Benötigtes Drehmoment (benötigte Motorleistung) Projekt

Kurlu1992 · Anmeldungsdatum: 22.06.2018 Beiträge: 1

Hallo,

ich hab zum privaten Zweck ein eigenes Projekt begonnen und bin ziemlich weit gekommen. Inspiriert von dieser Person: https://www.youtube.com/watch?v=ukkD29NfLQo

Bei mir sieht es folgendermaßen aus https://www.dropbox.com/s/83g5sdnmrw2z7xs/stand1.jpg?dl=0

Das Problem jetzt ist was ich für einen Motor brauche damit alles funktioniert. Die Belastung sollte schon eine lange Zeit dauern ca. 8h. Da es für mich ein relativ unbekanntes Themengebiet ist bin ich mir unsicher mit der Rechnung.

1. Überlegung:
Ausgangposition = äußerste Position(Bildreferenz ganz rechts)
Das Konstrukt soll sich 1 bis 3 mal pro Sekunde in der Ausgangposition befinden. (Für die Notation: Konstruktzyklus) Der Weg der zurückgelegt werden muss beträgt (Kreisbogen) :

r = 31,2 cm (Hebellänge) a = 20° (v.r.n.l)

Dadurch ergibt:
1x Zyklen 10,89cm * 2 = 21,78 cm
2x Zyklen 10,89cm * 4 = 43,56 cm
3x Zyklen 10,89cm * 6 = 65,34 cm

1 Konstruktzyklus entspricht 1 Motordrehung (blauen Rad siehe Bild) und in einer Minute entspricht es: 60 U/min bis 180 U/min.

2. Überlegung:
Das Konstrukt sieht mMn nach nach einem einseitigen Hebel mit zwei Kräften aus.

Einige Daten:
Mausgewicht: 115 g
Gerüstgewicht: 170 g
Gerüstgewicht ohne Hebelarm: 85,5 g
Gesamtgewicht: 285 g
Gesamte Hebellänge: 31,2 cm
Hebellänge bis F1 (l1): 22,85 cm
Länge bis zum Verbindungsstück (l2): 9,9 cm
Gesucht Kraftaufwand (F2)
Kraft F1: 85,5g + 115g = 200,5g = 0,2005 kg * 9,81 m/s * 1,2 (Reibungswiderstand) = 2,36 N

Skizze: https://www.dropbox.com/s/h81wbtdbljfao6m/Skizze.png?dl=0

Es ist mir bewusst, dass die Kraftwirkungsgrad nicht 90° zum Hebel ist. Für mich geht es nur um den "schlechtesten Fall" . Wenn man das so sagen darf.

Die Formel:

Meine Frage: Ist die Kraft F1 so richtig berechnet. Es handelt sich hierbei ja um ein waagerechtes "System" deswegen bin ich mir nicht 100% sicher.

3. Drehmoment berechnen

Das ist das Drehmoment des Konstruktes. An dem blauen Rad benötige ich jetzt 53,96 Ncm. (?)

Der Radius vom blauen Rad beträgt 16 mm (d=32mm).
Die Motorwelle hat einen Radius von 3mm also folgt: 3mm/16mm * 53,96 Ncm = 10,12 Ncm
Das Drehmoment an der Welle beträgt dann 10,12 Ncm = 0,1012 Nm

4. Benötigte Motorleistung berechnen

Wie oben erwähnt ist ein Konstruktzyklus ein Umdrehung des blauen Rades. (60 - 180 U/min)

1. Fall mit Rad mit 16 mm Radius (0,1012 Nm)

Bei 60: 60 U/min * 16mm/3mm = 320 U/min (an der Welle)
Bei 120: 120 U/min * 16mm/3mm = 640 U/min
Bei 180: 180 U/min * 16mm/3mm = 960 U/min

Motorleistung:
Bei 320 U/min : 3.395 W | 10,12 Ncm |
Bei 640 U/min : 6.790 W | 10,12 Ncm |
Bei 960 U/min : 10.18 W | 10,12 Ncm |

2. Fall Rad mit 8 mm Radius (0,20235 Nm)

Bei 60: 60 U/min * 8mm/3mm = 160 U/min (an der Welle)
Bei 120: 120 U/min * 8mm/3mm = 320 U/min
Bei 180: 180 U/min * 8mm/3mm = 480 U/min

Motorleistung:
Bei 160 U/min : 3.394 W | 20,235 Ncm |
Bei 320 U/min : 6.788 W | 20,235 Ncm |
Bei 480 U/min : 10.18 W | 20,235 Ncm |

Fragen:
1. Oben bei der ersten Überlegung bin ich nicht weitergekommen. Konnte mit meinem Gegenstand nicht direkt mit Massenträgheitsmoment anfangen. Wie könnte ich dort weitermachen?

2. Bei der zweiten Überlegung wie siehts dort aus?

Vielen Dank im Voraus.

Frankx · Anmeldungsdatum: 04.03.2015 Beiträge: 1023

Eine genaue Berechnung der komplexen Kinematik ist sehr aufwändig und eher ein Fall für eine Starrkörpersimulation. Aber es gibt eine einfache Überschlagsrechnung.

Die Drehzahl ergibt sich aus deinen Vorgaben, das nötige Moment und damit auch die Leistung ergeben sich aus der zu verrichtenden Arbeit pro Hub. Diese Arbeit besteht im wesentlichen aus Reibungsarbeit der Maus auf der Unterlage.

Diese Reibungsarbeit erhält man aus Reibkraft und Hubweg der Maus.

Die berechneten Werte sind allerdings auf Grund der Kinematik nur Durchschnittswerte. Man kann die Kinematik bei Bedarf durch ein Schwungrad erweitern, so dass die Spitzenwerte sich nicht zu weit von den Durchschnittswerten entfernen.

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