Entendiendo el motor de engranaje eléctrico de CC para el proyecto

Suponiendo que pueda encontrar un reductor de engranajes con un momento de inercia efectivo dentro del rango del motor, probablemente pueda aplastar latas de refrescos con un motor de 3 voltios. En algún momento está tan concentrado que la carga real es casi invisible para el motor, y simplemente está conduciendo el reductor de engranajes. PERO, para aplastar una lata de refresco de esta manera, podría tomar un tiempo extremadamente largo.

Puede tomar algún esfuerzo para hacer esto bien. Puede consultar enlace y calcular el momento de inercia de un cilindro, tal vez un cuarto de pulgada con la densidad del cobre. y el diámetro de su tolva, como una primera aproximación de lo que necesita para conducir. La idea es que llegará un punto en el que si haces tu pila de monedas lo suficientemente alta, no podrás conducirla. Por supuesto, esto es una aproximación: solo estás tratando de mover la capa inferior de monedas, y hay una masa sentada encima de eso, yadda yadda yadda. Estamos parqueando aquí, sin intentar un modelo físico exacto.

Para encontrar el rango de inercia de un motor de hobby, intente enlace . Mabuchi parece un motor de "hobby" bastante típico. Ingrese el diámetro del motor en el que está pensando y 3 voltios, y eche un vistazo a la página de calificaciones que aparece. Estás interesado en el par de torsión con la máxima eficiencia.

Realice las conversiones de unidades que necesite hacer y divida el momento de inercia de su cilindro multiplicado por aproximadamente 2-4 para un factor de seguridad, divida por la inercia que el motor puede conducir desde la mesa de mabuchi, y esa es la relación de engranajes Necesito ese motor. Mire la velocidad de ese motor (en rads / s), divida por la relación de transmisión, y eso es lo rápido que girará su disco de monedas. Si está contento, compre un conjunto de motor / reductor que coincida. Puede hacerlo en cualquier orden: comience con las especificaciones del motor que desea comprar y calcule si es lo suficientemente bueno para usted, comience con una especificación de velocidad y asegúrese de cumplirlo, etc.

Si no puedes llegar con un reductor "normal", otras opciones podrían ser algo como un engranaje planetario, que estaría muy orientado hacia abajo, o tal vez un engranaje de tornillo sin fin.

El enfoque opuesto es comprar en línea, buscar algo que creas que funcionará, comprarlo, esperar a que llegue y ver si funciona. Repita según sea necesario

El enfoque correcto para usted se encuentra entre estos dos extremos, y tiene que ver con la cantidad de dinero que desea depositar, si es posible obtener devoluciones, si necesita ir demasiado para asegurarse de cumplir con una fecha límite. , y todo tipo de otros factores.

Por último, observe las especificaciones actuales del motor que está a punto de comprar y especifique si puede conducirlo sin un circuito de conducción. Como conjetura, al observar algunas de las especificaciones de Mabuchi, sospecho que querrá algo que pueda proporcionar unos 300 mAmps para sentirse cómodo, tal vez un medio amplificador.

Los pines IO de un Arduino están clasificados para 40mA . Esto está debajo de lo que usted indicó para la corriente del motor. Supongo que el 80mA es la corriente de bloqueo y el 60mA es la corriente que el motor puede manejar durante un período de tiempo prolongado (es decir, no lo detenga por mucho tiempo o el motor funcionará mal). Esto significa que necesitará un controlador de motor. Dependiendo de si necesita un control bidireccional (girar en ambas direcciones) o simplemente unidireccional, puede comprar o construir uno. Los controladores bidireccionales suelen ser puentes en H y los controladores unidireccionales pueden ser tan simples como un MOSFET (prefiero N-MOS en el lado bajo).

El par de arranque es probablemente el par de parada para que el motor pueda producir como máximo 1.47 mN*m . Tiene una velocidad sin carga de 2200 rpm , y está orientado a 5 rpm . Esto significa que el par de parada final es aproximadamente:

$$  (1.47 mN * m) * 2200/5 = 646.8 mN * m $$

Asumiendo un sistema sin fricción, ¿cuánto tiempo le lleva a su motor girar la rueda a la velocidad?

Supongo que la bandeja es un cilindro delgado y sólido, por lo que tiene un momento de inercia de:

$$ I = masa * radio ^ 2/2 $$

Para un 0.25 m de diámetro, 2mm de disco acrílico grueso que pesa 115.8 g , esto se traduce en un momento de inercia de I = 1.809 g * m^2 . Para las personas que usan unidades de medida arcaicas, eso es un disco de 0.82 ft de diámetro que tiene ~ 0.08 in de espesor.

Usando las leyes de movimiento de Newton: $$ \ sum Torque = I * angular ~ aceleración $$ $$ angular ~ velocidad = \ int angular ~ aceleración * dt $$

El par de torsión que el motor puede producir disminuye linealmente a medida que se acelera, y es 0 cuando el motor está en la velocidad sin carga.

$$ Torque = Torque_ {stall} * (1 - (5 rpm) / angular ~ velocidad) $$

El problema es una ecuación diferencial ordinaria de primer orden, y la solución es:

$$ angular ~ velocidad = (5 rpm) * (1 - e ^ {- Torque_ {bloqueo} * tiempo / I / (5 rpm)}) $$

Al trazar esto para mi disco, obtengo la siguiente curva:

También mencionaste que el par nominal es 0.39 mN * m . Esto significa que su motor puede sostener como máximo:

$$  (0.39 mN * m) * 2200/5 = 171.6 mN * m $$

Esto ocurre a una velocidad de 3.67 rpm . Para mi disco, esto tarda aproximadamente 1 segundo en llegar, lo que probablemente estaría bien. Puedes calcular lo que sería para tu rueda.

Algunas observaciones:

1. He descuidado completamente cuántas monedas hay en el disco. Pueden estar en el disco antes de que comience a girar, o pueden agregarse más tarde. De cualquier manera, esto aumentará el momento de inercia de la rueda.

2. No hay fricción en este análisis. La fricción puede ser muy pequeña o grande. De cualquier manera, hará que sea más prolongado acelerar la rueda (si es que alguna vez lo hace).

editar :

Calculó mal el momento de inercia del disco giratorio (en la calculadora: P). Vuelva a ejecutar los cálculos de ejemplo con el momento de inercia corregido. El motor podría funcionar, aunque personalmente todavía tengo reservas sobre el uso de este motor, especialmente si espera que el motor esté en uso durante largos períodos de tiempo o se encienda / apague repetidamente.