Jak obliczyć wymagania dotyczące momentu obrotowego zawiasu | Wzór + przykłady

Określanie zawiasu dynamometrycznego zaczyna się od jednej liczby: momentu obrotowego wymaganego przez aplikację. Dobrze dobrany moment obrotowy sprawia, że panel pozostaje dokładnie tam, gdzie pozostawił go użytkownik przez cały okres użytkowania produktu. Źle dobrany moment obrotowy sprawi, że panel zamknie się pod własnym ciężarem lub będzie sztywny i niewygodny do przesuwania. Niniejszy przewodnik pokazuje, jak obliczyć wymagany moment obrotowy w pięciu krokach, wraz z trzema praktycznymi przykładami i współczynnikami bezpieczeństwa stosowanymi przez doświadczonych inżynierów.

Ten artykuł jest częścią naszego kompletnego prowadnica zawiasu dynamometrycznego. Jeśli potrzebujesz przypomnieć sobie, czym są zawiasy dynamometryczne i jak działają, zacznij od naszego przeglądu zawiasów dynamometrycznych. Czym jest zawias dynamometryczny.

Fizyka: Dlaczego moment obrotowy, a nie tylko waga

Częstym błędem jest dobieranie rozmiaru zawiasu wyłącznie na podstawie wagi panelu. Waga ma znaczenie, ale to, co zawias faktycznie wytrzymuje, to moment obrotowy - siła obrotowa wytworzona przez ten ciężar działający w pewnej odległości od osi zawiasu. Lekki panel zamontowany daleko od osi zawiasu może wymagać większego momentu obrotowego niż ciężki panel zamontowany blisko niego.

Moment obrotowy jest iloczynem siły i odległości. Siła to ciężar panelu działający pod wpływem grawitacji. Odległość - zwana ramieniem momentu - jest mierzona od osi obrotu zawiasu do środka ciężkości panelu, mierzonego poziomo, gdy panel znajduje się w najgorszym położeniu. Im dalej środek ciężkości znajduje się od osi, tym większy moment obrotowy musi wytrzymać zawias, aby utrzymać pozycję.

Jednostki: N-m i kgf-cm

Moment obrotowy jest najczęściej podawany w niutonometrach (N-m). W niektórych katalogach, zwłaszcza w Azji, używa się kilogramów i centymetrów siły (kgf-cm). Konwersja jest prosta: 1 N-m odpowiada w przybliżeniu 10,2 kgf-cm. Katalogowe wartości momentu obrotowego HSP są określone w N-m, przy czym dostępne są modele od 0,1 N-m dla mini zawiasów do 25 N-m dla wytrzymałych zawiasów z regulowanym momentem obrotowym.

Formuła, krok po kroku

Oto pełny proces obliczeniowy. Przeprowadź go raz z własnymi liczbami, a wybór momentu obrotowego stanie się powtarzalną, możliwą do obrony decyzją inżynieryjną, a nie zgadywaniem.

1. Zmierz wagę panelu (W). Zważ panel, pokrywę lub ekran, który będzie utrzymywany przez zawias, w tym wszystko, co jest na nim zamontowane - wyświetlacz, kable, akcesoria lub pokrywę. Użyj najcięższej realistycznej konfiguracji. Wynik w kilogramach.
2. Znajdź odległość środka ciężkości (d). Zmierz poziomo od osi obrotu zawiasu do środka ciężkości panelu, w miejscu, w którym grawitacja wytwarza największy moment obrotowy. W przypadku jednolitego płaskiego panelu środek ciężkości znajduje się w jego geometrycznym środku. Wynik w metrach.
3. Obliczyć statyczny moment przytrzymujący (T). Pomnóż: T = W × 9,81 × d. Wartość 9,81 zamienia masę na siłę grawitacji. Wynik w niutonometrach.
4. Zastosuj współczynnik bezpieczeństwa. Pomnóż statyczny moment obrotowy przez 1,5 dla normalnych zastosowań lub przez 2 dla zastosowań o wysokim cyklu, wysokich wibracjach lub krytycznych dla bezpieczeństwa. Uwzględnia to utratę momentu obrotowego w całym okresie eksploatacji zawiasu i rzeczywiste zmiany obciążenia.
5. Podzielić na kilka zawiasów, jeśli są używane. Jeśli panel wykorzystuje dwa zawiasy, każdy z nich przenosi mniej więcej połowę obciążenia. Podziel całkowity wymagany moment obrotowy przez liczbę zawiasów, aby oszacować wymagany moment obrotowy na zawias.

Trzy praktyczne przykłady

Formuła jest najbardziej przejrzysta, gdy zastosuje się ją do rzeczywistych przypadków. Oto trzy przykłady dla różnych zakresów obciążeń i branż.

Przykład 1 - Ekran laptopa lub tabletu (niewielkie obciążenie)

Składany ekran waży 0,4 kg, a jego środek ciężkości znajduje się 150 mm (0,15 m) od osi zawiasu, gdy jest otwarty.

• Statyczny moment obrotowy: 0.4 × 9.81 × 0.15 = 0,59 N-m
• Ze współczynnikiem bezpieczeństwa 1,5×: 0,59 × 1,5 = 0,88 N-m
• Przez dwa zawiasy: mniej więcej 0,45 N-m na zawias
• Wybór: mini lub zawias o stałym momencie obrotowym w zakresie 0,5-1,0 N-m na zawias. To dobrze wpisuje się w zakres HSP Zakres zawiasów mini torque, który oferuje rozdzielczość do 0,1 N-m.

Przykład 2 - Przemysłowy panel sterowania HMI (średnie obciążenie)

Panel sterowania operatora waży 3 kg, a jego środek ciężkości znajduje się 200 mm (0,2 m) od osi zawiasu. Jest on otwierany i zamykany wiele razy na zmianę, więc jest to aplikacja o wysokim cyklu pracy.

• Statyczny moment obrotowy: 3 × 9.81 × 0.2 = 5,89 N-m
• Z 2-krotnym współczynnikiem bezpieczeństwa do użytku w wysokim cyklu: 5.89 × 2 = 11,8 N-m
• Przez dwa zawiasy: mniej więcej 5,9 N-m na zawias
• Wybór: zawias z regulowanym momentem obrotowym o wartości około 5-6 N-m na zawias. An regulowany zawias dynamometryczny jest tutaj właściwym wyborem, ponieważ pozwala operatorowi dostroić wyczucie po instalacji, gdy zmienia się obciążenie panelu lub preferencje.

Przykład 3 - Obrotowy wyświetlacz kiosku samoobsługowego (większe obciążenie)

Zespół wyświetlacza kiosku waży 5 kg, a jego środek ciężkości znajduje się 300 mm (0,3 m) od osi obrotu. Obraca się on w celu wyświetlania klientom i operatorom i musi być ustawiony pod dowolnym kątem.

• Statyczny moment obrotowy: 5 × 9.81 × 0.3 = 14,7 N-m
• Ze współczynnikiem bezpieczeństwa 1,5×: 14,7 × 1,5 = 22,1 N-m
• Przez dwa zawiasy: mniej więcej 11 N-m na zawias
• Wybór: Na tym poziomie wymagania zbliżają się do górnej granicy standardowego zakresu momentu obrotowego, więc rozłożenie obciążenia na dwa zawiasy lub określenie niestandardowej jednostki o wysokim momencie obrotowym jest praktyczną drogą. A obrotowy zawias dynamometryczny HSP może opracować niestandardowe wartości momentu obrotowego do 25 N-m dla zastosowań na tym końcu zakresu.

Wybór odpowiedniego współczynnika bezpieczeństwa

Współczynnik bezpieczeństwa nie jest wypełnieniem. Uwzględnia on rzeczywiste efekty inżynieryjne, które zmniejszają moment trzymania z upływem czasu i warunków pracy. Jego właściwy dobór stanowi różnicę między zawiasem, który utrzymuje się przez cały okres eksploatacji produktu, a takim, który dryfuje po roku.

Typowe błędy, których należy unikać

• Dobór według wagi przy ignorowaniu odległości. Ramię momentowe ma takie samo znaczenie jak waga. Lekki panel na długim ramieniu może wymagać większego momentu obrotowego niż ciężki panel zamontowany blisko.
• Zapominając o czynniku bezpieczeństwa. Dobór do dokładnego statycznego momentu obrotowego nie pozostawia marginesu na utratę momentu obrotowego, której doświadcza każdy zawias cierny w całym cyklu życia.
• Pomijając dodatkową masę. Kable, cięższa wersja wyświetlacza lub akcesoria dodane później zwiększają obciążenie. Rozmiar dla najcięższej realistycznej konfiguracji.
• Zbyt wysoki moment obrotowy. Zbyt duży moment dokręcania sprawia, że panel jest sztywny i trudny do przesuwania oraz może obciążać punkty montażowe. Należy dążyć do uzyskania obliczonej wartości powiększonej o współczynnik bezpieczeństwa, a nie najwyższego dostępnego momentu obrotowego.
• Zakładając, że jeden zawias wytrzyma wszystko. Większość paneli wykorzystuje dwa lub więcej zawiasów. Należy podzielić obciążenie, ale także wziąć pod uwagę nierównomierne otwarcie, wyrównanie i sztywność montażu.

Lista kontrolna wyboru zawiasów dynamometrycznych

Przed wyborem modelu zawiasu należy sprawdzić poniższe wymagania mechaniczne i środowiskowe. Ta lista kontrolna pomaga zapobiegać niedowymiarowaniu, przewymiarowaniu i niewłaściwemu doborowi zawiasów.

• Waga panelu, w tym wyświetlacze, pokrywy, kable, uchwyty i akcesoria
• Odległość od osi zawiasu do środka ciężkości
• Najgorsza pozycja trzymania i wymagany kąt otwarcia
• Liczba zawiasów dzielących obciążenie
• Wymagany współczynnik bezpieczeństwa w oparciu o cykl życia, wibracje i temperaturę
• Materiał i obróbka powierzchni dla środowiska pracy
• Przestrzeń montażowa, układ śrub, grubość panelu i sztywność wspornika
• Niezależnie od tego, czy aplikacja wymaga stałego momentu obrotowego, regulowanego momentu obrotowego, pozycjonowania zatrzaskowego czy ruchu obrotowego 360°
• Niezależnie od tego, czy zawias musi obsługiwać regulację w terenie, prowadzenie kabli, ukryty montaż lub niestandardowe wartości momentu obrotowego

Kiedy używać wielu zawiasów

Rozłożenie obciążenia na wiele zawiasów jest powszechne w przypadku paneli o wadze powyżej 1-2 kg lub paneli szerszych niż wysokie. Dwa zawiasy dzielą wymagany moment obrotowy i poprawiają stabilność wyrównania; trzy lub więcej można zastosować w przypadku długich lub ciężkich drzwi. W przypadku korzystania z wielu zawiasów należy podzielić całkowity wymagany moment obrotowy przez liczbę zawiasów, aby oszacować wartość znamionową na zawias, ale należy uwzględnić margines na nierównomierny podział obciążenia, tolerancje montażowe i wygięcie panelu.

Często zadawane pytania