Крутящий момент в чем измеряется: Единицы измерения крутящего момента

Содержание

Крутящий момент — это… Что такое Крутящий момент?

Момент силы (синонимы: крутящий момент; вращательный момент; вращающий момент) — физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

Момент силы приложенный к гаечному ключу

Отношение между векторами силы, момента силы и импульса во вращающейся системе

Момент силы

В физике момент силы можно понимать как «вращающая сила». В системе СИ единицами измерения для момента силы является ньютон-метр, хотя сантиньютон-метр (cN•m), футо-фунт (ft•lbf), дюйм-фунт (lbf•in) и дюйм-унция (ozf•in) также часто используются для выражения момента силы. Символ момента силы τ (тау). Момент силы иногда называют моментом пары сил, это понятие возникло в трудах Архимеда над рычагами. Вращающиеся аналоги силы, массы и ускорения есть момент силы, момент инерции и угловое ускорение соответственно. Сила, приложенная к рычагу, умноженная на расстояние до оси рычага, есть момент силы. Например, сила в 3 ньютона, приложенная к рычагу, расстояние до оси которого 2 метра, это то же самое, что 1 ньютон, приложенный к рычагу, расстояние до оси которого 6 метров. Более точно, момент силы частицы определяется как векторное произведение:

где  — сила, действующая на частицу, а  — радиус-вектор частицы!

Предыстория

Строго говоря, вектор, обозначающий момент сил, введен искуственно, так как является удобным при вычислении работы по криволинейному участку относительно неподвижной оси и удобен при вычислении общего момента сил всей системы, так как может суммироваться. Для того, чтобы понять откуда появилось обозначение момента сил и как до него додумались, стоит рассмотреть действие силы на рычаг, относительно неподвижной оси.

Работа, совершаемая при действии силы на рычаг , совершающего вращательное движение вокруг неподвижной оси, может быть рассчитана исходя из следующих соображений.

Пусть под действием этой силы конец рычага смещается на бесконечно малый отрезок , которому соответствует бесконечно малый угол . Обозначим через вектор, который направлен вдоль бесконечно малого отрезка и равен ему по модулю. Угол между вектором силы и вектором равен , а угол и вектором силы .

Следовательно, бесконечно малая работа , совершаемая силой на бесконечно малом участке равна скалярному произведению вектора и вектора силы, то есть .

Теперь попытаемся выразить модуль вектора через радиус вектор , а проекцию вектора силы на вектор , через угол .

В первом случае, используя теорему Пифагора, можно записать следующее равенство , где в случае малого угла справедливо и следовательно


Для проекции вектора силы на вектор , видно, что угол , так как для бесконечно малого перемещения рычага , можно считать, что траектория перемещения перпендикулярна рычагу , а так как , получаем, что .

Теперь запишем бесконечно малую работу через новые равенства или .

Теперь видно, что произведение есть ни что иное как модуль векторного произведения векторов и , то есть , которое и было принято обозначить за момент силы или модуля вектора момента силы .

И теперь полная работа записывается очень просто или .

Единицы

Момент силы имеет размерность сила на расстояние, и в системе СИ единицей момента силы является «ньютон-метр». Джоуль, единица СИ для энергии и работы, тоже определяется как 1Н*м, но эта единица не используется для момента силы. Когда энергия представляется как результат «сила на расстояние», энергия скалярная, тогда как момент силы — это «сила, векторно умноженная на расстояние» и таким образом она (псевдо) векторная величина. Конечно, совпадение размерности этих величин не простое совпадение; момент силы 1Н*м, приложенный через целый оборот, требует энергии как раз 2*π джоулей. Математически

,

где Е — энергия, τ — вращающий момент, θ — угол в радианах.

Специальные случаи

Формула момента рычага

Момент рычага

Очень интересен особый случай, представляемый как определение момента силы в поле:

τ = МОМЕНТ РЫЧАГА * СИЛУ

Проблема такого представления в том, что оно не дает направления момента силы, а только его величину, поэтому трудно рассматривать в.м. в 3-хмерном случае. Если сила перпендикулярна вектору r, момент рычага будет равен расстоянию до центра и момент силы будет максимален

= РАССТОЯНИЕ ДО ЦЕНТРА * СИЛУ

Сила под углом

Если сила F направлена под углом θ к рычагу r, то τ = r*F*sinθ, где θ это угол между рычагом и приложенной силой

Статическое равновесие

Для того чтобы объект находился в равновесии, должна равняться нулю не только сумма всех сил, но и сумма всех моментов силы вокруг любой точки. Для 2-хмерного случая с горизонтальными и вертикальными силами: сумма сил в двух измерениях ΣH=0, ΣV=0 и момент силы в третьем измерении Στ=0.

Момент силы как функция от времени

Момент силы — производная по времени от момент импульса,

,

где L — момент импульса. Момент импульса твердого тела может быть описан через произведение момента инерции и угловой скорости.

,

То есть если I постоянная, то

,

где α — угловое ускорение, измеряемое в радианах в секунду за секунду.

Отношение между моментом силы и мощностью

Если сила совершает действие на каком-либо расстоянии, то она совершает механическую работу. Также если момент силы совершает действие через угловое расстояние, он совершает работу.

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ

В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, момент силы в ньютон-метрах, а УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ в радианах в секунду.

Отношение между моментом силы и работой

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГОЛ

В системе СИ работа измеряется в Джоулях, момент силы в Ньютон * метр, а УГОЛ в в радианах.

Обычно известна угловая скорость в радианах в секунду и время действия МОМЕНТА .

Тогда совершенная МОМЕНТОМ силы РАБОТА рассчитывается как:

= МОМЕНТ СИЛЫ * *

Момент силы относительно точки

Если имеется материальная точка , к которой приложена сила , то момент силы относительно точки равен векторному произведению радиус-вектора , соединяющий точки

O и OF, на вектор силы :

.

Момент силы относительно оси

Моментом силы относительно оси называется момент проекции силы на плоскость, перпендикулярную оси относительно точки пересечения оси с этой плоскостью.

Единицы измерения

Момент силы измеряется в ньютон-метрах. 1 Н•м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м.

Измерение момента

На сегодняшний день измерение момента силы осуществляется с помощью тензометрических, оптических и индуктивных датчиков нагрузки. В России при решении задач измерения момента в основном используется оборудование зарубежных производителей (HBM (Германия), Kyowa (Япония), Dacell (Корея) и ряда других).

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

Прибор для измерения крутящего момента

Существует несколько основных задач, которые могут стоять перед лабораториями и производствами в сфере испытания крутящего момента:
  • Высокая точность определения крутящего момента.

  • Испытание крутящего момента в скоростных и высокоскоростных приводах.
  • Мониторинг крутящего момента в круглосуточном режиме 365 дней в году с минимальным обслуживанием в полевых или производственных условиях эксплуатации.

  • Внедрение измерительного узла в уже существующие установки и приводы.
  • Внедрение измерительного узла в минимальные установочные габариты.

Высокая точность датчиков крутящего момента является на данный момент стандартным требованием предприятий, занимающихся проектированием, испытанием и мониторингом современных приводов и установок, используемых в наукоемких производствах. А в последнее время повышается спрос на датчики, работающие при скоростях вращения до 60 000 об/мин и выше. Индуктивные датчики момента серии ТМ обладают уникальной в своем роде технологией измерений крутящего момента, что позволяет обеспечивать не только высокую точность измерений, но и позволяет производить специальные высокоскоростные версии с частотами до 60 000 об/мин. Также датчики обладают высокими эксплуатационными свойствами, ознакомиться с которыми Вы сможете в специальном разделе.


Не менее распространенной задачей является Использование реактивных датчиков измерения крутящего момента при мониторинге, где постоянный контроль крутящего момента является необходимостью. Данные задачи разделяются на два основных типа:

— Энергетические, нефтедобывающие и установки, к которым предъявляются аналогичные высокие требования по точности с минимальными остановками на обслуживание и использованием в суровых условиях. Для данных установок идеально подходят фланцевые датчики типа TF, так как они не имеют изнашиваемых частей и используют бесконтактный съем данных.


— Производственные линии, тяжелое машиностроение и установки, где контролируется стабильность работы при заданных границах, но применение классических датчиков момента невозможно по конструктивным причинам. Наиболее подходящим является применение телеметрических систем, монтируемых на вал , основным преимуществом является возможность превратить почти любой вращающийся узел в датчик крутящего момента.


Последней, но не менее распространенной группой задач является натурное испытание узлов и установок в автомобильной, железнодорожной и военно-промышленной отрасли, где по каким-либо причинам не может быть предусмотрено использование готовых датчиков момента. Данные задачи связаны с суровыми условиями использования, с внедрением в уже готовые узлы и механизмы без изменения конструкции. И на данный момент наиболее универсальным и гибким решением также является использование телеметрических систем различных модификаций.

См. также здесь

Если же у Вас существует более специализированная задача обратитесь к нашим специалистам за консультацией.

Единицы измерения крутящего момента двигателей

В технических характеристиках двигателей и конструкций, оснащенных двигателями, постоянно фигурирует загадочный показатель нм, как единица измерения крутящего момента. Если с мощностью в лошадиных силах все понятно даже на интуитивном уровне, лошадь – она и есть лошадь, то здесь могут возникнуть некоторые затруднения.

Архимедов рычаг

Широко известный ученый Архимед как-то изрек знаменитую фразу: «Дайте мне рычаг, и я переверну Землю». Можно сказать, что именно эта фраза и послужила началом рождения показателя единицы измерения крутящего момента. Как известно, планета Земля несколько тяжеловата для того, чтобы человек, даже такой уважаемый и известный, как Архимед, мог ее перевернуть. Ключ – это использование рычага, позволяющего на порядки увеличивать силу воздействия на объект. Рычаг представляет собой фактически любой предмет, способный свободно вращаться вокруг точки опоры. Если точка опоры находится ровно в середине рычага, при приложении одинаковых усилий с каждого конца рычага вся конструкция будет стоять на месте. Ситуация изменится лишь при смещении точки опоры в одну из сторон. Лучше всего это видно на приведенном ниже рисунке.

Оно крутится

Как видно, рычаг крутится вокруг точки опоры, совершая неполный оборот. Соотношение прикладываемой силы к длинному плечу рычага и получаемого усилия на коротком плече составляет основу единиц измерения крутящего момента. Соотношение это очень простое: усилия, помноженные на длину соответствующего плеча рычага, должны быть равны. Закон сохранения энергии работает всегда. Этот принцип действия можно распространить и на пару шестеренок разного диаметра, и вообще на любые взаимодействующие при помощи вращения агрегаты механизмов разных диаметров, представляющие собой, по сути, плечи условных рычагов.

Крутящий момент

Теперь можно взять вращающийся вал двигателя. Радиус вала двигателя – это условный рычаг, а при его вращении возникает сила, направленная перпендикулярно к оси вращения. Схематично это показано на следующем рисунке.

Здесь R – это радиус вала, а F – вектор силы, образуемой при вращении вала. Как и при обычном рычаге, их произведение (R*F) и будет моментом силы, или крутящим моментом. Поскольку, в соответствии с международной системой единиц, сила измеряется в ньютонах, а расстояние – в метрах, единицей измерения крутящего момента является ньютон-метр, или сокращенно – нм.

Однако имеются и другие обозначения. Иногда для измерения силы используют не ньютоны, а килограммы (кгс), тогда эту величину можно пересчитать в «классику» при помощи коэффициента. 1 кгс на метр равен 9,81 нм. В странах, не использующих метрическую систему, в качестве единицы измерения крутящего момента электродвигателя применяют фунтофут. Звучит непривычно, но тем не менее. 1 фунтофут равен 1,36 нм. Существует зависимость между мощностью, частотой оборотов и создаваемым крутящим моментом. Она очень простая. Мощность равна произведению частоты оборотов на крутящий момент, деленную на коэффициент. Коэффициент зависит от единиц измерения крутящего момента и других указанных величин.

Если речь идет о лошадиных силах, кгс на метр и оборотах в минуту, этот коэффициент равен 716,2, для нм и киловатт – 9549. В открытом доступе имеются соответствующие калькуляторы. В технических характеристиках обычно указывают крутящий момент, измеренный непосредственно на валу двигателя.

что такое, формула и в чем измеряется

На чтение 9 мин. Просмотров 3k.

Мощность двигателя – важнейший его показатель. Как в плане эксплуатации, так и в плане начисления налогов на авто. Крутящий момент нередко путают с мощностью или упускают его из виду в процессе оценки ходовых качеств авто. Многие упрощают автомобиль, считая, что большое количество лошадиных сил – главное преимущество любого мотора. Однако, вращающий момент – более важный показатель. Особенно, если автомобиль не предполагается использовать в качестве спортивного.

Что такое крутящий момент

Крутящим моментом называют единицу силы, которая необходима для поворота коленчатого вала ДВС. Эта не «лошадиная сила», которой должна обозначаться мощность.

ДВС вырабатывает кинетическую энергию, вращая таким образом коленвал. Показатель мощности двигателя (сила давления) зависит от скорости сгорания топлива. Крутящий момент – результат от действия силы на рычаг. Эта сила в физике считается в ньютонах. Длина плеча коленвала считается в метрах. Поэтому обозначение крутящего момента – ньютон-метр.

Технически, крутящий момент – это усилие, которое должно осуществляться двигателем для разгона и движения машины. При этом сила, оказывающая действие на поршень, пропорциональна объему двигателя.

Маховик – одна из важнейших деталей, которая должна через редуктор передавать вращательный момент от мотора к коробке передач, от стартера на коленвал, от коленвала на нажимной диск. Собственно, крутящий момент – итог давления на шатун.

Формула расчета крутящего момента

Показатель КМ рассчитывается так: мощность (в л. с.) равно крутящий момент (в Нм) умножить на обороты в минуту и разделить на 5,252. При меньших чем 5,252 значениях крутящий момент будет выше мощности, при больших – ниже.

В пересчете на принятую в России систему (кгм – килограмм на метр) – 1кг = 10Н, 1 см = 0,01м. Таким образом 1 кг х см = 0,1 Н х м. Посчитать вращательный момент в разных системах измерений ньютоны/килограммы и т.д. поможет конвертер – в практически неизменном виде он доступен на множестве сайтов, с его помощью можно определять данные по практически любому мотору.

График:

На графике изображена зависимость крутящего момента двигателя от его оборотов

От чего зависит крутящий момент

На КМ будут влиять:

  • Объем двигателя.
  • Давление в цилиндрах.
  • Площадь поршней.
  • Радиус кривошипа коленвала.

Основная механика образования КМ заключается в том, что чем больше двигатель по объему, тем сильней он будет нагружать поршень. То есть – будет выше значение КМ. Аналогична взаимосвязь с радиусом кривошипа коленвала, но это вторично: в современных двигателях этот радиус сильно изменить нельзя.

Давление в камере сгорания – не менее важный фактор. От него напрямую зависит сила, давящая на поршень.

Для снижения потерь крутящего момента при тряске машины во время резкого газа можно использовать компенсатор. Это специальный (собранный вручную) демпфер, компенсация которого позволит сохранить вращающий момент и повысить срок эксплуатации деталей.

На что влияет крутящий момент

Главная цель КМ – набор мощности. Часто мощные моторы обладают низким показателем КМ, поэтому не способны разогнать машину достаточно быстро. Особенно это касается бензиновых двигателей.

ВАЖНО! При выборе авто стоит рассчитать оптимальное соотношение вращательного момента с количеством оборотов, на которых чаще всего мотор будет работать. Если держать вращательный момент на соответствующем уровне, это позволит оптимально реализовать потенциал двигателя.

Высокий КМ также может влиять на управляемость машины, поэтому при резком увеличении скорости не лишним будет использование системы TSC. Она позволяет точнее направлять авто при резком разгоне.

Широко распространенный 8-клапанный двигатель ВАЗ выдает вращательный момент 120 (при 2500-2700 оборотах). Ручная коробка или АКПП стоит на машине – не принципиально. При использовании КПП немаловажен опыт водителя, на автоматической коробке плавный старт обеспечивает преобразователь.

Как увеличить крутящий момент

Увеличение рабочего объема. Чтобы повышать КМ используются разные методы: замена установленного коленвала на вал с увеличенным эксцентриситетом (редко встречающаяся запчасть, которую трудно находить) или расточка цилиндров под больший диаметр поршней. Оба способа имеют свои плюсы и минусы. Первый требует много времени на подбор деталей и снижает долговечность двигателя. Второй, увеличение диаметра цилиндров с помощью расточки, более популярен. Это может сделать практически любой автосервис. Там же можно настроить карбюратор для повышения КМ.

Изменение величины наддува. Турбированные двигатели позволяют достичь более высокого показателя КМ благодаря особенностям конструкции – возможности отключить ограничения в блоке управления компрессором, который отвечает за наддув. Манипуляции с блоком позволят повысить объем давления выше максимума, указанного производителем при сборке автомобиля. Способ можно назвать опасным, поскольку у каждого двигателя есть лимитированный запас нагрузок. Кроме того, часто требуются дополнительные усовершенствования: увеличение камеры сгорания, приведение охлаждения в соответствие повышенной мощности. Иногда требуется отрегулировать впускной клапан, иногда – сменить распредвал. Может потребоваться замена чугунного коленвала на стальной, замена поршней.

Изменение газодинамики. Редко используемый вариант, поскольку двигатель – сложная конструкция, созданием которого занимаются профессионалы. Теоретически можно придумать, как убрать ограничения, заложенные конструкторами для увеличения срока эксплуатации двигателя и его деталей. Но на практике, если убрать ограничитель, результат не гарантирован, поскольку поменяются все характеристики: например, динамика вырастет, но шина не будет цепляться за дорогу. Чтобы усовершенствовать двигатель такие образом надо быть не просто автомобильным конструктором, но и математиком, физиком и т.д.

ВАЖНО! Простой способ повысить КМ – использовать масляный фильтр. Он снизит засорение двигателя и продлит срок эксплуатации всех деталей.

Определение крутящего момента на валу

Для измерения крутящего момента на валу автомобильного двигателя применяется множество методик. Это может быть показатель подачи топлива, температуры выхлопных газов и т.д. Такие методы не гарантируют высокой точности.

Распространенный метод повышенной точности – применение тензометрического моста. На вал крепятся тензометры, электрически соединенные по мостовой схеме. Сигнал передается на считывающее устройство.

Измеритель крутящего момента

Главная сложность в измерителе крутящего момента, использующего тензометры, является точность передачи данных. Применявшиеся ранее контактные, индукционные и светотехнические устройства не гарантировали необходимой эффективности. Сейчас данные передаются по цифровым радиоканалам. Измеритель представляет собой компактный радиопередатчик, который крепится на вал и передает данные на приемник.

Сейчас такие устройства доступны по стоимости и просты в эксплуатации. Применяются в основном в СТО.

Датчик крутящего момента

Аналогичные устройства, измеряющие КМ, в автомобиле могут быть установлены не только на коленвал, но и на рулевое колесо. Он ставится на модели машин с электроусилителем руля и позволяет отслеживать работу системы управление автомобилей. При выходе датчика из строя, усилитель, как правило, отключается.

Максимальный крутящий момент

Максимальным называется крутящий момент, представляющий пик, после которого момент не растет, несмотря на количество оборотов. На малых оборотах в цилиндре скапливается большой объем остаточных газов, в результате чего показатель КМ значительно ниже пикового. На средних оборотах в цилиндры поступает больше воздуха, процент газов снижается, крутящий момент продолжает расти.

При высоких оборотах растут потери эффективности: от трения поршней, инерционных потерь в ГРМ, разогрева масла и т.д. будет зависеть работа мотора. Поэтому рост качества работы двигателя прекращается или само качество начинает снижаться. Максимальный крутящий момент достигнут и начинает снижаться.

В электродвигателях максимальный вращательный момент называется «критический».

Таблица марок автомобилей с указанием крутящего момента:

Модели автомобиля ВАЗ Крутящий момент (Нм, разные марки двигателей)
2107 93 – 176
2108 79-186
2109 78-118
2110 104-196
2112 104-162
2114 115-145
2121 (Нива) 116-129
2115 103-132
2106 92-116
2101 85-92
2105 85-186
Двигатели ЗМЗ
406 181,5-230
409 230
Других популярные в России марки автомобилей
Ауди А6 500-750
БМВ 5 290-760
Бугатти Вейрон 1250-1500
Дэу Нексия 123-150
КАМАЗ ~650-2000+
Киа Рио 132-151
Лада Калина 127-148
Мазда 6 165-420
Мицубиси Лансер 143-343
УАЗ Патриот 217-235
Рено Логан 112-152
Рено Дастер 156-240
Тойота Королла 128-173
Хендай Акцент 106-235
Хендай Солярис 132-151
Шевроле Каптив 220-400
Шевроле Круз 118-200

Какому двигателю отдать предпочтение

Сегодня множество моделей производители оснащают разными типами моторов: бензиновым или дизельным. Эти модели идентичны только по цене и другим характеристикам.

Из-за разных типов мотора одна и та же модель может отличаться по показателям мощности мотора и крутящему моменту, при этом разница может быть значительной.

Бензиновый двигатель

Бензиновый двигатель формирует воздушно-топливную смесь, заполняющую цилиндр. Температура внутри него поднимается до примерно 500 градусов. У таких моторов номинальный коэффициент сжатия составляет порядка 9-10, реже 11 единиц. Поэтому, когда происходит впрыск необходимо использование свечей зажигания.

Дизельный двигатель

В цилиндрах работающего на дизеле движка коэффициент сжатия смеси может достигать показателя в 25 единиц, температура – 900 градусов. Поэтому смесь зажигается без использования свечи.

Электродвигатель

Автомобильный трехфазный асинхронный электродвигатель работает по совершенно другим законам, поэтому его мощность и КМ отличаются от традиционных кардинально. Электромотор состоит из ротора и статора, кратность которых позволяет выдавать пиковый КМ (600 Нм) на любой скорости. При этом мощность электродвигателя, например, у Теслы, составляет 416 л. с.

Чтобы ответить на вопрос – дизельный, бензиновый или электродвигатель лучше, надо сначала исключить третий вариант, поскольку электродвигатели пока не так распространены, как первые два типа.

ВАЖНО! Что касается выбора между бензиновым и дизельным двигателями, они в первую очередь отличаются мощностью и крутящим моментом. На практике это означает, что при одинаковом объеме двигателя дизельный быстрее разгоняется, а бензиновый позволяет давать более высокую скорость.


Кроме того, благодаря большему крутящему момент автомобиль, использующийся как грузовой, обладает большей грузоподъемностью за счет двигателя. Особенно если двигатель дизель-генераторный.

Улучшение разгона авто за счет изменения момента вращения

Чем выше показатель крутящего момента – тем быстрее двигатель набирает мощность. Таким образом, вырастет скорость движения. На практике это означает, что, например, во время разгона крутящий момент позволит быстрее обогнать едущий впереди автомобиль.

Чтобы улучшить разгон автомобиля за счет изменения момента вращения, достаточно повысить показатели последнего. Как это сделать – описано выше.

Зависимость мощности от крутящего момента

Крутящий момент, как говорилось выше, это показатель того, с какой скоростью двигатель может набирать обороты. По сути, мощность мотора – прямая производная от КМ на коленвале. Чем больше оборотов – тем выше показатель мощности.

Зависимость мощности от вращательного момента выражается формулой: Р = М*n (Р – мощность, М – крутящий момент, n – количество оборотов коленвала/мин).

Единицы измерения крутящего момента. Перевод единиц измерения крутящего момента — таблица.


Навигация по справочнику TehTab.ru:  главная страница  / / Техническая информация / / Алфавиты, номиналы, коды / / Перевод единиц измерения.  / / Единицы измерения крутящего момента. Перевод единиц измерения крутящего момента — таблица.
Таблица перевода единиц измерения крутящего момента.
Таблица перевода единиц измерения крутящего момента.
Перевести из: Перевести в:

Н*м

Н*см

Н*мм

кН*м

Дин*м

Дин*см

Дин*мм

кгс*м

кгс*см

кгс*мм

гс*м

гс*см

гс*мм

(Унция силы)*фут

(Унция силы)*дюйм

(Фунт силы)*фут

(Фунт силы)*дюйм

Н*м это:

1

102

103

10-3

105

107

108

0.1019

10.1971

101.9716

101.9716

10197.1621

101971.6212

11.8009

141.6119

7.375*10-1

8.8507

Н*см это:

10-2

1

10

10-5

103

105

106

1.0197*10-3

0.1019

1.0197

1.0197

101.9716

1019.7162

1.180*10-1

1.416

7.3756*10-3

8.8507*10-2

Н*мм это:

10-3

10-1

1

10-6

102

104

105

1.0197*10-4

1.0197*10-2

1.0197*10-1

1.0197*10-1

10.1971

101.9716

1.18*10-2

1.4161*10-1

7.3756*10-4

8.85*10-3

кН*м это:

103

105

106

1

108

1010

1011

101.9716

10197.1621

101971.6212

101971.6212

10197162.1297

101971621.2977

11800.994

141611.9289

737.5621

8850.7454

Дин*м это:

10-5

10-3

10-2

10-8

1

102

103

1.02*106

1.0197*10-4

1.0197*10-3

1.0197*10-3

1.0197*10-1

1.0197

1.1801*10-4

1.4161*10-3

7.376*10-6

8.8507*10-5

Дин*см это:

10-7

10-5

10-4

10-10

10-2

1

10

10-8

1.02*10-6

1.0197*10-5

1.0197*10-5

1.0197*10-3

1.0197*10-2

1.18*10-6

1.4161*10-5

7.4*10-8

8.85*10-7

Дин*мм это:

10-8

10-6

10-5

10-11

10-3

10-1

1

10-9

1.02*10-7

1.02*10-6

1.02*10-6

1.0197*10-4

1.0197*10-3

1.18*10-7

1.416*10-6

7*10-9

8.9*10-8

кгс*м это:

9.8066

980.665

9806.65

9.8066*10-3

980665

9806657.2*102

980665*103

1

102

103

103

105

106

115.7282

1388.7387

7.233013576

86.7961

кгс*см это:

9.8*10-2

9.8066

98.0665

9.8066*10-5

9806.65

980665

9806650

10-2

1

10

10

103

104

1.1572

13.887

7.233*10-2

8.679*10-1

кгс*мм это:

9.8*10-3

9.8*10-1

9.8066

9.807*106

980.665

98066.5

980665

10-3

10-1

1

1

102

103

1.157*10-1

1.3887

7.233*10-3

8.679*10-2

гс*м это:

9.8*10-3

9.8*10-1

9.8066

0.000009807

980.665

98066.5

980665

10-3

10-1

1

1

102

103

1.157*10-1

1.3887

7.233*10-3

8.679*10-2

гс*см это:

9.8*10-5

9.8*10-3

9.8*10-2

9.8*10-7

9.8066

980.665

9806.65

10-5

10-3

10-2

10-2

1

10

1.15*10-3

1.3887*10-2

7.233*10-5

8.679*10-4

гс*мм это:

9.8*10-6

9.8*10-4

9.8*10-3

10-8

9.8*10-1

98.0665

980.665

10-6

10-4

10-3

10-3

10-1

1

1.15*10-4

1.3887*10-3

7.233*10-6

8.679*10-5

(Унция силы)*фут это:

8.47*10-2

8.4738

84.7386

8.474*10-5

8473.8624

847386.24

8473862.4

8.641*10-3

8.64*10-1

8.6409

8.6409

864.0934

8640.9348

1

12

6.249*10-2

7.499*10-1

(Унция силы)*дюйм это:

7*10-3

7.061*10-1

7.0615

7.062*10-6

706.1552

70615.52

706155.2

7.2*10-4

7.2*10-2

7.2*10-1

7.2*10-1

72.0077

720.077906319

8.3*10-2

1

5.2083*10-3

6.2499*10-2

(Фунт силы)*фут это:

1.3558

135.5818

1355.818

1.35*10-3

135581.8

13558180

135581800

1.382*10-1

13.8254

138.2549

138.2549

13825.4959

138254.9596

16.000000189

192.000002266

1

12

(Фунт силы)*дюйм это:

1.129*10-1

11.2984

112.9848

1.129*10-4

11298.48

1129848.3

11298483.3

1.152*10-2

1.1521

11.5212

11.5212

1152.1246

11521.2466

1.333

16.000000189

8.33*10-2

1




Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу.
TehTab.ru

Реклама, сотрудничество: [email protected]

Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями.

В чем измеряется крутящий момент двигателя?

Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.

В чем выражается крутящий момент?

Она выражается в Ньютонметрах (1 Нм равен силе в 1 ньютон, умноженной на рычаг в 1 метр). Чем длиннее рычаги, тем больше тяги выдает мотор. Если у мотора высокий крутящий момент, то колеса за единицу времени раскручиваются быстрее.

Какой крутящий момент лучше?

Чем выше крутящий момент, тем быстрее ускоряется автомобиль и тем больше у него тяга. Крутящий момент также зависит от количества оборотов коленчатого вала двигателя в минуту. … Чем ниже эти числа, тем раньше достигается пик крутящего момента, что также влияет на разгон.

Что такое лошадиные силы и крутящий момент?

Мощность, которую производит двигатель, называется лошадиная сила. … При этом динамометр измеряет эффективный крутящий момент двигателя. В автомобиле крутящий момент измеряется на различных скоростях вращения двигателя, или оборотах в минуту (об/мин).

Что такое Нм крутящего момента?

Сила измеряется в ньютонах, рычаг – в метрах. 1 Нмкрутящий момент, который создает сила в 1 Н, приложенная к концу рычага длиной 1 м. … Выходит, что главная характеристика двигателя – величина крутящего момента на коленчатом валу.

Как лошадиные силы влияют на скорость?

Дело в том, что интенсивность разгона автомобиля определяют не лошадиные силы, а ньютон-метры. И чем шире диапазон, в котором силовой агрегат производит максимум тяги, тем удобнее на такой машине перемещаться по городу: автомобиль легко трогается с места и набирает ход.

Как перевести кубические метры в лошадиные силы?

Например, если ваш двигатель имеет мощность 150 лошадиных сил, умножьте 150 x 16 = 2400 куб. Эта цифра представляет мощность вашего двигателя в кубических сантиметрах.

Как найти крутящий момент через мощность?

Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле: МОЩНОСТЬ в Л. с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252.

Что такое 1 ньютон на метр?

Ньютонметр (русское обозначение Н·м; международное: N·m) — единица измерения момента силы в Международной системе единиц (СИ).

Что такое крутящий момент и как измеряется?

Крутящий момент — это векторная величина, равная произведению радиус-вектора, проведенного от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. … Крутящий момент имеет размерность сила на расстояние. В СИ крутящий момент измеряется в ньютон-метрах.

Определение понятия крутящего момента двигателя

20

При выборе автомобиля люди смотрят на разные характеристики, и часто делают упор на описываемые характеристики. Эти два понятия очень взаимосвязаны, но в зависимости от ситуации (предназначение автомобиля) имеют разное значение. Поэтому необходимо не только знать, что такое крутящий момент двигателя автомобиля, но и на что он оказывает влияние.

Что такое крутящий момент двигателя

Крутящим моментом характеризуется способность транспортного средства ускоряться. Этот параметр указывает на потенциал машины, то есть как хорошо она сможет делать работу. Простыми словами крутящий момент двигателя что это такое – это произведение двух величин: плеча рычага и силы. Крутящий момент существует всегда, даже когда авто не движется, а буксует. Коленвал крутится, поршни двигаются, топливо преобразуется в энергию, но машина не едет. Мощности нет, а крутящий момент есть. Но всё равно два эти показатели зависимы друг от друга и должны учитываться в одинаковой степени.

Есть зависимость двух параметров от объема движка, а также давления в цилиндрах. Но максимум значения момента и мощности будут различными. Крутящий момент всегда главенствует над мощностью, при указании в характеристиках низких оборотов. А вот если прописано, что предел достигается на оборотах от 5000 в минуту, то будет больше мощность двигателя.

В чем измеряется

Единица измерения данной величины – Ньютон на метр. Формула выглядит так: M=F*r, где F – сила вращения коленвала, а r – длина рычага. И с мощностью этот параметр никак не спутать, ведь это работа, производимая за единицу времени. Если раньше это были лошадиные силы, то теперь мощность автомобилей измеряют в кВт.

От чего зависит максимальный крутящий момент двигателя

Чтобы разобраться, что же такое максимальный крутящий момент двигателя автомобиля и от чего он зависит, необходимо вспомнить еще и про количество оборотов коленного вала. Если автомобиль имеет большой крутящий момент на большом диапазоне оборотов, то это хорошо для машины и ее владельца. Тогда и добиться максимальной мощности водитель сможет быстрее.

Так от чего же зависит крутящий момент двигателя автомобиля? Двигатель имеет разную мощность на разных оборотах, поэтому в его характеристиках указывается значение, при котором он может как можно быстрее получить максимум мощности. На это и указывает в данном случае крутящий момент.

При высоких оборотах и нажатии газа до упора увеличивается скорость прохождения воздуха. И у этого процесса есть свой максимум, при достижении которого мощность начнет падать. Поэтому максимальный крутящий момент указывается для оборотов, при которых двигатель максимально наполнен воздухом и повышено давление в выхлопной трубе.

Оптимальнее всего, когда пик крутящего момента наступает рано, а мощности – поздно, тогда у машины больше возможностей. Идеальным примером служит электродвигатель – у него тяга приближена к максимальной практически с самого начала, а потому мощность быстро растет.

На что оказывает влияние

От описываемого параметрам зависит то, насколько быстро машина разовьёт свою максимальную мощность, которую в неё заложил производитель. Достаточно просто это можно объяснить на примерах, когда крутящий момент на максимуме при разных оборотах:

  • На низких (до 2000) – этот вариант для езды по бездорожью, разгон быстрый и машина способна легко выйти даже из трясины.
  • На средних (от 2000 до 4000) – такие автомобили подходят для городской езды. Легко стартуют после светофора и быстро набирают скорость.
  • На высоких (от 4000) – такие автомобили используют в гонках на специальных трассах. Не нужно преодолевать препятствия, и важно все время поддерживать максимальную скорость.

Но лучше всего при высоком крутящем моменте на большом диапазоне, ведь это универсальное транспортное средство, которое не увязнет в болоте и будет хорошо себя показывать в городе.

Что такое мощность двигателя

Мощность – это величина, измеряемая в Вт (для удобства переводится в кВт), и показывающая, работу, которую успеет проделать двигатель за секунду (общепринятая единица времени). Чем больше указана мощность в характеристиках, тем большую скорость способно развить транспортное средство.

Раньше можно было услышать восторженные возгласы мужчины «У нее 300 лошадок, представь, какая быстрая». Одна лошадиная сила – это 0,736 кВт. Максимальная мощность у разных видов автомобилей достигается при разных оборотах: у дизелей – на 3000-4000 об/мин., а у бензиновых двигателей – на 5000-6000 об/мин.

Какая роль крутящего момента и мощности двигателя

Эти показатели с учетом оборотов указывают на то, как быстро машина разовьёт максимальную скорость, и каковы эти цифры. Нужно понимать, что эти две величины взаимосвязаны и неразрывны. Высокая мощность позволит добиться максимальной скорости. Но потенциал двигателя не будет реализован, если крутящий момент низкий.

Если смотреть только на один из параметров, то абсолютно не понятно, чего ждать от машины, и где лучше она себя проявит. Большинство автомобилистов делают упор на мощь, так как думают, что это позволит выжимать максимум из мотора, легко стартовать и долго ездить на пределе. Но ведь по факту это математическая величина, которая высчитывается и напрямую зависит от момента. Чем больше он, тем лучше, ведь тогда на указанных оборотах владелец авто увидит максимум по мощности и скорости.

Что важнее

Тут нельзя ответить однозначно, так как даже измерить эти величины независимо друг от друга невозможно. Поэтому человек должен выбирать исходя из собственных потребностей. Для сравнения – два автомобиля с одинаковой мощностью. Выбирать тогда лучше транспорт более «моментный», причем, чем шире диапазон, тем лучше. Особенно это актуально для владельцев механики. Ведь здесь важнее постоянно двигаться на максимуме, а тяговитость не будет иметь преимущества. Тогда и ускоряться без переключения коробки передач будет значительно проще.

Но если различия в характеристиках у двух машин существенны, и водителю важно, какая скорость будет на пределе, то тогда ориентируйтесь на мощность. Смотрите, чтобы крутящий момент был не на низких оборотах, иначе это не даст машине «проявить себя во всю».

Измерение крутящего момента | Как измерить крутящий момент?

Как различные типы датчиков крутящего момента используются для измерения крутящего момента и каковы различия между ними? Мы излагаем наиболее важные факты в этом подробном введении в датчики крутящего момента для измерения крутящего момента.


Датчики измерения крутящего момента , изготовленные в США компанией FUTEK Advanced Sensor Technology (FUTEK), ведущим производителем, производящим широкий выбор датчиков крутящего момента с использованием одной из самых передовых технологий в сенсорной промышленности: технология тензодатчиков из металлической фольги .Он определяется как преобразователь, используемый для измерения крутящего момента (определение крутящего момента), который преобразует входной механический крутящий момент в электрический выходной сигнал. Датчики кручения также широко известны как датчик крутящего момента , датчик крутящего момента , тестер крутящего момента, датчик крутящего момента или датчик момента . Существует два основных типа датчиков крутящего момента: датчики крутящего момента Reaction или датчики вращательного крутящего момента.

Что такое датчик измерения крутящего момента?

По определению, датчик измерения крутящего момента представляет собой тип преобразователя, в частности датчик крутящего момента  , который преобразует измерение крутящего момента (реакцию, динамическое или вращательное) в другую физическую переменную, в данном случае в электрический сигнал, который можно измерить, преобразовать и стандартизированы.Когда крутящий момент, приложенный к датчику, увеличивается, электрический выходной сигнал изменяется пропорционально (детектор крутящего момента). Датчики крутящего момента являются одним из устройств измерения силы и инструмента для измерения крутящего момента, на котором специализируется компания FUTEK.

Рис. 1: Датчик реактивного момента на основе тензодатчика.

Какие существуют типы датчиков измерения крутящего момента?

Существует две основные категории датчиков кручения: датчик вращательного момента и датчик реактивного момента. Таким образом, датчик реакции измеряет стационарный крутящий момент (статический или не вращательный) , а вращательный крутящий момент измеряет крутящий момент (датчик динамического крутящего момента) .

Понимание области применения и определение требований являются важной частью выбора правильного датчика крутящего момента.

Датчики вращательного момента (динамический или вращательный момент)

Датчики вращения (или тестер динамического крутящего момента) используются в тех случаях, когда необходимо измерить крутящий момент на вращающемся валу, двигателе или стационарном двигателе. В этом случае преобразователь должен вращаться на одной линии с прикрепленным к валу. Преобразователь крутящего момента оснащен контактным кольцом или беспроводной электроникой для передачи сигнала крутящего момента во время вращения (бесконтактный датчик).

Преобразователи крутящего момента часто используются в качестве инструментов для тестирования/аудита двигателей, инструментов для измерения крутящего момента, турбин и генераторов для измерения крутящего момента . Датчик крутящего момента между валами также можно использовать для управления с обратной связью, контроля крутящего момента и анализа эффективности испытательных стендов, а также для измерения крутящего момента вращающегося вала с помощью тензодатчика (например, анализатора крутящего момента).

Как измерить крутящий момент двигателя? Измерение крутящего момента (также известное как измерение крутящего момента) соединено между двигателем и нагрузкой.Когда вал вращается, датчик кручения измеряет крутящий момент, создаваемый двигателем в ответ на нагрузку, приложенную к вращающемуся валу. Некоторые датчики вращения оснащены встроенными энкодерами. Эти энкодеры измеряют угол/скорость, полученные во время теста. Измерения скручивания можно успешно контролировать на локальном цифровом дисплее (также известном как индикатор датчика крутящего момента), таком как дисплей для монтажа на панель, портативный дисплей, подключенный к ПЛК или передаваемый в потоковом режиме на ПК с помощью цифрового USB-прибора (т. е. цифрового датчика крутящего момента). .

Рис. 2: Вращающийся датчик крутящего момента.

Вращающийся преобразователь крутящего момента также является важной частью динамометра (или для краткости динамометра), поскольку он обеспечивает измерение крутящего момента и угловой скорости ( об/мин ) для легкого расчета выходной мощности , что позволяет точно рассчитать мощность , что позволяет точно рассчитать мощность . мощности двигателя или двигателя в кВт или л.с., а также его электромеханический КПД .

Датчики реактивного момента (статические)

В некоторых приложениях измерение крутящего момента, выполненное с помощью встроенного датчика вращения, может быть измерено в точке, где крутящий момент передается на землю с помощью датчика реактивного крутящего момента ( измерение статического крутящего момента ).

Датчик реакции на кручение  (не датчики смещения LVDT) имеет два монтажных фланца (датчик с фланцем на фланец). Одна сторона прикреплена к земле или жесткому конструктивному элементу, а другая — к вращающемуся валу или вращающемуся элементу. Вращение создает силы сдвига между фланцами, которые улавливаются тензорезисторами из фольги, прикрепленными к сенсорным балкам, и преобразуются в электрический ток с помощью моста Уитстона.

Как измерить крутящий момент двигателя постоянного тока? Для данного приложения, т.е.е. измерение крутящего момента двигателя, датчик реакции (также известный как датчик момента) часто менее сложен и, следовательно, дешевле, чем датчик вращения. Реактивные датчики крутящего момента часто используются в качестве инструмента для калибровки крутящего момента или инструмента для калибровки динамометрического ключа. Датчики реактивного крутящего момента также можно использовать в качестве миниатюрных электрических динамометрических отверток, что позволяет инженерам собирать информацию о крутящем моменте в режиме реального времени и/или изучать крутящий момент, приложенный во время сборки. Автомобильная промышленность использует датчики крутящего момента рулевого управления для валидации и проверки систем управления по проводам, а также другие приложения автомобильных датчиков (автомобильные датчики).FUTEK также изготавливает легкие низкопрофильные встроенные высокоточные датчики крутящего момента с гармонической волной деформации для замкнутой обратной связи с высокой гибкостью геометрии и конструкции.

Рис. 3: Датчик момента реакции.

Как работает датчик крутящего момента?

Как измерить крутящий момент? Во-первых, нам необходимо понять физику и материаловедение, лежащие в основе принципа работы датчика крутящего момента , который представляет собой тензодатчик (он же тензодатчик ).Тензорезистор из металлической фольги представляет собой датчик силы, электрическое сопротивление которого изменяется в зависимости от приложенной силы. Другими словами, он преобразует деформацию, полученную от силы, давления (также называемые промышленными датчиками давления для измерения давления), напряжения, сжатия, крутящего момента, веса (также известные как датчики веса) и т. д.… в изменение электрического сопротивления, которое затем можно стандартизировать для измерение крутящего момента.

Рис. 4: Тензодатчик из металлической фольги. Источник: ScienceDirect

Конструктивно датчик реактивного кручения состоит из металлического корпуса (также называемого изгибом), к которому прикреплены фольга тензорезисторов .Корпус датчика обычно изготавливается из алюминия или нержавеющей стали, что придает преобразователю две важные характеристики: (1) обеспечивает прочность, позволяющую выдерживать высокие крутящие моменты; и (2) обладает эластичностью для минимальной деформации и возврата к своей первоначальной форме при снятии крутящего момента.

При приложении крутящего момента ( по часовой стрелке или против часовой стрелки ) металлический корпус действует как «пружина» и слегка деформируется, и, если он не перегружен, возвращается к своей первоначальной форме. По мере деформации изгиба тензорезистор также меняет свою форму и, следовательно, свое электрическое сопротивление, что создает изменение дифференциального напряжения через схему моста Уитстона .Таким образом, изменение напряжения пропорционально крутящему моменту, приложенному к датчику, который можно рассчитать по выходному напряжению цепи датчика крутящего момента.

В Rotary Torque Sensor тензодатчик прикреплен к вращающемуся валу , который слегка деформируется при приложении крутящего момента. Прогиб вала вызывает напряжение в тензодатчике, которое изменяет его сопротивление. Комбинация тензодатчиков (обычно 4) включена в электрическую цепь, мостовой усилитель Уитстона, который преобразует изменения сопротивления в выходное напряжение, которое можно калибровать и измерять.

Рис. 5: Тензодатчик на вращающемся валу. Источник: вебинар FUTEK на Youtube.

Датчики крутящего момента предназначены для измерения крутящего момента вращающегося вала . Таким образом, необходима передача мощности на тензометрический мост, а также средство для приема сигнала от вращающегося измерителя крутящего момента или вала. Этого можно добиться с помощью контактных колец, беспроводной телеметрии или вращающихся трансформаторов. Опционально датчики могут также встраивать энкодер для измерения угла или скорости .

Рис. 6: Датчик вращательного момента и его внутренние компоненты. Источник: Вебинар FUTEK на YouTube.

Датчики должны быть тщательно спроектированы с целью устранения внеосевых нагрузок (также называемых боковыми нагрузками или посторонними моментами) и должны быть чувствительны только к нагрузке крутящего момента против часовой стрелки и против часовой стрелки. Выходной сигнал датчика является функцией силы и расстояния (T=F x d) и обычно выражается в дюйм-фунтах (дюйм-фунтах), фут-фунтах (фут-фунтах) или ньютон-метрах (Нм).

Для получения дополнительной информации посмотрите наш веб-семинар о том, как работают датчики крутящего момента.

Как выбрать датчик крутящего момента для вашего приложения?

Мы часто слышим вопрос: «Какой датчик подходит для моего приложения?» Причина, по которой его так часто спрашивают, заключается в том, что ориентироваться в различных предложениях датчиков на рынке может быть сложно. Таким образом, будь то небольшой датчик крутящего момента или датчики крутящего момента большой емкости (не струнный потенциометр), обязательно выполните следующие шаги для выбора датчика крутящего момента подходящего размера.

Чтобы помочь вам выбрать датчик крутящего момента, компания FUTEK разработала простое руководство, состоящее из 4 шагов.Вот проблеск, чтобы помочь вам сузить свой выбор. Ознакомьтесь с полным руководством «Как выбрать датчик крутящего момента» для получения дополнительной информации.

  • Шаг 1: Изучите свое приложение и то, что вы хотите измерять или контролировать . Во-первых, разберитесь со своим приложением и определите тип крутящего момента, который вы хотите измерить — реактивный крутящий момент или вращательный крутящий момент? А также какая окружающая среда (температура, давление, влажность). Для приложения могут потребоваться подводные датчики крутящего момента в сочетании с датчиком давления.Датчики крутящего момента широко используются в автомобильной промышленности для испытаний и проверки продукции (автомобильные датчики крутящего момента).
  • Шаг 2 : Определите характеристики монтажа датчика и его сборки. Как вы будете монтировать датчик? (Фланец к фланцу, квадратный хвостовик, вал к валу, шестигранный привод и т. д.) Будете ли вы использовать это по часовой стрелке, против часовой стрелки или оба?
  • Шаг 3 : Определите минимальную и максимальную емкость и основные требования. Перед выбором грузоподъемности обязательно выберите грузоподъемность, превышающую максимальный рабочий крутящий момент, и определите все внешние нагрузки (боковые или нецентральные нагрузки) и моменты времени. Кроме того, какие у вас максимальные обороты требуются? Вам нужно измерить скорость и угловое положение?
  • Шаг 4: Определите тип вывода, который требуется вашему приложению. Некоторые датчики выдают сигнал мВ/В, который можно подключить к усилителю до ±10 В постоянного тока, в то время как другие бесконтактные датчики вращения обеспечивают выходной сигнал ±5 В постоянного тока.Итак, если вашему ПЛК или DAQ требуется аналоговый выход, цифровой выход или последовательная связь, вам понадобится усилитель датчика крутящего момента или формирователь сигналов. Убедитесь, что выбран правильный тензометрический усилитель, а также откалибрована вся измерительная система (датчик + формирователь сигналов). Это готовое решение обеспечивает большую совместимость и точность всей системы измерения крутящего момента.

ПРИМЕЧАНИЕ. В некоторых специальных случаях измерение крутящего момента может выполняться с помощью тензодатчика.

 

Что такое датчик крутящего момента? Как это работает?

Датчик вращательного момента TRH605 с универсальным усилителем USB520

FUTEK имеет специальные типы универсальных модулей формирования сигналов, которые поддерживают широкий диапазон входных сигналов датчиков, таких как входы ± 10 В постоянного тока, 0-20 мА, ± 400 мВ/В и входы типа импульсов энкодера TTL. Универсальный USB-модуль формирователя сигналов USB520 может работать в паре с датчиками различных типов и устраняет необходимость во внешнем источнике питания для датчиков и оборудования отображения.Питание модуля осуществляется от ПК через USB-кабель, обеспечивающий напряжение возбуждения 5-24 В постоянного тока на датчик и одновременно 5 В постоянного тока на энкодеры.

Для получения более подробной информации о нашем 4-этапном руководстве, пожалуйста, посетите наше полное руководство «Как выбрать датчик крутящего момента».

 

 

 

 

Как измерить крутящий момент? | Dewesoft

Автор Грант Малой Смит, эксперт по сбору данных

В этой статье вы узнаете об обработке сигналов достаточно подробно, чтобы:

  • Понять какой крутящий момент на верхнем уровне
  • Узнайте , как измеряется крутящий момент
  • См. , как работает измерение крутящего момента в приложениях сбора данных

Что такое крутящий момент?

Если вы помните из урока физики, сила — это ввод, который изменяет движение объекта во времени.Например, простая линейная сила может толкать (или тянуть) массу в состоянии покоя, изменяя ее скорость, ускоряя ее с течением времени. Крутящий момент — это сила, которая заставляет объект вращаться вокруг оси вращения. Таким образом, крутящий момент является «крутящей силой», также известной как вращательная сила .

Наиболее очевидным примером крутящего момента является карданный вал вашего автомобиля. Величина крутящего момента, который двигатель может генерировать на этом валу, определяет способность автомобиля выполнять работу. Крутящий момент — это вектор, то есть он действует в определенном направлении.

Крутящий момент — это «крутящая сила», предназначенная для вращения или поворота приводного вала, винта, болта или колеса.


Представление скручивающей силы

Крутящий момент также может называться моментом или моментом силы . Крутящий момент обычно обозначается символом $τ$ (греческая строчная буква «t»). Производная единица СИ для крутящего момента (момент силы) равна $N\cdot m$ (ньютон-метры).

В США крутящий момент часто выражается в футо-фунтах ($ft/lbs$).Чтобы преобразовать $N\cdot m$ в $ft/lbs$, просто разделите значение $N\cdot m$ на 1,356.


Старшина 2-го класса Джеймс Р. Эванс осматривает приводной вал заднего винта вертолета ВМС США, общественное достояние, через Wikimedia Commons

Зачем нам измерять крутящий момент?

Измерение механического крутящего момента вращающихся валов необходимо при проектировании, вводе в эксплуатацию и устранении неисправностей всех видов машин. Знание истинного механического крутящего момента вала, гребного винта или другого вращающегося элемента — единственный способ убедиться, что он соответствует своим спецификациям.

В некоторых приложениях очень важно всегда знать, какой крутящий момент, чтобы защититься от потенциально опасного избыточного крутящего момента, который может привести к повреждению или отказу системы. Измерение крутящего момента является важной частью профилактического обслуживания.

Каковы основные типы крутящего момента?

Существует два вида крутящего момента: вращательный крутящий момент и реактивный крутящий момент:

  • Вращательный крутящий момент также известный как вращательный или динамический крутящий момент
  • Момент реакции также известный как стационарный или статический крутящий момент

Вращательный (иначе вращательный или динамический) крутящий момент

Такие объекты, как валы, турбины и колеса, которые многократно (или бесконечно) вращаются вокруг оси, обладают вращательным или «вращательным» крутящим моментом.

Реактивный (стационарный или статический) крутящий момент

Статическая сила, приложенная к объекту, называется реакцией или стационарным крутящим моментом. Например, когда вы надеваете гаечный ключ на болт, а затем пытаетесь его затянуть, вы прикладываете к нему реактивный крутящий момент. Даже если болт не поворачивается сильно или вообще не поворачивается, реактивный крутящий момент все равно присутствует. В этом случае крутящий момент измеряется менее чем за один оборот.

Как измеряется крутящий момент?

Крутящий момент можно измерять косвенно и напрямую.Если вы знаете КПД двигателя и скорость вращения вала, вы можете использовать измеритель мощности для оценки крутящего момента. Это косвенный способ измерения крутящего момента.

Лучшим и более точным способом измерения крутящего момента является прямой метод с использованием датчиков реактивного крутящего момента или датчиков вращательного крутящего момента. В чем разница?

Реактивные (статические) датчики крутящего момента

Torquemaster, CC BY-SA 3.0, через Wikimedia Commons

Датчик реактивного момента измеряет статический или не вращательный момент.

Хорошим примером датчика реактивного крутящего момента является динамометрический ключ. Этот инструмент используется для обеспечения того, чтобы к болту, гайке или другому крепежному элементу прикладывался правильный крутящий момент. Основание ключа имеет регулировку для желаемой величины крутящего момента, и когда оператор прикладывает усилие, при достижении правильного крутящего момента раздается слышимый щелчок. Их часто называют динамометрическими ключами с «щелчком», и они предлагают несколько регулируемых уставок.

Цифровые динамометрические ключи оснащены игольчатым манометром или цифровым дисплеем, показывающим приложенный крутящий момент.Некоторые электронные модели, особенно предназначенные для работы на заводе, имеют память, в которой хранится каждая операция для документирования и контроля качества.

Для простой демонстрации того, как использовать динамометрический ключ с защелкой, см. это видео:

В датчиках реактивного крутящего момента

для измерения крутящего момента используется либо пьезоэлектрический датчик на основе кварца, либо тензометрический датчик. Существует множество типов и вариаций динамометрических ключей и динамометрических отверток.

Датчики вращательного (динамического) крутящего момента

Датчик крутящего момента представляет собой преобразователь, который преобразует крутящий момент в выходной сигнал, который мы можем измерить, отобразить, проанализировать и сохранить. Преобразователи крутящего момента используются на стендах для испытаний крутящего момента двигателей, испытаний двигателей внутреннего сгорания, испытаний электродвигателей, карданных валов, турбин, генераторов и т. д.

Существуют как прямые, так и косвенные методы измерения крутящего момента.

Косвенные методы измерения крутящего момента могут быть дешевле и проще в реализации на существующем валу, но они не так точны, как прямое измерение крутящего момента.Если вы знаете КПД двигателя и можете измерить скорость его вала и потребляемый ток, вы можете таким образом оценить крутящий момент.

Методы прямого измерения крутящего момента более точны, чем косвенные методы. Большинство из них предполагают использование тензорезистора, установленного на приводном валу. Этот датчик непосредственно измеряет силу скручивания на самом валу.


Тензодатчики, прикрепленные к приводному валу. Приложение вращательной силы заставляет вал скручиваться.

Когда вал вращается двигателем, он будет слегка крутиться. Из-за жесткости стали скручивание невозможно увидеть невооруженным глазом, но его можно обнаружить тензорезисторами, приклеенными к валу. Система из четырех датчиков включает мост Уитстона, выход которого уравновешен и обусловлен системой измерения вращательного момента.

Выходной сигнал этого тензорезистора может быть напрямую подключен (если возможно) или телеметрирован по беспроводной сети к измерению крутящего момента или DAQ (сбору данных) 

Типовая система измерения крутящего момента

Внутри самого датчика вращательного момента выходные сигналы тензометрических датчиков, установленных на валу, направляются в электронику с помощью токосъемного кольца (тензометрические датчики должны быть запитаны).В качестве альтернативы можно использовать бесщеточное или индуктивное подключение датчика, обеспечивающее более высокие скорости и меньший физический износ, что приводит к меньшему техническому обслуживанию в долгосрочной перспективе. Угол и число оборотов также можно измерять бесконтактно.

Системы сбора данных

от Dewesoft идеально подходят для измерения всех физических параметров, включая крутящий момент. Они обеспечивают изолированное преобразование сигнала, что обеспечивает сбор данных с низким уровнем шума и высокой точностью. Они также обеспечивают входы высокоскоростного счетчика/об/мин/энкодера, которые идеально подходят для одновременного измерения скорости, угла и положения вала.В системах сбора данных Dewesoft данные аналоговых и цифровых счетчиков точно синхронизированы, что важно для любого приложения, но особенно при проведении испытаний на вращательную и крутильную вибрацию. Подробнее об этом в следующем разделе.

Результаты испытаний на крутильную и вращательную вибрацию DewesoftX

Стационарные системы измерения вращательного момента

В системе, показанной выше, датчик крутящего момента устанавливается между двигателем и тормозом с помощью муфт с каждой стороны.Вал, проходящий через датчик, оснащен тензометрическим датчиком, который измеряет силу скручивания на валу. Выходной сигнал этого сигнала обрабатывается и отправляется в измерительную систему DAQ (сбор данных) или просто на цифровой дисплей или в систему аварийной сигнализации, если требуется мониторинг, но не запись данных.

Датчики крутящего момента

дополнительно могут быть оснащены энкодером, который очень точно выводит скорость и угол вала. Эти выходные данные используются для изучения крутильных и вращательных колебаний.Измерение скорости и угловые выходы необходимы в динамометрических приложениях, где они используются для расчета выходной мощности (выраженной в $HP$ или $Kw$) и КПД двигателя.

Временно установленные системы измерения вращательного момента

Для измерения непостоянного крутящего момента тензометрические датчики могут быть установлены непосредственно на приводной вал. Небольшой интерфейс с батарейным питанием питает датчики и по беспроводной связи передает данные на ближайший процессор, откуда их можно записывать, отображать и анализировать с помощью системы сбора данных.

Беспроводной датчик крутящего момента. Изображение предоставлено Parker-LORD MicroStrain Sensing

Беспроводные датчики

от Parker-Lord совместимы с программным обеспечением DewesoftX DAQ и поэтому могут быть интегрированы в системы сбора данных любого масштаба, от одного канала до сотен распределенных каналов.

Приложения для анализа заказов

Вибрация при кручении является причиной выхода из строя вращающихся валов. Анализ вращательных и крутильных колебаний является важным инструментом для поиска и устранения неисправностей валов, коленчатых валов, зубчатых передач в автомобильной, промышленной и энергетической промышленности.

Что такое крутильная вибрация?

Крутильные колебания представляют собой угловые колебания объекта, обычно вала, вдоль его оси вращения. Это механические вибрации, вызванные переменными во времени крутящими моментами, которые накладываются на постоянную скорость вращения вращающегося вала. В автомобильной технике крутильные колебания в первую очередь вызываются колебаниями выходной мощности двигателя.

Крутильные колебания оцениваются как изменение скорости вращения в пределах цикла вращения.Колебания оборотов обычно вызваны неравномерным крутящим моментом или переменной нагрузкой.

Что такое вращательная вибрация?

Вибрация вращения — это просто динамическая составляющая скорости вращения. Если мы измерим скорость вращения вала с высокой точностью, мы заметим, что мы получаем большое отклонение скорости вращения в некоторых областях разгона. Это вызвано тем, что угловая вибрация пересекает собственную угловую частоту вала. Рассчитывается путем отсечения постоянной составляющей скорости вращения или угла поворота

На уровень крутильных колебаний влияет ряд параметров, таких как свойства материала и условия эксплуатации, такие как температура, нагрузка, число оборотов и т. д.

Как измерить вращательную и крутильную вибрацию

В этом коротком видеоролике представлены базовые сведения о том, как выполнять эти важные измерения, включая базовую теорию и практические преимущества.


Посмотрите это короткое видео о том, как измерять крутильные и вращательные вибрации

Решение DewesoftX для крутильных колебаний автоматически рассчитывает несколько различных параметров:

  • Угол поворота: отфильтрованное значение угла вибрации
  • Скорость вращения: отфильтрованное значение вибрации скорости
  • Угол кручения: динамический угол кручения, который представляет собой разницу углов между датчиком 1 и датчиком 2
  • Скорость кручения: разница угловых скоростей между датчиком 1 и датчиком 2
  • Опорный угол оси X: опорный угол, который всегда составляет от 0 до 360 и может использоваться в качестве опорного в диаграммах X-Y, основанных на угле
  • Частота: в единицах об/мин

Расчеты могут выполняться онлайн в режиме реального времени или в автономном режиме на основе сохраненных данных RAW.

Дополнительная информация:

Резюме

Датчики крутящего момента

используются в сотнях приложений практически во всех отраслях промышленности. Датчики реактивного крутящего момента используются в динамометрических ключах и других инструментах для тысяч применений в каждой отрасли.

В автомобильной промышленности датчики крутящего момента используются на стендах для испытаний двигателей, динамометрах, испытательных стендах и стендах для испытаний на выносливость. Но это только начало их использования.Они также используются для испытаний промышленных кондиционеров, крупногабаритных кормушек для скота и птицы, роботизированного спортивного, сборочного и медицинского оборудования, испытаний электроэнергии и многого другого.

Крутящий момент является важным измерением во многих областях и приложениях. К счастью, есть датчики и преобразователи для ее измерения, а также системы сбора данных для ее отображения, записи и анализа.

Измерение крутящего момента – обзор

3.1 Намагниченность и магнитокристаллическая анизотропия

Для анализа температурных зависимостей намагниченности и коэрцитивной силы постоянных магнитов необходима информация о температурной зависимости намагниченности насыщения, константах магнитокристаллической анизотропии и полях анизотропии.Имелось несколько сообщений о магнитных измерениях монокристаллических соединений R 2 Fe 14 B (Givord et al., 1984; Hirosawa et al., 1986; Hiroyoshi et al., 1985, 1987; Kajiwara et al. , 1987; Кидо и др., 1987; Мушников и др., 2007; Ямада и др., 1987а,б). Эти измерения показали, что существует значительная анизотропия намагниченности насыщения в соединениях R 2 Fe 14 B даже при комнатной температуре, тогда как намагниченность Y 2 Fe 14 B почти изотропна.Такая большая анизотропия намагниченности насыщения была предсказана Калленом и Калленом (1960) и не является неожиданной особенностью соединения с большой магнитокристаллической анизотропией. Однако соединения R 2 Fe 14 B имеют несколько позиций R и Fe, а именно две позиции (4f и 4g) для R и шесть позиций (4c, 4e, 8j 1 , 8j 2 , 16k 1 и 16k 2 ) для Fe. Атомная модель тетрагонального Nd 2 Fe 14 B представлена ​​на рис.5. Кривые намагничивания с жесткой осью соединений R 2 Fe 14 B не линейны с магнитным полем, и процесс намагничивания первого порядка (FOMP) наблюдался в Pr 2 Fe 14 B и Nd 2 . Fe 14 B при криогенных температурах. Это поведение было описано с использованием теоретических рамок модели одноионной анизотропии и приближения молекулярного поля с аналогичным набором значений параметров кристаллического электрического поля для всего ряда соединений типа Nd 2 Fe 14 B (Yamada et al. др., 1988). Магнетизм соединений типа Nd 2 Fe 14 B можно описать как сумму вкладов подрешеток Fe и редкоземельных элементов. Для аппроксимации магнитных свойств псевдодвойной системы (R A 1 —  x R B x ) 2 Fe 14 B соединение, соединение R A 2 Fe 14 B и R B 2 Fe 14 B можно рассматривать, за исключением сложных случаев, включающих FOMP, спиновые переориентационные переходы и неколлинеарные магнитные подрешетки.Для быстрой оценки магнитных свойств смешанных кристаллов в табл. 2 приведена таблица намагниченности и поля анизотропии соединений R 2 Fe 14 B.

Рис. 5. Атомная модель тетрагонального Nd 2 Fe 14 B. Обратите внимание, что этот рисунок содержит 2 × 2 × 2 = 8 элементарных ячеек Nd 2 Fe 14 B.

B Магнитные соединения при трех различных температурах 4.2, 300 и 473 K

90 и 473 K

(NM)

C (NM) C (NM) T C (K) (T) K 1 (MJ / M 3 ) 1 2 3 + 91 034

1, Hirosawa и др.(1986); 2, Синнема и др. (1984); 3, Сагава и др. (1987а,б); 4, Grössinger et al. (1988).

Расхождение с простым средним может возникнуть, когда имеет место значительное распределение редкоземельных элементов между двумя редкоземельными позициями (4f и 4g) или когда проявляется неколлинеарный подрешеточный магнетизм при низких температурах. Что касается первого, теоретические расчеты с использованием метода линейных присоединенных плоских волн и орбитального метода маффин-тин (LAPW-MTO) показали, что такие предпочтительные заселения Dy и Tb на 4f-узлах будут происходить с выигрышем в энергии 63 и 49 мэВ/атом для Dy и Tb соответственно (Liu and Altounian, 2012).Ранний анализ с использованием измерений дифракции нейтронов на порошке предполагал такое предпочтительное заселение Dy в позиции 4f (Yelon, 1986). Поскольку основной параметр кристаллического поля A 2 0 r 2 〉, оцененный из недавних расчетов из первых принципов, больше по абсолютной величине в позиции 4f, чем в позиции 4g (Мория и др., 2009), , такое предпочтительное заселение Tb или Dy в положении 4f было бы полезным для улучшения магнитокристаллической анизотропии соединения Nd 2 Fe 14 B-типа.

Тот факт, что намагниченность насыщения анизотропна в соединениях R 2 Fe 14 B, делает эмпирическое определение энергии анизотропии по кривым намагничивания с жесткой осью несколько неоднозначным. Хотя энергия магнитной анизотропии может быть получена из измерений крутящего момента, огромная энергия анизотропии затрудняет насыщенное измерение магнитного крутящего момента. Из-за этих трудностей существуют некоторые расхождения между сообщаемыми значениями констант анизотропии и полей анизотропии.Однако, несмотря на эту ситуацию, стоит попытаться скомпилировать сообщаемые значения этих важных свойств. Измерения ненасыщенного крутящего момента и константы анизотропии, полученные от Yamada et al. (1987a,b) показали большие значения членов высокого порядка в формуле разложения энергии магнитокристаллической анизотропии для тетрагональной симметрии в виде 1′)EA=K1sin2θ+K2+K2′cos4φsin4θ+K3+K3′cos4φsin6θ,

, где θ – угол магнитного поля, отсчитываемый от главной оси [001], а φ – угол проекции намагниченности на базисной плоскости (001), отсчитываемой от оси четвертого порядка [100].Во многих измерениях членом sin 6 θ пренебрегают. Для Nd 2 Fe 14 B намагниченность вращается в плоскости (110) ниже примерно 135 К, так что φ  =  π /4, а крутящий момент, измеренный на монокристаллическом диске, вырезанном параллельно (110 ) плоскость

(2)L110=-2K1sinθcosθ–4K2-K2′sin3θcosθ

Температурная зависимость констант анизотропии, оцененная по измерениям крутящего момента, показана на рис. 6 (Yamada et al., 1987a,b).

Рис. 6. Температурная зависимость констант анизотропии, оцененная по измерению крутящего момента.

Перепечатано из Yamada, O., Ohtsu, Y., Ono, F., Sagawa, M., Hirosawa, S., 1987a. Дж. Магн. Магн. Матер. 70, 322–324, с разрешения Elsevier.

Поле анизотропии можно определить как магнитное поле для насыщения намагниченности вдоль жесткой оси намагничивания, которая перпендикулярна легкой оси в случае одноосной магнитной анизотропии. Однако эмпирическое определение поля анизотропии иногда не является прямым, поскольку кривая намагничивания вдоль жесткой оси никогда не достигает насыщения, если имеется лишь небольшое расхождение между направлением магнитного поля и направлением, перпендикулярным легкому направлению намагничивания.Используя константы анизотропии, это поле выражается как + K 2 ‘COS 4 Φ ) Срок (который представляет K 2 K 40 2 ‘ для Φ = π /4) просто экспрессируется как K 2 .

Второй способ определить поле анизотропии состоит в том, чтобы приравнять его к фиктивному магнитному полю, действующему в направлении легкого намагничивания, с величиной, которая дает энергию магнитной анизотропии в виде уравнения.(1). Эта картина справедлива для малого угла θ и дает известное выражение: теоретическая формула зависит от моделей механизмов, управляющих коэрцитивной силой, которая является внешним свойством, зависящим от фактической микроструктуры. Читатели отсылаются к учебникам для подробного описания теоретических трактовок, например, Kronmüller and Fähnle (2003).Эмпирическое простое выражение, которое часто используется, имеет вид , H A и M S линейной подгонкой с использованием

(6)Hc/MS=HA/MS–Neff

Один из вопросов заключается в том, какое из уравнений (3) или (4) следует использовать для H A в фитинге.По-видимому, уравнение (4) не будет работать на ND 2 Fe 14 B на основе магнитов на основе, потому что температура зависимость от H 0 C и 2 K 1 K μ 0 0 м S отличается из-за значительного вклада членов более высокого порядка в энергию анизотропии. Тем не менее, правомерность вставки уравнения. (3) к уравнению. (6) не является тривиальным, потому что коэрцитивная сила не связана напрямую с насыщением намагниченности в жестком направлении намагниченности.Эмпирический способ, который дает относительно линейный график, выраженный уравнением. (6) — использовать

(7) HA * = 2k1 + K2 + K3COS4φ / μ0MS = 2K1 + K2 ‘/ μ0MS

Где K 2 ‘ = K 2 + K 3  cos4 φ , который можно просто обозначить как « K 2 », как и во многих других источниках. Пример эмпирического графика, заменяющего H A на H A в уравнении. (6) для тройного анизотропного спеченного магнита Nd-Fe-B показано на рис.7. Произведение J s H A может быть связано с энергетическим барьером анизотропии, который необходимо преодолеть для обратной намагниченности (определяется уравнением 8 с θ  = 

6) . Следовательно, H A относится к коэрцитивному механизму, контролируемому пиннингом. Температурные зависимости H A = 2 K 1 / μ 0 M S (ур.4) и H H 0 A * (для φ = π /4) для ND 2 Fe 14 B показаны на фиг. 8.

Рис. 7. Эмпирический заряд H A * для H A в уравнении (6) для трехкомпонентного анизотропного спеченного магнита Nd-Fe-B по сравнению с графиком, использующим 2 K 1 / J s как H A .

Рис. 8. Температурные зависимости H A  = 2 K 1 / μ 0 M 4) и H A (для φ  =  π /4) для Nd 2 Fe 14 B.

Температурная зависимость 2 K μ 40 0 1 м 1 м S Значения, измеренные на R 2 Fe 14 B Серия Однокристаллические Образцы показаны на рис. 9 ( Хиросава и др., 1986). Это объясняет, почему замена Nd на Dy и Tb в соединении Nd 2 Fe 14 B эффективно увеличивает коэрцитивную силу.Хотя Pr 2 Fe 14 B демонстрирует высокое поле анизотропии при низкой температуре, оно становится ниже, чем у Nd 2 Fe 14 B выше 370 K. Таким образом, замена Pr не способствует улучшению температурной зависимости коэрцитивная сила магнитов Nd-Fe-B.

Рис. 9. Температурная зависимость значений 2 K 1 / µ 0 M S , измеренных на монокристалле серии R 2 Fe.

Воспроизведено из Hirosawa, S., Matsuura, Y., Yamamoto, H., Fujimura, S., Sagawa, M., Yamauchi, H., 1986. J. Appl. физ. 59, 873 с разрешения AIP Publishing.

Измерение крутящего момента | Вызовы | Решения

Конструкция роботизированного шарнира для измерения крутящего момента

В высокоинтегрированной конструкции роботизированного шарнира обычно используется двигатель с прямым приводом (большого диаметра и малой длины), соединенный с зубчатой ​​передачей с высоким передаточным числом. Поскольку выходная скорость относительно низкая, обычно 50-500 об/мин, набор шестерен является достойным компромиссом, позволяющим сместить пик мощности двигателя на более высокую скорость, чтобы максимально увеличить плотность крутящего момента и эффективность.Двигатель с прямым приводом, соединенный с низкопрофильной зубчатой ​​передачей с высоким передаточным отношением, является лучшим решением для крутящего момента и размера и, как правило, является нормой в отрасли. Примечание: существуют подходы с прямым приводом, которые конкурируют с этим путем, но только для очень легких систем с малой полезной нагрузкой, таких как обработка полупроводниковых пластин.

В небольших роботах решения с гармонической передачей становятся лучшей альтернативой для передачи с высоким передаточным числом благодаря их легкому весу, низкому профилю и нулевому люфту. Обычно используются соотношения в диапазоне 50-150:1, также доступны более высокие соотношения (до 300:1).Основная проблема с гармоническими зубчатыми передачами заключается в том, что они основаны на изгибе, который передает движение между входом и выходом. Этот изгиб полезен для предотвращения люфта, но он способствует низкой вращательной жесткости по сравнению с зубчатым контактом обычных зубчатых колес.

Конструктор всегда может перейти к решению с более крупной гармонической передачей для повышения жесткости, но обычно это приводит к увеличению размера и веса. Зубчатая передача большего размера также может быть излишней для применения.Лучший путь — сохранить небольшой размер и малый вес, компенсировать жесткость и использовать эту повторяемую торсионную пружину в качестве виртуального датчика крутящего момента. Одновременное измерение входного и выходного шарнира дает достаточно информации, чтобы иметь алгоритм замкнутого контура вокруг жесткости, чтобы устранить его негативные эффекты и одновременно измерить крутящий момент.

Ниже приведен пример соединения робота Celera Motion с комплектом двигателя без пазов, бескаркасным двигателем, гармоническим зубчатым колесом и двумя энкодерами (один на входе и один на выходе).

Основы: Основы измерения крутящего момента

Ознакомление с доступными методами и инструментами для измерения крутящего момента поможет вам повысить точность измерений, а также сбережет ваш кошелек.

Крутящие моменты можно разделить на две основные категории: статические и динамические. Методы, используемые для измерения крутящего момента, можно разделить еще на две категории: реактивные и линейные. Понимание типа измеряемого крутящего момента, а также различных типов доступных датчиков крутящего момента окажет сильное влияние на точность полученных данных, а также на стоимость измерения.

Статическая и динамическая
При обсуждении статического и динамического крутящего момента часто проще всего начать с понимания разницы между статической и динамической силой. Проще говоря, динамическая сила включает ускорение, а статическая сила — нет.

Связь между динамической силой и ускорением описывается вторым законом Ньютона; F=ma (сила равна массе, умноженной на ускорение). Сила, необходимая для остановки вашего автомобиля с его значительной массой, будет динамической силой, поскольку автомобиль должен замедляться.Сила, прилагаемая тормозным суппортом для остановки этого автомобиля, будет статической силой, потому что задействованные тормозные колодки не ускоряются.

Крутящий момент — это просто сила вращения или сила на расстоянии. Из предыдущего обсуждения крутящий момент считается статическим, если он не имеет углового ускорения. Крутящий момент, создаваемый часовой пружиной, был бы статическим крутящим моментом, поскольку нет вращения и, следовательно, нет углового ускорения.

Крутящий момент, передаваемый через ведущую ось автомобиля, когда он движется по шоссе (с постоянной скоростью), может быть примером вращающегося статического крутящего момента.В таком случае, даже если есть вращение, при постоянной скорости ускорение отсутствует. Крутящий момент, создаваемый двигателем автомобиля, будет как статическим, так и динамическим, в зависимости от того, где он измеряется. Если крутящий момент измеряется на коленчатом валу, будут большие динамические колебания крутящего момента, когда каждый цилиндр срабатывает, а его поршень вращает коленчатый вал. Если крутящий момент измеряется на приводном валу, он будет почти статичным, поскольку инерция вращения маховика и трансмиссии будет гасить динамический крутящий момент, создаваемый двигателем.

Крутящий момент, необходимый для открывания окон в автомобиле (помните такие?), может быть примером статического крутящего момента, даже несмотря на то, что здесь задействовано вращательное ускорение, потому что и ускорение, и вращательная инерция кривошипа очень малы, а результирующий динамический крутящий момент (крутящий момент = инерция вращения x ускорение вращения) будет незначительным по сравнению с силами трения, участвующими в движении окна. Этот последний пример иллюстрирует тот факт, что для большинства измерительных приложений в той или иной степени будут задействованы как статические, так и динамические крутящие моменты.Если динамический крутящий момент является основным компонентом общего крутящего момента или является интересующим крутящим моментом, необходимо принять особые меры при определении того, как лучше всего его измерить.

Реакция по сравнению с линейным
Измерения крутящего момента в потоке выполняются путем вставки датчика крутящего момента между компонентами, несущими крутящий момент, подобно вставке удлинителя между торцевой головкой и торцевым ключом. Крутящий момент, необходимый для поворота гнезда, передается непосредственно удлинителем гнезда. Этот метод позволяет разместить датчик крутящего момента как можно ближе к интересующему крутящему моменту, предотвращая возможные ошибки измерения, такие как паразитные крутящие моменты (подшипники и т.), посторонние нагрузки и компоненты с большой инерцией вращения, которые могут демпфировать любые динамические крутящие моменты.

В соответствии с приведенным выше примером динамический крутящий момент, создаваемый двигателем, будет измеряться путем размещения встроенного датчика крутящего момента между коленчатым валом и маховиком, что позволяет избежать инерции вращения маховика и любых потерь в трансмиссии. Для измерения почти статического установившегося крутящего момента, который приводит в движение колеса, встроенный датчик крутящего момента можно поместить между ободом и ступицей транспортного средства или на приводном валу.Из-за инерции вращения типичной линии передачи крутящего момента и других связанных компонентов, встроенные измерения часто являются единственным способом правильного измерения динамического крутящего момента.

Датчик момента реакции использует третий закон Ньютона, согласно которому «на каждое действие есть равная и противоположная реакция». Чтобы измерить крутящий момент, создаваемый двигателем, мы могли бы измерить его непосредственно, как описано выше, или мы могли бы измерить, какой крутящий момент требуется для предотвращения вращения двигателя, что обычно называют реактивным крутящим моментом.Измерение реактивного момента помогает нам избежать очевидной проблемы, связанной с электрическим соединением датчика во вращающемся приложении (обсуждается позже). Этот метод, однако, имеет свой собственный набор недостатков.

Датчик реактивного момента часто требуется для восприятия значительных внешних нагрузок, таких как вес двигателя или, по крайней мере, части трансмиссии. Эти нагрузки могут привести к ошибкам перекрестных помех (реакция датчика на нагрузки, отличные от тех, которые предназначены для измерения), а иногда и к снижению чувствительности, поскольку датчик должен быть слишком большого размера, чтобы выдерживать внешние нагрузки.Оба этих метода — встроенный и реактивный — дают идентичные результаты для измерения статического крутящего момента.

Выполнение встроенных измерений во вращающемся приложении почти всегда ставит перед пользователем задачу подключения датчика из вращающегося мира в стационарный мир. Для этого существует несколько вариантов, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Они:

Токосъемное кольцо…
Чаще всего для соединения вращающихся датчиков со стационарной электроникой используется контактное кольцо.Он состоит из набора токопроводящих колец, которые вращаются вместе с датчиком
, и ряда щеток, которые контактируют с кольцами и передают сигналы датчиков.

Токосъемные кольца

— это простые и экономичные решения, которые хорошо работают (имея лишь несколько незначительных недостатков) в самых разных областях применения. Щетки и, в меньшей степени, кольца являются изнашиваемыми элементами с ограниченным сроком службы, которые не поддаются длительным испытаниям или применениям, которые нелегко обслуживать на регулярной основе.На низких и средних скоростях электрическое соединение между кольцами и щетками относительно бесшумное. Однако на более высоких скоростях шум серьезно ухудшит их работу.

Максимальная скорость вращения (об/мин) токосъемного кольца определяется скоростью поверхности на границе раздела щетка/кольцо. В результате максимальная рабочая скорость будет ниже для более крупных датчиков с более высоким крутящим моментом в силу того факта, что токосъемные кольца должны быть большего диаметра и, следовательно, иметь более высокую поверхностную скорость при заданных оборотах в минуту.Типичные максимальные скорости будут в диапазоне 5000 об / мин для датчика крутящего момента средней мощности.

Наконец, имейте в виду, что интерфейс кольца щетки может быть источником крутящего момента. Это может быть проблемой, особенно для измерений с очень малой производительностью или приложений, где крутящий момент не может преодолеть сопротивление щетки.

Вращающийся трансформатор…
Вращающиеся трансформаторы были разработаны с целью устранения некоторых недостатков контактных колец.В них используется вращающаяся трансформаторная муфта для передачи мощности на вращающийся датчик. Внешний прибор подает переменное напряжение возбуждения на тензометрический мост через трансформатор возбуждения. Затем тензометрический мост датчика приводит в действие вторую катушку вращающегося трансформатора, чтобы получить сигнал крутящего момента от вращающегося датчика. Благодаря устранению щеток и колец токосъемного кольца износ исчез, что делает систему с вращающимся трансформатором пригодной для длительных испытаний. Паразитный крутящий момент от щеток в узле контактных колец также устранен.Но потребность в подшипниках и хрупкость сердечников трансформатора по-прежнему ограничивают максимальные обороты до уровней лишь немногим лучше, чем у токосъемного кольца.

Эта система также чувствительна к шуму и ошибкам, вызванным выравниванием первичных и вторичных обмоток трансформатора. Из-за особых требований, предъявляемых к вращающимся трансформаторам, для получения сигнала, приемлемого для большинства систем сбора данных, также требуется специальное преобразование сигнала, что еще больше увеличивает стоимость системы, которая и без того выше, чем типичная сборка контактных колец.

Инфракрасный (ИК)…
Подобно вращающемуся трансформатору, инфракрасный (ИК) датчик крутящего момента использует бесконтактный метод передачи сигнала крутящего момента от вращающегося датчика обратно в неподвижный мир. Точно так же с помощью вращающейся трансформаторной муфты мощность передается на вращающийся датчик. Вместо того, чтобы использоваться для непосредственного возбуждения тензометрического моста, он используется для питания цепи вращающегося датчика. Схема подает напряжение возбуждения на тензометрический мост датчика и оцифровывает выходной сигнал датчика.Этот цифровой выходной сигнал затем передается через инфракрасный свет на диоды стационарного приемника, где другая схема проверяет цифровой сигнал на наличие ошибок и преобразует его обратно в аналоговое напряжение. Поскольку выходной сигнал датчика является цифровым, он гораздо менее чувствителен к шуму от таких источников, как электродвигатели и магнитные поля. В отличие от системы с вращающимся трансформатором, инфракрасный преобразователь может быть сконфигурирован как с подшипниками, так и без них, что действительно не требует технического обслуживания. датчик отсутствия износа и сопротивления.

Несмотря на то, что инфракрасный датчик крутящего момента стоит дороже, чем простое токосъемное кольцо, он обладает рядом преимуществ. При конфигурации без подшипников в качестве настоящей бесконтактной измерительной системы исключаются изнашиваемые элементы, что делает этот датчик идеально подходящим для долгосрочных испытаний. буровых установок. Что еще более важно, с отказом от подшипников резко возрастает рабочая скорость (об/мин) — до 25 000 об/мин и выше, даже для агрегатов большой мощности. Для высокоскоростных приложений это часто является лучшим решением для метода передачи крутящего момента.

FM-передатчик…
Другой подход к созданию связи между вращающимся датчиком и неподвижным миром использует FM-передатчик. Эти устройства используются для подключения любого датчика силы или крутящего момента к удаленной системе сбора данных путем преобразования сигнала датчика в цифровую форму и передачи его на FM-приемник, где он преобразуется обратно в аналоговое напряжение. Для измерения крутящего момента эти приемники обычно используются для специальных, уникальных датчиков, например, когда тензометрические датчики применяются непосредственно к компоненту в трансмиссии.Таким приложением, например, может быть приводной вал или полуось от транспортного средства.

FM-преобразователь можно легко установить на компоненте, так как обычно он просто прикрепляется к измерительному валу. Его также можно повторно использовать для нескольких пользовательских датчиков. Недостатки включают необходимость источника питания на вращающемся датчике, обычно это батарея на 9 В, что делает его непрактичным для долгосрочного тестирования.

Заключение
Понимание характера измеряемого крутящего момента, а также факторов, которые могут изменить этот крутящий момент при попытке его измерения, окажет значительное влияние на надежность собранных данных.

В приложениях, требующих измерения динамического крутящего момента, необходимо проявлять особую осторожность при измерении в правильном месте – и не влиять на крутящий момент, демпфируя его с помощью измерительной системы .

Знание доступных вариантов подключения к датчику крутящего момента может сильно повлиять на цену комплекта датчика. Токосъемные кольца являются экономичным решением, но имеют свои ограничения. Для более требовательных приложений доступны более технически продвинутые решения, но они обычно будут более дорогими.

 

Продумав требования и условия конкретного приложения, вы сможете выбрать правильную систему измерения крутящего момента для приложения с первого раза и каждый раз. ТФ

Дэвид Шранд (David Schrand) — технический руководитель компании Sensor Developments, Inc. (SDI), Орион, штат Мичиган. SDI была основана в 1976 году как инженерно-консалтинговая фирма, специализирующаяся на науке об измерении силы и разработке датчиков. Сегодня компания производит решения для многих отраслей промышленности и приложений, включая автомобильную, аэрокосмическую, OEM, медицинскую, ядерную и текстильную промышленность.Для получения дополнительной информации о технологиях, упомянутых в этой статье, войдите на сайт www.sendev.com

.

Измерение крутящего момента в аэрокосмической отрасли | LORD Corp

Тенденции аэрокосмической отрасли подталкивают к увеличению возможностей самолетов за счет более легких и гибких компонентов трансмиссии и более мощных двигателей. Модернизация силовой установки как на самолетах с неподвижным крылом, так и на винтокрылых самолетах позволяет работать на больших высотах и ​​при более высоких температурах, увеличивать грузоподъемность и повышать эффективность использования топлива.

С этой целью Parker LORD сотрудничает с партнерами, чтобы снизить риски переоснащения вертолета Chinook CH-47 более технологически совершенным турбовальным двигателем. В демонстрационном самолете используются более крупные и мощные двигатели, компоненты системы привода, изготовленные методом аддитивного производства, и внемоторная система измерения крутящего момента, предоставленная корпорацией Parker LORD. Испытания будут характеризовать реакцию конструкции, управление двигателем, тепловую совместимость и ограниченные характеристики управляемости в пределах существующего рабочего диапазона самолета.

Впервые за несколько десятилетий авиация Армии США установила новый двигатель с другой площадью основания на устаревший самолет. Этот демонстрационный самолет также оснащен первой системой измерения крутящего момента вне двигателя, что означает, что сила вращения не будет измеряться частью внутри самого двигателя.

Ранее компания Parker LORD интегрировала точную систему контроля крутящего момента TRL 9 в самолет оборонного назначения с неподвижным крылом, чтобы обеспечить возможность вертикальной подъемной силы. Однако решение для измерения крутящего момента применяется на вертолете впервые.

Как правило, система контроля крутящего момента размещается непосредственно на двигателе, но это может привести к изменению центра тяжести и пагубным последствиям для летных характеристик самолета.

Почему важно измерять крутящий момент двигателя вдали от двигателя

Поскольку лопасти вертолета вращаются, им требуется крутящий момент для создания подъемной силы. Этот крутящий момент создается двигателями, и его необходимо контролировать, прежде чем полет станет возможным.В конструкциях вертолетов с тандемным и соосным винтами роторы вращаются в противоположных направлениях, чтобы нейтрализовать или устранить крутящий момент, который может заставить самолет вращаться или рыскать. Любое изменение выходной мощности двигателя приводит к соответствующему изменению крутящего момента. Кроме того, мощность зависит от маневра полета и приводит к изменению крутящего момента двигателя, который необходимо обеспечить для полета.

Часто система контроля крутящего момента интегрируется в переднюю часть турбовального двигателя, если есть место. Однако в самолетах вес и местоположение имеют большое значение и иногда недоступны для датчика крутящего момента.Перемещение контроля крутящего момента за пределы выходной мощности двигателя позволяет OEM-производителям двигателей более гибко интегрировать свой двигатель в планер.

Как работает наше устройство измерения крутящего момента вне двигателя

В этом конкретном случае двигатели создают мощность, которая проходит через центральный сумматорный редуктор и распределяется между передним и задним роторными системами для обеспечения подъемной силы вертолета. Система Parker LORD измеряет крутящий момент, создаваемый обоими двигателями, до того, как он достигает коробки передач комбайнера, и передает эту информацию в цифровом виде на контроллер двигателя.Затем этот контроллер корректирует работу двигателя для ограничения крутящего момента и изменяет мощность по мере необходимости.

Датчик измерений Parker Leard Worque работает с помощью массива вариабельных нежелательных датчиков, расположенных вокруг зубов на муфте или валу. Измеряя точное время движения целей по мере их вращения с помощью схемы «обнаружения пересечения нуля» (или сокращенно ZCD), можно получить показатели состояния трансмиссии.

Непрерывный и точный уровень точностью крутящего момента требуется, потому что мощность, генерируемая из этих больших двигателей, далеко превышает, что из предыдущих двигателей и приближается к ограничения конструкции самолета. Контроль крутящего момента снижает риски безопасности, связанные с этими более мощными двигателями. Крутящий момент и динамика кручения измеряются путем точной оценки скручивания в двух точках трансмиссии.В качестве примера рассмотрим сильфонную муфту, показанную справа, к которой приложен крутящий момент — цели кручения измеряются и используются для расчета крутящего момента.

В дополнение к измерению крутящего момента система также контролирует состояние трансмиссии для нескольких других движений трансмиссии: таких как шарнирное сочленение, осевое движение, радиальное вращение и скорость вала. На рисунках ниже показаны типичные движения трансмиссии, которые являются вторичными измерениями системы контроля крутящего момента.

Продолжение работы Паркера Лорд с его партнерами и успешными испытаниями полета также позволят компании реализовать методы снижения размера компонентов для будущих производных. .Система контроля внедвигательного крутящего момента настраивается, поэтому эта технология может использоваться в любой конфигурации двигателя, а система может быть адаптирована к любому самолету независимо от количества или ориентации двигателей.

 

 

 

 

Датчик момента реакции, преобразователь момента реакции

Датчики момента реакции

Выбирая датчик реактивного крутящего момента от S. Himmelstein and Company, вы получаете максимальную реальную точность, основанную на более чем 50-летнем опыте и инновациях.

Датчик реактивного крутящего момента измеряет крутящий момент, передаваемый на землю (или любой жесткий элемент конструкции). Хотя эти преобразователи реакции предназначены в первую очередь для измерения статического крутящего момента, они также могут измерять динамический крутящий момент благодаря третьему закону движения Ньютона. (Для каждого действия есть равное и противоположное противодействие.)

Принцип работы датчика реактивного крутящего момента

Датчик реакции имеет два монтажных фланца. Одна сторона прикреплена к земле или жесткому конструктивному элементу, а другая — к вращающемуся или вращающемуся элементу.Вращение создает силы сдвига между фланцами. С. Химмельштейн и компания измеряют эти силы с помощью прецизионных тензорезисторов. Они включают проволоку, которая реагирует на растяжение или сжатие небольшими изменениями электрического сопротивления жилы. Хотя изменение незначительно, его можно эффективно обнаружить в датчике реактивного крутящего момента, включив четыре манометра в компоновку моста Уитстона.

Точное и воспроизводимое измерение крутящего момента датчиком реактивного крутящего момента достигается за счет точного изготовления и установки тензорезисторов, а также температурной компенсации и сложной обработки сигнала.Детали варьируются в зависимости от размера и типа преобразователя, но тензодатчики обычно располагаются под углом 45 градусов к оси вращения. В этой конфигурации напряжение сдвига, создаваемое скручиванием, создает растягивающие и сжимающие напряжения равной величины.

При выборе датчика реактивного крутящего момента всегда учитывайте внешние нагрузки, которым он будет подвергаться. Типичными для таких нагрузок являются изгибающие моменты и осевая нагрузка. В технических характеристиках преобразователя указаны максимальные такие нагрузки, которые можно безопасно применять.

С температурной компенсацией

Электрическое сопротивление зависит от температуры. Без компенсации результатом будут неточные показания реактивного крутящего момента. В то время как тензометрические датчики имеют температурную компенсацию, датчики момента реакции основаны на нашей передовой технологии для повышения точности.

Общие области применения датчиков реакции

Измерение крутящего момента с помощью датчика реактивного крутящего момента широко используется в управлении технологическими процессами и испытаниях. Это может дать ценную информацию о том, как протекает процесс, и обеспечить контроль крутящего момента, что повышает стабильность продукта.При тестировании измерение крутящего момента может показать характеристики продукта, безопасные рабочие пределы, максимальные нагрузки и точки разрыва.

Системы намотки катушек, подобные тем, которые используются в производстве стали и бумаги, являются распространенным приложением для измерения крутящего момента. В прокатных станах он может указывать нагрузку и, следовательно, свойства материала. При химической обработке изменение вязкости жидкости может сигнализировать о начале химической реакции или степени перемешивания.

При испытаниях и измерениях измерение крутящего момента используется для калибровки динамометрических ключей, определения крутящего момента на разрыв крепежных деталей и контроля усилия, необходимого для открывания контейнеров с защитой от детей.Крутящий момент может даже указывать на приближение пластической деформации при испытании материалов.

Типы датчиков реактивного крутящего момента

Мы предлагаем четыре типа:

  • Преобразователь с полым фланцем  —  Добейтесь более быстрого отклика за счет использования запатентованной конструкции с двойными стенками, которая обеспечивает компактный корпус с высокой жесткостью на кручение. Максимальные нагрузки варьируются от 60 до 2 400 000 фунтов силы на дюйм.
  • Сплошной фланцевый  —  Ручка с крутящим моментом от 10 унций-дюйм до 750 000 фунт-сила-дюйм.Перегрузочная способность в два раза превышает номинальный крутящий момент.
  • Полый фланец с С-образной поверхностью  —  Сочетается с двигателями NEMA C-Face и обеспечивает высокую точность и жесткость при малом прогибе. Выдерживать крутящий момент от 50 до 20 000 фунт-сила-дюйм.
  • Приводной квадрат  —  Небольшой вес и компактные размеры упрощают установку и обращение. Они предназначены для более высоких крутящих моментов в диапазоне от 300 000 до 4 000 000 фунт-сил на дюйм.

Опытный и профессиональный

С.Компания Himmelstein and Company занимается измерением крутящего момента с 1960 года. Мы известны производством высококачественных датчиков для измерения крутящего момента, которые просты в установке и использовании и надежно служат годами.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

© 2019 Шоу группа Килиманджаро. Все права защищены
R A (NM) ρ Calc (MG / M 3 ) 3 ) μ 0 H A (T) J S (T) Арт.
300 К 300 К 4.2 K 300 K 47 K 4,2 K 4,2 K 4,2 K 300 K 42 K 4,2 K 4,2 K 300 K 473 K 473 K 473 K
Y 0.876 1.2 571 70621 70621 1,00 2 2 1,6 0,77 1.1 0.63 1.59 1,41 1,04 1
La 0.8822 1.2338 530 7,40 3 2 1,2 1,49 1,271 2, 4
Се 0,875 1,21 422 7,69 3 3 1.65 1.44 1.48 1.17 0,00 1
PR 0.881 1.227 569 7,49 32 8,7 3,3 2,35 5,5 1,48 1,84 1,56 1,13 1
Nd 0,881 1,221 586 70621 7.58 6.7 3.1 — 1.6 — 1.6 4,5 1.50 1.85 1,60621 1.60 1.22 1
Sm 0.882 +1,194 620 7,82 — 2,6 — 12 1,67 1,52 1,27 1
Б 0,874 1,194 659 8,06 1,6 2,5 2,6 0,72 0,9 0,83 0,91 0,893 0,80
Тб 0.877 +1,205 620 7,96 30,6 22 13,5 8,2 5,9 3,49 0,66 0,664 0,65 1
Dy 0,876 1.199 598 598 8.07 16.7 16 9.7 15 202021 3 9 4 2.35 0.57 0.712 0.69 1
HO 0.875 +1,199 573 8,12 7,5 3,9 4.8 1,09 0,57 0,807 0,70 1
Er 0,875 1.199 551 551 8.16 9 6 0.66 0.699 0,899 0,78 1
TM 0.874 1.194 549 8,23 0,93 0,925 0,89 1
Лу 0,8712 1,1883 535 8,41 1,46 1,183
Yb 0,874 1,192 545 8,31