Як я можу обчислити обертальну силу і двигун HP, необхідний для підйому листа 5lb з горизонтального положення у вертикальне положення з одного кінця?

По суті, мені потрібно знати наступне:

• Як розрахувати силу обертання вздовж точки опори? Чи є рівняння?
  
• Що таке вага об'єкта 5 фунтів на точці опори, якщо точка опори розташована на Point A(я припускаю Point A, що розташований на півдорозі між затискачем, прикріпленим до воріт, і валом, прикріпленим до двигуна. ( Див. Схему Б. )
  
• Яка одиниця виміру для « сили »? Ньютони?
  
• Як я можу підключити вимірювання " сили " до рівняння, щоб знайти потужність (HP)? Що таке рівняння?
  
• Скільки потужності (HP) потрібно для двигуна для виконання цієї функції?
• Якщо я змушу кліп довше затискати 5 фунтів, то він простягається ближче до центру воріт, чи буде він рухатись в точці опори і, зрештою, зменшити навантаження на двигун? ( Див. Схему D. )

Я зробив дуже легку для читання фотографію в Photoshop. У мене є ідея про те, що я хочу зробити вдома, і мені потрібно знати, який розмір двигуна використовувати.

Будь ласка, зверніть увагу: лист не повинен зупиняти автомобіль. Автомобіль є там тільки щоб легше зрозуміти функцію. Подумайте про це подібно до воріт підйому що ви ідете через платити комісію паркування у гаражі паркування.

ps, коли я малював діаграми, я зробив невелику помилку. Вісь обертання не знаходиться навколо початкової точки А. Для уточнення, вісь обертання насправді, як ви, напевно, підозрювали, навколо вала, безпосередньо прикріпленого до двигуна. У моїх діаграмах штриховий контур руху воріт розміщений вздовж неправильної осі. Я сподіваюся, що це не заважає вам.

Ось фіксована вісь обертання:

• Я сподіваюся, що двигун може бути типу з failsafe, в якому випадку, якщо навантаження перевищує певну кількість (наприклад, якщо щось важке було поставлено на ворота), що замість того, щоб спалювати двигун, замість цього він вимикається, якщо намагається повернути. на.
  
• Вона також повинна працювати в зворотному напрямку (нехай ворота вниз). Часові рамки можуть бути більш повільними для вивільнення, можливо, від 3 до 5 секунд.
  
• Скорочення коробки передач, що застосовується, та втрата ефективності коробки передач? Невідомо, відкрито для пропозицій
  
• Який тип двигуна ви плануєте використовувати? Відкрито для пропозицій
  
• Як ви плануєте зупинити його на вертикалі? Я сподіваюся на поєднання тяжкості і двигуна, щоб зробити свою справу.
  
• Чи є така операція, яку ви плануєте зробити 2 або 3 рази або від 2 до 3 тисяч разів? За моїми оцінками, він буде використовуватися від 1 до 10 разів на день. Навіть 20 разів на день, що навряд чи перевищить 20 разів за один день, тоді 20 x 365 днів x 50 років буде гарною тривалістю життя. 365000 операцій було б прийнятним сценарієм.

Базуючись на наступній цитаті Вікіпедії, звучить так, що для того, щоб виміряти необхідну потужність, потрібно також обчислити крутний момент (τ) і кутовий момент (ω), тому що розрахунки нижче вважають, що крутний момент і кутовий момент відомі.

Джерело Вікіпедії - кінська сила

Формула визначення потужності лошади виглядає так:

і кінцевий результат буде у вигляді: де "x" є невідомою змінною (скажіть, якщо я помиляюся).

Якщо крутний момент і кутова швидкість відомі , використовуючи когерентну систему одиниць (наприклад, СІ ), потужність може бути обчислена за допомогою зв'язку;

P = τω, де P - потужність, τ - крутний момент, а - кутова швидкість. При використанні інших одиниць або якщо швидкість дорівнює оборотам за одиницю часу, а не радіанів, необхідно включити коефіцієнт перерахунку. Коли обертаючий момент знаходиться в одиницях фунт-фут, частота обертання (f) знаходиться в оборотах в хвилину, а потужність потрібна в потужності: Константа 5252 - округлене значення (33000 фут / фунт / хв) / (2π rad / rev).

Коли крутний момент у дюймах:

Константа 63,025 - округлене значення (33000 фут / фунт / хв) х (12 в / фут) / (2π rad / rev).

Примітка: число 33000 (і, отже, 5252) існує, тому що: 1 к.с. = 33000 фут-фут / хв.
Я припускаю, що означає, що число 5252 для 1 революції @ 1HP (скажіть, якщо я помиляюся).

Для ясності, в рівняннях вище, від того, що я бачу:

Крутний момент τ = , а
кутовий момент ω =

Таким чином, випливає, що я повинен також знайти момент (τ) і кутовий момент (ω) і знати їх формули:

Крутний момент (τ) :

Відповідно до Вікіпедії про крутний момент ,

де:

τ - вектор крутного моменту і τ - величина крутного моменту,
r - вектор переміщення (вектор з точки, з якої вимірюється обертальний момент до точки, де застосовується сила),
F - вектор сили,
x - поперечний продукт ,
θ - кут між вектором сили і вектором важеля.

Я не знаю, як обчислити r , F , sin або θ .

Кутовий момент (ω) :

Відповідно до Вікіпедії про швидкість обертання ,

де , - кутова швидкість в градусах за секунду.

Наприклад, кроковий двигун може повертати рівно одну повну обороту кожну секунду. Її кутова швидкість становить 360 градусів в секунду (360 ° / с), або 2π радіан в секунду (2π rad / s), а швидкість обертання - 60 об / хв.

Після того, як ви виправили свою вісь обертання, повинно бути очевидно, що ідея подовжити "затиск" нічого не змінить з огляду на силу, необхідну для підняття клаптя. Насправді це може погіршити ситуацію, якщо довший кліп додасть більше ваги всім зборам.

Сила, необхідна для підняття клаптя, вимірюється в деяких одиницях, таких як фут-фунти (фут-фунт). У вашому випадку вага клаптя і з'єднувального механізму розподіляються на відстані, щоб фактичні формули для обчислення цього ставали інтегральними для вирішення. Ви можете зробити величезне спрощення і припустити, що ваша вага знаходиться на максимальному відстані важеля важеля, і це має більше речей, але це робить аналіз набагато простішим. Так що здогадатися, що у вас є 5 фунтів клаптя + може бути 1 фунт для зв'язку так 6 фунтів всього. Припустимо найгірший важель рукояткою двох ніг. Це означає, що для простого аналізу вам знадобиться можливість крутного моменту в 2 'x 6lb = 12 ft-lb. Цей крутний момент може бути безпосередньо переведений до одиниць, які використовуються комбінацією двигуна / коробки передач.

Деякі загальні коментарі щодо дизайну.

1) Якщо загальний дизайн, як показано, можливо, я думаю, ви хотіли б принаймні два, якщо не три точки монтування, щоб прикріпити клапан до валу.

2) Ви б хотіли зробити все можливе, щоб шарнірна кромка клапана була якомога ближче до валу.

3) Ви повинні почати планувати прямо зараз для деякого типу механізму обмеження, щоб контролювати діапазон руху вгору і вниз по класу. Це може варіюватися від прямих кінцевих вимикачів до фізичних зупинок і виявлення підвищеного навантаження на двигун, коли зупиняються зупинки.

4) Цей тип конструкції вимагає, щоб коробка передач деякого типу збільшила механічну перевагу, що надається двигуну. Черв'ячний редуктор може багаторазово збільшувати крутний момент на одній стадії передачі. Розподіл зубчастих передач може зайняти кілька кроків передач, щоб зберегти речі в реалістичному обсязі.

5) Ще однією причиною необхідності коробки передач є зменшення швидкості двигуна до реалістичної швидкості руху клапана. На 2-3 секунди для клаптя, що працює через 90 градусів роботи, ви можете побачити, що для двигуна, який, можливо, захоче працювати, скажімо, 1750 об / хв. 1750 оборотів в хвилину для деяких двигунів змінного струму ~ 30 оборотів в секунду. Заслінка має 1/4 обороту за 3 секунди, що відповідає 1 оберту за 12 секунд (1/12 оборотів в секунду). Передаточне число для зменшення цієї швидкості становить 30 * 12 = 360 до 1.

Зараз знаючий ваш torque вимога у 12 ft-lb ви могли оцінити що ви потребуєте двигуна приблизно 1/360 що torque або приблизно 0.033 ft-lb у двигуні. Малюнок що gearbox мають деякий torque втрати тільки працювати тоді так можливо motor з 0,05 -> 0.07 ft-lb.

@ Відповідь Майкла пояснила, як робити цифри. (Я тільки додам, що необхідна сила діє як косинус, необхідний крутний момент найбільший, коли ви починаєте підйом, поки він не падає до 0, коли пластина вертикальна)

Я поясню, як зменшити необхідну силу;

Якщо ви додасте редуктор 12: 1, то потрібний крутний момент буде 1/12 того, що вам потрібно без редуктора. (те ж саме з будь-яким іншим редуктором)

Ви можете, однак, додати певну механічну допомогу, щоб перемістити пластину, наприклад, додавши лебідку, яка піднімає вагу, коли плита падає вниз і знову випускає її, коли вона піднімається. Це додає постійний крутний момент, який допоможе двигуну.

Можна також використовувати пружину (або пружину кручення, або звичайну з використанням системи лебідки, описаної вище), яка допомагає двигуну. Це додасть обертальний момент, який лінійно зменшується при піднятті пластини. З деякою тонкої настройки ви можете зробити це так і вниз і вгору є стабільними станами (ніякої сили від двигуна не потрібно тримати пластини там).