ทำความเข้าใจกับแรงบิดที่จำเป็นสำหรับการยกน้ำหนักมอเตอร์

นี้เป็นความต่อเนื่องของฉันพยายามที่จะเข้าใจและแรงบิดมอเตอร์ stepper อื่น ๆ ของฉันในคำถาม ฉันพยายามที่จะเข้าใจแรงบิดที่มอเตอร์จะต้องสร้างเพื่อยกน้ำหนักขนาดเล็กและสูตรที่เกี่ยวข้อง

ส่วนแรกของคำถามของฉันคือการตรวจสอบว่าฉันคำนวณอย่างถูกต้อง:

สมมติว่าฉันมีน้ำหนัก 450 กรัม (ประมาณครึ่งปอนด์) จากนั้นแรงโน้มถ่วงดึงลงมาคือ:

$\begin{align} F &= ma \\ &= 0.450 \:\mathrm{kg} * 9.8 \:\mathrm{m}/\mathrm{s}^2 \\ &= 4.41 \:\mathrm{N} \\ \end{align}$

ถ้าฉันมีสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่มีแกนหมุนสำหรับสายของฉันที่ดึงมอเตอร์ขึ้นด้วยรัศมี 5 ซม. ฉันคิดว่าแรงบิดที่ฉันต้องการคือ:

$\begin{align} T &= Fr \\ &= F * 0.005 \\ &= 0.022 \:\mathrm{Nm} \\ \end{align}$

ตอนนี้ถ้าฉันต้องการย้ายน้ำหนักนั้นฉันต้องหาสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่สามารถให้แรงบิดมากกว่า 0.022 นิวตันเมตรใช่ไหม?

การติดตามคำถามของฉันคือถ้าฉันต้องการดูว่าฉันสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วแค่ไหนฉันก็ต้องดูกราฟความเร็วของแรงบิดใช่มั้ย

ความสับสนของฉันคือ: ฉันต้องให้แน่ใจว่าฉันเคลื่อนไหวช้าพอที่จะรับแรงบิดที่ฉันต้องการหรือไม่หรือว่าเส้นโค้งบอกว่าถ้าคุณต้องการแรงบิดนี้คุณจะไม่สามารถไปเหนือความเร็วนี้ได้เพราะมอเตอร์ชนะ ' อย่าให้คุณ

— สับสน
แหล่งที่มา

"น้ำหนัก 450 กรัม" ไร้สาระ นั่นควรจะเป็น "450 กรัมมวล "

— Olin Lathrop

เราไม่ทราบว่าพวกเขาหมายถึงอะไร มันไม่ถูกต้องอย่างเป็นทางการ

— Ethan48

@OlinLathrop น้ำหนักสอบเทียบ

— อากาศ

@OlinLathrop - ลดทอนสำนวนได้ไหม ในขณะที่คุณถูกต้องเกี่ยวกับคำศัพท์คุณไม่ถูกต้องเกี่ยวกับความสำคัญของคำศัพท์ในกรณีนี้โดยเฉพาะ ฉันยอมรับว่าการใช้งานหน่วยที่ถูกต้องมีความสำคัญ แต่การตรวจสอบหน่วยโดยไม่จำเป็น

@OlinLathrop คุณพูดถูกฉันควรจะพูดถึงเรื่องน้ำหนักและความเกียจคร้านในส่วนของฉัน แม้ว่าฉันคิดว่าปรัชญา windows ที่แตกสลายนั้นไม่ได้รับการพิสูจน์ :)

— สับสน

คุณมีแนวคิดที่ถูกต้อง แต่เลื่อนจุดทศนิยมไป 5 ซม. = 0.05 ม. แรงโน้มถ่วงกับมวล 450 กรัมของคุณคือ 4.4 นิวตันตามที่คุณพูดดังนั้นแรงบิดเพียงเพื่อให้ทันกับแรงโน้มถ่วงคือ (4.4 นิวตัน) (0.05 ม.) = 0.22 นิวตันเมตร

อย่างไรก็ตามนั่นคือแรงบิดขั้นต่ำที่แน่นอนเพียงเพื่อให้ระบบอยู่ในสถานะมั่นคง มันไม่เหลืออะไรเลยสำหรับการสร้างมวลชนและเพื่อเอาชนะแรงเสียดทานที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

เพื่อให้ได้แรงบิดจริงที่ต้องการคุณจะต้องระบุความเร็วที่คุณต้องการเพื่อทำให้มวลนี้สูงขึ้น ตัวอย่างเช่นสมมติว่าคุณต้องการอย่างน้อย 3 m / s² การแก้กฎของนิวตันที่ F = ma:

(0.450 กก.) (3 m / s²) = 1.35 N

นอกเหนือจาก 4.4 นิวตันเพื่อความสมดุลของแรงโน้มถ่วงหมายความว่าคุณต้องแรง 5.8 นิวตันขึ้นไป ที่รัศมี 0.05 เมตรทำให้เกิดแรงบิดที่ 0.28 นิวตันเมตร จะมีแรงเสียดทานบางส่วนและคุณต้องการระยะขอบดังนั้นในตัวอย่างนี้มอเตอร์ 0.5 นิวตันเมตรจะทำ

โปรดทราบด้วยว่าแรงบิดไม่ใช่แค่เกณฑ์สำหรับมอเตอร์เท่านั้น พลังงานเป็นอีกสิ่งหนึ่งที่สำคัญ เพื่อที่คุณจะต้องตัดสินใจว่าอะไรคือความเร็วที่เร็วที่สุดที่คุณต้องการที่จะดึงมวลขึ้นไป สมมุติว่า 2 m / s เพื่อเป็นตัวอย่าง จากด้านบนเรารู้ว่ากำลังสูงสุดขึ้นไปคือ 5.8 N

(5.8 N) (2 m / s) = 11.6 Nm / s = 11.6 W

หลังจากบัญชีสำหรับการสูญเสียบางส่วนเนื่องจากแรงเสียดทานและปล่อยให้ขอบเล็กน้อยมอเตอร์ควรได้รับการจัดอันดับขั้นต่ำประมาณ 15 W

— แลงทรอพ
แหล่งที่มา

ฉันมีความคิดเห็นครับ คำอธิบายของคุณดีมากและชัดเจน แต่ฉันมีคำถาม: สมมติว่าฉันต้องการหมุนมอเตอร์เร็วมากเพื่อให้ฉันสามารถดึงน้ำหนักได้เร็วขึ้น สมมติว่าฉันต้องการดึงที่ความเร็ว 10m / s ด้วยความเร็วคงที่ ถ้าฉันให้ความเร็วเริ่มต้น 10 m / s ด้วยการกดจากมือของฉันดังนั้นมอเตอร์ถึงความเร็วนั้นมอเตอร์จะต้องให้ 0.22Nm บวกอีกเล็กน้อยเพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทานเพื่อรักษา 10 m / s ความเร็ว? เช่นเดียวกับ 100 m / s? ถ้าอย่างใดฉันให้แรงผลักดันเริ่มต้นไปที่มอเตอร์บรรลุ 100 m / s มอเตอร์จะต้องให้ 0.22Nm เท่านั้น

— Samul

@ Samul: ใช่คุณดูเหมือนจะมีแนวคิดที่ถูกต้องเกี่ยวกับแรงบิด โปรดทราบว่าพลังงานที่จำเป็นในการรักษาความเร็วสูงขึ้นยังคงมีอยู่

— Olin Lathrop

ขอบคุณมาก! ฉันไม่อยากจะเชื่อสิ่งที่ฉันพูดถูกต้อง ... ดังนั้นถ้าฉันต้องการรักษาความเร็ว 100000m / s ฉันจะต้องเร่งความเร็วจนถึงความเร็วนั้นและรักษาแรงบิดขนาดเล็กเอาไว้เพื่อให้การยกน้ำหนัก? ที่น่าตื่นตาตื่นใจ! แน่นอนว่าฉันคิดว่าความเสียดทานอาจเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณดังนั้นอาจด้วยความเร็วสูงฉันจะต้องให้แรงบิดขนาดใหญ่เพื่อต่อสู้กับแรงเสียดทานฉันถูกต้องหรือไม่? นี่เป็นคำถามสุดท้ายของฉันฉันสัญญา :)

— Samul

@ Samul: ที่ความเร็วคงที่คุณต้องการแรงบิดเพียงพอที่จะตอบโต้แรงโน้มถ่วงและแรงเสียดทาน อย่างไรก็ตามมีสอง gotchas กับสิ่งนี้ ส่วนแรกของความเสียดทานจะเป็นสัดส่วนกับความเร็ว (ความเสียดทานแบบหนืด) การลากอากาศยิ่งแย่ลงตามสัดส่วนของกำลังสอง ประการที่สองพลังงานที่ต้องการคือความเร็วคูณแรงบิด ในระบบอุดมคติที่ไม่มีแรงเสียดทานแรงบิดในการรักษา 10 m / s และ 1000 m / s เหมือนกัน แต่พลังงานที่จำเป็นในการสร้างแรงบิดที่ความเร็วสูงกว่าคือ 100 เท่า หากคุณต้องการ 15 W ที่ 10 m / s คุณจะต้อง 1.5 kW ที่ 1000 m / s

— Olin Lathrop

ขอบคุณมาก!!! คุณชัดเจนมาก! ในที่สุดฉันก็สามารถเข้าใจได้ ในที่สุดอาจดู obvius แต่ความเข้าใจผิดของฉันเกี่ยวกับ phisics ทำให้สับสนเล็กน้อย แต่ตอนนี้คุณทำให้มันชัดเจนมาก!

— Samul