Как рассчитать силу вращения и мощность двигателя, необходимые для подъема 5-фунтового листа из горизонтального положения в вертикальное с одного конца?

По сути, мне нужно знать следующее:

• Как рассчитать силу вращения вокруг точки опоры? Есть уравнение?
  
• Какова масса 5-фунтового предмета в точке опоры , если точка опоры расположена в точке Point A(я предполагаю , что Point Aона расположена посередине между зажимом, прикрепленным к платным воротам, и валом, прикрепленным к двигателю. ( См. Диаграмму B. )
  
• Что является единицей измерения силы ? Ньютоны?
  
• Как я могу включить измерение « силы » в уравнение, чтобы найти мощность в лошадиных силах (HP)? Что такое уравнение?
  
• Сколько лошадиных сил (л.с.) необходимо двигателю для выполнения этой функции?
• Если я сделаю зажим, удерживающий 5-фунтовые затворы, длиннее, чтобы он проходил ближе к центру затвора, сдвинет ли он точку опоры и, в конечном счете, снизит нагрузку на двигатель? ( См. диаграмму D. )

Я нарисовал очень легко читаемую картинку в Photoshop. У меня есть идея, что я хочу сделать дома, и мне нужно знать, какой размер двигателя использовать.

Обратите внимание: лист НЕ должен останавливать транспортное средство. Транспортное средство существует только для того, чтобы облегчить понимание функции. Думайте об этом как о воротах лифта, через которые вы проходите, чтобы заплатить за парковку в гараже.

ps когда я рисовал схемы, я сделал небольшую ошибку. Ось вращения не находится вокруг начальной точки А. Чтобы уточнить, ось вращения на самом деле, как вы, вероятно, подозревали, вокруг вала, непосредственно прикрепленного к двигателю. На моих схемах пунктирный контур движения ворот размещен по неправильной оси. Надеюсь, это вас не слишком беспокоит.

Вот фиксированная ось вращения:

• Я надеюсь, что двигатель может быть типа с отказоустойчивым, и в этом случае, если нагрузка превышает определенную величину (например, если что-то тяжелое было помещено на ворота), вместо того, чтобы сжечь двигатель, вместо этого он отключится при попытке повернуть на.
  
• Он также должен иметь возможность работать в обратном направлении (опускать ворота). Временные рамки могут быть медленнее, например, от 3 до 5 секунд.
  
• Нужно ли применять редуктор и потеря эффективности редуктора? Неизвестно, открыт для предложений
  
• Какой тип двигателя вы планируете использовать? Открыт для предложений
  
• Как вы планируете остановить его на вертикали? Я надеюсь, что комбинация гравитации и двигателя добьется цели.
  
• Вы планируете сделать эту операцию 2-3 раза или 2-3 тысячи раз? По моим оценкам, он будет использоваться от 1 до 10 раз в день. Даже 20 раз в день, что вряд ли превысит 20 раз в день, тогда 20 х 365 дней х 50 лет будет хорошей продолжительностью жизни. 365000 операций было бы разумным сценарием.

Основываясь на следующей цитате из Википедии, похоже, что для измерения необходимой мощности мне нужно также рассчитать крутящий момент (τ) и угловой момент (ω), потому что приведенные ниже расчеты предполагают, что крутящий момент и угловой момент известны.

Источник в Википедии - Лошадиные силы

Формула определения лошадиных сил выглядит так:

и окончательный результат будет в виде: где "x" - неизвестная переменная (скажите, если я ошибаюсь).

Если крутящий момент и угловая скорость известны с использованием согласованной системы единиц (например, СИ ), мощность может быть рассчитана с использованием отношения;

P = τω, где P — мощность, τ — крутящий момент, а ω — угловая скорость. При использовании других единиц измерения или если скорость выражается в оборотах в единицу времени, а не в радианах, необходимо учитывать коэффициент преобразования. Когда крутящий момент выражен в фунт-футах, скорость вращения (f) выражена в об/мин, а требуемая мощность выражена в лошадиных силах: Константа 5252 представляет собой округленное значение (33 000 фут·фунт-сила/мин)/(2π рад/об).

Когда крутящий момент выражен в дюйм-фунтах:

Константа 63 025 представляет собой округленное значение (33 000 фут·фунт-сила/мин) x (12 дюймов/фут)/(2π рад/об).

Примечание . Число 33 000 (и, следовательно, 5252) существует, потому что: 1 л.с. = 33 000 фут-фунт-сила/мин.
Я предполагаю, что это означает, что число 5252 соответствует 1 обороту при 1 л.с. (скажите, если я ошибаюсь).

Для ясности, в приведенных выше уравнениях, из того, что я вижу:

Крутящий момент τ = и
угловой момент ω =

Таким образом, само собой разумеется, что я должен также найти Крутящий момент (τ) и Угловой момент (ω) и знать их формулы:

Крутящий момент (τ) :

Согласно Википедии на Torque ,

куда:

τ — вектор крутящего момента, а τ — величина крутящего момента,
r — вектор смещения (вектор от точки, от которой измеряется крутящий момент, до точки приложения силы),
F — вектор силы,
× обозначает векторное произведение ,
θ — угол между вектором силы и вектором плеча рычага.

Я не знаю, как вычислить r , F , sin или θ .

Угловой момент (ω) :

Согласно Википедии о скорости вращения ,

где - угловая скорость в градусах в секунду.

Например, шаговый двигатель может совершать ровно один полный оборот в секунду. Его угловая скорость составляет 360 градусов в секунду (360°/с) или 2π радиан в секунду (2π рад/с), а скорость вращения — 60 об/мин.