinfin es del 30% (¿qué rendimiento suelen tener? El fabricante: GOIMO no me dice nada): La potencia necesaria a la entrada de la corona sería de 3.1 w. Considerando que el rendimiento del reductor es del 40%, la potencia necesaria a la salida del motor sería: 7.7 w.

Esta potencia me parece muy muy muy pequeña para mover esa placa.

¿Estoy haciendo algo mal?

Un saludo y gracias.
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#154926
Lo único que veo que no está bien es el tiempo que tardas en coger la velocidad angular, pues 10 segundos es demasiado para un motor eléctrico, ponle que tarda la mitad como mucho, aunque lo normal es que tarde aún menos, más adelante, además, te contaré porqué en tu caso será menos aún.

El rendimiento de un husillo corona suele andar en 0,5 - 0,6 aproximadamente por etapa de reducción, aunque eso depende mucho del fabricante, y si te lo venden por piezas, posiblemente baje bastante el rendimiento, pues las tolerancias en el montaje tienen una fuerte incidencia en el mismo (cuidado que con esto puedes perder la condición de autorretención del husillo, pues pueden aumentar mucho las holguras sobre las de diseño). Si tienes una velocidad a la salida de 0,17 r.p.m. (w = 246/360/4) y una velocidad en la entrada (velocidad del motor) de, como mínimo, 1500 r.p.m., tendrás una reducción, nada despreciable, de 8780:1, por lo que necesitarás seguro más de una etapa en el reductor. Por tanto, el rendimiento debe ser efecto de multiplicar el rendimiento de cada etapa. Por tanto, un rendimiento de 0,4 es optimista. No sólo eso, sino que tendrás que tener un motor más fuerte sólo para mover el reductor y la corona, donde también hay pérdidas.

Por otro lado, dada la baja velocidad que tienes, no es la potencia del motor la que te va a marcar el tamaño del equipo, pues siempre te dará bajísima, sino el par del reductor que sí que es alto. Por el tamaño de placa de la que hablas, supongo que será para un panel solar, el reductor hará fuertes esfuerzos sobretodo en el arranque, además de, aunque tengas un husillo, soportar esfuerzos desde éste hacia el reductor, pues el par que se puede realizar sobre la placa es realmente grande.

Tus premisas a la hora de seleccionar el equipo, serán, por tanto, la velocidad de salida y el par resistente del reductor, que es considerable. Cuando digo par resistente es el par que puede aguantar el reductor sin romperse, no el que puede hacer, que no es lo mismo, pues con esa reducción, casi seguro que puede generar más par del que puede resistir. Con la reducción que vas a poner, casi seguro que el motor tendrá más fuerza que la necesaria, y lo más probable que sea suficiente para reventar el reductor si trabajase a plena potencia (el par en el reductor en tu caso no la marcará el motor sino la carga resistente). Aunque selecciones el motor más pequeño que le puedes montar al reductor, seguramente sobrepasarás la capacidad de par necesaria (estaremos hablando de una potencia muy pequeña en la salida, aunque corrijas lo anterior). Con un motor que casi forzosamente irá sobrado, tendrás además, una aceleración angular mucho mayor, aunque eso no debe ser lo que te preocupe.

Por otro lado, has de tener mucho cuidado con ajustar demasiado el equipo (mejor que vayas sobrado), pues cualquier esfuerzo en el borde del panel supone un elevadísimo par en el equipo (imagina que alguien se apoya en el borde del panel cuando está en movimiento), lo que producirá picos de tensión que posiblemente te den muchos problemas tanto en el motor como en el reductor. Quizás ese coeficiente de seguridad 5 ande un poco justo, pues lo que te puede afectar, más que eso, son fuerzas externas al equipo aplicadas sobre el panel de forma inconveniente. La rotura típica de estos equipos suele ser porque el instalador coloca el equipo en la posición adecuada empujándolo con la mano en un extremo del panel. Esto "revienta" al equipo, entre otras cosas porque la velocidad en el eje de motor en esos casos suele sobrepasar con mucho la soportada por el eje del mismo, llegando fácilmente a situarse muy por encima de las 10.000 rpm, además de sobrepasar con creces el par resistente del reductor. Como te dije antes, con holgura suficiente, la condición de autorretención del husillo corona puede llegar a desaparecer, por lo que estos movimientos pueden realizarse con relativamente poco esfuerzo, y las consecuencias son catastróficas.
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#155412
Muchisimas gracias por la explicación.

Se merece una :brindis y 2 y 3 y 4 y las que hagan falta.

El mecanismo corona-husillo sinfín lo suministran montado (GOIMO). La reducción de la corona-husillo es de 104.

He corregido los cálculos con lo que me has comentado (he considerado un tiempo de aceleración de 3 segundos), considerando que el rendimeinto de la corona-husillo es del 50% y la del reductor 40%, obteniendo así una potencia a la salida del motor de 0.177 kW (además he considerado un coeficiente de seguridad de 5, para evitar contratiempos). La velocidad máxima (que necesito) a la salida del motorreductor es de 2.163 rpm, así pues necesito un motorreductor que de un par de salida mayor que 226 N·m (la potencia a la salida del reductor tiene que ser superior a 51 W).

Así pues con estos datos he seleccionado un motorreductor de engranajes cilíndricos con las siguientes características:
- Potencia motor: 0.18 kW
- Velocidad de salida: 6.6 rpm
- Par de salida: 230 N·m
- Reducción: 199 ---> Reducción total=20696
- Peso: 17 Kg
- No se si es de dos o tres etapas (Reductor SEW RF 37 R17)
- MOTOR trifásico

CONTROL VELOCIDAD MOTOR:
Mediante un variador de frecuencia (MICROMASTER 440). Yo tengo calculada la frecuencia que tienen que tener la alimentanción en cada momento para cada día del año para minimizar las pérdidas (al final solamente son unos 30 datos). Los variadores de frecuencia alimentan a una u otra frecuencia en función del rango de intensidad que les llega. ¿Son capaces de afinar Hz por Hz? Esto a lo mejor se lo tendría que preguntar al fabricante del variador.

CONEXIÓN CORONA-HUSILLO - MOTOR.
El husillo sin-fin tiene un alojamiento con chavetero (diámetro agujero: 25mm) para introducir el eje de accionamiento. El eje de salida del motorreductor con chaveta tiene un diámetro de 25 mm. La idea de colocar un eje de accionamiento+acoplamiento+eje motorreductor no me gusta nada nada, en primer lugar la brida del reductor quedaría a una cierta distancia de la brida de la corona-husillo. Y en segundo lugar, el eje de accionamiento sin ningún casquillo o rodamiento de apoyo tampoco me gusta. ¿Qué opinais de acoplar el reductor al husillo directamente?
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#155451
KTURKK escribió:Muchisimas gracias por la explicación.

Se merece una :brindis y 2 y 3 y 4 y las que hagan falta.

El mecanismo corona-husillo sinfín lo suministran montado (GOIMO). La reducción de la corona-husillo es de 104.

Toma reducción para un husillo corona. Eso deben ser dos etapas de reducción (¿son los ejes de entrada y salida paralelos o tiene un prereductor de ejes paralelos?).

¿puedes dar la referencia del reductor de GOIMO? Goimo fabrica también coronas dentadas movidas por un piñón recto, ten cuidado que entonces las cosas varían mucho.

KTURKK escribió:He corregido los cálculos con lo que me has comentado (he considerado un tiempo de aceleración de 3 segundos), considerando que el rendimeinto de la corona-husillo es del 50% y la del reductor 40%, obteniendo así una potencia a la salida del motor de 0.177 kW (además he considerado un coeficiente de seguridad de 5, para evitar contratiempos). La velocidad máxima (que necesito) a la salida del motorreductor es de 2.163 rpm, así pues necesito un motorreductor que de un par de salida mayor que 226 N·m (la potencia a la salida del reductor tiene que ser superior a 51 W).

Así pues con estos datos he seleccionado un motorreductor de engranajes cilíndricos con las siguientes características:
- Potencia motor: 0.18 kW
- Velocidad de salida: 6.6 rpm
- Par de salida: 230 N·m
- Reducción: 199 ---> Reducción total=20696
- Peso: 17 Kg
- No se si es de dos o tres etapas (Reductor SEW RF 37 R17)
- MOTOR trifásico

Lo único comprueba que el par resistente del motor es lo más alto posible. Es decir, mira a ver si con otra reducción puede dar más par (aunque a ti no te haga falta).
Si realmente es un husillo corona, no tendrás muchos problemas para la resistencia del reductor, comprueba bien la reducción siguiente no sea, como te dije antes, un engranaje recto con una corona.

KTURKK escribió:CONTROL VELOCIDAD MOTOR:
Mediante un variador de frecuencia (MICROMASTER 440). Yo tengo calculada la frecuencia que tienen que tener la alimentanción en cada momento para cada día del año para minimizar las pérdidas (al final solamente son unos 30 datos). Los variadores de frecuencia alimentan a una u otra frecuencia en función del rango de intensidad que les llega. ¿Son capaces de afinar Hz por Hz? Esto a lo mejor se lo tendría que preguntar al fabricante del variador.

Sí, es el fabricante del variador quien debería decírtelo. Sin embargo, antes de hacer eso, piensa en como quieres hacer el movimiento. Yo no soy muy partidario de utilizar variadores para controlar la velocidad en este tipo de sistemas, pues controlar la velocidad del motor no es lo más adecuado para conseguir la posición necesaria, pues siempre tendrá variación. Un buen sistema de finales de carrera o un encoder adecuadamente colocado te dará mucha más precisión que hacerlo variando la velocidad, que es como parece que quieres controlarlo. Los motores no son tan exactos como para, variando la frecuencia, puedas conseguir fijar la posición exactamente, pues el deslizamiento depende de muchas cosas, especialmente de la carga y, en tu caso, la carga es mucho más variable de lo que puede parecer en un principio. Un error común es considerar sólo las cargas estáticas para sistemas en movimiento, cuando entran en juego las cargas dinámicas y eso es mucho más difícil de estimar y predecir. En tu caso, la carga del viento, las aceleraciones debidas a problemas por ejemplo de suciedad en los rodamientos, la flexión que se produzca en los paneles en los arranques (aunque pequeña tiene gran influencia), la elasticidad general del sistema debida tanto a la elasticidad de los materiales como a los movimientos debidos a las pequeñas holguras, ... influirán muchísimo en la uniformidad de movimiento de la estructura, lo que hace del cálculo estático una aproximación, y no una realidad. El motor, debido a esto, verá grandes variaciones en la carga (también el reductor, por eso hay que calcularlo holgado) que hacen que su control por medio de la frecuencia sea casi imposible, pues según varía la carga variará el deslizamiento y el cálculo ya valdrá para poco, además de que los motores tienen diferentes curvas para diferentes condiciones tanto de carga como de alimentación. Además, cuando los motores funcionan fuera de su punto nominal, lo hacen mal y su vida se reduce considerablemente.

Por tanto, la forma de posicionar el sistema ha de ser mediante encoder o mediante posicionamientos externos mediante finales de carrera. Cualquiera de los dos sistemas tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Posicionar por medio de encoder tiene su dificultad pues normalmente éste ha de colocarse en el motor (a parte de ser bastante caro y necesitar de un sistema más complejo de control). En tu caso, con tanta reducción, colocar un encoder en el motor es muy problemático, pues con tanta reducción sobrepasarás fácilmente la resolución del sistema (cualquier electrónico te lo explicará mejor que yo). Es probable que tengas problemas en los acoplamientos (eso te lo contaré más tarde, cuando lleguemos al apartado correspondiente).

Mediante finales de carrera tiene varios problemas y ventajas. Primero, hay que colocarlos adecuadamente (puede convenir hacer una especie de caja de finales de carrera movidos por el eje de la corona de forma que te sirva como encoder discreto. Esta solución suele funcionar bastante bien). Segundo, el movimiento será discreto, es decir, a pasos. La ventaja del movimiento discreto es que puedes hacer funcionar el motor siempre en un régimen próximo al nominal, aunque tiene, obviamente, la desventaja de no tener un movimiento continuo que sería lo ideal. Además, hay que distanciar los arranques y paradas en el tiempo, pues es donde más sufre el motor. El sistema, por otro lado, puede ser más sencillo que por medio de encoder.

KTURKK escribió:CONEXIÓN CORONA-HUSILLO - MOTOR.
El husillo sin-fin tiene un alojamiento con chavetero (diámetro agujero: 25mm) para introducir el eje de accionamiento. El eje de salida del motorreductor con chaveta tiene un diámetro de 25 mm. La idea de colocar un eje de accionamiento+acoplamiento+eje motorreductor no me gusta nada nada, en primer lugar la brida del reductor quedaría a una cierta distancia de la brida de la corona-husillo. Y en segundo lugar, el eje de accionamiento sin ningún casquillo o rodamiento de apoyo tampoco me gusta. ¿Qué opinais de acoplar el reductor al husillo directamente?

Si es un husillo corona podrías acoplar directamente el eje de salida del reductor al husillo y no debería darte muchos problemas, aunque yo recomendaría intentar poner un limitador de par en medio, aunque con ese par te será difícil encontrarlos y siempre son caros. Tiene las desventajas que tu comentas, además de imposibilitar colocar un encoder en el eje motor, aunque podrías conectarlo a la entrada del husillo mediante una correa o una cadena, pero lo dificultaría bastante (esto es lo que te decía antes de los problemas adicionales del encoder). Por otro lado, puedes proteger el sistema, y eso es importante de cara al mantenimiento.

(vaya tostón que te he soltado)
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#155596
JCas escribió:Toma reducción para un husillo corona. Eso deben ser dos etapas de reducción (¿son los ejes de entrada y salida paralelos o tiene un prereductor de ejes paralelos?).

¿puedes dar la referencia del reductor de GOIMO? Goimo fabrica también coronas dentadas movidas por un piñón recto, ten cuidado que entonces las cosas varían mucho.


La referencia de la corona-husillo sinfín es WD-L 0419/3-04684. Su reducción es de 104.

Jcas escribió:Lo único comprueba que el par resistente del motor es lo más alto posible. Es decir, mira a ver si con otra reducción puede dar más par (aunque a ti no te haga falta).
Si realmente es un husillo corona, no tendrás muchos problemas para la resistencia del reductor, comprueba bien la reducción siguiente no sea, como te dije antes, un engranaje recto con una corona.


La reducción siguiente al reductor es un husillon sinfín que mueve la corona.

Jcas escribió:Sí, es el fabricante del variador quien debería decírtelo. Sin embargo, antes de hacer eso, piensa en como quieres hacer el movimiento. Yo no soy muy partidario de utilizar variadores para controlar la velocidad en este tipo de sistemas, pues controlar la velocidad del motor no es lo más adecuado para conseguir la posición necesaria, pues siempre tendrá variación. Un buen sistema de finales de carrera o un encoder adecuadamente colocado te dará mucha más precisión que hacerlo variando la velocidad, que es como parece que quieres controlarlo. Los motores no son tan exactos como para, variando la frecuencia, puedas conseguir fijar la posición exactamente, pues el deslizamiento depende de muchas cosas, especialmente de la carga y, en tu caso, la carga es mucho más variable de lo que puede parecer en un principio. Un error común es considerar sólo las cargas estáticas para sistemas en movimiento, cuando entran en juego las cargas dinámicas y eso es mucho más difícil de estimar y predecir. En tu caso, la carga del viento, las aceleraciones debidas a problemas por ejemplo de suciedad en los rodamientos, la flexión que se produzca en los paneles en los arranques (aunque pequeña tiene gran influencia), la elasticidad general del sistema debida tanto a la elasticidad de los materiales como a los movimientos debidos a las pequeñas holguras, ... influirán muchísimo en la uniformidad de movimiento de la estructura, lo que hace del cálculo estático una aproximación, y no una realidad. El motor, debido a esto, verá grandes variaciones en la carga (también el reductor, por eso hay que calcularlo holgado) que hacen que su control por medio de la frecuencia sea casi imposible, pues según varía la carga variará el deslizamiento y el cálculo ya valdrá para poco, además de que los motores tienen diferentes curvas para diferentes condiciones tanto de carga como de alimentación. Además, cuando los motores funcionan fuera de su punto nominal, lo hacen mal y su vida se reduce considerablemente.

Por tanto, la forma de posicionar el sistema ha de ser mediante encoder o mediante posicionamientos externos mediante finales de carrera. Cualquiera de los dos sistemas tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Posicionar por medio de encoder tiene su dificultad pues normalmente éste ha de colocarse en el motor (a parte de ser bastante caro y necesitar de un sistema más complejo de control). En tu caso, con tanta reducción, colocar un encoder en el motor es muy problemático, pues con tanta reducción sobrepasarás fácilmente la resolución del sistema (cualquier electrónico te lo explicará mejor que yo). Es probable que tengas problemas en los acoplamientos (eso te lo contaré más tarde, cuando lleguemos al apartado correspondiente).

Mediante finales de carrera tiene varios problemas y ventajas. Primero, hay que colocarlos adecuadamente (puede convenir hacer una especie de caja de finales de carrera movidos por el eje de la corona de forma que te sirva como encoder discreto. Esta solución suele funcionar bastante bien). Segundo, el movimiento será discreto, es decir, a pasos. La ventaja del movimiento discreto es que puedes hacer funcionar el motor siempre en un régimen próximo al nominal, aunque tiene, obviamente, la desventaja de no tener un movimiento continuo que sería lo ideal. Además, hay que distanciar los arranques y paradas en el tiempo, pues es donde más sufre el motor. El sistema, por otro lado, puede ser más sencillo que por medio de encoder.

Mi idea es la de movimiento discreto. Yo parto de que en las actualizaciones del movimiento (giro) el motor funciona durante 30 segundos. Por ejemplo, para el 21 de junio para una latitud de 43.5 grados, por la mañana la corona tiene que tener una velocidad de 0.17 grados/min (cada vez que actualiza movimiento: cada 5 min), en cambio alrededor de las 12 horas, actualiza movimiento cada 2 min, y la velocidad de la corona tiene que ser de 0.31 grados/min, para hacer el siguimiento del sol. Con esta aproximación, consigo un desfase máximo de 1.7 grados. Para otro día del año, estas dos velocidades varían.

Puedo intentar hacer otra cosa: En lugar de calcular la velocidad que tiene que girar el motor en cada actualización, cada día del año, calculo los grados que tiene que actualizar, entonces, el motor funciona próximo a la velocidad nominal, y con un encoder incremental mido el ángulo que va girando el motor, cuando el encoder detecte que la corona ha girado el ángulo que tenía girar, para el motor. ¿Habrá desfase de algún grado: Detección ángulo girado - aviso motor - parada motor - ángulo recorrido, no?.
El problema de hacer esto, es que no podría actualizar el movimiento cada 2 min. ¿Porqué? Porque actualizar el movimiento cada 2 min, implica girar 1.5 grados. Haciendo unos cálculos: Si utilizo un motor de 6 polos (velocidad nominal=1000 rpm), reducción reductor: 199, reducción corona-husillo: 104 - Velocidad corona: 0.048 rpm x 360º= 17,40 grados/60 segundos. Si en 60 segundos gira 17,40 grados, entonces 1,4 grados lo tiene que girar en 3.44 segundos. Me parece muy poco tiempo, habría desfase entre el ángulo girado y el ángulo que tiene que girar.

Debería plantear hacer la actualización cada 10 min, colocar también un encoder absoluto (me da la posición que tiene el seguidor en ese momento), y cada 5 min, compara la posición que tienen que tener el seguidor solar (con los datos de la base de datos) y compararla con la posición que me da el encoder absoluto, si el desvío es superior a x grados, corregir posición ¿Cuanto? x grados (positivo: Giro motor en un sentido / negativo: giro motor en el otro sentido), el motor arrancaría y cuando el encoder incremental midiese ese ángulo girado (x), el motor se pararía, y la posición estaría corregida.

¿Qué os parece esta forma de hacerlo?

Jcas escribió:Si es un husillo corona podrías acoplar directamente el eje de salida del reductor al husillo y no debería darte muchos problemas, aunque yo recomendaría intentar poner un limitador de par en medio, aunque con ese par te será difícil encontrarlos y siempre son caros. Tiene las desventajas que tu comentas, además de imposibilitar colocar un encoder en el eje motor, aunque podrías conectarlo a la entrada del husillo mediante una correa o una cadena, pero lo dificultaría bastante (esto es lo que te decía antes de los problemas adicionales del encoder). Por otro lado, puedes proteger el sistema, y eso es importante de cara al mantenimiento.

(vaya tostón que te he soltado)
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¿No podría colocar el encoder en la placa que está atornillada a la parte móvil de la corona: El encoder iría atornillado a una chapa la cual iría sujeta a la placa que se atornilla a la parte fija de la corona, el eje del encoder iría solidario al eje de la placa que va atornillada a la parte móvil de la corona. ¿Y el otro encoder (en caso de colocar encoder incremental y absoluto)? Pues no lo se.
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#155668
KTURKK escribió:
La referencia de la corona-husillo sinfín es WD-L 0419/3-04684. Su reducción es de 104.

Perfecto entonces.

KTURKK escribió:Debería plantear hacer la actualización cada 10 min, colocar también un encoder absoluto (me da la posición que tiene el seguidor en ese momento), y cada 5 min, compara la posición que tienen que tener el seguidor solar (con los datos de la base de datos) y compararla con la posición que me da el encoder absoluto, si el desvío es superior a x grados, corregir posición ¿Cuanto? x grados (positivo: Giro motor en un sentido / negativo: giro motor en el otro sentido), el motor arrancaría y cuando el encoder incremental midiese ese ángulo girado (x), el motor se pararía, y la posición estaría corregida.

¿Qué os parece esta forma de hacerlo?

Que es la mejor forma de hacerlo. Tendrás más precisión en el movimiento. También puedes hacer lo mismo con un encoder incremental, aunque te llevaría un poco más de lío.
KTURKK escribió:¿No podría colocar el encoder en la placa que está atornillada a la parte móvil de la corona: El encoder iría atornillado a una chapa la cual iría sujeta a la placa que se atornilla a la parte fija de la corona, el eje del encoder iría solidario al eje de la placa que va atornillada a la parte móvil de la corona. ¿Y el otro encoder (en caso de colocar encoder incremental y absoluto)? Pues no lo se.

Siempre que puedas medir el movimiento con precisión es válido el procedimiento. Con unos finales de carrera adecuadamente colocados se puede conseguir lo mismo.
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#155692
Pues solamente me queda decirte: MUCHAS GRACIAS.

Me han sido de gran ayuda todo lo que me has comentado.
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#155737
Ha sido un placer compañero, para eso estamos.
:comunidad
:brindis :brindis
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