Что такое крутящий момент с точки зрения инструмента?
- В этой теме 1 ответ, 1 участник, последнее обновление ⤠ сделано
.
-
Любое вращение, связанное с силовым воздействием на объект, напрямую связано с крутящим моментом. В теории этот показатель характеризуется воздействием силы, вызывающей вращение предмета. Если выражаться предельно просто, то крутящий момент — сила, вращающая вал, сверло, винт, саморез, гайку или колесо.
Измеряют крутящий момент в Ньютон-метрах (Н∙м). Схематично это можно представить так: крутящий момент в 1 Н∙м возникает на валу при приложении силы в 1 Ньютон на рычаг длиной 1 метр.
Простой пример — колесная гайка автомобиля. Производитель устанавливает момент затяжки 100 Н∙м. Это значит, гайка должна быть закручена с конечным крутящим моментом 100 Н∙м. Такой момент будет достигнут приложением усилия 100 Ньютонов на рычаг в один метр. Более понятным языком — на конец метрового рычага нужно приложить такую силу, как будто бы на нем висит груз 10 кг.
Зависимость момента от мощности и оборотов
Инструмент с двигателями, имеющими одинаковую мощность, может иметь разные значения крутящего момента. Поэтому при выборе необходимо ориентироваться сразу на несколько параметров. В теории значение крутящего момента зависит от мощности двигателя и скорости вращения его вала. Взаимосвязь между основными параметрами описывает формула P = M × n/9950, где:
- P — мощность двигателя;
- n — скорость вращения вала;
- M — крутящий момент.
Из формулы следует, что при увеличении скорости вращения вала снижается значение крутящего момента. Значит, при работе на максимальных оборотах крутящий момент двигателя уменьшается до минимума. Эта зависимость актуальна для электроинструмента, функционирующего в режиме вращения или продольного удара. Так работают шуруповерты, дрели, болгарки, шлифовальные машины, перфораторы, миксеры Однако эта взаимосвязь перестает быть актуальной для инструмента, работающего в режиме тангенциального удара. В этом случае увеличение скорости вращения вала приводит к повышению значения крутящего момента, хотя формула P = M × n/9950 категорически отвергает любую вероятность подобного сценария. Однако характеристики и эффективность гайковертов/винтовертов на практике доказывают возможность одновременного роста значений скорости и крутящего момента.
Чтобы получить такой результат, не пришлось нарушать закон сохранения энергии. Инженеры создали эффективный тангенциальный механизм, который накапливает энергию и высвобождает ее через определенные промежутки времени. В тангенциальном механизме крутящий момент возникает за счет энергии вращения вала и ударного импульса.
Независимо от вида передаточных и преобразующих механизмов для любого ручного электроинструмента актуальна общая закономерность — чем больше мощность электродвигателя, тем выше значение крутящего момента и эффективность работы электроинструмента.
Жесткий и мягкий крутящий момент
В технической документации производители могут указывать значения двух видов крутящего момента — жесткого и мягкого. Это разные характеристики, отображающие эксплуатационные возможности электроинструмента. Если не учесть отличия между ними, можно ошибиться при выборе подходящей модели.
Жесткий момент
Жесткий крутящий момент демонстрирует максимальные возможности при повышенных нагрузках. Обычно это значение достигает максимума в момент старта либо резкой остановке электродвигателя. Фактически жесткий крутящий момент представляет собой короткий импульс, обеспечивающий кратковременный всплеск усилия до пиковых значений. Он показывает предельные возможности двигателя.
Некоторые производители/продавцы техники указывают только жесткий крутящий момент, чтобы привлечь покупателей высоким значением и конкурентной ценой. Ведь оно обычно 1,5–2 раза выше значения мягкого крутящего момента. Об этой маркетинговой уловке нужно знать, поскольку она может негативно повлиять на эффективность и долговечность инструмента.
Если выбирать инструмент только по значению жесткого крутящего момента, возрастает риск перегрева двигателя и частого срабатывания защитной электроники. При интенсивной эксплуатации может сгореть обмотка. Помимо быстрого износа и выхода из строя электродвигателя, эксплуатация инструмента в режиме жесткого крутящего момента создает дополнительные проблемы:
- повышается нагрузка на редуктор и деградирует смазка;
- изнашиваются щетки и коллектор;
- происходит перегрев аккумулятора, что может привести к снижению его емкости и уменьшению количества рабочих циклов;
- снижается КПД двигателя и увеличивается расход энергии.
Работа в режиме жесткого крутящего момента допустима только в течение нескольких секунд, когда необходим короткий мощный импульс. Например, чтобы сорвать или затянуть закисший крепеж. Не рекомендуется использовать пиковые возможности при работе с материалами, имеющими низкую плотность.
Исключение составляет инструмент, который рассчитан на более длительную работу при жестком моменте. У таких моделей в паспорте указывают допустимый режим максимального крутящего момента (hard torque) — обычно его продолжительность составляет 10–15 % от общего времени работы.
Постоянная эксплуатация в режиме жесткого крутящего момента типична для винтовертов и гайковертов. Этот электроинструмент имеет ударно-импульсный механизм, который защищает двигатель от постоянного перегрузочного тока. Благодаря ему инструмент не перегревается в процессе долговременной работы при пиковых значениях крутящего момента Жесткий момент целесообразно учитывать при выборе перфораторов, болгарок и дрелей, поскольку он влияет на силу обратной реакции при заклинивании бура, диска или сверла. В момент заклинивания вся энергия передается корпусу инструмента, поэтому значение жесткого крутящего момента определяет силу рывка. Последствия заклинивания бывают разными:
- повреждение элементов редуктора;
- резкое повышение значения тока, провоцирующее перегрузку обмоток двигателя;
- получение травмы — растяжение, вывих, ушиб.
Поскольку производительный мощный инструмент имеет высокое значение крутящего момента, производители стараются минимизировать перечисленные риски:
- устанавливают электронную систему защиты, которая в момент заклинивания оперативно реагирует на резкое торможение шпинделя и моментально останавливает двигатель;
- оснащают инструмент предохранительными муфтами, срабатывающими при превышении определенного значения крутящего момента и разрывающими связь между шпинделем и двигателем.
Качественный инструмент с моментом от 40–50 Н·м оснащен механической и электронной защитой от последствий заклинивания. При выборе рекомендуется отдавать предпочтение именно таким моделям.
Мягкий момент
Мягкий крутящий момент — это значение момента, которое инструмент способен поддерживать длительное время. Он отображает реальные возможности инструмента. Эта характеристика означает максимальное усилие, достигаемое при постепенном увеличении нагрузки. Именно мягкий крутящий момент инструмент способен поддерживать длительное время без риска для перегрева двигателя.
Номинальное значение мягкого крутящего момента принципиально важно при повседневной работе. В этом режиме двигатель функционирует наиболее эффективно и достигает максимального значения КПД. Другие преимущества работы в режиме мягкого крутящего момента:
- незначительный нагрев двигателя, не представляющий угрозы для обмотки;
- умеренный износ редуктора и других механических узлов;
- возможность долго работать без перерывов.
Энергоэффективный режим мягкого момента особенно важен при эксплуатации аккумуляторного инструмента, поскольку до 50 % позволяет продлить время работы на одной батарее. Примерно на такой же процент увеличивается рабочий ресурс батареи.
Регулировка крутящего момента
Поскольку в большинстве случаев ручной электроинструмент используется для решения разноплановых задач, при выборе нужно учесть возможность корректировки крутящего момента. Опытные пользователи поддерживают нужное значение, изменяя силу нажатия на курок. Такой способ регулировки обеспечивает мгновенную реакцию инструмента и позволяет быстро реагировать на изменяющиеся условия работы.
Однако изменение усилия при нажатии на курок подходит не для всех видов работ и при неопытности может привести к порче материала, оснастки и травмам. Кроме того, этот способ регулировки не позволяет поддерживать стабильный крутящий момент. Поэтому при выборе инструмента целесообразно рассматривать все доступные варианты: механическая муфта-кольцо, электронная регулировка, изменение частоты импульсов, выбор диапазона передач, электронная стабилизация оборотов.
Регулировочная муфта-кольцо
Этот способ регулировки типичен для шуруповертов, дрелей-шуруповертов и некоторых сетевых отверток с опцией регулировки момента. Для его реализации используют понижающий редуктор в паре с ограничителем момента. Кольцо на корпусе позволяет установить нужное значение усилия, при достижении которого передача от редуктора на патрон размыкается.
Электронная регулировка
Этот способ настройки крутящего момента представляет собой контролер на базе процессора, который следит за током и регулирует его подачу. Это обеспечивает работу инструмента на стабильных оборотах, но с ограниченной силой. Технологию чаще всего используют при изготовлении бесщеточных шуруповертов, дрелей, винтовертов, гайковертов.
Изменение частоты импульсов
Механико-инерционный способ регулировки крутящего момента можно встретить в ударных гайковертах и винтовертах. В этом инструменте усилие воздействия контролируется путем изменения энергии ударов.
Способ типичен для некоторых дрелей и шуруповертов, а также гайковертов с понижающим редуктором. Этот инструмент имеет 2-3 передачи, позволяющие контролировать момент и скорость оборотов. При снижении скорости повышается значение момента и наоборот.
Электронная стабилизация оборотов
Технология позволяет стабилизировать усилие и избежать провалов при нагрузке. В ручном электроинструменте она реализована при помощи контролера, подающего ток в зависимости от оборотов. Используется в шлифмашинах, циркуляционных пилах, фрезерах, дрелях, миксерах.
Как увеличить или стабилизировать крутящий момент
Формула P = M × n/9950 показывает, что бесконечно увеличивать крутящий момент двигателя с определенной мощностью невозможно. Рост его значения ограничен даже у инструмента с энергоэффективными бесщеточными двигателями и винтовертов/гайковертов с импульсно-ударным механизмом.
Без модернизации инструмента со средней и высокой сложностью реализации ощутимо повысить крутящий момент нельзя. Однако существуют методы, которые позволят достичь его оптимальных значений и даже в некоторых случаях повысить его:
- регулярная чистка вентиляционных каналов позволяет избежать перегрева двигателя и поддерживать максимальное значение мягкого крутящего момента;
- своевременная и качественная смазка редуктора до 10 % повышает момент;
- стабилизация сетевого питания позволяет избежать потерь мощности и достичь максимально возможного значения момента;
- использование мультипликаторных насадок повышает момент в 3–10 раз;
- замена АКБ на батарею с более высоким напряжением обеспечивает до 10 % прироста крутящего момента;
- перепрошивка контролера увеличивает момент, но провоцирует перегрев и приводит к преждевременному износу.
Также необходимо учитывать вероятность неожиданного снижения крутящего момента в процессе работы. Подобные процессы не связаны с неисправностью инструмента. Причины потерь в основном обусловлены:
- применением слишком длинных адаптеров — каждые 100 мм оснастки на 5–7 % уменьшают момент;
- работой на АКБ с уровнем заряда ниже 30 % — снижение момента 10–40 %;
- люфтом между патроном и валом — потери 10–30 %;
- отсутствием или загустением смазки — момент снижается до 15 %;
- неправильным выбором скорости — падение до 50 %;
- использованием неподходящей оснастки — потери до 20 %;
- перегревом двигателя — снижение момента до 25 %;
- неоправданно сильным давлением на инструмент — падение до 60 %.
Итого: выбирать нужно не по принципу «чем больше, тем лучше». Нет сильной нужды приобретать шуруповерт 80 Н∙м для редкой сборки мебели или на всякий случай. Но и не стоит использовать инструмент на пределе его возможностей. Всегда должен быть запас 15–20%.
Автор: gaskonets из club.dns-shop.ru
- Для ответа в этой теме необходимо авторизоваться.