krachten berekenen in een poelies/tandwielen-aandrijving

Reijerke stelde deze vraag op 07 september 2017 om 23:22.

Beste Natuurkunde.nl/beantwoorder van mijn vraag,

Ik overweeg een betonmolen om te bouwen tot een plasticshredder. Ik heb schematisch de aandrijving van 1 mes getekend en wil weten welke kracht dit mes uit kan oefenen op het plastic.
Omdat het begrip "moment van een kracht" voor mij erg abstract blijft, vanwege het woord "neiging": de neiging tot draaien, veroorzaakt door de kracht, kom ik niet uit mijn berekeningen. Neiging betekent voor mij: hij wil wel, maar het hoeft niet per se te lukken.
Ik heb voor de duidelijkheid een plaatje meegestuurd.

Ik weet nu niet of de kracht (van de riem op de buitenkant van de poelies), hetzelfde blijft in het kleine tandwiel dat door een as met de grootste poelie verbonden is, of dat het de draaineiging (moment) is die hetzelfde blijft. Ik neig naar het laatse...

Alvast bedankt voor uw tijd.

Veronica

Bijlagen:

Reacties

Jan van de Velde op 07 september 2017 om 23:59

Reijerke plaatste:

Omdat het begrip "moment van een kracht" voor mij erg abstract blijft, vanwege het woord "neiging": de neiging tot draaien, veroorzaakt door de kracht, kom ik niet uit mijn berekeningen. Neiging betekent voor mij: hij wil wel, maar het hoeft niet per se te lukken.

Hoewel die definitie wel klopt kan ik me de verwarring voorstellen. Maar als die "neiging" tot draaien "niet lukt" , niet tot een draaiing leidt, betekent dat alleen dat er iets anders is dat een even groot moment heeft, maar dan de andere kant op: zet bijvoorbeeld twee even grote kinderen op een wip. De zwaartekracht op een afstand van de as van de wip veroorzaakt op beide kinderen een moment, een "neiging tot draaien", maar omdat ze allebei een ander kant op "neigen" draait er niks. Evenwicht van momenten......

De krachten in het systeem variëren met de diameters, want moment is een kwestie van kracht en arm (=afstand tot het draaipunt). Hoe groter die arm, hoe kleiner de kracht, en dat weet iedereen, want dagelijks gebruikt iedereen hefbomen, al gaat het maar om een deurklink.

Groet, Jan 
Veronica op 08 september 2017 om 12:27
Beste Jan, bedankt voor je reactie. Mijn vraag is daarmee alleen niet helemaal beantwoord. Die ging over de kracht, die het kleine tandwiel, (met een as verbonden aan de grote poelie), uitoefent op het grote tandwiel.

Ik zou willen weten of de kracht (van de riem op de buitenkant van de poelies: hier 353,68 N), hetzelfde blijft op het kleine tandwiel dat door een as met de grootste poelie verbonden is, of dat het de draaineiging (moment) is die hetzelfde blijft. (op de as van het kleine tandwiel dus.)

Met vriendelijke groet,

Veronica
Theo de Klerk op 08 september 2017 om 14:33
het korte antwoord is ja.

Als je je figuur bekijkt (ergens vandaan gecopieerd ongetwijfeld) dan kun je uit de motor gegevens zien dat het aandrijfasje een straal heeft van 0,036 m en een moment van M=12,73 Nm.  Dat is het product van kracht x straal. De kracht is dan 353 N. En dat staat ook zo vermeld in het grotere groene wiel.

De overbrenging van motoras naar groene wiel is 4,167 :1  (voor elke 4,167 omwentelingen van de kleine as gaat het groene wiel 1x rond).
Het kleine groene tandwiel zit hierop vast dus draait even snel als het groene wiel. De overbrenging naar het grote oranje tandwiel is 10,11:1 en het mes is aan het oranje wiel verbonden en draait even snel.
Dus draait het mes met  1/4,16 x 1/10,11 x 1200 rpm = 28,8 rpm. Veel langzamer dus dan de motor.

Maar hoewel het krachtmoment steeds verandert, blijft de energie behouden. Die energie uit de motor (1600 J elke seconde blijkbaar) is gelijk aan F x s waarbij s de afgelegde weg is, die hier overeenkomt met het aantal malen de lengte van de omtrek van de draaiende cirkel van wiel of rad die in een seconde wordt afgelegd (2 omw/s is dan 2 omtrekken).
De kracht blijft hetzelfde. Ook de afgelegde weg blijft hetzelfde voor alle wielen en tandraderen maar de omtrek van die wielen verandert steeds. Dus de afgelegde weg blijft hetzelfde maar correspondeert met meer of minder omwentelingen.

Maar uiteindelijk kom je bij de messen uit: die nemen alle energie over die de motor geeft en draaien daarbij met 28,8 omw/minuut en daarbij met dezelfde kracht van 353 N.  Het moment van de messen is dan F x r = 21,22 Nm
veronica op 09 september 2017 om 09:53
Beste Theo de Klerk,

Bedankt voor je reactie. De tekening heb ik zelf vanaf nul getekend in 3dsMax. Ik heb daarvoor niets gekopieerd. De berekeningen heb ik m.b.v. talloze sites ook zelf gemaakt. De gegevens van de motor (1600 W) heb ik van een bestaande betonmolen overgenomen. De uitkomsten daarvan heb ik zelf in de tekening gezet. Ik twijfelde alleen over de kwestie die ik in de twee vragen aan het einde van mijn vorige reactie heb verwoord, waarop jij met "ja" antwoordt. Ik heb geen techische opleiding gedaan, vandaar.

Met vriendelijke groet,

Veronica
Veronica op 15 september 2017 om 17:20
Voor iedereen die het interesseert: ik heb mijn vraag ook op Physics Forums.com geplaatst onder de naam "Calculating force: pulley and gear on the same axle / shaft".
Ik had wat moeite met de Engelse term voor kracht: "force" en noemde die foutief "power", wat voor vermogen (Watt) staat.
Met hulp van het forum kwam ik uiteindelijk op 8937 N voor het mes uit en niet 353 N zoals Theo de Klerk stelt.
Theo haalt in zijn antwoord de begrippen vermogen (Watt of Joules per sec.) en kracht (N) door elkaar in zijn redenering, begrijp ik uit de uitleg die ik daar kreeg.
Theo op 23 september 2017 om 01:00
(Sorry voor de vertraging... ik ontdek je reactie nu pas)

Zoals de Engelsen zeggen "I stand corrected". Het Physics Forum heeft gelijk. De energie blijft wel behouden ondanks allerlei assen en wielen, F.s = E is constant. En daarmee vermogen P (energie/seconde) ook (gelukkig maar: anders wellicht een pepetuum mobile gevonden). Maar het product P= Fv is dan wel constant, de F en v varieren onderling hoewel hun product hetzelfde blijft.

Dus maar even opnieuw (en dat is overeenkomstig wat ook Physics Forum  uitrekende)

Als de motor P = 1600 W levert, dan geldt P = F.v waarbij v de snelheid in m/s is die door die kracht wordt afgelegd. Bij een wieltje dat draait met 1200 rpm is dit 20 Hz (omw/sec) en wordt door de aandrijfas een afstand van 20 x omtrek = 20 x πd = 20 x 3,14 x 0,072 = 4,52 m afgelegd. Dan is bij 1600 W de kracht op de poelie  F1 = P/v = 1600/4,52 = 354 N

Met een diameter van 0,72 m levert dit inderdaad de genoemde 12,73 Nm op voor het krachtmoment.

Diezelfde kracht werkt via de poelie langs de rand van het groene wiel. Daaraan vast zit het groene tandrad dat daarmee even snel zal ronddraaien.

De kracht F2 waarmee het tandwiel op het oranje wiel duwt is (via de krachtmomenten verhouding):
F2 x r2 = F1 x r1 zodat F2 = F1 x r1/r2 = F1 x d1/d2  (verhouding diameters is hetzelfde als verhouding stralen)
F2 = F1 x 0,30/0,074 = 4,05 F1

Dat tandwiel zal met die kracht het grote oranje wiel aanduwen. De groene mixer zit hieraan vast en draait even snel. De kracht F3 lang de mixerrand (0,12 m diameter) verhoudt zich ook weer met de kracht F2 langs de oranjebuitenrand als de stralen of diameters:

F3 = F2 0,374/0,06 = 6,23 F2 = 6,23 x 4,05 F1 = 8936 N zoals het andere forum correct voorrekende.

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft zesentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)