Couple et vitesse du servomoteur
Calculez le couple, la vitesse, l'efficacité et la contre-CEM du servomoteur à partir des paramètres électriques et de charge.
Formule
Comment ça marche
Ce calculateur détermine les exigences de couple, de vitesse et de puissance du servomoteur à partir des paramètres de charge mécanique et des spécifications de commande PWM. Les ingénieurs en robotique, les amateurs de télécommandes et les concepteurs d'automatismes l'utilisent pour sélectionner des servos qui répondent aux exigences de précision de position et de temps de réponse. Un dimensionnement correct des servos empêche le décrochage sous charge et garantit une vitesse adéquate pour les applications dynamiques.
Conformément aux normes de servomoteurs IEC 61800-9-2, un système d'asservissement combine un moteur, un codeur de position et un contrôleur en boucle fermée. Les servos Hobby utilisent le contrôle RC PWM : fréquence d'images de 50 Hz avec mappage de largeur d'impulsion de 1 à 2 ms à une position de 0 à 180° conformément à la « norme Futaba » établie dans les équipements RC des années 1970. Les servos industriels utilisent des protocoles numériques (CANopen, EtherCAT) avec une résolution de position de 16 à 23 bits (65 536 à 8 388 608 coups/tour).
Les exigences de couple suivent l'équation suivante : T_required = T_static + T_dynamic, où T_static = m×G×L (charge gravitationnelle) et T_dynamic = J×α (couple d'accélération). Selon les fiches techniques du fabricant des servos, les couples de décrochage nominaux supposent que le moteur peut supporter cette charge pendant 2 à 5 secondes seulement avant l'arrêt thermique. Le couple continu est généralement de 30 à 50 % du couple de décrochage. Un servomoteur évalué à un couple de décrochage de 20 kg · cm fournit un couple de maintien continu d'environ 7 kg · cm.
Exemple Résolu
Sélectionnez un servo pour une articulation de bras de robot à 6 DOF. L'articulation doit supporter une charge utile de 500 g à un bras de torsion de 150 mm et accélérer de 90° en 0,3 seconde.
Étape 1 — Calculez le couple statique (gravitationnel) : T_statique = m × g × L = 0,5 kg × 9,81 m/s² × 0,15 m = 0,736 N · m Conversion : 0,736 N · m × 10,197 = 7,5 kgf · cm
Étape 2 — Calculez le couple dynamique (accélération) : Déplacement angulaire : θ = 90° = π/2 rad Accélération (profil trapézoïdal) : α = 4θ/t² = 4× (π/2) /0,3² = 69,8 rad/s² Inertie de charge utile : J = m×L² = 0,5 × 0,15² = 0,01125 kg·m² T_dynamique = J × α = 0,01125 × 69,8 = 0,785 N · m = 8,0 kgf · cm
Étape 3 — Déterminer le calibre d'asservissement requis : Couple maximal total : 7,5 + 8,0 = 15,5 kgf·cm Avec un facteur de sécurité multiplié par 2 : couple de décrochage minimum de 31 kgf·cm
Étape 4 — Vérifier la cote de vitesse : Vitesse maximale : ω_max = α × (t/2) = 69,8 × 0,15 = 10,5 rad/s = 100 tr/min Vitesse d'asservissement requise : 0,3 sec/90° → 0,067 sec/60° (répond à la plupart des spécifications des servos numériques)
Résultat : Sélectionnez un servo numérique avec un couple de décrochage ≥ 35 kgf·cm et une vitesse ≤ 0,08 sec/60°. Prévoyez un courant de pointe de 3A à une alimentation de 6 V pour la phase d'accélération. Puissance totale : 35 kgf·cm × 100 tr/min × 0,00105 = sortie mécanique de 3,7 W.
Conseils Pratiques
- ✓Selon les spécifications Futaba et Hitec, les servos numériques sont mis à jour à 300-400 Hz en interne contre 50 Hz pour l'analogique, offrant une réponse 6 à 8 fois plus rapide et un couple de maintien 20 à 30 % plus élevé au prix de 2 fois le courant de repos
- ✓Ajoutez une capacité apparente de 100 à 470 µF à moins de 50 mm des broches d'alimentation du servomoteur : conformément aux directives de conception RC, cela absorbe les pointes d'appel de 10 à 20 A qui provoqueraient autrement la réinitialisation du microcontrôleur
- ✓Mesurez le courant à vide réel avant de finaliser le budget d'alimentation : les valeurs de la fiche technique supposent 6 V mais de nombreux systèmes fonctionnent à 5 V ou 7,4 V, ce qui modifie la consommation de courant de ± 20 %
Erreurs Fréquentes
- ✗Utilisation du couple de décrochage comme valeur nominale continue : conformément aux limites thermiques du fabricant, le couple continu ne représente que 30 à 50 % du couple de décrochage ; le dépassement de ce couple pendant plus de 5 secondes entraîne un arrêt thermique et des dommages aux engrenages
- ✗Alimentation des servos à partir d'un rail 5 V du microcontrôleur : les servos Hobby consomment 1 à 3 A au décrochage (6 V × 3 A = 18 W en pointe), dépassant les limites de courant USB ou LDO habituelles de 6 à 10 fois ; utilisez un BEC ou une batterie dédiée
- ✗Ignorer le contrecoup des engrenages lors du positionnement : les engrenages en plastique présentent un jeu de 1 à 3° selon les spécifications Hitec ; les engrenages métalliques réduisent ce phénomène à 0,1 à 0,5° mais augmentent de 30 à 50 % le coût et le poids du servomoteur
Foire Aux Questions
Shop Components
As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.
Calculateurs associés
Motor
Moteur à courant continu
Calculez la vitesse, le couple, la puissance et l'efficacité du moteur à courant continu à partir de paramètres électriques
Motor
Moteur BLDC
Calculez le régime à vide du moteur à courant continu sans balais, le couple de décrochage, l'efficacité maximale, la puissance d'entrée et la poussée de l'hélice à partir de la puissance nominale en Kv et des paramètres électriques
Motor
Rapport d'engrenage
Calculez le rapport de transmission, la vitesse de sortie, la multiplication du couple et l'efficacité de la transmission de puissance pour les trains d'engrenages.
Motor
Moteur pas à pas
Calculez la vitesse du moteur pas à pas, la fréquence des pas et la course par tour