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 przewodnik po zawiasach dynamometrycznych. 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 poprzez grawitację. Odległość - zwana ramieniem momentu - jest mierzona od osi obrotu zawiasu do środka ciężkości panelu, mierzonego poziomo, gdy panel znajduje się w najgorszym przypadku (zwykle poziomo). 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, szczególnie 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 pozycji, w której grawitacja wytwarza największy moment obrotowy (zwykle, gdy panel jest ustawiony poziomo). 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 - odpowiednio podziel wymagany moment obrotowy na zawias. Większość paneli wykorzystuje co najmniej dwa zawiasy w celu zapewnienia stabilności.

Trzy praktyczne przykłady

Formuła jest najbardziej przejrzysta, gdy zastosuje się ją do rzeczywistych przypadków. Oto trzy z 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
• Ze współczynnikiem bezpieczeństwa 2× (wysoki cykl): 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 rozwiązaniem - pozwala operatorowi na dostrojenie odczuć 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
• Wybór: Na tym poziomie wymagania zbliżają się do górnej granicy standardowego zakresu momentu obrotowego, więc rozłożenie obciążenia na dwa zawiasy (około 11 N-m każdy) 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 rzeczywiste efekty inżynieryjne, które zmniejszają moment trzymania w miarę upływu czasu i warunków pracy. Jego właściwy dobór stanowi różnicę między zawiasem, który trzyma przez cały okres eksploatacji produktu, a takim, który dryfuje po roku.

Typowe błędy, których należy unikać

• Rozmiar według wagi, ignorując odległość. 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 jeden zawias. Większość paneli wykorzystuje dwa lub więcej zawiasów. Podziel obciążenie - ale także upewnij się, że każdy zawias jest w stanie utrzymać panel, jeśli zostanie on otwarty nierównomiernie.

Kiedy używać wielu zawiasów

Rozłożenie obciążenia na wiele zawiasów jest standardową praktyką 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 są używane do długich lub ciężkich drzwi. W przypadku korzystania z wielu zawiasów należy podzielić całkowity wymagany moment obrotowy przez liczbę zawiasów, aby znaleźć wartość znamionową na zawias - ale należy określić każdy zawias tak, aby mógł bezpiecznie utrzymać panel, nawet jeśli obciążenie nie jest idealnie zrównoważone między nimi.

Często zadawane pytania