Na jakie cechy fizyczne zwracasz uwagę w siłowniku? Jakie parametry są dla Ciebie najważniejsze? Choć siłowniki odpowiadają głównie za ruch liniowy, ich właściwości ruchu obrotowego również mają znaczenie. Powód jest prosty: siłowniki wytwarzają moment obrotowy. Gdy jest on przenoszony na układ napędowy, powoduje ruch liniowy.
Obliczanie momentu obrotowego siłownika elektrycznego to zadanie, któremu tysiące inżynierów i pasjonatów technologii na całym świecie poświęca swoje umiejętności. Przygotowaliśmy to krótkie omówienie wraz ze wzorem na obliczanie momentu obrotowego siłownika liniowego, aby zwiększyć Twoją świadomość i ułatwić realizację tego zadania.
Czym jest moment obrotowy i dlaczego trzeba go obliczać?
Moment obrotowy to wielkość fizyczna należąca do najważniejszych cech technicznych siłownika. Jest odpowiednikiem siły w ruchu obrotowym. Jeśli przyłożysz moment obrotowy do obiektu, zacznie on obracać się wokół osi. Tę oś nazywa się punktem obrotu. Odległość od miejsca przyłożenia siły do punktu obrotu to ramię siły. Moment obrotowy bywa nazywany momentem siły. Różnica polega na tym, że moment obrotowy w praktyce powoduje obrót wokół punktu obrotu, natomiast „moment” można rozumieć jako siłę przyłożoną w pewnej odległości bez wywołania obrotu. Dlaczego to takie ważne? Obliczanie momentu obrotowego siłownika pneumatycznego ma ogromne znaczenie wobec dużego popytu na pojazdy o wysokiej wydajności i oszczędności. Wszyscy szukamy aut, które zużywają mniej paliwa oraz mają lepsze bezpieczeństwo i niezawodność. Dochodzą do tego wymagania prawne dotyczące emisji. Moment obrotowy jest kluczowy przy opracowywaniu nowoczesnego, mocnego silnika. Moment obrotowy i prędkość obrotowa to wielkości potrzebne do obliczenia mocy mechanicznej. Obliczanie momentu dla siłownika jest też ważnym elementem testów. Z pomocą przetworników (czujników) momentu obrotowego wykonuje się pomiar momentu w linii, co odgrywa ogromną rolę w optymalizacji mechanizmów.
Branże i mechanizmy szeroko wykorzystujące siłowniki
Aby obliczyć moment obrotowy siłownika, najpierw warto zrozumieć, jak szeroko stosuje się te urządzenia. Większość nowoczesnych mechanizmów potrzebuje ich do niezawodnego działania:
Przemysł ogólny
Różne typy siłowników są niezbędne do zaciskania, napinania, pozycjonowania i pochylania urządzeń oraz mechanizmów.
Transport i manipulacja materiałami
Siłowniki pomagają obracać i pozycjonować pojemniki z różnymi materiałami, w tym niebezpiecznymi. Są też potrzebne do sterowania zaworami roboczymi.
Robotyka
Obliczanie momentu jest ważne w robotyce. Zarówno roboty DIY, jak i zaawansowane konstrukcje inżynierskie wykonują ruch dzięki siłownikom.
Przemysł morski
Siłowniki liniowe są szeroko stosowane do otwierania i zamykania luków motorówek. Umożliwiają obsługę ładunków i wychylanie pokryw, a także wiele innych ważnych procesów. Silniki, cylindry, śruby, zawory oraz inne narzędzia i urządzenia działają sprawnie dzięki siłownikom. Siłowniki, które realizują ruch pchania i ciągnięcia, przekształcają ruch obrotowy silnika w ruch liniowy. Siłowniki obrotowe generują ruch obrotowy, który również można przekształcić w liniowy. W obu przypadkach konieczne jest obliczenie momentu obrotowego siłownika, a następnie przejście do kolejnych kroków.
Czym jest obliczanie momentu obrotowego i jak go wyznaczyć
Obliczanie momentu obrotowego siłownika liniowego oznacza wyznaczenie siły obrotowej, jaką siłownik elektryczny może przyłożyć do zaworu lub innych elementów mechanizmu, aby je zamknąć albo wprawić w ruch. Ponieważ moment obrotowy jest wektorem, obliczenia mają dwa główne składniki:
Wyznaczenie kierunku
Użyj reguły prawej dłoni, aby określić kierunek momentu. Zwiń palce prawej dłoni od kierunku promienia w stronę kierunku działania siły. Jeśli zrobisz to poprawnie, kciuk wskaże właściwy kierunek.
Wyznaczenie wartości
Najpierw omówmy moment jako wielkość fizyczną. Pr przeanalizujmy najprostszy przypadek. Gdy siła jest prostopadła do osi obrotu, wzór jest prosty:
gdzie τ to moment obrotowy, F to przyłożona siła, a d to odległość od punktu obrotu. Zwykle jednak nie jest tak prosto i trzeba uwzględnić kąt między wektorami F i d. Wówczas wzór jest następujący:
W wielu źródłach moment obrotowy może być oznaczany wielką literą „T” zamiast τ, którego używamy tutaj.
Obliczenia momentu obrotowego w szczegółach
Wiemy już, jak obliczyć τ, czyli wielkość skręcającą wytwarzaną przez siłownik. Jednak obliczanie momentu dla siłownika pneumatycznego wymaga znacznie więcej uwagi i pracy niż powyższy prosty przykład. W tym przypadku musimy rozróżnić kilka rodzajów momentów, które wpływają na Twój projekt:
Moment obrotowy projektowy
To maksymalna wartość momentu wymagana w danej aplikacji. Jest determinowana przez konstrukcję siłownika. Należy ją uwzględniać przy obliczaniu momentu wymaganego przez projekt.
Moment obciążenia
Odpowiada za utrzymanie ciężaru obciążenia.
Moment tarcia
To siła potrzebna do pokonania tarcia między ruchomymi elementami siłownika. Jej wartość zależy od materiałów, z których wykonano siłownik. Dla ładunku wiszącego moment tarcia jest równy zeru.
Moment przyspieszenia
Ruch może obejmować również bezwładność. Aby ją pokonać, uwzględnia się moment przyspieszenia.
Moment tłumienia
Opóźnienie kątowe zależy od momentu tłumienia siłownika.
Wymagany moment obrotowy
To moment potrzebny do wykonania pracy. Aby dokładnie go obliczyć, musisz znać moment obciążenia, moment tarcia i moment tłumienia.
Analiza wyników
Czas przeanalizować uzyskane wyniki. Wybierając narzędzie najlepiej dopasowane do Twoich potrzeb, musisz rozumieć wymagania produktu oraz ograniczenia każdego z elementów. Otrzymane wyniki są ważne przy doborze silnika. Wydajność sprzętu zależy od dokładności obliczeń. Dzięki nim zrozumiesz też, jakie przyspieszenia mogą wystąpić i jakie obciążenie mechanizm jest w stanie utrzymać. Oto najważniejsze wnioski, o których warto pamiętać:
- Jeśli moment tłumienia jest wyższy niż normy branżowe, może dojść do uszkodzeń;
- Jeśli wymagany moment obrotowy jest większy niż moment, jaki siłownik może dostarczyć, będzie poruszał się zbyt wolno i nie wykona zadania;
- Jeśli coś pozostaje niejasne, skontaktuj się z nami – omówimy wyniki dokładniej.
Podsumowanie
Większość producentów dostarcza szczegółowe informacje o parametrach technicznych oferowanych narzędzi i urządzeń. Mimo to w Twoim projekcie może pojawić się potrzeba obliczenia momentu obrotowego siłownika. Zadanie to wymaga wnikliwych obliczeń i jasnego zrozumienia procesów. Skorzystaj z naszego przewodnika, aby prawidłowo wyliczyć wyniki – lub skontaktuj się z nami i zróbmy to razem.