Dado : Necesito simular las fuerzas sinusoidales en un modelo de túnel de viento usando una configuración de mesa. He diseñado una plataforma donde hago girar una carga a altas velocidades para generar las fuerzas centrípetas centrífugas , y esas fuerzas, que se alinearán periódicamente por completo en las direcciones X, Y o Z, servirán Como mis fuerzas sinusoidales.
Montaré la plataforma sobre una celda de carga de seis ejes, y mediré las fuerzas periódicas a través de la celda de carga.
En este punto, mi carga consiste en una varilla de acero o aluminio de longitud TBD. Derivé la siguiente expresión para mi carga dada la longitud de masa / unidad de la barra (\ $ \ rho ^ {l} \ $), la fuerza centrípeta deseada (\ $ F_c \ $), la longitud de la barra (\ $ L \ $), y la distancia desde el extremo de la varilla hasta el orificio del perno de instalación (\ $ d \ $):
$$ F_c = \ rho ^ {l} (\ frac {L ^ 2} {2} - Ld) \ omega ^ 2 $$
o, cuando se reorganiza para resolver \ $ \ omega \ $:
$$ \ omega = \ sqrt {\ frac {F_ {c}} {\ rho ^ {l} (\ frac {L ^ 2} {2} - Ld)}} $$
Problema: Por seguridad, estoy tratando de mantener bajas las fuerzas y las velocidades. Para generar una carga de 2 lb. (8.90 N) y una carga de 20 lb. (89.0 N) (una carga debe ser 10X mayor que la otra) con un diámetro de 4 pulgadas (0.0762 m) de largo, 0.5 in (0.0127 m) varilla de acero, necesito girar mis varillas a 467 RPM (48.9 rad / s o 7.8 Hz) y 1478 RPM (154.7 rad / s o 24.6 Hz) respectivamente.
Originalmente, acabo de comprar 2 motores BLDC de hobby y pensé que diría velocidades "lentas" a través del ESC, pero ahora me doy cuenta de que funcionan manera demasiado rápido para mi carga de 2 lb sin ningún tipo de reducción. Una prueba rápida de los motores Viking en 2 celdas y un comando PWM "lento" (pulso de 1 ms / 20 ms) produjo velocidades promedio de alrededor de 1200 RPM.
Mis preguntas:
- Dado que solo tengo 2 semanas para ejecutar mi experimento, ¿se aplicará un cepillado? Motor de CC como este funciona para la carga de 2 lb., o es el motor te vas a desgastar? De manera más abstracta, ¿cuál es la vida útil útil de los motores de CC con micro cepillado?
- ¿Qué tan fuertes son los rodamientos de bolas en motores pequeños, para hobby BLDC? ¿Podrían mis motores Viking soportar una fuerza radial de 20 lb.? De manera más abstracta, ¿cuál es el límite de la fuerza radial en los motores BLDC pequeños para pasatiempos?
- ¿Recomendaría algún otro sistema de motor para esta aplicación de baja velocidad? Paso a paso? BLDC con menor \ $ K_v \ $? ¿Reductor de velocidad BLDC +?
Muchas gracias y, por favor, hágame saber cómo puedo mejorar mi pregunta.
ACTUALIZACIONES : Sus comentarios / respuestas y más investigaciones sobre mi fin me están empujando hacia la compra de algún tipo de reductor de velocidad para ambos motores / cargas. Operaré mis motores a 4000 y 6500 RPM, y usaré reductores de velocidad 11.73: 1 y 4.5: 1 + rodamientos de bolas externos para reducir de manera segura 4.000 RPM y 6.500 RPM a cerca de 467 RPM y 1477 RPM respectivamente.
Gracias a @John Birckhead por hacerme pensar en esto: Mis barras de acero tienen una masa de 0.098 kg, longitud de 0.102 m. Cuando la varilla está perfectamente paralela al suelo, la rotación de la varilla requerirá un par (T) de 0.053 Nm | T = mgL / 2 = 0.053 Nm. Si \ $ K_ \ tau = \ frac {1} {K_V} \ $, entonces mi motor tiene un Kt de 0.0023 Nm / A, y generar 0.053 Nm de torque requerirá 22.8 A (!). Esto es mayor que la capacidad de corriente máxima del motor (16.7 A). Entiendo que los picos de corriente momentáneos de un motor están bien, pero ¿puede un motor mantener picos de corriente momentáneos durante muchos ciclos? Este torque gravitacional luchará contra mi motor por una fracción de cada ciclo.