Wie berechnet man die Leistung / das Drehmoment / die Kraft, die zum Bewegen eines 4-Rad-Fahrzeugs benötigt werden?

0

Ich versuche, ein "Maultier" zu bauen: Es ist im Grunde ein Go-Kart-Chassis mit einem 12-V-Gleichstrommotor (ich dachte, es wäre einfacher zu bedienen). Jetzt muss ich feststellen, wie stark der Motor sein soll ...

Es wird 4 kleine Räder (maximal 15 cm Durchmesser) haben und mit einem Hinterrad angetrieben werden, und es wird eine sanfte Art von Offroad fahren (Hinterhofgelände).
Bei niedrigen Geschwindigkeiten (max. 5 km / h) können bis zu 150 kg befördert werden. Soll ich einen Drehmomentwandler verwenden? Ich dachte daran, 2 Akku-Bohrer zu verwenden, um die Arbeit zu erledigen ...

Benötige ich in diesem Fall Drehmoment oder Leistung? Ich denke, ich würde viel Drehmoment brauchen, da es eine ziemlich schwere Last ist und das Projekt niedrige Geschwindigkeiten erfordert ...

Wie kann ich die benötigte Leistung / das benötigte Drehmoment für zukünftige Projekte ermitteln? Gibt es eine Formel (unter Berücksichtigung der Luftreibung 0).

Andrei Grigore
quelle

Antworten:

4

Die Kraft, die $ F _ {\ text {r}} $ benötigt, um ein Radfahrzeug mit der Masse $ m $ zu fahren, wird mit der folgenden Formel angegeben (ich werde den Schlupf vernachlässigen):

$$ F _ {\ text {r}} = F _ {\ text {reifen}} + F _ {\ text {aero}} + F _ {\ text {acc.}} + F _ {\ text {hang}}. $$

Die Reibungskraft der Reifen ergibt sich aus $ F _ {\ text {tyre}} = c _ {\ text {tyre}} mg. $ Der dimensionslose Reifenreibungskoeffizient $ c _ {\ text {tyre}} $ liegt im Allgemeinen zwischen $ 0,005 $ und $ 0.010 $.

Der aerodynamische Widerstand ergibt sich aus $ F _ {\ text {aero}} = \ frac {1} {2} \ rho _ {\ text {air}} c _ {\ text {D}} A _ {\ text {ref}} v ^ 2 _ {\ text {rel}}. $ Der dimensionslose Luftwiderstandsbeiwert liegt zwischen $ 0,28 $ (gute Aerodynamik) und $ 0,80 $ (schlechte Aerodynamik zB für LKW). Der Referenzbereich $ A _ {\ text {ref}} $ ist der projizierte Bereich der Vorderseite des Fahrzeugs. Bei sehr kleinen Relativgeschwindigkeiten kann $ v _ {\ text {rel}} = v + v _ {\ text {wind}} $ der aerodynamische Widerstand vernachlässigt werden.

Die Kraft, die für eine gegebene Translationsbeschleunigung $ \ ddot {x} $ benötigt wird, ist gegeben durch $ F _ {\ text {acc.}} = E _ {\ text {m}} m \ ddot {x} $. Der dimensionslose Koeffizient $ e _ {\ text {m}} $ soll berücksichtigen, dass auch die Komponenten von Motor, Getriebe usw. beschleunigt werden müssen. In den meisten Fällen liegt sie zwischen 1,05 USD und 1,40 USD.

Die Kraft $ F _ {\ text {slope}} = mg \ sin {\ alpha} $ ist erforderlich, um eine Steigung von $ \ alpha $ zu überwinden (in Grad, also denken Sie daran, $ \ sin {\ alpha} $ in Grad und zu berechnen nicht in rad).

Insgesamt erhalten wir also:

$$ F _ {\ text {r}} = c _ {\ text {reifen}} mg + \ frac {1} {2} \ rho _ {\ text {luft}} c _ {\ text {D}} A _ {\ text { ref}} v ^ 2 _ {\ text {rel}} + e _ {\ text {m}} m \ ddot {x} + mg \ sin {\ alpha}. $$

Um die erforderliche Leistung $ P _ {\ text {r}} $ zu erhalten, multiplizieren Sie einfach $ F _ {\ text {r}} $ mit der Geschwindigkeit $ v $ des Fahrzeugs. Beachten Sie, dass unter Berücksichtigung des Windes im Allgemeinen diese Geschwindigkeit $ v $ nicht der relativen Geschwindigkeit $ v _ {\ text {rel}} $ entspricht.

MrYouMath
quelle
Der aerodynamische Widerstand kann bei langsamen Geschwindigkeiten ignoriert werden - zwar für die Fahrzeuggeschwindigkeit relativ zum Boden, aber die Windgeschwindigkeit kann einen Unterschied machen ...
Solar Mike
@SolarMike: Danke für deinen Kommentar. Bearbeitet meine Antwort.
MrYouMath
Wie deine Antwort trotzdem.
Solar Mike