Sorprendentemente baja eficiencia de la máquina compuesta [Ayuda del proyecto]

Estoy trabajando en un proyecto escolar que requiere que construyamos una máquina compuesta con una ventaja mecánica de 9. Debería poder levantar una lata de sopa de 10 onzas tres pulgadas o más usando el peso de quince centavos. Mi máquina consta de un plano inclinado con una ventaja mecánica de 3.16 (la base es de 12 pulgadas, la altura es de 4 pulgadas), un sistema de polea móvil con una ventaja mecánica de 2 y un sistema de rueda y eje con una ventaja mecánica ~ 3.

Aquí está mi máquina:

La ventaja mecánica total debería ser 19, pero cuando pongo los pesos en el sistema, resulta que necesito 45 centavos para levantar la lata, lo que significa que mi ventaja mecánica es 3. Revisé las fuentes de fricción, pero no pude ' No encuentro ninguno de nota. Podría agregar una segunda polea para aumentar la MA, pero preferiría solucionar el problema en lugar de implementar una solución de parche. Cualquier ayuda sería muy apreciada.

mechanical-engineering wheels pulleys

— Mister_Maybe
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Cuando hace sus cálculos, ¿ha incluido la masa del "remolque" en el que coloca la lata? Parece un poco sólido ...

— Solar Mike

@SolarMike No pensé en eso, gracias. Pero incluso con la masa del remolque, ¿la ventaja mecánica (ideal) no sería suficiente para levantar la lata?

— Mister_Maybe

Necesitas 45 centavos para que se mueva cuesta arriba. ¿Cuántos centavos para que empiece a rodar por la rampa? Coloque 44 centavos con la lata en lo alto de la rampa, luego comience a quitarlos. Mi apuesta es menos de 19 quedará. La fricción estática bajo carga tiende a alcanzar valores terriblemente altos. Apuesto a que su "rodamiento de bolígrafo" es donde las cosas se atascan.

— SF.

"Debería poder levantar una lata de sopa de 10 oz tres pulgadas o más". ¡Vacíe la lata! Pero en serio, la eficiencia mecánica puede ir a toda prisa en máquinas compuestas. La fricción del carro es innecesaria si levanta en línea recta. Pero ahora probablemente necesite otro elemento compuesto. El eje de la pluma de su rueda diferencial imparte un gran par de fricción porque la pluma tiene un diámetro casi tan grande como el carrete. Use un eje / buje lo más pequeño posible, la fuerza de fricción será casi la misma, pero el par es proporcional al radio del eje.

— Phil Sweet

@PhilSweet ¡Gracias! Reemplacé la rueda con la tapa de una taza de café y el eje con un lápiz, ¡y funcionó de maravilla!

— Mister_Maybe

Respuestas:

Tengo algunas sugerencias cuando se trata de manejar fuerzas:

Intente poner el ángulo de la rampa y el ángulo del cable en el mismo valor. Esto reducirá la fuerza requerida para levantarlo, ya que el sistema utilizará las ruedas. Como puedo ver, las ruedas delanteras están levantadas, por lo tanto, los cables tienden a perder fuerza.

Intente colocar el centro de gravedad del objeto "en línea" con el cable para que no ocurra ningún momento. Puede intentar colocar la lata hacia abajo para reducir su Centro de gravedad.

— Jem Eripol
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Envíenos sus comentarios para que podamos mejorar nuestras sugerencias. :) Tenga en cuenta que el centro de gravedad es para todo el sistema, no solo la lata.

— Jem Eripol

No es sorprendente que tengas muchas pérdidas en algo como esto.

Las poleas compuestas siempre generan mucha fricción, ya que tienden a tener muchos puntos de contacto y los cojinetes son a menudo un poco toscos.

Lo primero que sugeriría es asegurarse de que todos los rodamientos estén bien lubricados, esto debería ayudar mucho . Quizás pruebe con grasa de litio o un lubricante de PTFE.

También sospecho que una fuente importante de fricción es cuando el cable se desenrolla en el eje, sustituyendo algo como una línea de pesca de nylon de filamento debería ayudar mucho con eso.

— Chris Johns
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No me preocuparía demasiado la fricción entre el cable y el eje, pero las dos "cosas" (¡no puedo distinguir cuáles son en realidad!) Por las que el cable se desliza en el carro y en la placa frontal vertical se ven como si tuvieran un alto coeficiente de fricción. Intente reemplazarlos con poleas pequeñas adecuadas. Los "cojinetes" para el eje principal con el cable envuelto alrededor de él también se ven bastante toscos: obtenga algunos cojinetes adecuados (por ejemplo, para patines, etc.) que requerirán mucha fuerza lateral (de sus cuerdas) sin mucha fricción.

— alephzero

@alephzero por "cosas", ¿te refieres a las poleas? Traté de reducir la fricción agregando aquellos en la parte delantera del automóvil y en el tablero vertical. Sin embargo, noté que la polea unida a la parte delantera del automóvil gira, mientras que la que está unida al tablero vertical no se dosifica (el cable se frota en lugar de girar). En cuanto a la rueda y el eje, creo que podría comprar rodamientos. Pero preferiría reciclar tantas piezas como sea posible, y no estoy seguro de qué otra forma podría unir los rodamientos a la rueda sin pegarlos. ¿Hay otra forma de reducir la fricción en la rueda y el eje?

— Mister_Maybe