Меню

Как измерить прикладываемое усилие



ISopromat.ru

Моментом силы называют вращательное усилие создаваемое вектором силы относительно другого объекта (оси, точки).

Размерность — [Н∙м] (Ньютон на метр) либо кратные значения [кН∙м]

Аналогом момента силы является момент пары сил.

Обязательным условием возникновения момента является то, что точка, относительно которой создается момент не должна лежать на линии действия силы.

Определение

Момент определяется как произведение силы F на плечо h:

Плечо силы h, определяется как кратчайшее расстояние от точки до линии действия силы.

Наш короткий видеоурок про момент силы с примерами:

Например, сила величиной 7 кН приложенная на расстоянии 35см от рассматриваемой точки дает момент M=7×0,35=2,45 кНм.

Пример момента силы

Наиболее наглядным примером момента силы может служить поворачивание гайки гаечным ключом.

Гайки заворачиваются вращением, для этого к ним прикладывается момент, но сам момент возникает при воздействии нашей силы на гаечный ключ.

Вы конечно интуитивно понимаете — для того чтобы посильнее закрутить гайку надо взяться за ключ как можно дальше от нее.

В этом случае, прикладывая ту же силу, мы получаем большую величину момента за счет увеличения её плеча (h2>h1).

Плечом при этом служит расстояние от центра гайки до точки приложения силы.

Плечо момента силы

Рассмотрим порядок определения плеча h момента:

Пусть заданы точка A и некоторая произвольная сила F, линия действия которой не проходит через эту точку. Требуется определить момент силы.

Покажем линию действия силы F (штриховая линия)

Проведем из точки A перпендикуляр h к линии действия силы

Длина отрезка h есть плечо момента силы F относительно точки A.

Момент принимается положительным, если его вращение происходит против хода часовой стрелки (как на рисунке).

Так принято для того, чтобы совпадали знаки момента и создаваемого им углового перемещения.

Источник

Способы измерения крутящего момента

Существуют различные способы измерения крутящего момента, которые отличаются своей точностью, гибкостью, универсальностью, условиями использования и многими другими параметрами. Ниже представлены наиболее передовые решения, решающие 80% задач по измерению крутящего момента, возникающих у наших партнеров.

Если же у Вас существует более специализированная задача обратитесь к нашим специалистам за консультацией.

Высокая точность определения крутящего момента.

Мониторинг крутящего момента в круглосуточном режиме 365 дней в году с минимальным обслуживанием в полевых или производственных условиях эксплуатации.

Внедрение измерительного узла в минимальные установочные габариты.

Высокая точность датчиков крутящего момента является на данный момент стандартным требованием предприятий, занимающихся проектированием, испытанием и мониторингом современных приводов и установок, используемых в наукоемких производствах. А в последнее время повышается спрос на датчики, работающие при скоростях вращения до 60 000 об/мин и выше. Индуктивные датчики момента серии ТМ обладают уникальной в своем роде технологией измерений крутящего момента, что позволяет обеспечивать не только высокую точность измерений, но и позволяет производить специальные высокоскоростные версии с частотами до 60 000 об/мин. Также датчики обладают высокими эксплуатационными свойствами, ознакомиться с которыми Вы сможете в специальном разделе .

Не менее распространенной задачей является Использование реактивных датчиков измерения крутящего момента при мониторинге, где постоянный контроль крутящего момента является необходимостью. Данные задачи разделяются на два основных типа:

— Энергетические, нефтедобывающие и установки, к которым предъявляются аналогичные высокие требования по точности с минимальными остановками на обслуживание и использованием в суровых условиях. Для данных установок идеально подходят фланцевые датчики типа TF , так как они не имеют изнашиваемых частей и используют бесконтактный съем данных.

— Производственные линии, тяжелое машиностроение и установки, где контролируется стабильность работы при заданных границах, но применение классических датчиков момента невозможно по конструктивным причинам. Наиболее подходящим является применение телеметрических систем, монтируемых на вал , основным преимуществом является возможность превратить почти любой вращающийся узел в датчик крутящего момента.

Читайте также:  Точность фитнес браслетов при измерении шагов

Последней, но не менее распространенной группой задач является натурное испытание узлов и установок в автомобильной, железнодорожной и военно-промышленной отрасли, где по каким-либо причинам не может быть предусмотрено использование готовых датчиков момента. Данные задачи связаны с суровыми условиями использования, с внедрением в уже готовые узлы и механизмы без изменения конструкции. И на данный момент наиболее универсальным и гибким решением также является использование телеметрических систем различных модификаций .
См. также здесь

Если же у Вас существует более специализированная задача обратитесь к нашим специалистам за консультацией.

Источник

Как рассчитать усилие затяжки без динамометрического ключа

Что такое затяжное усилие и как его узнать?

Моментом затяжки называют показатель усилия, который необходимо приложить для резьбовых соединений в процессе их завинчивания. Если крепеж был закручен с прикладыванием небольшого усилия, чем это было нужно, то при воздействии различных механических факторов резьбовое соединение может не выдержать, теряется герметичность скрепленных деталей, что влечет за собой тяжелые последствия. Так же и при чрезмерном усилии, резьбовое соединение или скрепляемые детали могут попросту разрушиться, что приведет к срыву резьбы или появлению трещин в конструкционных элементах.

Каждый размер и класс прочности резьбовых соединений имеет определенный момент затяжки при работе с динамометрическим ключом, который указывается в специальной таблице. При этом обозначение класса прочности изделия располагается на его головке.

Читать также: Бетон это смесь цемента воды

Основные резьбовые соединения в двигателе

Перечень основных резьбовых соединений двигателя и особенности их затягивания:

  • Головка блока цилиндров (ГБЦ). Очень важный узел, поэтому при её креплении к блоку важно соблюдать не только момент затяжки, но и порядок затягивания болтов. Как правило, ГБЦ затягивается довольно большим моментом, начиная от центра блока к краям в несколько заходов. Обязательно уточняйте эту информацию в руководстве по эксплуатации автомобиля (для каждой модели двигателя цифры и порядок могут быть различны)!
  • Клапанная крышка. Из-за того, что шпильки креплений клапанной крышки имеют маленький диаметр, при их затягивании следует соблюдать особую осторожность и не превышать необходимый момент. Порядок затягивания и момент также уточняйте в руководстве.
  • Свечи зажигания и свечи накаливания. Они затягиваются в произвольном порядке, но очень внимательно, так как в случае повреждения резьбы в двигателе потребуется дорогостоящий ремонт.
  • При затягивании форсунок также соблюдайте осторожность: из-за их небольшого диаметра легко повредить резьбу.
  • Затягивать подушки двигателя следует после полной установки двигателя, когда уже он своим весом держится на них. Если затянуть подушки до того, как двигатель полностью ляжет на них и будет убран домкрат, подушки быстро порвутся при эксплуатации.


Такой порядок затяжки ГБЦ чаще всего используется для рядных четырехцилиндровых двигателей

Маркировка и класс прочности деталей

Цифровое обозначение параметра прочности метрического болта указано на головке, и представлено в виде двух цифр через точку, к примеру: 4.6, 5.8 и так далее.

  1. Цифра до точки обозначает номинальный размер прочности предельного разрыва, рассчитывается как 1/100, и ее измерение осуществляется в МПа. К примеру, если на изделии указана маркировка — 9.2, то значение первого числа будет составлять 9*100=900 МПа.
  2. Цифра после точки является предельной текучестью по отношению к прочности, после расчета число необходимо умножить на 10, как указано в примере: 1*8*10=80 МПа.

Обозначение класса прочности метрических болтов

Предельная текучесть представляет собой максимальную нагрузку на конструкцию болта. Элементы, которые выполняются из нержавеющих видов стали, имеют обозначение непосредственно самого вида стали (А2, А4), и только после этого указывается предельная прочность.

К примеру, А2-50. Значение в подобной маркировке обозначает 1/10 прочностного предела углеродистой стали. При этом, изделия, для изготовления которых используется углеродистая сталь, имеют класс прочности – 2.

Обозначение прочности для дюймовых болтов отмечается насечками на его головке.

Читайте также:  Как измерить давление ноги при ходьбе 7 класс физика

Обозначение класса прочности дюймовых болтов

Можно ли правильно затянуть резьбовые соединения ГБЦ без динамометрического ключа

Затягивать резьбовые соединения при отсутствии соответствующего оборудования категорически не стоит автолюбителям, которые решили самостоятельно поменять прокладку головки блока или притереть клапаны.

Динамометрическим ключом не всегда пользуются при затяжке опытные слесаря-ремонтники, которые способны почувствовать на практике предел прочности любого болта. Но такая способность приходит не сразу. Для этого нужно поработать динамометрическими ключами несколько лет.

Но даже специалисты с большим стажем болты крепления головки блока цилиндров на дорогих марках легковых автомобилей затягивают динамометрическим ключом, потому что эта операция напрямую влияет на долговечность работы силового агрегата. В экстренной ситуации, когда нет возможности воспользоваться динамометрическим ключом, можно применить вариант с механическим или электронным кантором. В приведённом ниже видео опытный слесарь объясняет зрителям, как можно правильно затянуть головку блока цилиндров без ключа. При этом стоит иметь в виду, что правильность выполнения работ стоит проверить с помощью угломера.

Видео: как проверить затяжку головки блока цилиндров

Затяжка болтов крепления ГБЦ на автомобилях с пробегом — дело ответственное, трудное, специфическое. Ответственное, потому что от правильной затяжки зависит нормальная и долговечная работа двигателя. Трудное, поскольку эту работу выполнять не совсем удобно из-за тесноты и недостаточной обзорности. Специфическое — потому что нужно болты подтягивать в несколько заходов, по определённой схеме, с помощью специального динамометрического инструмента.

В чем измеряется затяжное усилие?

Основная величина измерения усилия затяжки болтов – Паскаль (Па). Международная система «СИ» предполагает, что данной единицей измеряется как давление, так и механическое напряжение. Соответственно, Паскаль равен значению давления, которое вызывается силой равной одному Ньютону и равномерным образом распределяется на плоскости размером в 1 м2.

Чтобы понять как можно конвертировать одну единицу измерения в другую, посмотрим пример:

  • 1 Паскаль = 1 Нютону/м2;
  • 1 МПаскаль = 1 Ньютону/мм2;
  • 1 Ньютон/мм2 = 10 кгс/см2.

Значения усилий затяжки для различных типов болтов (таблица)

Для более удобного и точного восприятия представлена таблица затяжки болтов динамометрическим ключом.

Класс прочности, Нм 3.6 4.6 5.8 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9
М5 1.71 2.28 3.8 4.56 6.09 6.85 8.56 10.3 8
М6 2.94 3.92 6.54 7.85 10.5 11.8 14.7 17.7 10
М8 7.11 9.48 15.8 19 25.3 28.4 35.5 42.7 13
М10 14.3 19.1 31.8 38.1 50.8 57.2 71.5 85.8 17
М12 24.4 32.6 54.3 65.1 86.9 97.7 122 147 19
М14 39 52 86.6 104 139 156 195 234 22
М16 59.9 79.9 133 160 213 240 299 359 24
М18 82.5 110 183 220 293 330 413 495 27
М20 117 156 260 312 416 468 585 702 30
М22 158 211 352 422 563 634 792 950 32
М24 202 270 449 539 719 809 1011 1213 36

Читать также: Шланг для кровельной горелки

Также представим таблицу момента затяжки для дюймовых видов резьб по стандарту, который применяется в Соединенных Штатах.

Дюймы Нм Фунт
1/4 12±3 9±2
5/16 25±6 18±4.5
3/8 47±9 35±7
7/16 70±15 50±11
1/2 105±20 75±15
9/16 160±30 120±20
5/8 215±40 160±30
3/4 370±50 275±37
7/8 620±80 460±60

Значения усилий затяжки для ленточного хомута с червячным зажимом

Ниже приведенная таблица содержит ряд данных про первоначальную установку ленточных хомутов на новом шланге, а также про повторную затяжку уже обжатых шлангов.
Размер хомута

Определение момента затяжки

Динамометрическим ключом

Подбор этого инструмента должен осуществляться так, чтобы затяжной момент на крепежном элементе был на 20-30% меньше, нежели значение максимального момента на используемом ключе. Если попытаться превысить допустимый лимит, то инструмент может легко сломаться.

Затяжное усилие и марка материала должны присутствовать на каждом изделии, способы расшифровки маркировки описаны выше.

Чтобы выполнить вторичную протяжку болтов, следует придерживаться следующих рекомендаций:

  1. Точно знать значение необходимого затяжного усилия.
  2. Выполняя контрольную проверку затяжки, необходимо выставлять усилие и проверять по кругу каждый крепежный элемент.
  3. Запрещается пользоваться динамометрическим ключом как обычным, его не стоит использовать для закрутки деталей, гаек и болтов, чтобы получить лишь примерное усилие . Его стоит использовать для выполнения контрольной протяжки.
  4. У динамометрического ключа должен быть запас для измерения момента усилия.

Без использования динамометрического ключа

Чтобы выполнить проверку нам понадобится наличие:

  • накидного или рожкового ключа;
  • пружинного кантера или весов, с пределом не менее 30 кг;
  • таблицы, которая содержит сведения об усилии затяжки болтов и гаек.

Момент затяжки является усилием, которое необходимо приложить на рычаг размером в 1 метр. К примеру, требуется выполнить затяжку гайки рассчитав для этого усилие в 2 кГс/м:

  1. Нам потребуется узнать какой длины ключ. Например, длина составляет 20 см или 0,2 метра.
  2. Разделить единицу на наше полученное значение: 1/0,2 = 5.
  3. Умножить полученный результат: 5*2кГс/м = 10 кг.

Далее на практическом опыте крепим к ключу крючок и присоединяем его к весам. Выполняем натяжку к нужному значению (которое мы получили в ходе расчетов) и начинаем постепенно закручивать/проверять. Применение такого кустарного метода все же лучше, нежели закручивать болты на «глаз». Погрешность будет присутствовать в любом случае, однако с увеличением усилия она будет уменьшаться . Все зависит от того, какого качества весы. Однако для проведения серьезных и профессиональных работ лучше обзавестись специальным динамометрическим ключом.

Как сделать динамометрический ключ своими руками, чтобы им было удобно пользоваться?

Метровая рукоятка ключа – не самый практичный вариант. Воспользуемся правилом расчета силы в зависимости от длины рычага. Формулы изучать нет смысла, величины рассчитываются в пропорциях.

Чем короче рычаг, тем большее усилие необходимо приложить (при сохранении величины крутящего момента):

  • рычаг 1 м, крутящий момент 10 Н.м., усилие 1 кг;
  • рычаг 0,5 м, крутящий момент 10 Н.м., усилие 2 кг;
  • рычаг 33 см (уже удобно работать), крутящий момент 10 Н.м., усилие 3 кг.

Для изготовления понадобятся:

  • рукоятка для работы с торцевыми головками под квадрат (для большей универсальности – с удлинителем).
  • хомут для фиксации точки измерения силы.
  • измерительное устройство: можно использовать обычные весы типа «безмен» или «кантор». Оптимальный диапазон измерений от 100 грамм до 50 кг.


Отмерив от центра вращения необходимую длину, закрепляем хомут на рычаге.


Устройство готово за 15 минут. Можно наметить несколько точек установки хомута, в зависимости от измеряемого момента.

Если не хочется делать своими руками отдельный инструмент – воспользуйтесь стандартным набором ключей (с одной стороны рожковый, с другой – накидной). Принцип действия такой же точно.


Для каждого ключа (поскольку они разной длины), заранее составляем таблицу расчета. Можно воспользоваться готовым приложением для смартфона:

Вводим полученные данные (длина рычага, показания кантора), и видим готовый результат в ньютонах на метр.

Затягиваем болт самодельным динамометрическим ключом — видео

Вывод: Имея на руках безмен стоимостью 300 – 500 руб. (он есть практически в каждом доме), можно сэкономить на покупке фабричного динамометрического ключа: цена порядка 2000 – 3000 рублей.

Источник