Dobór napędu do pojazdu kołowego

[Nemesis]

Cześć,

Projektuję inspekcyjny pojazd kołowy i aktualnie próbuję dobrać odpowiedni napęd. Zakładam 4 koła i 4 silniki z przekładnią, masa całkowita pojazdu około 2-5kg, prędkość liniowa maksymalna około 1m/s, przyspieszenie może 0,5m/s, koła o średnicy 120mm. Konstrukcja pojazdu będzie zbliżona do przedstawionej poniżej - dwie niezależne części pojazdu z możliwością obrotu względem siebie.

Na początku wspomnę jeszcze, że interesują mnie tylko pewne i dokładne obliczenia, a nie przybliżone. Chcę dobrać napęd na podstawie pewnych obliczeń, a nie na oko.

Wykonałem już trochę obliczeń i pojawia się problem, otóż wymagany do napędu jednego koła moment wychodzi dość duży i mam problem ze znalezieniem odpowiednich silników. Zaznaczę, że na razie liczę tylko wymagany moment oporowy, potrzebny do ruszenia pojazdu z miejsca - nie ma tu póki co mowy o dodatkowy momencie dynamicznym (moment oporowy + moment dynamiczny = moment całkowity). Przechodząc do rzeczy, zakładam:

m = 2kg - masa pojazdu

d = 120mm - średnica koła

f = 35mm - współczynnik tarcia tocznego; guma-beton

Ni = 0,9 - sprawność układu

g = 9,81 m/s^2 - przyspieszenie ziemskie

Zakładając, że masa rozłoży się równomiernie na 4 koła, to nacisk na jedno koło wyniesie: N = (m*g)/4 = 4,9N. Dalej, korzystając z tarcia tocznego i zamiany jednostek, wyznaczam siłę tarcia tocznego: F = (f/r)*N = 2,86N i moment tarcia tocznego: Mop = (F*r)/Ni = 0,19Nm.

Jest to tylko i wyłącznie moment wymagany na 1 układ napędowy do poruszenia pojazdu - z takim momentem napęd (silnik z przekładnią) będzie musiał pracować cały czas podczas jazdy, a moment całkowity będzie się zwiększał podczas przyspieszania i jazdy pod górę.

Na forum widziałem często uproszczone obliczenia momentu, dodatkowo mało poprawne, uwzględniające tylko moment wymagany do rozpędzenia pojazdu z zadanym przyspieszeniem... Czy ktoś mógłby ocenić i sprawdzić mój sposób obliczeń?

Oczywiście na tym problem się nie kończy. Większość silników, które przeglądam - największe Pololu i inne tego typu - generują duży moment, ale przy bardzo niskich prędkościach obrotowych, do tego podawany moment jest maksymalnym, a nie znamionowym...

Mam kilkanaście silników z przekładnią na 27V, generujących znamionowy moment wyjściowy za przekładnią około 0,12Nm przy 375obr/min, a maksymalny moment 0,36Nm. Czyli biorąc pod uwagę moje obliczenia i dodatkowy moment dynamiczny, napęd ten okaże się za słaby; dodatkowo problematyczne byłoby zasilanie 27V.

Przeglądałem internet i dostępnych jest dużo silników modelarskich o mocach np. 70W, dostępne są też przekładnie, ale niestety o niewielkim przełożeniu, maksymalnie 5:1; silniki kręcą się zazwyczaj powyżej 12 000 obr/min...

Dodatkowo problem z nimi jest taki, że nie można znaleźć nigdzie ich parametrów, nawet wymiarów przekładni. Myślałem też nad zakupem przekładni do czołgu i wymianie silnika na mocniejszy, ale nie sądzę, że wytrzyma tak duże prędkości obrotowe.

Nie mogę nigdzie znaleźć mocniejszych silników z przekładnią - od razu pojawiają się duże i ciężkie silniki stosowane w przemyśle. Może możecie mi coś polecić? Niestety silniki od wkrętarek odpadają, bo są zbyt długie i do pojazdu z mojej koncepcji się nie zmieszczą.

Pozdrawiam

[mosi2]

Silniki od wycieraczek samochodowych poprzeglądaj... Są często używane w tego typu konstrukcjach. Ew silniki od wkrętarek wstawione wzdłuż i zębatki stożkowe też są pewnym rozwiązaniem

[Nemesis]

Ewentualnie takie silniki: Pololu 25D HP 12V 47:1, miałbym około 1,32m/s (4,75km/h; koła 120mm) i 1,16Nm maksymalnego momentu, a pracowałbym przy połowie i mniej momentu maksymalnego (przy 2kg). Problem pojawi się, gdyby masa pojazdu się zwiększyła...

Dodatkowo czy ktoś może wie jak wygląda żywotność silników Pololu? Nie chciałbym, aby zepsuły się po krótkim czasie - oczywiście nie zamierzam przekraczać napięcia znamionowego (12V) i nie przeciążać silnika (pracować blisko momentu maksymalnego).

[mosi2]

Jeśli będą pracować zgodnie ze specyfikacją producenta, i nie dostaną za mocno po czterech literach, to dłuuuuugo - popołudniu to mimo wszystko markowy sprzęt 😉

Nie wiem jak to wygląda jeśli chodzi o liczby, ale możesz też obczaić silniki krokowe - bardzo kompaktowe wymiary, nie trzeba się bawić w enkodery...

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Nemesis]

Nad krokowymi myślałem, jednak bardzo szybko tracą moment wraz ze wzrostem prędkości obrotowej, do tego są ciężkie, więc gdybym zastosował 4 o podobnych parametrach jak ten silnik Pololu, to sama masa 4 silników mogłaby wyjść 2kg.

Edit: Zastanawiam się jeszcze czy typowe koła do modeli RC będą odpowiednie, w sensie czy wytrzymają przy pojeździe ważącym 2-5kg.