Tengo una tapa de barril redonda que pesa aproximadamente 15 libras con una bisagra en el borde. ¿Cuánta fuerza se requiere para abrir la tapa con un actuador?

Answer 1

Similar a lo que mencionó Everett Sass, solo necesita equilibrar el torque de la tapa alrededor de la bisagra por el torque proporcionado por el actuador.

[matemáticas] T_ {NET} = T_ {LID} -T_ {ACT, min} [/ matemáticas]

[matemática] 0 = (15 lb \ cdot 9in) – (F_ {ACT, min} \ cdot 6in) [/ math]

[matemáticas] (15 lb \ cdot 9 pulgadas) / (6 pulgadas) = ​​F_ {ACT, min} [/ matemáticas]

[matemáticas] 100N \ aprox. F_ {ACT, min} [/ matemáticas]

Este 100N (22.5 lbf) sería un punto de partida. Debería dimensionar el actuador por encima de este valor para inducir el movimiento. Más allá de esto, tendrá que tener en cuenta si el actuador tiene control de velocidad de alguna manera.

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Ejemplo, comparemos un cilindro de aire y un actuador lineal eléctrico, ambos clasificados para 150N.

Para el actuador lineal, la fuerza ejercida es de 150 N, pero los actuadores lineales suelen tener una velocidad máxima que pueden extender: una pulgada por segundo es una buena aproximación para este tamaño. Esto significa que la tapa se abrirá más lentamente al principio y ganará velocidad de acuerdo con el seno del ángulo en que la tapa está abierta. Sin embargo, debido a que el actuador lineal funciona a una velocidad fija, la velocidad angualar de la tapa (qué tan rápido se abre) nunca se saldrá de control.

Para un cilindro de aire, puede alcanzar algunas velocidades de apertura bastante rápidas si no tiene una restricción en el flujo de aire. Debido a que el cilindro de aire querrá empujar 150 lb independientemente de qué tan rápido vaya (hasta cierto punto, no se discutirá en esta respuesta) y la tapa proporciona menos resistencia cuanto más abierta esté, la aceleración de la tapa aumentará a lo largo del recorrido del actuador, lo que significa que la velocidad de apertura de la tapa puede ser mucho más rápida de lo esperado. Esto se puede contrarrestar poniendo una restricción en la línea de aire (por ejemplo, la válvula dosificadora) para que la velocidad de expansión del cilindro de aire se pueda mantener a un nivel razonable.

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En otras noticias, no soy fanático de lo mucho más difícil que es escribir matemáticas en Quora.

Answer 2

En primer lugar, antes de hacer cualquier cálculo, siempre es bueno indicar lo que debemos asumir. Asumiré que la tapa es uniforme en masa en todo momento, y que no hay fricción en la bisagra, ni hay otras fuerzas sobre ella. Se debe agregar un poco de fuerza adicional para tener en cuenta que esto sea seguro.

Para resolver esto, debemos asegurarnos de que el momento (par) creado por el actuador sea mayor que el momento creado por la gravedad. Dado que los momentos se ven afectados solo por los componentes de las fuerzas perpendiculares a ellos, la fuerza de la gravedad crea el mayor torque cuando la tapa está horizontal. El actuador y la fuerza de la gravedad siempre tienen el mismo ángulo relativo que el de la tapa, así que si puede levantarlo cuando está horizontal, debería estar bien en cualquier otra situación (posiblemente dependiendo de cómo lo haya colocado).

La aceleración angular de la tapa es igual al momento total en el pivote. Un momento es igual a la fuerza multiplicada por la distancia a la que se aplica. También sabemos que el centro de gravedad está en el medio de la tapa ya que es uniforme.

[matemáticas] Mp = I * \ alpha = (15 libras) (9 pulgadas) -F * x [/ matemáticas]

Mp es el momento en el pivote, alfa es la aceleración angular, e I es el momento de inercia (solo es importante si necesita saber la velocidad en que se abrirá) y F es la fuerza del actuador yx es la distancia que coloca el actuador desde el bisagra. Cuando Mp es negativo, la tapa se levanta, por lo que si establecemos Mp en cero podemos encontrar exactamente la fuerza mínima exacta.

0 = 135 pulgadas * lbs – F * x

F * x = 135 pulgadas * libras

F = 135 / x

Ahora, según lo que decidas, x es F cambiará, pero puedes calcularlo con esa ecuación. Por ejemplo, si coloca el actuador 6 desde la bisagra, la fuerza mínima es

F = 135/6 = 22.5 libras

Tenga en cuenta que, dado que esta es la fuerza que crea un par cero, debe ser un poquito mayor que eso para tener un par neto. Además, para lidiar con cualquier fricción, debe hacerlo más fuerte que esto para que sea seguro. También tenga en cuenta que si no dirige el actuador hacia arriba, entonces solo el componente de la fuerza que está hacia arriba cuenta para la fuerza necesaria para levantarlo. (si coloca el actuador a 10 grados de la vertical, entonces el componente de la fuerza de elevación es F * cos 10)

Answer 3

El centro de masa de la tapa está en el centro, entonces a 9 “de la bisagra. Usted dijo que el actuador está a 6-10” de la bisagra. Si fuera a 9 “, estaría en el centro de la tapa y la fuerza requerida sería de 15 lb. Si fuera a 6”, entonces sería de 15 lb x (9 “/ 6”).