Problemas para calcular el par de un motor que abre una puerta

Quiero hacer un dispositivo que pueda abrir una puerta desde un gabinete. La puerta tiene unos 4 metros de ancho y unos 0,5 metros de alto. (si el ancho causa un problema, puedo dividirlo en secciones de 1 metro con un motor cada una, o mantenerlo como una sección con 1 motor en cada lado).

Cuando la puerta está cerrada es vertical. Cuando la puerta se abre, gira hacia arriba, lo que significa que la puerta estará a lo largo del techo de la habitación.

Por lo que descubrí/leí al respecto, creo que un motorreductor es la solución más fácil/barata.

La puerta estará hecha de madera MDF de 4 mm, por lo que es razonablemente liviana (tengo que comprarla), supongo que pesará menos de 5 kg (causando una presión de 50N).

Tengo algunas preguntas:

  1. Estaba pensando en usar un motorreductor (CC, alrededor de 12 V aproximadamente) y conectar el eje directamente a la puerta, lo que significa que solo necesito un cuarto de rotación para abrirla/cerrarla. ¿Es esto realista? Necesito baja velocidad, como una velocidad de movimiento de la puerta de 10 cm/s estaría bien.

  2. ¿Alguien puede verificar mi cálculo de torque? Lo que puedo encontrar hasta ahora es según este sitio web : torque t = rF sin X = 0.5 (m) * 50 (N) * sin (90) = 25 Nm = 2.5 kg.m ... ¿es esto correcto?

  3. Tengo la intención de usar un pequeño microcontrolador para verificar los interruptores en cada extremo para detener el motor (con un relé) cuando está completamente abierto o cerrado. ¿Supongo que esta es una construcción legítima/normal?

0,5 x 50 x sen(90) = 0,5 x 50 x 1 = ?? Error en su cálculo. Ese es solo el par de retención. Debe acelerarlo, por lo que necesita más torque, aunque inicialmente será bajo ya que la puerta estará vertical, pero es posible que deba reiniciar después de una parada a mitad de camino. ¿Cómo lo mantendrás abierto? ¿Esto va a revelar su plataforma de iluminación controlada por DMX? d:^)
@Transistor sí, ya actualicé la pregunta. No pretendo que se detenga a mitad de camino. Y estaba asumiendo que el motor deja de girar (aunque solo un cuarto de revolución) y mantiene la puerta de esa manera ... ¿o la gravedad se hará cargo (lo que significa que la puerta se cierra)? ¿Cómo puedo mantener la puerta abierta si el motor no mantiene su posición? (Esto no está relacionado con el DMX... todavía estoy ocupado con él, lo tengo trabajando en mi tablero, tuve muy poco tiempo las últimas semanas, pero la próxima semana comenzaré a soldar y espero recibir la última parte para hacer también el gabinete) .
Un engranaje helicoidal podría resolver el problema de gravedad/bloqueo por usted.
@Transistor Gracias (otra vez). Eso parece exactamente lo que necesito... espero poder hacer feliz a mi novia y hacer un proyecto interesante (con suerte pequeño) al mismo tiempo :-)
Bien. No subestimes el equipo o perderá los dientes si recibe un golpe y cae sobre la cabeza de tu novia. gf también recibirá un shock.
@Transistor Hmm, acabo de comprobarlo, 6,75 euros, pero pesa 10 kg.cm... eso es mucho menos de 2,5 kg.m (¡m!)... o me estoy perdiendo algo. El más alto que puedo encontrar por menos de 22 euros (precio máximo de importación sin IVA) es de 70 kg.cm y cuesta 22 euros. ¿Debo esperar un motor de unos 100 euros? y viene en velocidades 'sin carga', pero tengo una 'carga'... entonces, ¿qué velocidad debo usar? 5 rpm parece estar bien para la puerta, pero ¿cómo debo convertir eso (o mejor puedo hacer esta pregunta por separado)?
Esta es más una pregunta mecánica, por lo que podría obtener una atención negativa aquí si seguimos adelante. Pruebe a atornillar el borde de un panel de 4 mm en el mango de una escoba y gírelo con la mano. Creo que le resultará bastante difícil de sostener. Necesitarás algo mejor que una caja de cambios de juguete. Debería haber mucha ayuda en línea y tal vez preguntar cosas mecánicas en ingeniería.SE. Hora de acostarse en Irlanda. Buenas noches.
"Tengo la intención de usar un pequeño microcontrolador para verificar los interruptores en cada extremo para detener el motor cuando esté completamente abierto o cerrado. ¿Supongo que esta es una construcción legítima/normal?" Esto es totalmente anormal, en realidad. Recuerdo despotricar sobre el uso excesivo de microcontroladores antes
Estoy de acuerdo con el transistor 2, esto debe resolverse mecánicamente primero. Debe determinar el par requerido en el punto de la bisagra, luego la velocidad a la que desea abrir la puerta. El par y la velocidad son la base para seleccionar un motor, así que hasta que lo determine, todo es solo SWAG (Scientific Wild Ass Guess).
@Maple Pensé que sería útil usar un microcontrolador, también para algunos interruptores para encender el motor, y fácil de agregar otras funciones si quisiera. De todos modos, un microcontrolador cuesta solo 1,5 euros. Pero también se puede hacer sin él.
@J.Raefield Gracias por el comentario, pero parece que no hay un motor barato que pueda usar de todos modos, así que tengo que repensar el 'proyecto'.

Respuestas (1)

Sus cálculos asumen que todo el peso se aplica al final de la palanca. De hecho, estará aproximadamente a mitad de camino, a 0,25 m.

Además, dado que será horizontal en el punto más alto, no necesita trigonometría aquí. Su par mínimo es simplemente el peso de una puerta aplicada a la mitad de la altura de la puerta, o 5 kg a 0,25 m. Que es 1,25 kg-m o 125 kg-cm.

Por supuesto, necesita más que eso para la confiabilidad, digamos 150-200 kg-cm. Si bien es posible encontrar motores con engranajes así, serán a) lentos, b) de alta corriente, c) costosos o d) todos los anteriores.

Ahora es buen momento para recordar que los abridores de garaje tienen motores pequeños en comparación con el peso de las puertas. Esto se debe a que la mayor parte del levantamiento se realiza mediante un contrapeso o un resorte.

Entonces, mi sugerencia sería usar una buena puerta con resorte y un motor relativamente pequeño con engranaje helicoidal, recogiendo la pequeña porción del peso. El motor de ventanilla eléctrica de 12 V para automóviles que se menciona aquí parece ser una buena opción para aplicaciones como esta. También puede encontrar uno de los posibles esquemas simples para controlar el motor en ese enlace, sin necesidad de MCU.

Tenga en cuenta que al diseñar la asistencia de resorte, debe tener en cuenta la posición angular de la puerta. Este es un problema mecánico simple y debería poder encontrar ejemplos o calcularlo usted mismo. La idea básica es que el punto de aplicación de la fuerza del resorte/peso relativamente constante debe alejarse del pivote, siguiendo exactamente el centro de gravedad de la puerta, moviéndose más lejos de la vertical a medida que la puerta se eleva.

También tenga en cuenta que independientemente del pequeño par del motor requerido, la caja de engranajes y todos los conectores deben ser lo suficientemente fuertes como para mantener la puerta en una posición fija en caso de que suceda algo con el sistema de contrapeso.

Finalmente, asegúrese de tener fusibles en su cableado eléctrico (¡separados para cada dirección!) clasificados lo suficientemente cerca de la corriente de trabajo normal para que si una rama accidentalmente se interpone en el camino, el motor se detendrá en lugar de causar lesiones.

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Tenga en cuenta que el interruptor 3PDT debe estar clasificado tanto para la tensión de red como para la corriente del motor. Los interruptores finales deben estar clasificados para el voltaje y la corriente de la red y deben ser del tipo de acción rápida para evitar la formación de arcos extensos.

Gracias por esta elaborada respuesta de nuevo... parece que no es tan fácil de lo que esperaba (como de costumbre). Pero hay muchos buenos puntos de acción en los que debería pensar si quiero construir esto.
No entiendo donde no es fácil. Solo algunos soportes con la forma adecuada para brindar el soporte correcto, un par de resortes conectados a los soportes, un motor de engranajes helicoidales, dos interruptores finales, un interruptor basculante DPDT y fuente de alimentación de 12V.
Como nunca hice tales soportes (pero, por supuesto, podría averiguarlo), el fusible y el circuito no deberían ser tan difíciles (creo). Tal vez el mecanismo para moverlo hacia abajo y construirlo dentro del armario es más problemático de lo que pensé inicialmente. ¿Por qué se necesitarían 2 fusibles? Solo habrá un circuito, por lo que si la corriente es demasiado alta, el fusible se romperá, independientemente de la dirección.
Necesita dos fusibles para que si uno se funde, por ejemplo, cuando trató de cerrar la puerta y algo (o alguien) se atascó debajo, aún podrá mover la puerta en dirección contraria.
ah ok, entonces no debería usar el fusible para quitar completamente la energía del motor, solo para evitar que vaya en una sola dirección (?)
@MichelKeijzers Agregué los circuitos con fusibles. El primero es un control de motor bidireccional muy común con interruptores finales. El segundo está controlado por un interruptor 3PDT y tiene interruptores finales en la línea de suministro principal, de modo que el adaptador de corriente permanece desconectado de la red cuando no está en uso.
Gracias, ese diseño parece bastante simple... Realmente tengo que pensar cuándo/cómo hago la parte mecánica, pero es bueno saber que la parte electrónica es factible (sigo sintiéndome más un ingeniero de software, con ganas de hacer '¿demasiado?') con microcontroladores.
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