Quel est l'impact du couple, de la charge radiale et axiale sur la sélection du moteur

Par Valentin Raschke, ingénieur d'application, Portescap | 29 août 2023

Rechercher et sélectionner un moteur pour une application spécifique peut souvent s'avérer une tâche difficile, car de nombreux facteurs potentiels doivent être pris en compte. Ceux-ci incluent, entre autres, la tension requise par l'application, le courant et le diamètre maximum, la vitesse, l'efficacité et la puissance. Équilibrer ces considérations avec d’autres exigences d’application uniques contribuera à garantir la sélection du moteur idéal, c’est pourquoi une approche collaborative entre la solution de mouvement et les équipes d’ingénierie de conception dès le départ est essentielle.

Lorsque vous contactez pour la première fois un fournisseur de moteurs miniatures pour obtenir de l'aide dans le processus de sélection d'un moteur, l'une des premières questions à aborder est le point de fonctionnement spécifique de l'application, ou le couple et la vitesse de l'application. Comprendre la charge sur le moteur aidera à identifier la puissance moteur nécessaire et les accessoires moteur requis. Il est également essentiel de discuter de la manière dont le moteur est intégré à l'application, car différents types de charges auront un impact significatif sur la durée de vie et la fiabilité d'un moteur ou sur la conception requise du moteur.

Nous explorerons la charge de couple, la charge radiale et la charge axiale, qui sont trois types différents de charges présentes dans les applications courantes de moteurs miniatures. Nous soulignerons également pourquoi ces charges sont cruciales dans le processus de sélection du moteur.

Le couple est la quantité de force de rotation générée par un moteur pendant son fonctionnement. Comme le but d'un moteur est généralement de convertir l'énergie électrique (Pelec = tension x courant) en énergie mécanique (Pmech = couple x vitesse de rotation), la charge de couple est présente dans presque toutes les applications de moteurs rotatifs.

Dans la plupart des cas, la simple sélection d'un moteur en fonction de la valeur de couple requise « x » ne suffira pas. Le couple (et la vitesse) requis dans une application doit être compris sur l'ensemble du cycle de mouvement, car le moteur doit fournir la puissance mécanique nécessaire sans surchauffe. Cela signifie que le fournisseur de mouvements vous demandera souvent de fournir le cycle de mouvement exact que le moteur est censé subir ; cela permet d'analyser la température maximale que le moteur peut atteindre avant une surchauffe.

Gardez à l’esprit que la sélection du bon moteur nécessite non seulement de comprendre la valeur de couple requise, mais également le profil couple/vitesse sur l’ensemble d’un cycle de mouvement et son cycle de service.

Dans certaines applications, le moteur ou le réducteur doit non seulement fournir un certain couple pour entraîner la charge, mais doit également supporter une charge radiale, qui est une force agissant radialement sur l'arbre du moteur. Un exemple en est un entraînement par courroie, utilisé pour entraîner un axe parallèle au moteur. La force de tension doit être considérée comme une charge radiale agissant sur l'arbre du moteur, surtout si la courroie est précontrainte.

La charge radiale est pertinente pour la sélection du moteur en raison de son impact sur les options de roulements. Dans l'exemple d'un moteur à courant continu ou pas à pas à balais, il existe deux options de roulements standard : des roulements à manchon ou des roulements à billes. Les roulements à manchon supportent généralement une charge radiale inférieure à celle des roulements à billes et offrent une durée de vie inférieure ; ceci est compensé par leur moindre coût. En fonction du coût total du moteur, l'utilisation de deux paliers lisses au lieu de roulements à billes peut réduire considérablement le coût d'un moteur. Cependant, pour les applications telles que l'entraînement par courroie et la pompe à membrane où une charge radiale est présente, l'utilisation d'au moins un roulement à billes pour le roulement avant du moteur permet de garantir une durée de vie raisonnable et constitue donc un meilleur choix.

En revanche, les moteurs à courant continu sans balais utilisent généralement deux roulements à billes, car ils peuvent être entraînés à des vitesses beaucoup plus élevées que les moteurs à courant continu ou pas à pas. Un fabricant de moteurs recommandera une force dynamique radiale maximale à laquelle une durée de vie minimale du moteur à une vitesse spécifique peut être atteinte. La force dynamique radiale maximale dépend de la taille des roulements utilisés, de la distance entre les deux roulements à billes du moteur et de la position où la charge radiale s'applique. Un moteur long doté de roulements à billes surdimensionnés supporte généralement une charge radiale plus importante qu'un moteur plus court.