Bei der Entwicklung oder Auswahl eines Gleichstrommotors oder eines Gleichstromgetriebemotors für eine bestimmte Anwendung ist eine der wichtigsten Überlegungen das Lastdrehmoment. Das Drehmoment ist die Rotationskraft, die benötigt wird, um ein Objekt zu drehen, und es spielt eine entscheidende Rolle dabei, dass der Motor die erforderliche Leistung erbringen kann. Für Produktingenieure ist das Wissen um die Berechnung des Lastdrehmoments entscheidend für die Abstimmung der Motorspezifikationen auf die Anforderungen der Anwendung. Beginnen wir mit dem Lernen.

Verstehen des Lastmoments

Was ist ein Lastmoment?

Das Lastmoment ist die Rotationskraft, die erforderlich ist, um eine Last in mechanischen Systemen zu bewegen oder zu halten. Es spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistung von Motoren, Förderbändern und anderen Maschinen. Wenn Sie das Lastmoment nicht kennen, riskieren Sie die Auswahl von Geräten, die die erforderliche Kraft nicht bewältigen können, was zu Ineffizienz oder Ausfällen führt.

Bei der Berechnung des Lastmoments werden Faktoren wie Reibung, Masse und Beschleunigung berücksichtigt. Dadurch wird sichergestellt, dass das System reibungslos und effizient funktioniert. Wenn Sie wissen, wie Sie das Lastdrehmoment oder das erforderliche Drehmoment berechnen, können Sie die Auswahl der Ausrüstung optimieren und die Gesamtleistung verbessern.

Komponenten des Lastmoments (statisches Drehmoment, dynamisches Drehmoment)

Das Lastmoment besteht aus zwei Hauptkomponenten: statisches Drehmoment und dynamisches Drehmoment. Diese unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und Anwendungen:

Das statische Drehmoment ist wichtig, wenn das System stillsteht oder eine Last hält. Das dynamische Drehmoment wird kritisch, wenn das System beschleunigt oder verlangsamt wird. Die Kenntnis dieser Unterschiede gewährleistet genaue Drehmomentberechnungen für Ihre spezifische Anwendung.

Wie messen die Ingenieure das erforderliche Drehmoment?

Bei der Berechnung des erforderlichen Drehmoments müssen die Masse der Last, die Reibung, der Radius der rotierenden Teile und die Betriebsparameter des Motors berücksichtigt werden. Der Prozess beginnt jedoch oft damit, dass die richtigen Fragen gestellt werden.

Schritt 1: Bestimmen der Lastmerkmale

Um das Lastmoment zu berechnen, muss der Ingenieur die Besonderheiten der Last und ihrer Bewegung kennen. Zu den wichtigsten Faktoren gehören:

• Lastmasse: Das Gewicht oder die Masse des Objekts, das gedreht wird.
• Reibung: Widerstand, der von Lagern, Zahnrädern oder anderen Bauteilen in Kontakt mit den beweglichen Teilen verursacht wird.
• Geschwindigkeit: Die gewünschte Drehgeschwindigkeit (RPM oder Umdrehungen pro Minute), mit der der Motor die Last drehen soll.

Lassen Sie uns ein Beispiel durchgehen.

Beispiel: Smart Lock Anwendung

Nehmen wir ein intelligentes Schließsystem für einen Kunden, der elektronische Schlösser herstellt. Der Kunde wünscht einen Planetenmotor mit einem Stillstandsdrehmoment von 4,0 G, obwohl die im Schloss verwendete Feder nur eine Kraft von 1000 g aufbringt. Ist dieser Motor für die Anwendung geeignet, und wie lässt sich feststellen, ob ein ausreichendes Drehmoment vorhanden ist?

Bewerten Sie die Federkraft: Die Feder im System liefert eine Kraft von 1000 g, aber das ist nicht dasselbe wie das Drehmoment. Die Kraft der Feder muss in ein Drehmoment umgewandelt werden. Das Drehmoment wird mit der folgenden Formel berechnet:

Die Kraft von 1000 g entspricht etwa 9,81 Newton (da 1 g ≈ 9,81 m/s²). Wenn der Radius des Zahnrads oder der Welle 0,05 m beträgt, ist das durch die Federkraft erzeugte Drehmoment:

Verstehen Sie das Anhaltemoment: Der Kunde hat einen Planetenmotor mit einem Kippmoment von 4,0 G angefordert. Das Stillstandsdrehmoment ist das maximale Drehmoment, das der Motor liefern kann, wenn sich die Welle nicht dreht. Die Angabe "4,0 G" bezieht sich wahrscheinlich auf die Fähigkeit des Motors, eine Last von der vierfachen Schwerkraft oder etwa 40 Newton am Radius der Motorwelle zu überwinden.Wenn das Stillstandsdrehmoment des Planetenmotors deutlich höher ist als das erforderliche Drehmoment der Feder, sollte der Motor für die Anwendung des Schlosses ausreichend sein. Das Drehmoment des Motors übersteigt die Federkraft, die zum Bewegen des Schlosses erforderlich ist.

Schritt 2: Identifizieren Sie die Drehmomentanforderungen

Sobald Sie die Eigenschaften der Last bestimmt haben, besteht der nächste Schritt darin, das erforderliche Drehmoment für den Motor zu ermitteln. Dazu müssen Sie die verschiedenen Komponenten kennen, die sich auf die Drehmomentanforderungen auswirken:

• Anfahrdrehmoment: Das Drehmoment, das benötigt wird, um eine Bewegung aus dem Stillstand einzuleiten.
• Laufendes Drehmoment: Das Drehmoment, das erforderlich ist, um eine kontinuierliche Bewegung aufrechtzuerhalten, sobald das System in Bewegung ist.
• Spitzendrehmoment: Das maximale Drehmoment, das der Motor während seines Betriebs erfährt.

Für Anwendungen wie Robotik, Automobilsysteme oder Hausautomatisierung (z. B. intelligente Schlösser) muss der Motor sowohl das Anlauf- als auch das Betriebsdrehmoment bewältigen, mit einem zusätzlichen Spielraum für unerwartete Spitzen während des Betriebs.

Schritt 3: Auswahl des richtigen Gleichstrommotors

Sobald das benötigte Drehmoment ermittelt wurde, können Sie einen Motor auswählen, der dem Drehmomentbedarf entspricht. Die Spezifikationen des Motors sollten über das berechnete erforderliche Drehmoment hinausgehen, um sicherzustellen, dass er die Last effizient bewältigen kann. Außerdem müssen die Nennleistung, die Drehzahl und der Wirkungsgrad des Motors berücksichtigt werden, um sicherzustellen, dass das System innerhalb der gewünschten Parameter arbeitet.

Wie misst der Kunde das erforderliche Drehmoment?

Für Kunden, die beispielsweise intelligente Schlösser oder Fördersysteme herstellen, mag die Messung des erforderlichen Drehmoments kompliziert erscheinen. Sie können jedoch diese Schritte befolgen:

Identifizieren Sie die Last und ihre Komponenten: Ein intelligentes Schlosssystem besteht beispielsweise aus einer Feder, einem Zahnrad und einer rotierenden Welle.

Messung oder Schätzung der wirkenden Kräfte: Verwenden Sie die Grundprinzipien der Mechanik (Kraft = Masse × Beschleunigung), um die Kraft abzuschätzen, die erforderlich ist, um die Last zu bewegen.

Berechnen Sie das Drehmoment: Multiplizieren Sie die Kraft mit dem Radius der Welle oder des Zahnrads, um das erforderliche Drehmoment zu ermitteln.

Beratung mit Experten: Ingenieure in Unternehmen wie INEED-Motoren kann bei der Überprüfung der Konstruktionsspezifikationen behilflich sein und bei der Auswahl von Motoren, die den Anforderungen des Kunden entsprechen, beraten.

Schlussfolgerung

Die Berechnung des Lastdrehmoments ist ein wesentlicher Schritt bei der Motorauswahl für jede Anwendung, von der Robotik und Automatisierung bis hin zu alltäglichen Verbraucherprodukten wie intelligenten Schlössern. Durch das Verständnis der Lastcharakteristiken, die Berechnung des erforderlichen Drehmoments und die Auswahl eines Motors mit geeigneten Spezifikationen können Ingenieure sicherstellen, dass das System wie vorgesehen funktioniert. Durch die enge Zusammenarbeit mit Motorherstellern wie INEED Motors kann sichergestellt werden, dass alle technischen Anforderungen erfüllt werden und der ausgewählte Motor eine zuverlässige Leistung erbringt.

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen Drehmoment und Kraft?

Das Drehmoment misst die Rotationskraft, während sich die Kraft auf die lineare Bewegung bezieht. Das Drehmoment hängt vom Abstand zum Drehpunkt ab, im Gegensatz zur Kraft, die direkt wirkt.

Warum ist eine Sicherheitsmarge bei der Drehmomentberechnung wichtig?

Eine Sicherheitsmarge sorgt dafür, dass Ihr System unerwartete Lasten oder Widerstände bewältigen kann. Sie verhindert Geräteausfälle und erhöht die Betriebssicherheit, insbesondere in dynamischen Umgebungen.

Können Sie für alle Drehmomentberechnungen Online-Rechner verwenden?

Online-Rechner eignen sich gut für Standardszenarien. Bei komplexen Systemen mit mehreren Variablen liefern jedoch fortgeschrittene Software oder manuelle Berechnungen genauere Ergebnisse.