Hefboom met 40Nm reductie motor?

Beste mede hobbyisten,

Ik wil als zendamateur mijn antenne op verschillende momenten laten kantelen en opzetten d.m.v. een "geautomatiseerd" systeem.

In eerste instantie dacht ik aan gebruik van hydrauliek cilinder met een hydrauliekpomp. Deze is sterk genoeg om een mast van b.v. 20 kg te kantelen. Nadeel is toch wel een stevige prijs en wellicht niet helemaal geschikt voor buiten.

Toen kwam ik op het idee om gebruik te maken van een schroef verbinding in een moer die je dan kan bewegen. Dit idee zie je b.v. op een autokrik om je band te verwisselen.

Nu zag ik in mijn zoektocht een motor van OMC stepperonline een borstel loze motor met tandwiel reductie die 30RPM heeft en daarmee 40Nm kan leveren.

https://www.omc-stepperonline.com/nl/24v-250w-30rpm-borstelloze-gelijk…

De vraag die ik heb of 40Nm voldoende zou zijn om b.v. een mast van 20 kg te kantelen in de onderstaande constructie. Deze heb ik nu nog van hout gemaakt maar als dit werkt dan ga ik deze maken in dik staal. Op het lange gedeelte wil ik dan de antenne op bevestigen. Bij het uitdraaien gaat dat gedeelte omhoog kantelen.

Als test heb ik even een handboormachine gepakt maar weet niet of dit echt zo te vergelijken is. Dat ging prima als test maar wil natuurlijk zeker weten.

Wat is jullie mening/ervaring met deze opzet? Uiteraard weer bedankt voor het meedenken.

gr Marco

Zit ook al een tijdje met zoiets in mijn hoofd.

Ik had gedacht aan een kantelsysteem met tegengewicht.

En als ik nu jou systeem zie, is dit wel een goed bruikbaar idee.

Mijn idee was met een electrische lier...

Had put gegraven voor fundatie voet, put is alweer dicht en mast ligt hier nog.
Maar project zelf is nog niet begraven :)

1) Een draadstang met trapezium vormige draadprofiel heeft minder weerstand tijdens het bewegen, in vergelijking met een draadstang met metrische schroefdraad.

2) Een moer uit ertalon / nylon of een andere geschikte kunststof is misschien beter om wille van corrosie en smering.

3) Probeer je motor aan te sturen op basis van het belastingskoppel, dat voorkomt (mogelijke) problemen met eind schakelaars.

4) Er bestaan ook worm/wormwiel reduktiekast(jes) met een ingebouwde slipkoppeling. Als je systeem vast loopt, draai je niet alles in frut.

5) Mogelijks een breekpen op een strategische plaats inbouwen

6) Wat betreft je BLDC motor 250W 40Nm @ 30 T/min
vermogen = hoeksnelheid x koppel = 30/60 x 2 x 3.1415 x 40 = 125.6 Watt
Elektrisch stop je er 250 Watt in en mechanisch komt er 125 Watt uit.

7) De uitgaande as van je reduktiekastje heeft een diameter van diameter 15 mm en kan volgens de specificaties een koppel leveren van 40 Nm.
Een standaard driefazige motor 0.75 kW bij 1500 T/min heeft een uitgaande as van diameter 19 mm.
Koppel = vermogen / hoeksnelheid = 750 / (2 x 3.1415 x 1370/60) = 5.2 Nm

Vreemd dat chinezen een as van 15 mm belasten op 40Nm terwijl europeanen een as van 19 mm belasten met 5.2 Nm.

Mogelijks is die 40 Nm het koppel waarbij er blijvende elastische vervorming optreedt....

[Bericht gewijzigd door pamwikkeling op (37%)]

Je zegt niet waar die 20kg mast zit.
Het gaat om het moment, dus 20kg x afstand_tot_scharnierpunt.
Als je er een veer in bouwt kan je met weinig kracht toe.
Bij jouw getoonde opzet zou ik in ieder geval de draaipunten "omwisselen", zodat je uitsluitend met trekkrachten in de spindel van doen hebt, ter voorkoming van knikproblemen.

Uit uit dit tabelletje met aanhaalmomenten voor bouten kan je een idee krijgen hoeveel moment je ongeveer nodig hebt.

Een as van 15mm ondergaat bij 40Nm een wringspanning van 6kN/cm2, wat toelaatbaar is. Rekening houdend met spie schat ik 9 kN/cm2. Bedenk wel dat het nog niet zo makkelijk daar iets verdraaivast aan te maken. Er zit een spie op de as, maar hoe maak je een spiegleuf in de koppeling?

Wat betreft de diameter van de as, die 19mm wordt waarschijnlijk gebruikt omdat je daarmee een groter lager op de as kunt zetten, wat belangrijk is als er een riemschijf wordt gebruikt, omdat je daarmee een radiale belasting op de as krijgt. Een as van 15mm kan triviaal 40Nm overbrengen.

Stel dat je draadstang een spoed van 2mm heeft, dan zou je, zonder wrijving, een kracht van ruim 125kN krijgen. Dat is geen typefout, kilo-newton. Dus 12.500kg. Lijkt me lichtelijk overdreven.

Ik zou uitrekenen wat de te verwachten kracht is, daarvoor het koppel uitrekenen, en dat x5 of zo doen, zodat je zeker genoeg hebt voor de wrijving.

Je kunt het ook gewoon uitproberen; als je het ding gebouwd hebt, kun je een armpje aan de draadstang maken (in evenwicht zodat dit armpje geen koppel maakt), en daar op een bekende afstand gewichtjes aan gaan hangen totdat het gaat bewegen. Als je dat op het meest ongunstige punt van de beweging doet, weet je wat je nodig hebt. Doe daar nog een gezonde factor overheen voor slijtage en vervuiling en kies aan de hand daarvan je motor.

Zware satellietdish actuators? https://www.amazon.nl/VEVOR-aandrijving-elektrische-geluidsniveau-rijs…
Heeft (volgens opgave tenminste... ;) ) een torque van 6000N...

Dat is geen koppel maar een kracht. Dat snapt de verkoper dus ook al niet.

6kN over een slaglengte van 0.2m betekend dat je een gewicht van 20kg vertikaal zou kunnen bewegen over een afstand van 6 meter, als er geen andere verliezen zijn. Dit zou van toepassing zijn bij het gebruik van een overbrenging die lineair is; dat is natuurlijk niet het geval bij het ontwerp van de TS, dus het is iets complexer dan dat. Je moet bekijken wat de meest ongunstige positie is, en uitrekenen of je daar genoeg kracht kunt leveren, met een gezonde marge.

Er zijn 2 factoren die bepalen hoe ongunstig een gegeven positie is. Het gemakkelijkste is om eest het koppel te bepalen, door de horizontale afstand van het zwaartepunt naar het scharnierpunt te vermenigvuldigen met het gewicht (en de zwaartekracht constante). Immers, als het zwaartepunt precies boven het scharnierpunt ligt, dus de arm verticaal staat, is het koppel dat je nodig hebt 0, en als de arm horizontaal staat, is het koppel maximaal, gelijk aan het gewicht keer de zwaartekrachtconstante keer de lengte van de arm.

Met die gegevens moet je uitrekenen wat de kracht op de actuator zou worden. Dit is afhankelijk van de geometrie, en die hebben we niet, dus dat kan ik niet eenvoudig uitwerken.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (40%)]

Op dinsdag 26 november 2024 12:01:26 schreef pamwikkeling:
Vreemd dat chinezen een as van 15 mm belasten op 40Nm terwijl europeanen een as van 19 mm belasten met 5.2 Nm.

Voor een half-inch stalen as lijkt men op 280 ft-lb te komen. Dat is ongeveer 380 Nm. Die 40Nm gaat gewoon goed komen op een 15mm as.

Voor een "standaardmotor" wil je ECHT niet een te kleine as specificeren. Je wilt namelijk "naadloos" over kunnen op b.v. een reductie-motor in een vergelijkbare behuizing. Dus dat er een "enorme" marge op die 19mm as zit verbaast me niets.

IN het kort dat gaat op deze manier niet werken. Het kan uiteindelijk wel maar het is echt niet eenvoudig en vele malen moeilijker dan hydraulisch. Die motor kan wel 40Nm aan draaikoppel geven maar die kracht is enkel in de draaiende beweging. Als je daar een draadstang mee gaat aandrijven dan word de draaiende beweging omgezet in een kracht die op de draadstang komt te staan en dus ook op de lagers van motor. Deze lagers zijn daarvoor niet geschikt. JE zal dan ergens hoek contact of axiale lagers moeten gaan gebruiken.

Je zegt een mast van 20kg? Maar hoe lang is die en waar zit het meeste gewicht. Stel de mast is 10 meter lang en die 20 kg zit bovenin dan is dat een een kract van 20kg x 10(Newton) x 10 meter = 2000Nm. Nu zegt dit getal niet zo heel veel het is ook waar je krachtpunt to je draaipunt zit. Bij je test opstelling zit je krachtpunt vrij dicht bij je draaipunt en dat maakt het ongunstig.
Als je op 10cm van je draaipunt kracht gaat zetten dan het je daar 2000Nm / 0,1m = 20.000N = 2000kg aan kracht voor nodig. Hydraulisch geen enkel probleem maar voor een draadstang heel erg lastig en ook duur. Op 20cm van je draaipunt halveert de de benodigde kracht.
En bij het bereken van de kracht heb ik nog geen rekening gehouden met de ongunstig kracht driehoek. En dat is dat een deel van kracht gezet word in de verkeerde richting. Maar dat kan je voor een deel oplossen door een de hoek van je draadstang of cilinder zo gunstig mogelijk te plaatsen. Maar hou er rekening mee dat de werkelijk kracht die je nodig hebt nog 2 tot 3x zo groot is.

Misschien allemaal niet wat je wilt horen maar het is toch gewoon wiskunde waarmee je dit kan uitreken.

Nadeel is toch wel een stevige prijs en wellicht niet helemaal geschikt voor buiten.

Hydrauliek is uitstekend geschikt voor buiten en beter bestendig dan zo een draadstang. Het enige kan zijn is dat je pomp zelf niet geschikt is voor buiten maar dan zet je daar een soort huisje omheen. Hydrauliek word op allerlei kranen en machines gebruikt waarvan een deel continu buiten staat. En bij de machines zit de motor ook droog ingebouwd.

En nog een puntje van aandacht hoeveel Nm aan draaikoppel de motor kan leveren is niet heel erg relevant. Ik heb uitgerekend dat je bv 2000kg aan kracht nodig hebt, maar die kracht kan net zo goed uit een 10W of een 10kW motor komen het werkt allemaal ( tot zekere hoogte omdat er ook veel verliezen zijn en van die 10W kan misschien na verliezen te weinig overblijven) maar het ene is heel erg traag en de andere misschien veel te snel.

Het mooie van hydrauliek is dat je van een gegeven cilinder en druk precies weet hoeveel kracht dat geeft. En van de pomp weet je de aantal liters per minuut en hoe snel de cilinder daarmee dan gaat. En zijn minder verliezen waar je rekening mee moet houden.

en 20 meter mast daar zal zeker een contragewicht aan moeten om het een beetje in balans te krijgen, vooral het eerste stuk is de meeste kracht nodig bij het heffen.
En denk ook aan de windlast als het een keer flink stormt en de mast is nog naar boven!
Ik sluit mij aan bij @benleentje, hydraulisch.
Schroefdraad en andere zaken gaan door vuil en dergelijke ( ijs in de winter) niet betrouwbaar werken.
Misschien kan je iets met een stevige hydraulische hek aandrijfmotor, dan heb je pomp en actuator in een.
Die zijn ook nog wel eens gebruikt te vinden van bv Faac.

Misschien was ik iets te negatief en mijn kracht berekening, dit omdat ik later dacht aan een kantelmast die ik vroeger heb gehad die je met de hand kon neerlaten. En waar het draaipunt to de plaats waar je kracht kan uitoefenen een stuk gunstiger is. Ik heb even een eenvoudig voorbeeld getekend.
Nu moet de actuator of cilinder dan wel een heel stuk meer uitslag hebben.
IK reken het nu net even na maar die 600mm klopt dan niet helemaal, voor een draaipunt van 50cm moet dat minimaal 75cm zijn.

Maar van de 2000kg op 10cm is het nu nog maar 400kg op 50cm. En met een contra gewicht nog een heel stuk minder. En de voorgestelde actuator van Arco die kan max 600kg leveren.

Helaas is die motor van 40Nm niet zo geschikt dit ivm de kracht die dan verkeerd op de lagers komt te staan. Bij de voorgestelde actuator van Arco speelt dat probleem niet omdat die ervoor gebouwd is.

[Bericht gewijzigd door benleentje op (13%)]

Ik zou ook even naar een capstan kijken als optie: https://hackaday.com/2024/06/03/gears-are-old-and-busted-capstans-are-…

@benleentje: maar die voorgestelde actuator had ook maar een slaglengte van 200mm.

[Bericht gewijzigd door SparkyGSX op (25%)]

Bedankt voor de tip is erg interessant en leerzaam.

@SparkyGSX Ja maar dit is toch maar een voorbeeld van de vele vele actuators die er te koop zijn. Het uitzoeken zelf laat ik aan TS over. Ik heb ook veel aanames gemaakt in mijn berekening en misschien komt TS op een veel lager getal uit.

[Bericht gewijzigd door benleentje op (70%)]

Allen bedankt voor het meedenken in deze! Wordt erg gewaardeerd.

Als ik alle berichten goed lees is het toch vrij lastig om de mast met een elektromotor op en neer te bewegen qua gewicht.

Wellicht is het toch beter om mijn eerste gedachtegang met hydrauliek verder uit te werken. Zeker omdat ik hoor dat hydrauliek beter bestand is tegen vuil etc. De opstelling komt namelijk achter een berging te staan met min ruimte om te klussen. En de mast gaat het meeste gebruikt worden in de herfst en winter. In de zomer gebruik in de Hamradio veel minder.

Het gebruik van een contra gewicht is ook een goed idee om daar over na te denken. En ook het verplaatsen van draaipunt draaipunt.

Mijn testopstelling van hout (en draaipunt) had ik trouwens afgekeken van een bestaande opstelling/construuctie:

https://www.youtube.com/shorts/F98ZC_t0zGU

En een relatief klein pompje had ik ook al bedacht:

https://dennis.valkenpower.com/nl_NL/shop/hp12vd-hydraulische-pomp-twe…

Door het omdraaien van een polariteit kun je dan ook de mast laten zakken.

Al met al genoeg stof tot nadenken :-)

gr Marco

Op dinsdag 26 november 2024 18:22:29 schreef zeehond:
En een relatief klein pompje had ik ook al bedacht:

Da's betrekkelijk: het ding gebruikt 70A... ;)

Die in het filmpje maakt trouwens een takkenherrie, zou er bij mij niet inkomen.
Liever een (bijna) geruisloze satelliet actuator en lage stroom (<8A)...

Da's betrekkelijk: het ding gebruikt 70A..

Ja dan komt er ook nog een dure 12V voeding bij, beter iets zoeken wat op 230V werkt.

@Arco wat maakt daar dan zo een herrie aan? Lijkt mij even veel geluid als de actuator.

Ik heb nog even een voorbeeld geschets van wanneer de kracht van de actuator of cilinder ongunstig word verdeeld.

De cilinder levert nu nog steeds een kracht van 600kg waarvan er 300kg naar rechts gaat en als verlies beschouwd moet worden. Er blijft dan een kracht van 300 kg naar beneden en in de goede richting over. En als de mast recht nog lager komt tot op de grond is er nog minder kracht over die de goede kant op werkt. Maar in deze situatie werkt een contragewicht dan juist heel erg mee en als de mast rechtop staat doe het contra gewicht bijna niets meer.

Dit zijn dus allemaal zaken waar je rekening mee moet houden. En het geld voor een actuator met schroefdraad en ook voor hydrauliek. Maar hydrauliek is zo ongelofelijk veel sterker. In theorie kan je met schroefdraad net zoveel kracht zetten en voor kleine krachten is schroefdraad efficiënter en voor grote krachten hydrauliek en perslucht (pneumatiek) zit daar tussen in.

had ik trouwens afgekeken van een bestaande opstelling/construuctie:

Dat klopt helemaal dat zie je zo op deze manier heel vaak. Ik verbaas me er ook vaak over de cilinders moeten dan heel erg sterk zijn. Voor een hijskraan waarvan de mast nog helemaal plat ligt dan is de kracht ook het meest ongunstig, maar de mast is dan ook nog ingeschoven en dat compenseert weer.

Op dinsdag 26 november 2024 18:22:29 schreef zeehond:
Mijn testopstelling van hout (en draaipunt) had ik trouwens afgekeken van een bestaande opstelling/construuctie:

Toch is de gemaakte opmerking een goede. Wat "kost" het om het zoals voorgesteld te doen? Je moet volgens mij de as voor de mast een paar dm omhoog doen. Dus je moet een "omhoog" constructie maken voor die as. Oh, wacht! Als je in het ontwerp van het filmpje het bewegende mast-deel omdraait, zodat als de lineaire actuator LANG is, de mast plat naar rechts ligt en als de actuator KORT is de mast recht omhoog staat, dan heb je het doel bereikt. Kost dus helemaal NIETS. Alleen zit je motor dus aan de andere kant.

Je moet wel de hoogte in als je de boel tegen een muur wilt zetten, zodat de motor niet "in de muur" gezet kan worden. Wacht! Dan gebruik je de originele configuratie en schroef je de boel tegen de muur....

Je stelling: "dus het kan niet" vind ik bot. Er worden denk ik wat bezwaren geuit, waar je op moet letten. Even rekening mee houden, even vantevoren uitrekenen wat het wordt. Dat soort dingen.

Die 2000kgf klinkt als "veel", maar voor een spindeloverbrenging denk ik dat het nogal meevalt. Als je een draadstang met FIJN schroefdraad kan vinden(*) dan heb je een forse overbrenging. Ik weet even niet uit m'n hoofd hoe ver je dan met die 40Nm gaat komen.

Als het mijn project is, dan ga ik er een halfuurtje voor zitten en puzzel ik het uit. Even snel uit het hoofd, denk ik dat je 40Nm met 1 mm pitch op 240kN uitkomt. Dit alles wrijvingsloos, dus daar blijft iets van 20-30% van over in de praktijk. Omdat je maar 12% nodig hebt (30kN = 1.41 * 20kN) zou dat gewoon in 1x kunnen werken.

Een M6 die van nature een 1mm pitch heeft, zal als DUW stang ABSOLUUT niet voldoen. Maar met trekkrachten zou het zomaar in 1x kunnen werken. (*)

Dit alles is op basis van jou 20kg en een geschatte massamiddelpunt van 10m. Als dat anders is, dan verandert eea.

(*) Net even max trekbelasting van een M6 opgezocht. Die haalt het niet. Je zult een fine-pitch M12 of groter moeten hebben. Kies M20 of zo.

Edit: Oh, nog een dingetje: Als je een constructie maakt met een tegengewicht, dan wordt het hele bewegen-stuk VEEL lichter. Voor het voorbeeld ding van 20kg op 10 meter, stop je een 400kg betonblok op 0.5m als tegengewicht. Dan gaat het ding (mits goed gelagerd) met een pink omhoog en omlaag en is ieder willekeurig motortje zwaar zat.

Edit2/update: Ik begrijp nu de web-calculator die me de treksterkte probeerde te vertellen iets beter. Die is voor bouten. Daar draai je de bout vast en daarbovenop komt de belasting. Hier is dat niet zo. Dus de volledige "belasting bij vloeispanning" is bruikbaar. Tuurlijk zeker een factor twee of meer aan marge inbouwen, maar een M8 is theoretisch genoeg voor 20kN, Een M16 is dan aan te raden (factor vier marge).

Je stelling: "dus het kan niet" vind ik bot.

Ik denk dat je TS bedoelt ;). Maar ik denk ook wel dat het kan met een draadstang, maar het word dan wel met een lange slag.

Maar met trekkrachten zou het zomaar in 1x kunnen werken. (*)

Had ik nog niet eens aan gedacht maar dat scheelt aanzienlijk.

Een hijskraan moet vele tonnen aan gewicht kunnen verplaatsen dus dat duidelijk kan niet met draadspindels. Hier met de antenne kan het misschien wel maar dat moet je zoals rew ook zegt even goed uitdenken en er moet toch wel een beetje gerekend worden.
Voor mezelf met mijn projecten kijk ik wat ik 2de hands op marktplaats kan vinden en wat ik heb liggen en bepaal dan mijn keuze. Als je het allemaal nieuw moet kopen word al snel erg duur.

Het is waar dat een draadspindel buiten minder gunstig is maar met extra vet en iets als harmonica rubber of iets anders wat de boel bedekt is dat geen probleem in auto's werkt dat ook zo. En als je daar 1 keer per jaar wat onderhoud als invetten en schoonmaken aan doet is dat ook niet zo een probleem.

Maar ik bedenk me nu ineens ook dat je ook iets aan vergrendeling moet doen. Lijkt mij niet handig dat met veel wind alle kracht op een stuk schroefdraad komt te staan, je zou dan met een 2de actuator dan een pin in en uit kunnen schuiven. Of je maakt het semi automtisch, dus dat je met de hand een pin eruit moet trekken en dan de motor gaat bedienen want het lijkt me toch handig dat je overzicht houd op wat er gebeurt. Wie weet staat er ineens een bestelbus in de weg :).