Как рассчитать крутящий момент петли | Формула + примеры

Выбор динамометрического шарнира начинается с одного числа: момента затяжки, необходимого для вашей задачи. Правильно рассчитайте его, и панель останется там, где ее оставил пользователь, на весь срок службы изделия. Если ошибиться, панель либо опустится под собственным весом, либо будет жесткой и неудобной для перемещения. В этом руководстве показано, как рассчитать необходимый крутящий момент в пять шагов, с тремя рабочими примерами и коэффициентами безопасности, которые применяют опытные инженеры.

Эта статья является частью нашего полного направляющая петли с моментом затяжки. Если вам нужно освежить в памяти, что такое динамометрические шарниры и как они работают, начните с нашего обзора что такое динамометрический шарнир.

Физика: Почему крутящий момент, а не просто вес

Распространенной ошибкой является определение размера петли только по весу панели. Вес имеет значение, но то, что петля на самом деле выдерживает, - это крутящий момент - вращательная сила, создаваемая этим весом, действующим на расстоянии от шарнира. Легкая панель, установленная далеко от оси шарнира, может потребовать большего крутящего момента, чем тяжелая панель, установленная близко к ней.

Крутящий момент - это произведение силы и расстояния. Сила - это вес панели, действующий под действием силы тяжести. Расстояние - так называемое плечо момента - измеряется от оси вращения петли до центра тяжести панели, измеряется в горизонтальной плоскости, когда панель находится в наихудшем положении. Чем дальше центр тяжести от оси, тем больший крутящий момент должен выдерживать шарнир, чтобы удержать положение.

Единицы измерения: Н-м и кгс-см

Крутящий момент чаще всего указывается в ньютон-метрах (Н-м). В некоторых каталогах, особенно в Азии, используются килограмм-силовые сантиметры (кгс-см). Пересчет прост: 1 Н-м равен примерно 10,2 кгс-см. Значения крутящего момента в каталогах HSP указываются в Н-м, причем доступны модели от 0,1 Н-м для мини-петлей до 25 Н-м для тяжелых петель с регулируемым крутящим моментом.

Формула, шаг за шагом

Здесь приведен полный процесс расчета. Проработайте его один раз с собственными цифрами, и выбор крутящего момента станет повторяемым, обоснованным инженерным решением, а не предположением.

1. Измерьте вес панели (W). Взвесьте панель, крышку или экран, на который будет опираться петля, включая все, что на ней закреплено - дисплей, кабели, аксессуары или крышку. Используйте самую тяжелую реалистичную конфигурацию. Результат в килограммах.
2. Найдите расстояние до центра тяжести (d). Измерьте горизонтальное расстояние от оси вращения шарнира до центра тяжести панели, в том месте, где сила тяжести создает наибольший крутящий момент. Для однородной плоской панели центр тяжести находится в ее геометрическом центре. Результат в метрах.
3. Рассчитайте статический удерживающий момент (T). Перемножьте: T = W × 9,81 × d. 9,81 преобразует массу в гравитационную силу. Результат в ньютон-метрах.
4. Примените коэффициент безопасности. Умножьте статический крутящий момент на 1,5 для обычных применений или на 2 для применений с высоким циклом работы, высокой вибрацией или критически важных с точки зрения безопасности. Это учитывает потерю крутящего момента в течение срока службы петли и изменение нагрузки в реальных условиях.
5. При использовании разделите на несколько петель. Если в панели используются две петли, каждая из них несет примерно половину нагрузки. Разделите общий требуемый крутящий момент на количество петель, чтобы определить требуемый крутящий момент на одну петлю.

Три рабочих примера

Формула становится наиболее понятной, если ее применить к реальным случаям. Вот три примера из разных диапазонов нагрузки и отраслей.

Пример 1 - экран ноутбука или планшета (небольшая нагрузка)

Складной экран весит 0,4 кг, а его центр тяжести находится на расстоянии 150 мм (0,15 м) от оси шарнира в открытом состоянии.

• Статический крутящий момент: 0.4 × 9.81 × 0.15 = 0,59 Н-м
• С коэффициентом безопасности 1,5: 0,59 × 1,5 = 0,88 Н-м
• Через две петли: примерно 0,45 Н-м на каждый шарнир
• Выбор: мини-петли или петли с постоянным крутящим моментом в диапазоне 0,5-1,0 Н-м на петлю. Это вполне соответствует требованиям HSP диапазон минимоментных шарниров, который обеспечивает разрешение до 0,1 Н-м.

Пример 2 - Промышленная панель управления HMI (средняя нагрузка)

Панель управления оператора весит 3 кг, а ее центр тяжести находится на расстоянии 200 мм (0,2 м) от оси шарнира. Панель открывается и закрывается много раз за смену, так что это приложение с высоким циклом работы.

• Статический крутящий момент: 3 × 9.81 × 0.2 = 5,89 Н-м
• С коэффициентом безопасности 2× для использования в условиях интенсивного цикла: 5.89 × 2 = 11,8 Н-м
• Через две петли: примерно 5,9 Н-м на каждый шарнир
• Выбор: петля с регулируемым моментом затяжки, рассчитанная на 5-6 Н-м на петлю. Сайт шарнир с регулируемым моментом затяжки это правильный выбор, так как позволяет оператору точно настроить ощущения после установки по мере изменения нагрузки на панель или предпочтений.

Пример 3 - Вращающийся дисплей киоска самообслуживания (более высокая нагрузка)

Дисплей киоска в сборе весит 5 кг, центр тяжести находится на расстоянии 300 мм (0,3 м) от оси вращения. Он вращается для просмотра покупателями и операторами и должен выдерживать любой угол наклона.

• Статический крутящий момент: 5 × 9.81 × 0.3 = 14,7 Н-м
• С коэффициентом безопасности 1,5: 14,7 × 1,5 = 22,1 Н-м
• Через две петли: примерно 11 Н-м на каждый шарнир
• Выбор: На этом уровне требования приближаются к верхней границе стандартного диапазона крутящих моментов, поэтому распределение нагрузки на два шарнира или заказ высокомоментного узла является практичным решением. A поворотный моментный шарнир подходит для вращательного движения, и HSP может разработать индивидуальные значения крутящего момента до 25 Н-м для применений в этом диапазоне.

Выбор правильного коэффициента безопасности

Коэффициент безопасности - это не набивка. Он учитывает реальные инженерные эффекты, которые снижают момент удержания с течением времени и в условиях эксплуатации. Правильный выбор этого коэффициента - это разница между петлей, которая прослужит весь срок службы изделия, и петлей, которая слетит через год.

Распространенные ошибки, которых следует избегать

• Подбор размера по весу при игнорировании расстояния. Плечо момента имеет такое же значение, как и вес. Легкая панель на длинном рычаге может потребовать большего крутящего момента, чем тяжелая панель, установленная вплотную.
• Забудьте о факторе безопасности. При подборе размера по точному статическому моменту не учитывается потеря момента, которую испытывает каждый фрикционный шарнир в течение своего срока службы.
• Без учета добавочной массы. Кабели, более тяжелая ревизия дисплея или аксессуары, добавленные позже, - все это увеличивает нагрузку. Размер рассчитан на самую тяжелую реалистичную конфигурацию.
• Завышенные значения крутящего момента. Слишком большой момент затяжки делает панель жесткой и трудноподвижной, а также может вызвать напряжение в точках крепления. Ориентируйтесь на расчетное значение плюс коэффициент безопасности, а не на максимальный доступный момент.
• Предполагается, что одна петля несет все. В большинстве панелей используются две или более петли. Разделите нагрузку, но при этом учитывайте неравномерность открывания, выравнивания и жесткость крепления.

Контрольный список для выбора динамометрических петель

Прежде чем выбрать модель петли, проверьте приведенные ниже механические и экологические требования. Этот контрольный список поможет предотвратить занижение, завышение и несоответствие размеров при выборе петли.

• Вес панели, включая дисплеи, крышки, кабели, ручки и аксессуары
• Расстояние от оси шарнира до центра тяжести
• Наихудшее положение фиксации и требуемый угол раскрытия
• Количество шарниров, разделяющих нагрузку
• Необходимый коэффициент безопасности в зависимости от срока службы, вибрации и температуры
• Материал и обработка поверхности в соответствии с условиями эксплуатации
• Монтажное пространство, расположение винтов, толщина панели и жесткость кронштейна
• Независимо от того, требуется ли фиксированный крутящий момент, регулируемый крутящий момент, позиционирование с фиксацией или поворотное движение на 360°.
• Должна ли петля поддерживать регулировку на месте, прокладку кабеля, скрытый монтаж или нестандартные значения крутящего момента

Когда следует использовать несколько петель

Распределение нагрузки на несколько петель характерно для панелей весом более 1-2 кг или панелей, ширина которых превышает их высоту. Две петли распределяют нагрузку по крутящему моменту и улучшают стабильность выравнивания; для длинных или тяжелых дверей можно использовать три или более петель. При использовании нескольких петель разделите общий требуемый крутящий момент на количество петель, чтобы рассчитать номинальный крутящий момент на одну петлю, но оставьте запас на неравномерное распределение нагрузки, монтажные допуски и изгиб панели.

Часто задаваемые вопросы