silnik krokowy czy serwomotor?

[paros]

Dzień dobry.

Proszę o poradę, czy silnik krokowy "da radę" w poniższym przykładzie, czy potrzebny byłby serwomotor. Obawy mam o napęd wału górnego (jego bezwładność).




Dolny wał razem z zespołem prowadzącym (napędzany z innego napędu) obraca się ze stałą prędkością (liniową, ok. 1m/s). Na górnym wale obsadzony nóż, który w odpowiednim momencie ma trafić w materiał z precyzją ok. 1mm. Średnica tego wału ok. 200 mm, długość ok. 1 mb, materiał - stal (rura grubościenna). Idea jest taka: wał kręci się zawsze w jedną stronę. W pozycji wyjściowej (powiedzmy 1/4 obrotu) czeka na impuls z czujnika, po czym próbuje zsynchronizować się z impulsami enkodera na wale dolnym tak, aby trafić w obliczony wcześniej punkt. Przez moment wały górny i dolny pracują identycznie, po czym górny gwałtownie przyspiesza, aby znaleźć się w pozycji wyjściowej i czekać na następny cykl. Przewiduję 5 lub 6 takich cykli na sekundę. Silnik krokowy pracujący z pełnym krokiem dawałby tu precyzję ok 3 mm / krok, czyli za mało. Podział kroków? Przekładnia? Czy to realne? Jeśli tak, jaki musiałby być moment takiego silnika? Jeśli nie, to czy serwomotor byłby odpowiedni? Jaki (zupełnie nie mam doświadczeń z serwonapędami)?

będę wdzięczny za sugestie

[atom1477]

Żeby powiedzieć jaki musi być moment silnika to musowo wiedzieć jaki jest moment bezwładności tego wału u góry. Pewnie go nie znasz to podaj chociaż jego masę (będzie można w przybliżeniu policzyć znając jego średnicę zewnętrzną).

[paros]

O mechanice mam bardzo blade pojęcie, niestety.

Wał, to jak napisałem rura stalowa długości 1 m, średnicy ok. 200 mm, ściance grubości ok. 20 mm. Nóż (lekki i cienki), jest obsadzony w sklejce o grubości ok. 20 mm. Nie mam pojęcia, jak wyliczyć bezwładność takiego układu, ale "intuicyjnie" wyczuwam, że właśnie bezwładność może być największą przeszkodą w precyzyjnym (i dosyć jednak dynamicznym) sterowaniu obrotami takiego wału.

[atom1477]

No wystarczyła ta grubość (wcześniej nie podałeś).
To mamy grubość zewnętrzną 200.
Wewnętrzną 160.
I długość 1000.
I można policzyć:



Objętość rury to:

czyli wychodzi V = 11,31 dm³. (przy tych obliczeniach najprościej podstawiać w dm)
Stal ma ρ = 7.86 kg/dm³ czyli tutaj wyjdzie 88,9 kg.
Swoją drogą bardzo dużo. Spodziewałem się dużo mniej.

No i moment bezwładności:
I = 0,729 kg*m²

Skoro cięć chcesz mieć powiedzmy 5 na sekundę, to ten walec musi w ciągu 0,2s wykonać jeden cykl cięcia.
Jeden cykl to powiedzmy połowa pracy z małą prędkością (wychodzi 1,6 obr/s i to będzie to cięcie), a druga połowa to szybki obrót w celu nadrobienia pozycji (czyli z 5 obr/s).
Czyli w 0,1s musiał by nastąpić obrót o powiedzmy 180°. Z przyspieszeniem od 1,6 obr/s do 5 obr/s i z powrotem.
Nawet gdyby przyjąć samo tylko przyspieszanie od 1,6 obr/s do 5 obr/s w ciągu 0,1s (przyspieszenie o 21,36 rad/s w ciągu 0,1s, czyli ε = 213,6 rad /s²) to wychodzi potrzebny moment:
M = I * ε
czyli:
M = 0,729 kg*m² * 213,6 rad /s² = 155,66 Nm
No i można tylko powiedzieć: "o ja ciesz pier**le".

Ale taki moment to jedynie dla przyspieszania od 1,6 obr/s do 5 obr/s. W rzeczywistości trzeba przyspieszyć dużo szybciej i utrzymać te 5 obr/s przez jakiś czas (aby uzyskać obrót o te 180°). A potem zwolnić.
Czyli potrzebny moment silnika wyjdzie jakieś 5 razy większy.

Tak więc generalnie tutaj trzeba zacząć od dobrania rury a nie silnika.

[paros]

"o ja ciesz pier**le"

Dzięki za odpowiedź. Mam jeszcze cień nadziei, że się mylisz i ktoś coś jeszcze dołoży. Jeśli wyliczenia są poprawne, muszę odpuścić to rozwiązanie.

[lukasz.radomski]

Stal ma ρ = 7.86 kg/dm³ czyli tutaj wyjdzie 355,58 kg.
Swoją drogą bardzo dużo. Spodziewałem się dużo mniej.

jak tyś to policzył? metr takiej rury to ok 88kg

[atom1477]

Fakt. Podstawiłem D zamiast R. Poprawiłem (moment spadł 16 razy).
Może jeszcze są jakieś błędy.

[ursus_arctos]

Moment bezwładności wychodzi rzędu 0.9 kg*m^2. Zakładając, że chcemy rozpędzić to cholerstwo do 5obr/s w ciągu 0.1s, to i tak wychodzi 283Nm...

I = 0.9 kg * m^2
ω = 2*pi*5 Hz
α = ω/0.1s
M = α • I

Albo trzeba zastosować olbrzymi silnik, albo jakiś mechaniczny system magazynowania (i odzyskiwania) energii. BTW - silnik też powinien odzyskiwać tę energię, więc potrzebny będzie odpowiedni sterownik...

[paros]

Podpatrzyłem podobne rozwiązanie (zupełnie inny napęd, wały pracują wspólnie). Wał z nożem ma prawie 400 mm średnicy, 2 mb długości a ścianka tylko 6 mm grubości. Może przesadziłem z grubością? Na dobrą sprawę mógłbym rozważyć długość rury o połowę mniejszą (zastosować dwa współpracujące, napędzane osobno wały). Czy w takim przypadku zbliżalibyśmy się do szans wysterowania tego (np. serwomotor)?

[atom1477]

No na moje oko zdecydowanie przesadzasz z grubością.
Tam by i 5mm wystarczyło. Co najwyżej z miejscu noża zastosować jakiś wspornik żeby go za bardzo nie uginało.