ЧТО ТАКОЕ КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ

Крутящий момент (момент вращения, вращающее усилие, роторный момент) — один из фундаментальных понятий механики, которое описывает способность силы вращать объект вокруг оси. Понятие возникло с развитием классической механики в XVII веке. В своих трудах Исаак Ньютон сформулировал законы движения, которые стали основой для понимания моментов сил. С развитием промышленности вращающее усилие начало активно применяться в инженерных расчетах. Так, расчет крутящего момента редуктора позволяет клиентам “Первой редукторной компании” выбрать агрегат, способный передавать необходимую нагрузку при заданных условиях работы, учитывая мощность двигателя, характеристики механизма и требуемую долговечность. Тем самым — предотвратить перегрузки и повреждения системы.

Показатель измеряется в Ньютон-метрах (Н·м) и встречается практически везде, где есть вращающиеся механизмы: от автомобилей до промышленных станков.

О главном: что такое крутящий момент в механике

Люди часто сталкиваются с этим явлением в жизни: открывая дверь, завинчивая болт, крутя педали велосипеда. На уровне физики он описывает, как сила, приложенная к объекту, действует через рычаг (плечо) и вызывает вращение.

Чтобы понять, что такое крутящий момент и обороты, нужно рассмотреть два ключевых фактора. Первый — величина силы. Чем сильнее вы толкаете или тянете, тем больше эффект. Второй — расстояние от точки приложения силы до оси вращения, называемое плечом рычага. Чем дальше от оси приложена сила, тем больше её способность вызывать вращение.

Вращающее усилие (M) рассчитывается по формуле:M = F * r * sin(θ),где F — единица силы, r — длина плеча рычага, а θ — угол между направлением силы и рычагом. В большинстве бытовых и технических задач угол равен 90°, что упрощает формулу до:M = F * r.

Чтобы разобраться, что такое крутящий момент и на что он влияет, представьте себе классический рычаг. Если приложить силу к концу длинной палки, закреплённой на одном конце, объект на другом поднимется с меньшими усилиями. Это происходит потому, что сила действует через плечо рычага — расстояние от точки приложения силы до оси вращения. Чем больше расстояние, тем эффективнее сила вызывает вращение.

Понимание принципов и расчетов позволяет определить, на что влияет крутящий момент и как сила действует на вращательные системы. Чем больше усилие, тем легче заставить объект вращаться. Рассчитав показатель, можно понять, как работает редуктор, асинхронный электродвигатель, подъёмный механизм. Напр., при проектировании инструмента или машины инженеры должны учитывать, какое усилие и на каком расстоянии от оси вращения потребуется, чтобы механизм работал эффективно.

Рассмотрим, что значит крутящий момент редуктора

Он определяет, насколько сильно агрегат может поворачивать или вращать подключённые механизмы (шестерёнки, вал или колеса). Когда машина увеличивает вращающее усилие, она позволяет двигать более тяжёлые объекты, но с меньшей скоростью вращения. Если передаточное число меньше 1 (уменьшение скорости вращения), то момент вращения уменьшается, и редуктор работает быстрее, но с меньшим усилием на выходе.

Читайте также: “Влияние скорости вращения на выбор редукторов” в блоге “Первой редукторной компании”.

Как выбрать агрегат с учетом вращающего усилия

Важно определить, что такое крутящий момент (ньютон на метр) и рассчитать его тогда, когда нужно обеспечить передачу усилия для выполнения конкретной задачи – поднятия груза, вращения механизма или преодоления сопротивления.

Алгоритм действий следующий:

1. Получаете данные о двигателе — мощность и обороты.
2. Измеряете показатель M.
3. Подбираете редуктор с подходящим передаточным числом.
4. Проверяете, что номинальный момент устройства соответствует нужному.
5. Учитываете запасы на пиковые нагрузки и условия эксплуатации.

Далее мы расскажем про номинальный и максимальный крутящий момент (что это такое и как узнать), формулу расчета и выбор типа агрегата.

Вращающее усилие в разных типах редукторов

При расчете важно учитывать, как конструктивные особенности каждого типа машины влияют на передачу и эффективность показателя М. Рассмотрим от чего зависит крутящий момент в разных агрегатах.

Червячный

Снижает скорость вращения (предположим, с 1000 до 10 об/мин), но имеет высокие потери на трение, что снижает эффективность. КПД червячного редуктора обычно 70-85%, и реальное усилие рассчитывается с учетом этих потерь. Если входной момент 10 Н·м, выходной будет 8 Н·м (10 Н·м × 0.8). Часто используется в малогабаритных подъемниках.

Цилиндрический 

Передает усилие через шестерни, расположенные на одном уровне. Эффективность высокая, потери минимальны. При передаточном числе 2:1 показатель увеличится с 50 Н·м до 100 Н·м (50 Н·м × 2). Используется в устройствах с высокими нагрузками, таких как конвейеры. Например, если вы хотите передать момент крутящий от мотора с низкой скоростью вращения, цилиндрический соосный мотор-редуктор с соответствующим передаточным числом обеспечит нужную мощность для перемещения тяжёлых предметов на конвейере без перегрузок.

Червячно-цилиндрический 

Комбинирует червячную и цилиндрическую передачи, снижает скорость и передает усилие, но с потерями на обеих частях. При КПД 72%, если входной показатель 20 Н·м, на выходе будет 14.4 Н·м (20 Н·м × 0.72). Комбинированный червячно-цилиндрический мотор-редуктор подходит для ограниченных пространств.

Планетарный 

Обеспечивает передачу больших усилий при компактных размерах, с эффективностью до 95%. Т.е., если показатель 100 Н·м, на выходе будет 95 Н·м (100 Н·м × 0.95). Используется в автомобильной и тяжелой технике.

Конический

Передает момент под углом 90 градусов, с КПД 85%. При показателе 40 Н·м, на выходе будет 34 Н·м (40 Н·м × 0.85). Эффективен для изменения направления вращения в промышленных системах.

1. Определяем требования к системе

Первым шагом всегда является понимание того, что вообще нужно от системы: какое оборудование или механизмы будут работать с редуктором, какие обороты и моменты требуются. Предположим, вам нужно понизить обороты двигателя и увеличить крутящий момент, чтобы механизм работал с нужной нагрузкой.

2. Получаем данные о двигателе

Следующий шаг — получение характеристик силового агрегата, который будет работать с агрегатом. Надо знать, обороты, мощность и крутящий момент мотора.

• Мощность (Вт) — она обычно указывается на табличке мотора.
• Обороты (об/мин) — тоже важный параметр, который определяет, сколько раз в минуту вращается вал двигателя. Обычно тоже видно на табличке.

Допустим, у вас есть мотор мощностью 1000 Вт и оборотами 1500 об/мин. Это будет его номинальный крутящий момент.

3. Подбираем редуктор по крутящему моменту

Теперь важно понять, сколько крутящего момента нужно для механизма. Агрегат должен передавать нужный момент при требуемых оборотах.

3.1. Рассчитываем крутящий момент на валу двигателя

Используем простую формулу:

М = P / (2 * π * n / 60)

где:

• P — мощность в ваттах (1000 Вт),
• n — обороты (1500 об/мин),
• М — крутящий момент на выходе.

Подставляем числа:

М = 1000 / (2 * π * 1500 / 60) ≈ 1.27 Н·м.

Это момент, который мотор может передать на редуктор.

3.2. Учитываем передаточное число устройства

Теперь, если нам нужно уменьшить обороты (напр., до 400 об/мин), мы подбираем оборудование с соответствующим передаточным числом. Если агрегат с передаточным числом 4:1, значит обороты на выходе будут в 4 раза меньше, а момент на выходе в 4 раза больше.

М_выход = 1.27 * 4 = 5.08 Н·м.

Т.е., оборудование с передаточным числом 4:1 увеличит момент с 1.27 Н·м до 5.08 Н·м, но уменьшит обороты до 400 об/мин.

4. Смотрим на характеристики

Теперь, когда вы знаете, какой момент вам нужен на выходе редуктора (предположим, 5.08 Н·м), вы можете посмотреть, какие агрегаты подходят по этим характеристикам. Важно учесть: номинальный момент, при котором машина будет работать долго и без перегрузок. И что такое максимальный крутящий момент — пик нагрузки, который устройство может выдержать, но на короткое время. Он может быть больше номинального, но работать на таком уровне долго не рекомендуется.

Подбирайте агрегат с таким моментом, который соответствует расчетам, плюс небольшой запас для возможных пиковых нагрузок.

5. Уточнить у специалиста (консультанты ПРК всегда к вашим услугам)

После того как вы выбрали редуктор по крутящему моменту, часто имеет смысл обратиться к производителю или дистрибьютору для уточнения, подходит ли модель для требуемых условий эксплуатации. Консультация поможет понять, какой крутящий момент лучше подойдет для конкретного случая, особенно если предстоят работы при высоких или низких температурах, или при постоянных пиковых нагрузках.