Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы

Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы

Подборка формул для расчета валов и брусьев на кручение и решения задач сопротивления материалов по расчету внутренних моментов, касательных напряжений, деформаций и углов закручивания при кручении.

τ — касательные напряжения,
T – внутренний крутящий момент,
I_p – полярный момент инерции сечения вала,
W_p – полярный момент сопротивления сечения,
[ τ ] – допустимое напряжение,
G – модуль упругости II рода (модуль сдвига),
ρ — расстояние от центра сечения до рассматриваемой точки,
D – внешний диаметр вала,
d – внутренний диаметр вала кольцевого сечения.

Закон Гука при кручении (чистом сдвиге)

Расчет касательных напряжений в произвольной точке сечения вала

Формулы полярных моментов инерции и сопротивления

• для вала сплошного (круглого) сечения
  
• для вала кольцевого сечения
  

Формулы для подбора диаметра вала по условию прочности

• сплошное круглое сечение
  
• кольцевое сечение
  

Абсолютные деформации (угол закручивания участков вала)

Перемещение (угол поворота) сечений.

ГОСТ 12501-67 Трубы. Методы испытания крутящим моментом.

Функция доступна в рамках платных тарифов. Приобретите подписку на 1 месяц за 190 руб. и пользуйтесь сервисом без ограничений. Подробнее.

Скачать документ

Добавление закладки

Функция доступна в рамках платных тарифов. Приобретите подписку на 1 месяц за 190 руб. и пользуйтесь сервисом без ограничений. Подробнее.

Поделиться ссылкой

Функция доступна в рамках платных тарифов. Приобретите подписку на 1 месяц за 190 руб. и пользуйтесь сервисом без ограничений. Подробнее.

Добавление в избранное

Функция доступна в рамках платных тарифов. Приобретите подписку на 1 месяц за 190 руб. и пользуйтесь сервисом без ограничений. Подробнее.

Метод испытания крутящим моментом

Tubes. Twisting moment test method

Дата введения 1967-04-01

Постановлением Государственного комитета стандартов, мер и измерительных приборов СССР от 04.01.67 дата введения установлена 01.04.67

Ограничение срока действия снято по протоколу N 7-95 Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 11-95)

ИЗДАНИЕ (сентябрь 2010 г.) с Изменением N 1, утвержденным в мае 1986 г. (ИУС 8-86).

Настоящий стандарт распространяется на стальные цельнокатаные, волоченые и сварные трубы и устанавливает метод статических испытаний крутящим моментом для определения при температурах 15-30 °С следующих характеристик:

а) момента предела упругости (условного);

б) момента предела пропорциональности (условного);

в) момента предела текучести (физического);

г) момента предела текучести (условного);

д) предельного крутящего момента.

Применение метода предусматривается в стандартах и технических условиях, устанавливающих технические требования на стальные трубы.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

1.1. При испытании стальных труб крутящим моментом предусматриваются следующие определения и обозначения:

а) рабочая длина образца
, мм — часть образца между участками для захвата;
б) расчетная длина образца
, мм — участок образца, служащий для определения величин деформаций;
в) наружный диаметр трубы
г) толщина стенки трубы
д) скручивающий момент
, Н·м (кгс·н), действующий на образец в данный момент;
е) угол закручивания
, в градусах — угол относительного поворота поперечных сечений на концах расчетной длины;
ж) остаточный сдвиг
— пластическая деформация образца после снятия приложенного скручивающего момента.

1.2. Характеристики свойств стальных труб, определяемые при испытании крутящим моментом, имеют следующие обозначения и определения:

а) момент предела упругости (условного)

Н·м (кгс·н) — величина крутящего момента, при котором образец получает остаточный сдвиг, равный 0,05%.

Примечание. При наличии в стандартах или технических условиях на стальные трубы особых указаний разрешается определять величину момента предела упругости (условного) с меньшими допусками на величину остаточного сдвига (до 0,02%). Величина использованного допуска должна быть указана в обозначении, например

б) момент предела пропорциональности (условного)

, Н·м кгс·н — величина крутящего момента, при котором отступление от линейной зависимости между моментом и углом закручивания по поверхности образца достигает такой величины, при которой тангенс угла, образуемого касательной к кривой деформации и осью моментов, превышает свое первоначальное значение на 50%.

Примечание. При наличии в стандартах или технических условиях на стальные трубы особых указаний, разрешается определять величину момента предела пропорциональности

, Н·м (кгс·н), при ином допуске на увеличение указанного тангенса угла наклона касательной.
Величина допуска в процентах должна быть указана в обозначении, например:
в) момент предела текучести (физического)

, Н·м (кгс·н) — наименьшая величина кутящего момента, при котором образец деформируется без заметного изменения нагрузки;

г) момент предела текучести (условного)

, Н·м (кгс·н) — величина крутящего момента, при котором образец получает остаточный сдвиг, равный 0,3%.

Примечание. При наличии в стандартах или технических условиях на стальные трубы особых указаний, разрешается определять величину момента условного предела текучести при иных допусках на величину остаточного сдвига. Величина используемого допуска должна быть указана в обозначении, например:

д) предельный крутящий момент
, Н·м (кгс·н) — величина крутящего момента, предшествующая потере устойчивости трубы (смятию).

2. ФОРМА И РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ

2.1. Для испытания труб крутящим моментом применяют отрезки труб полного сечения.

2.2. Изготовление образцов путем отрезки труб необходимой мерной длины производят на металлорежущем оборудовании.

Необходимо принимать меры предосторожности против возможного изменения свойств металла образцов вследствие нагрева или наклепа. Поверхности образцов (кроме торцов) механической обработке не подвергают.

Острые заусенцы на торцах образцов, оставшиеся после отрезки, должны быть удалены запиловкой или обточкой.

2.3. К испытаниям не допускают образцы, имеющие на поверхности рабочей части вмятины, забоины и другие механические повреждения.

2.4. Наружный диаметр образцов измеряют с погрешностью не более 0,1 мм.

2.5. Расчетная длина образцов соответствует базе применяемого тензометра и выдерживается с погрешностью не более 1,0 мм.

Примечание. Применение расчетных длин менее 500 мм не рекомендуется.

2.6. Общие размеры образцов устанавливают по черт.1.

2.7. Для осуществления деформации скручивания в концы образцов (труб) плотно вставляют металлические пробки, предохраняющие образец от смятия при закреплении в захватах машины.

2.8. Образцы маркируют за пределами расчетной части.

3. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

3.1. В качестве испытательных машин допускается применять машины для кручения всех систем, обеспечивающие:

— точность показания величины крутящего момента ±1%;

— плавность статического нагружения (без ударов и толчков);

— надежное центрирование образца и отсутствие изгибающих нагрузок;

— возможность приостановления нагружения с точностью до одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя;

— свободное продольное перемещение одного из захватов;

3.2. При определении величин предельных моментов с помощью тензометров или торсиометров цена деления последних не должна превышать 10’.

4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЙ И ПОДСЧЕТ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Величину крутящего момента при испытании отсчитывают с точностью до одного наименьшего деления шкалы силоизмерителя.

4.2. При определении величин предельных моментов испытываемых труб нагрузки должны составлять не менее 0,1 применяемой шкалы силоизмерителя, но не ниже 0,04 от максимальной нагрузки испытательной машины.

4.3. Момент предела упругости (условного)
определяют с помощью тензометров или торсиометров следующим образом.
Вычисляют величину остаточного сдвига (
) в градусах по формуле

— база тензометра, применяемого для измерения остаточной деформации сдвига (расчетная длина образца), мм;

— наружный диаметр трубы, мм;
— допуск на величину остаточного сдвига, %.

Полученные значения округляют до 5’.

На образец после закрепления его в захватах испытательной машины и нагружения крутящим моментом, не превышающим 10% от ожидаемой величины момента предела упругости, устанавливают тензометр.

Затем образец нагружают моментом, составляющим 70% от ожидаемого момента упругости, и разгружают до начального момента. Следующие нагружения производят ступенями, соответствующими не более 10% от ожидаемого предельного момента. После каждой ступени нагружения производят разгрузку до начального момента с определением величины остаточного сдвига.

Испытание прекращают, когда остаточный сдвиг достигнет или несколько превысит вычисленную величину

По результатам испытаний определяют величину момента, соответствующую установленному остаточному сдвигу.

В тех случаях, когда необходимо уточнить численное значение определяемой характеристики, допускается использование линейной интерполяции.

Пример определения момента предела упругости

Образец — труба 51х2,5 мм, начальная расчетная длина и база тензометра 750 мм, ожидаемый момент предела упругости 2450-2548 Н·м (250-260 кгс·м).

Величина остаточного сдвига равна

Начальный момент 196 Н·м (20 кгс·м). Цена деления тензометра 10’.

Первую ступень нагружения принимают равной 1760 Н·м (180 кгс·м), в дальнейшем нагружение проводят ступенями по 196 Н·м (20 кгс·м) до тех пор, пока остаточный сдвиг достигает или несколько превысит установленный допуск 0°50’. Результаты испытаний записывают в табл.1.

Приложенный момент, Н·м (кгс·м)

Остаточный сдвиг после разгрузки

По результатам испытаний находят величину момента, соответствующую установленному остаточному сдвигу. Момент предела упругости (условного)

2548 Н·м (260 кгс·м). Найденный момент уточняют путем линейной интерполяции:

2548-2352=196 Н·м (20 кгс·м); 60’ — 25’ = 35’.

Добавочный момент (
) определяют из пропорции 196 Н·м — 35’

— разность между вычисленным остаточным сдвигом 0°50’ и полученным (1°) после снятия приложенного момента 2548 Н·м (260 кгс·м);

* Н·м (5,7 кгс·м).
Полученный уточненный момент предела упругости
2548-56=2492 Н·м (254,3 кгс·м).

(Измененная редакция, Изм. N 1).

4.4. Допускается определять момент предела упругости (условного) по диаграмме испытаний (черт.2), построенной по данным показаний силоизмерителя испытательной машины (момент) и тензометра (деформация). Масштаб диаграммы должен обеспечивать соответствие 1 (мм) оси абсцисс не более 0,1% от остаточного сдвига и 1 мм оси ординат не более 1,0% от величины определяемого крутящего момента.

Для определения момента
вычисляют величину остаточного сдвига по формуле, приведенной в п.4.3.

, отстоящей от начала координат на расстоянии, равном величине заданного допуска на остаточный сдвиг, проводят прямую

, параллельную прямой
(пересечение
с кривой скручивания) определяет высоту ординаты, т.е. величину момента
, отвечающую моменту предела упругости при заданном допуске на величину остаточного сдвига.
4.5. Момент предела пропорциональности (условного)
определяют с помощью тензометров или торсиометров следующим образом.

На образец после его закрепления в захватах испытательной машины и нагружения крутящим моментом, не превышающим 10% от ожидаемой величины момента предела пропорциональности, устанавливают тензометр.

Время выдержки под нагрузкой для снятия показаний на каждой ступени нагружения должно составлять не более 5-7 с.

Образец нагружается крупными ступенями до величины момента, составляющего 70% от ожидаемого момента предела пропорциональности

. В дальнейшем нагружение производят мелкими ступенями (

5% от ожидаемого момента предела пропорциональности). Когда угловая деформация от нагружения при малой ступени превысит в 2-3 раза среднее значение приращения деформации (при той же ступени нагрузки) на начальном линейном упругом участке, испытание прекращают. На упругом участке определяют средний угол закручивания на малую ступень нагружения и найденную величину увеличивают на 50% (в соответствии с заданным допуском).

, соответствующий точке этой полуторной деформации, которую находят на соответствующем участке малой ступени нагружения, и есть искомая величина.

В тех случаях, когда необходимо уточнить численное значение определяемой характеристики, допускается использование линейной интерполяции.

Пример определения момента предела пропорциональности (условного)

Допуск на увеличение тангенса угла, образованного касательной к кривой деформации с осью нагрузок, — 50% от его значения на линейном участке.

Образец — труба 51х2,5 мм, начальная расчетная длина и база тензометра 750 мм, ожидаемый момент предела пропорциональности 2450 Н·м (250 кгс·м).

Начальный момент
10% от ожидаемого
2450 Н·м (250 кгс·м) составит 245 Н·м (25 кгс·м) (округленно принимаем 196 Н·м (20 кгс·м). Момент

, отвечающий 70% от ожидаемого момента предела пропорциональности, равен 1715 Н·м (175 кгс·м) (округленно принимаем 1760 Н·м (180 кгс·м).

Для получения не менее четырех отсчетов в указанном интервале нагрузок крупную ступень нагружения определяют по формуле

7.2: Классическая механика

Область классической механики включает изучение тел в движении, особенно физические законы, касающиеся тел, находящихся под воздействием сил. Большинство механических аспектов проектирования роботов тесно связано с концепциями из этой области. В данном блоке описываются несколько ключевых применяемых концепций классической механики.

СКОРОСТЬ — это мера того, насколько быстро перемещается объект. Обозначает изменение положения во времени (проще говоря, какое расстояние способен преодолеть объект за заданный период времени). Данная мера представлена в единицах расстояния, взятых в единицу времени, например, в количестве миль в час или футов в секунду.

ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ – Скорость может также выражаться во вращении, то есть насколько быстро объект движется по кругу. Измеряется в единицах углового перемещения во времени (то есть в градусах в секунду), или в циклах вращения в единицу времени (например, в оборотах в минуту). Когда измерения представлены в оборотах в минуту (RPM), речь идет о частоте вращения. Есть речь идет об об/мин автомобильного двигателя, это означает, что измеряется скорость вращения двигателя.

УСКОРЕНИЕ – Изменение скорости во времени представляет собой ускорение. Чем больше ускорение, тем быстрее изменяется скорость. Если автомобиль развивает скорость от 0 до 60 миль в час за две секунды, в этом случае ускорение больше, чем когда он развивает скорость от 0 до 40 миль в час за тот же период времени. Ускорение — это мера изменения скорости. Отсутствие изменения означает отсутствие ускорения. Если объект движется с постоянной скоростью — ускорение отсутствует.

СИЛА — Ускорение является следствием воздействия сил, которые провоцируют изменение в движении, направлении или форме. Если вы нажимаете на объект, это означает, что вы прикладываете к нему силу. Робот ускоряется под воздействием силы, которую его колеса прикладывают к полу. Сила измеряется в фунтах или ньютонах.

Например, масса объекта воздействует на объект как сила вследствие гравитации (ускорение объекта в направлении центра Земли).

КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ – Сила, направленная по кругу (вращение объекта), называется крутящим моментом. Крутящий момент — это вращающая сила. Если к объекту приложен крутящий момент, на границе первого возникает линейная сила. В примере с колесом, катящемся по земле, крутящий момент, приложенный к оси колеса, создает линейную силу на границе покрышки в точке ее контакта с поверхностью земли. Так и определяется крутящий момент — как линейная сила на границе круга. Крутящий момент определяется величиной силы, умноженной на расстояние от центра вращения (Сила х Расстояние = Крутящий момент). Крутящий момент измеряется в единицах силы, умноженной на расстояние, например, фунто-дюймах или ньютон-метрах.

В примере с колесом, катящемся по земле, если известен крутящий момент, приложенный к оси с закрепленным на ней колесом, мы можем рассчитать количество силы, прикладываемой колесом к поверхности. В этом случае, радиус колеса является расстоянием силы от центра вращения.

Сила = Крутящий момент/Радиус колеса

В примере с рукой робота, удерживающей объект, мы можем рассчитать крутящий момент, требуемый для поднятия объекта. Если объект обладает массой, равной 1 ньютону, а рука имеет длину 0,25 метра (объект располагается на расстоянии 0,25 метра от центра вращения), тогда

Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,25 метра = 0,25 ньютон-метров.

Это означает, что для удержания объекта в неподвижном положении, необходимо применить крутящий момент, равный 0,25 ньютон-метров. Чтобы переместить объект вверх, роботу необходимо приложить к нему крутящий момент, значение которого будет превышать 0,25 ньютон-метров, так как необходимо преодолеть силу гравитации. Чем больше крутящий момент робота, тем больше силы он прикладывает к объекту, тем больше ускорение объекта, и тем быстрее рука поднимет объект.

Для данных примеров, мы можем рассчитать крутящий момент, необходимый для подъем этих объектов.

Пример 7.2 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 1 ньютон х 0,125 метра = 0,125 ньютон-метров.

Для данного примера, длина рука равна половине длины руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза меньше. Значение длины руки пропорционально значению требуемого крутящего момента. При равных исходных характеристиках объекта, чем короче рука, тем меньший крутящий момент необходим для подъема.

Пример 7.3 — Крутящий момент = Сила * Расстояние = 1 ньютон х 0,5 метра = 0,5 ньютон-метров.

Для данного примера, длина рука равна удвоенной длине руки из Примера 1, поэтому значение требуемого крутящего момента также в два раза больше.

Еще одна точка зрения относительно ограниченного крутящего момента в соединении руки робота заключается в следующем: более короткая рука сможет поднять объект большей массы, чем более длинная рука; однако, для первой доступная высота подъема объекта будет меньше, чем для второй.

Эти примеры иллюстрируют руку робота, поднимающую объекты разной массы. Какова взаимосвязь с требуемым количеством крутящего момента?

Пример 4 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = ½ ньютона х 0,25 метра = 0,125 ньютон-метров.

Пример 5 — Крутящий момент = Сила х Расстояние = 2 ньютона х 0,25 метра = 0,5 ньютон-метров.

Эти примеры иллюстрируют уменьшение значения требуемого крутящего момента по мере снижения массы объекта. Масса пропорциональна крутящему моменту, необходимому для ее подъема. Чем тяжелее объект, тем больше крутящий момент, требуемый для его подъема.

Проектировщики роботов должны обратить внимание на ключевые взаимосвязи между значениями крутящего момента, длины руки и массы объекта.

РАБОТА – Мера силы, приложенной на расстоянии, называется работой. Например, для удерживания объекта необходимо 10 фунтов силы. Далее, чтобы поднять этот объект на высоту 10 дюймов, требуется определенное количество работы. Количество работы, требуемое для подъема объекта на высоту 20 дюймов, удваивается. Работа также понимается как изменение энергии.

МОЩНОСТЬ — Большинство людей полагает, что мощность является термином из области электрики, но мощность также относится и к механике.

Мощность — это количество работы в единицу времени. Насколько быстро кто-то может выполнить работу?

В робототехнике принято понимать мощность как ограничение, так как соревновательные робототехнические системы имеют ограничения в части выходной мощности. Если роботу требуется поднять массу в 2 ньютона (прилагая 2 ньютона силы), скорость подъема будет ограничиваться количеством выходной мощности робота. Если робот способен произвести достаточное количество мощности, он сможет быстро поднять объект. Если он способен произвести лишь малое количество энергии, подъем объекта будет производиться медленно (либо не будет производиться вообще!).

Мощность определяется как Сила, умноженная на Скорость (насколько быстро выполняется толчок при постоянной скорости), и обычно выражается в Ваттах.

Мощность [Ватты] = Сила [Ньютоны] х Скорость [Метры в секунду]

1 Ватт = 1 (Ньютон х Метр) / Секунда

Как это применяется в соревновательной робототехнике? К проектам роботов применяются определенные ограничения. Проектировщики соревновательных роботов, использующие систему проектирования VEX Robotics Design, также должны учитывать физические ограничения, связанные с применением электромоторов. Электромотор обладает ограниченной мощностью, поэтому он может производить только определенное количество работы с заданной скоростью.

Примечание: все перспективные концепции имеют базовое описание. Более глубоко обсуждать эти физические свойства учащиеся будут в процессе обучения в ВУЗах, если выберут область STEM в качестве направления обучения.

Статьи текущего раздела

• 7.1: Введение
• 7.2: Классическая механика
• 7.3: Электромоторы постоянного тока
• 7.4: Проект руки
• 7.5: Имитация и расчет размеров электромотора постоянного тока
• 7.6: Формулы
• 7.7: Проектный отчет

Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы

Представлен краткий обзор научно-технической литературы по использованию кручения в процессах волочения труб. Проанализирован сортамент трубных изделий, современное состояние и перспективы развития их производства. Рассмотрены конструкции инструмента и особенности процессов волочения с кручением.

Трубное производство в значительной степени определяет развитие большинства отраслей отечественной промышленности. Особо важным является изготовление холоднотянутых труб методом волочения. Такие трубы обладают высокими качествами с точки зрения точности геометрических размеров, чистоты поверхности и механических свойств [1].

Одним из перспективных путей совершенствования процессов волочения труб является использование комбинированной нагрузки, совмещающей растягивающие тянущие усилия Р_В с крутящим моментом М, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси волочения. В связи с этим особый интерес представляет разработка и внедрение процессов волочения труб, конструирование технологического инструмента, в которых используется активное действие сил кручения [2].

Вопросам использования кручения в процессах волочения труб уделяется все большее внимание, рис.1. Анализ публикаций по годам показывает, что в период 1986-2005 годы наибольшее количество публикаций в технической литературе имело место в 1986-1987 годах. В последующие годы падение промышленного производства труб в России повлекло за собой сокращение числа публикаций.

Впервые процесс волочения через принудительно вращаемые волоки в плоскости, перпендикулярной оси канала предложен в 1931 году Заксом и Линикусом для определения коэффициента трения [3]. В дальнейшем этот процесс был рекомендован А.Л. Тарнавским, В.Ф. Исуповым, Н.З. Днестровским и др. для снижения тегового усилия Р_В по сравнению с простым волочением [4-6], что позволяет увеличить вытяжку за один проход, обеспечить равномерный износ волочильного канала. Вместе с тем, для получения ощутимого эффекта в снижении усилия волочения волоке необходимо сообщить очень большое число оборотов, что в настоящее время является сложной технической
задачей [7].

В процессах волочения труб наблюдается большая кривизна («саблевидность»), которая устраняется последующей операцией правки труб. Для существенного уменьшения кривизны предложен процесс волочения труб с кручением, рис. 2. [8].

Трубная заготовка 1 протягивается через овальную волоку 3, удерживающую заготовку от поворота и рабочую волоку 4, закрепленные в волокодержателе 2 болтами 5. крутящий момент М прикладывается к протянутой трубе за счет вращения захвата 6, установленного на тележке волочильного стана 7. каждая точка изделия на участке между волокой 4 и захватом 6 перемещается по винтовой линии в осевом направлении со скоростью ,где ω — угловая скорость вращения захвата, ρ — расстояние от оси волочения до рассматриваемой точки. Благодаря закручиванию предотвращается искривление протянутой трубы.

Рис. 1. Динамика числа публикаций по использованию кручения в процессах волочения по годам

Рис. 2. Схема процесса волочения труб с кручением

Пластическое закручивание труб в процессах волочения обеспечивает практически одинаковые механические свойства в продольной и поперечном направлениях из-за винтового расположения волокон. Это позволяет увеличить прочность элементов конструкций, работающих при эксплуатации на сдвиг за счет деформационной анизотропии металлов [9].

Одним из процессов изготовления труб с наружным или внутренним спиральным оребрением, получивших широкое применение в теплообменной и холодной аппаратуре, является процесс волочение труб с прямыми продольными ребрами с одновременным скручиванием их на требуемый шаг спирали.

В работе [10] в тонкостенную трубу с наружными продольными ребрами 1, вставленную в принудительно вращаемую волоку 4, вводят короткую оправку 2 и закрепляют ее на стержне 3, рис. 3.

Крутящий момент прикладывают к заготовке со стороны поступления ее в очаг деформации. Тонкостенную трубу 5 с большими углами подъема ребер без потери устойчивости изготавливают протягиванием трубы подвижным зажимом через вращаемую волоку с одновременной раздачей ее на неподвижной оправке.

Рис. 3. Схема процесса волочения труб с наружным винтовым оребрением

В работе [11] круглую трубную заготовку 1 с продольными внутренними ребрами (рис. 4) задают в овальную волоку 2, вращаемую с помощью червячного колеса 3 и в круглую неподвижно установленную за ней волоку 4. Вращаемая овальная волока 2 формоизменяет заготовку 1 в овальную 5 с одновременным ее закручиванием. Затем свернутая в спираль трубная заготовка осаживается в волоке 4. в результате на выходе получаем трубу с внутренним спиральным оребрением 6.

Рис. 4. Схема процесса волочения труб с внутренним винтовым оребрением

Трубы с внутренним спиральным оребрением можно получить в процессах волочения на вращаемых длинной, короткой и плавающих оправках [12-14]. На рабочей поверхности оправок выполнены винтовые пазы с углами подъема 15-45 0 . В процессе волочения на внутренней поверхности труб формируется спиральное оребрение, копирующее профиль на оправке.

Витые профильные трубы (квадратные, прямоугольные и.т.п.) получают в процессах волочения путем протягивания круглой заготовки либо через волоку, которой придают вращение, либо через неподвижную волоку при вращении захвата [15]. В одном процессе может совмещаться профилирование и закручивание [16].

Кручение профильных заготовок может производиться волочением в устройстве (рис.5) [17], состоящем из двух втулок 3 и 8, которые могут поворачиваться одна относительно другой вокруг общей их оси. Втулки на одном конце имеют гнезда для установки и закрепления, профильных волок 1, другой конец их выполнен в виде фланцев с торцевым зубчатым венцом а. Втулки смонтированы на радиально-упорных подшипниках в цилиндрическим корпусе 6, который с открытого конца имеет внутреннюю резьбу для гайки 7. углубление б в этой части гайки служит для упора специального ключа. Волоки снаружи по форме выполняют некруглыми, во избежание провертывания в гнездах втулок. Для крепления устройства в люнете волочильного стана используют установочный фланец 5.

Рис. 5. Устройство для волочения витых профильных труб

Кручение профильных заготовок осуществляется следующим образом. Вывинчиванием гайки 7 втулки 3 и 8 выводят из зацепления, а профильные волоки совмещают своими отверстиями. В волоки вводят передний конец заготовки настолько, чтобы клещами волочильной тележки можно было захватить выступающую ее часть. Используя лыски 2 и ключ, втулку 3 поворачивают на угол, обеспечивающий заданный угол закрутки. Угол поворота отмеряется при помощи стрелки 4 по лимбу, нанесенному на торцевую сторону фланца 5. сместив втулки одну относительно другой на необходимый угол, завинчивают гайку 7, приводя в зацепление зубчатые венцы втулок. После этого, зацепив тележкой, выступающий конец изделия, начинают волочение. В процессе волочения между профильными волоками происходит непрерывное пластическое кручение заготовки. Поскольку движение выходящего винтового профиля определяется поступательным движением тележки, то втулки 3 и 8 вместе с волоками совершают вращательное движение.

При волочении крутящий момент можно прикладывать к заднему концу трубной заготовки с таким расчетом, чтобы металл, находящийся в очаге деформации не вращался относительно волоки [18]. В процессе протягивания приложенный крутящий момент уравновешивается моментом сил трения в очаге деформации и реактивным моментом на заострении протягиваемой заготовки. Металл заготовки поступает в очаг деформации в напряженном состоянии, что снижает нормальные контактные напряжения особенно на входе в очаг деформации, облегчает получение жидкостного режима трения и увеличивает стойкость волок. Благодаря этому снижается тяговое усилие, что позволяет интенсификацию процесса. Этот процесс во многом подобен процессу волочения труб с противонатяжением.

Из проведенного обзора научно-технической литературы следует, что кручение в процессах волочения труб играет полезную роль: снижает силы трения, давление на волоку, а главное тяговое усилие и увеличивает обжатие за проход; обеспечивает равномерный износ волочильного канала, получение труб с винтовым расположением волокон, что повышает их эксплуатационные свойства; устраняет «саблевидность» при протягивании; позволяет изготавливать трубы с наружным или внутренним спиральным оребрением; витые профильные трубы. Крутящий момент можно прикладывать к заготовке при входе в волоку или выходе из нее, к волочильному инструменту (волоке, оправке). Закручивание заготовки может производиться между двумя, дистанционно расположенными волоками.

Таким образом, использование кручения в процессах волочения труб расширяет их технологические возможности, дает существенную экономию средств и ресурсов, увеличивает производительность и ассортимент трубной продукции.

1. Савин Г.А. Волочение труб [Текст] — М.: Металлургия,1993.-336с.
2. Каргин В.Р. Процессы получения винтовых профилей и труб [Текст]-М.: Металлургия, 1994 -96 с.
3. Закс, Лубен и Грос. Определение усилий при волочении труб. [Текст]-Journal Applied Mechanics,том 4,1944
4. Тарнавский А.П. Эффективность волочения с противонатяжением [Текст] — М.: Металлургиздат, 1959-152 с.
5. Юсупов В.Ф., Славкин, В.С. Производство калиброванной стали [Текст] — М.: Металлургиздат,1962-186 с.
6. Днестровский Н.З. Волочение цветных металлов и сплавов [Текст] — М.: Металлургииздат, 1954-268 с.
7. Перлин И.Л., Ерманок М.З. Теория волочения [Текст] — М.: Металлургия,1971-448 с.
8. А.с. 645719 СССР В 21 С 3/00. Устройство для волочения с кручением круглых профилей [Текст] / В.А. Зазимко, М.В. Бабасов, Г.А. Савин и.др. — Открытия. Изобретения.1979, Бюл.№5 — с.26.:ил
9. Хван А.Д., Пустовалов С.В., Хван Д.В. Упрочнение тонкостенных цилиндрических стоек пластическим сдвигом [Текст]/Прогрессивные методы и технологическое оснащение процессов ОМД// Сб. тезисов междунар. науч-техн. конф. — Санкт-Петербург,2005.-С.124-125.
10. А.с. 262067 СССР МКИ В 21 С 1/22. Способ волочения труб со скручиванием [Текст]/ А.И. Шлосберг, А.Б. Головатый — Открытия. Изобретения-1973, Бюл.№34 — 210 с.
11. А.с. 386539 СССР МКИ В 21 С 37/24. Способ изготовления труб круглого сечения со спиральными ребрами [Текст] /Ю.С. Старостин, В.И. Плохов, В.К. Ерохов и др. — Открытия. Изобретения-1982, Бюл №48 — с. 36
12. А.с. 152893 СССР МКИ В 21 С 3/16. Самоустанавливающаяся оправка для волочения труб [Текст]/ В.И. Бояркин, А.М. Антимонов, В.М. Попов и др.-Открытия. Изобретения-1989, Бюл №46-с.29
13. Пат.3292408 США, кл 72-283. Способ формовки труб с внутренним оребрением [Текст]/John R. Hill; Опубл.1966.
14. Пат. 330147 Швеция, кл 76 37/15. Способ деформации труб с внутренними ребрами для теплообменников [Текст] / Fred W. French. Опубл.1970.
15. А.с. 406598 СССР В 21 С 37/20. Инструмент для профилирования витых труб из тонкостенной цилиндрической заготовки [Текст]/ А.И. Дорохов, Л.М. Шлосберг, Ю.А. Мироненко и др. — Открытия. Изобретения-1973. Бюл №46- с.23.
16. Каргин В.Р., Шокова Е.В. Расчет параметров волочения с кручением квадратных и прямоугольных труб [Текст]/Вестник СГАУ 2004,№1 -С.80-84.
17. А.с. 130481 СССР МКИ 7с5. Устройство для скручивания некруглых профилей волочением. [Текст] /В.Л. Колмогоров, Г.П. Моисеев, Ю.М. Шахнаев — Открытия. Изобретения — 1960,
    Бюл. №15, с.15
18. А.с. 281388 СССР МКИ В21 С 1/00. Устройство для волочения [Текст]/В.В. Девятов, Е.М. Девятова — Открытия. Изобретения — 1970,
    Бюл. №29-с.23.

Как измерять крутящий момент?

Данная статья об измерении крутящего момента поможет вам:

• Понять, что такое крутящий момент
• Узнать, как измерять крутящий момент
• Ознакомиться со спецификой измерения крутящего момента при сборе данных

Что такое крутящий момент?

Если вы не пропускали уроки физики в школе, то помните, что сила — это воздействие, приводящее тело в движение в течение времени. Например, простое линейное усилие может толкнуть (или притянуть) массу в состоянии покоя и изменить её скорость путём ускорения. Крутящий момент — сила, которая вызывает вращение тела по своей оси вращения. Так, крутящий момент — это крутящее усилие, которое называют вращающей силой.

Наиболее очевидный пример крутящего момента — приводной вал автомобиля. Вызываемый двигателем крутящий момент вала приводит автомобиль в движение. Крутящий момент — это вектор: это означает, что он имеет направление.

Крутящий момент — усилие, вращающее или поворачивающее приводной вал, винт или колесо.

Также крутящий момент называют моментом или моментом силы. Как правило, крутящий момент обозначают символом \(\tau \) (греческой буквой «т»). Единица измерения крутящего момента по системе СИ — \(N⋅m (Н·м)\).

В США для его выражения используют футо-фунты (\(ft/lbs\)). Для перевода \(N⋅m\) в \(ft/lbs\) достаточно разделить N⋅m на 1,356.

Для чего измеряют крутящий момент?

Измерение механического крутящего момента торсионных валов — важнейший этап проектирования и сбора различных машин, а также устранения их неисправностей. Истинное значение механического крутящего момента вала, пропеллера или другого вращающегося компонента — единственный способ понять, отвечает ли он требованиям.

В некоторых случаях крутящий момент необходимо отслеживать постоянно: например, чтобы предотвратить потенциально опасный чрезмерный крутящий момент, который может привести к выходу системы из строя. Также измерения крутящего момента играют важную роль при диагностическом техническом обслуживании.

Какие виды крутящего момента существуют?

Крутящий момент делится на два вида: вращающий и реактивный:

• вращающий — то есть вращающий или динамический крутящий момент;
• реактивный — то есть стационарный или статичный крутящий момент.

Вращающий момент

Тела, которые многократно (или постоянно) вращаются вокруг своей оси (например, валы, турбины, колёса), имеют вращающий момент.

Реактивный момент

Воздействующая на тело статичная сила называется реактивным крутящим моментом. Например, при попытке закрутить болт ключом на болт воздействует реактивная сила. Такая сила воздействует даже тогда, когда болт не крутится. В таких случаях крутящий момент измеряют не за полный оборот.

Как измеряется крутящий момент?

Крутящий момент можно измерить косвенно или напрямую. Если известны КПД двигателя и скорость вала, с помощью измерителя мощности можно вычислить крутящий момент. Такое измерение называют косвенным.

Более точным методом является прямое измерение крутящего момента с помощью датчиков крутящего момента или роторных моментомеров. Чем они отличаются?

Датчики реактивного (статичного) крутящего момента

Датчик реактивного крутящего момента измеряет статический крутящий момент.

Пример датчика крутящего момента — динамометрический ключ. С помощью таких ключей можно точно измерить крутящий момент, прилагаемый к болту, гайке или другому креплению. В основании ключа можно задать нужный крутящий момент, после чего при затягивании крепления оператором до нужного момента раздастся щелчок. Как правило, такие ключи называют щелчковыми. На них можно задать несколько значений момента.

Цифровые динамометрические ключи оснащены иглой или цифровым дисплеем, на котором отображается прилагаемое усилие. Ряд электронных моделей (в частотности промышленных) имеют память, в которой хранится каждое измерение значение (для ведения документации или контроля качества).

Принцип работы щелчкового динамометрического ключа продемонстрирован в следующем видео:

В основе датчика реактивного крутящего момента лежит кварцевый пьезоэлектрический датчик или тензодатчик. Сегодня на рынке представлены различные виды и конфигурации динамометрических ключей и отвёрток.

Датчики крутящего момента

Датчик крутящего момента — это преобразователь, который преобразовывает вращающий момент в сигнал, который можно измерить, проанализировать, отобразить и сохранить. Преобразователи крутящего момента применяются для испытаний крутящего момента двигателя, испытаний ДВС, испытаний электродвигателей, валов, турбин, генераторов и т.д.

Измерить крутящий момент можно как напрямую, так и косвенно.

Косвенное измерение крутящего момента — более экономичный и удобный метод измерения, точность которого уступает методу прямого измерения. Он подходит для случаев, когда известен КПД двигателя и имеется возможность измерить скорость вала и расход тока.

Прямое измерение — более точный способ. Для прямого измерения на вале закрепляют тензодатчик, который измеряет крутящее усилие на вале.

При повороте вала двигателем вращательное усилие будет незначительным. Из-за жёсткости стали увидеть вращение нельзя, однако его можно считать с помощью закреплённых на вале тензодатчиков. Четыре датчика образуют мост Уитстона, выход которого балансируется и нормируется системой измерения крутящего момента.

Выход тензодатчика можно передать по проводу (если возможно) или дистанционно на систему измерения крутящего момента или систему сбора данных.

Внутри датчика крутящего момента выходы закреплённых на вале тензодатчиков передаются на электронные компоненты по контактному кольцу (на тензодатчики должно подаваться питание). Также можно подключить бесщёточный или индуктивный датчик: он повышает скорость и меньше изнашивается, а значит требует меньшего технического обслуживания. Бесконтактным способом можно измерить угол и частоту вращения.

Системы сбора данных Dewesoft — идеальные решения для измерения любых физических параметров, в том числе крутящего момента. В них встроены изолированные блоки преобразования сигналов, которые сокращают количество шумов и гарантируют высокую точность данных. Также они имеют входы счётчика, частоты вращения и энкодера, а значит подходят для одновременного измерения скорости, угла и положения вала. В системах сбора данных данные с аналоговых и цифровых счётчиков полностью синхронизированы между собой, и этот фактор играет важную роль при решении любых задач, особенно при испытании вибрации кручения и вращения. Подробнее об этом — в следующем разделе.

Стационарные системы измерения крутящего момента

В представленной выше системе датчик крутящего момента закреплён между двигателем и тормозом с помощью соединений с каждой стороны. Проходящий через вал датчик оснащен тензодатчиком, который измеряет крутящее усилие вала. После преобразования выход сигнала отправляется на систему сбора данных, цифровой дисплей или аварийную систему (при мониторинге, а не записи данных).

При необходимости датчики крутящего момента можно оснастить энкодером, который точно выводит скорость и угол вала. Такие выводы применяют для анализа вибрации кручения и вращения. Выводы скорости и угла крайне важны при использовании динамометров для вычисления выходной мощности (выраженной в \(HP\) или \(Kw\)) и КПД двигателя.

Портативные системы измерения крутящего момента

Для временных измерений крутящего момента тензодатчики можно закрепить на приводном вале. Компактный интерфейс с питанием от аккумулятора питает датчики и дистанционно передаёт данные на ближайший блок преобразования, в котором с помощью системы сбора данных их можно записать, отобразить или проанализировать.

Беспроводные датчики Parker-Lord совместимы с ПО Dewesoft X: их можно объединить с системами сбора данных и использовать на неограниченном количестве каналов.

Области применения порядкового анализа

Вибрации кручения могут стать причиной выхода торсионных валов из строя. Анализ вибрации вращения и кручения — важный способ устранения неисправностей валов, коленчатых валов и зубчатых передач в автомобилестроении, промышленности и в производстве электроэнергии.

Что такое вибрация кручения?

Вибрации кручения — угловые вибрации тела (как правило, вала по оси вращения). Данные механических вибраций вызваны изменениями крутящего момента с течением времени, наложенными на постоянную скорость торсионного вала. В автомобилестроении основной причиной вибраций кручения становятся колебания полезной мощности двигателя.

Вибрации кручения оценивают как изменение скорости вращения в цикле вращения. Изменения частоты вращения обусловлены нестабильным крутящим моментом или переменной нагрузкой.

Что такое вибрация вращения?

Вибрация вращения — динамическая составляющая скорости вращения. При точном измерении вибрации вращения вала в некоторых участках разгона можно увидеть сильное отклонение скорости вращения. Отклонение возникает в результате угловой вибрации, пересекающей собственную угловую частоту вала. Угловая вибрация вычисляется путём отсечения постоянной составляющей скорости или угла вращения;

Вибрация кручения зависит от ряда параметров: свойств материала и условий эксплуатации (температуры, нагрузки, частоты вращения и т.д.).

Как измерять вибрацию вращения и кручения

В этом коротком видео показаны способы измерения вибрации и вращения, а также описана базовая теория и практические преимущества таких измерений.

Видео об измерении вибрации кручения и вращения

Модуль вибрации кручения Dewesoft X автоматически вычисляет следующие параметры:

• угол поворота: фильтрованное значение угла вибрации;
• скорость вращения: фильтрованное значение скорости вибрации;
• угол кручения: динамический угол кручения, который представляет собой разность углов, полученных от датчика 1 и датчика 2;
• скорость кручения: разница угловых скоростей, полученных от датчика 1 и датчика 2;
• опорный угол по оси X: опорный угол, который всегда составляет от 0 до 360° и может быть использован в качестве опорного на графике XY;
• частота: об/мин.

Вычисления можно провести в ходе измерения, а также на этапе обработки (по необработанным данным).

Подробнее:

Анализ крутильных колебаний

Итог

Датчики крутящего момента применяются для решения сотен задач во всех отраслях. Датчики реактивного крутящего момента применяются в динамометрических ключах и других инструментах.

В автомобилестроении датчики крутящего момента устанавливают в стойки испытания двигателей, динамометры, испытательные стенды, а также стенды испытаний на долговечность. Но это лишь базовые применения, помимо которых датчики применяют для испытания промышленных установок кондиционирования воздуха, крупномасштабных кормушек для животных и птиц, робототехники, монтажного и медицинского оборудования, электрооборудования и т.д.

Крутящий момент — важный параметр в множестве отраслей. К счастью, его можно измерить с помощью датчиков и преобразователей, и отобразить, записать и проанализировать с помощью систем сбора данных.

Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы

В технической науке и производстве существует множество ситуаций, когда необходимо рассчитать крутящий момент для поворота трубы. Это может быть важным при строительстве нефтяных или газовых скважин, проектировании систем вентиляции, а также в других областях.

Крутящий момент — это физическая величина, характеризующая силу, приложенную к телу для его вращения вокруг оси. Когда речь идет о трубах, крутящий момент позволяет определить необходимую мощность двигателя или механизма, который будет осуществлять вращение трубы в нужную сторону и с заданной скоростью.

Основными факторами, влияющими на крутящий момент, являются: диаметр трубы, ее длина, материал и толщина стенок, а также коэффициент трения в оси. Для расчета крутящего момента часто используются формулы и численные методы, которые описывают основные принципы данного процесса.

Одним из наиболее распространенных методов расчета крутящего момента является использование формул Эйлера и Тимошенко. При этом учитывается не только геометрические параметры трубы, но и характеристики используемых материалов. Для более точного расчета крутящего момента могут использоваться численные методы, такие как метод конечных элементов или метод Ритца.

Важно помнить, что крутящий момент для поворота трубы может зависеть от многих факторов, поэтому необходимо учитывать все основные параметры при расчете. Неверное определение крутящего момента может привести к неправильному выбору оборудования и снижению эффективности работы системы.

Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы

Крутящий момент – это физическая величина, которая характеризует действие силы, приложенной к трубе для ее вращения. Расчет крутящего момента является важной задачей при проектировании и эксплуатации трубопроводных систем.

Для определения критерия прочности, большинство конструкций требуют знания крутящего момента, которому они подвергаются. Расчет крутящего момента обычно выполняется на этапе проектирования для определения необходимой прочности, выбора материала и размеров деталей.

Расчет крутящего момента для поворота трубы включает несколько основных шагов:

1. Определение требуемого крутящего момента в зависимости от конкретной задачи и условий эксплуатации.
2. Определение геометрических параметров трубы, таких как диаметр и длина.
3. Определение коэффициента трения между трубой и опорой.
4. Расчет крутящего момента с использованием соответствующей формулы.

Формула для расчета крутящего момента:

Формула	Описание
M = F * r	Крутящий момент (М), равный произведению силы, приложенной к трубе (F), и расстояния от точки приложения силы до оси вращения (r).

Полученный результат крутящего момента должен быть сопоставлен с допустимой нагрузкой и прочностными характеристиками трубы для проверки его безопасности.

Важно отметить, что расчет крутящего момента может быть сложным процессом, требующим знаний в области механики и физики. Поэтому рекомендуется обращаться к специалистам или использовать специальные программы для проведения расчетов.

Правильный расчет крутящего момента позволит обеспечить надежность и безопасность работы трубопроводов, а также продлить их срок службы.

Основы расчета

Расчет крутящего момента для поворота трубы основан на нескольких основных принципах. Важно учитывать параметры трубы, такие как длина, диаметр, материал, а также условия и характеристики работы, включая сопротивление грунта и трение в трубопроводе.

Прежде чем приступить к расчету крутящего момента, необходимо определить требуемое значение момента для поворота трубы. Это может быть основано на различных факторах, таких как глубина залегания трубопровода, тип грунта, отслеживаемая глубина и структура почвы и другие параметры.

Основным принципом расчета является учет сил трения. Для определения трения в трубопроводах используются формулы и уравнения, которые учитывают различные факторы, такие как диаметр трубы, состояние поверхности и характер работы.

Для более точного расчета крутящего момента могут использоваться численные методы. Они основаны на разделении трубопровода на маленькие сегменты и рассмотрении каждого сегмента в отдельности. Также принимаются во внимание характеристики грунта и его сопротивление.

Кроме того, при расчете крутящего момента необходимо учитывать реологические свойства грунта и его изменение во время работ, такие как пластичность и вязкость. Эти параметры влияют на трение в трубопроводе и, соответственно, на крутящий момент.

Важно отметить, что расчет крутящего момента необходимо проводить специалистами, имеющими опыт и знания в этой области. Неправильно рассчитанный момент может привести к нежелательным последствиям, таким как поломка оборудования или нарушение работоспособности трубопровода.

В итоге, расчет крутящего момента для поворота трубы является сложной задачей, требующей учета различных факторов и использования специальных методов и формул. Нужно учитывать все условия работы и особенности трубопровода, чтобы обеспечить его надежное и безопасное функционирование.

Принципы расчета крутящего момента

Крутящий момент – это физическая величина, которая характеризует силу, создаваемую для вращения трубы или другого объекта. Расчет крутящего момента необходим для определения не только необходимой силы для поворота трубы, но также и выбора соответствующего оборудования для выполнения данной операции.

Основными принципами расчета крутящего момента являются:

1. Задача и условия: перед началом расчета необходимо ясно определить задачу и условия, в которых будет происходить поворот трубы. Необходимо учесть такие факторы, как материал трубы, ее длину и диаметр, коэффициент трения, работу сжимающих устройств и прочие параметры.
2. Определение трения: очень важным фактором при расчете крутящего момента является трение, возникающее между трубой и поверхностью, на которой она закреплена. Трение может быть разного типа – скольжение, качение или комбинированное. В зависимости от типа трения требуются разные методы расчета.
3. Выбор метода расчета: существует несколько методов расчета крутящего момента, из которых можно выбрать наиболее подходящий для конкретной задачи. Некоторые из методов включают использование эмпирических формул, в то время как другие – численные методы.
4. Учет нагрузки: отдельный момент в расчете крутящего момента составляет учет нагрузки, которая действует на трубу. Нагрузка может быть статической или динамической и ее величина может варьироваться в зависимости от задачи и условий. Учет нагрузки помогает определить необходимую силу для поворота трубы.
5. Проверка и корректировка расчетов: после выполнения расчетов крутящего момента требуется их проверка и корректировка при необходимости. Реальные условия эксплуатации могут отличаться от предполагаемых, поэтому важно провести тестирование и проверить точность расчетов.

Следование принципам расчета крутящего момента поможет получить более точные результаты и предотвратить возможные проблемы или повреждения оборудования во время операции по повороту трубы.

Формулы и методы расчета

Расчет крутящего момента для поворота трубы может быть выполнен различными способами. В зависимости от конкретной задачи и условий эксплуатации требуется выбрать наиболее подходящий метод расчета.

Ниже приведены основные формулы и методы, которые могут быть использованы при расчете крутящего момента:

• Метод Маккормака: этот метод используется для расчета крутящего момента при повороте внутренней трубы в скважине. Он основан на анализе сил, действующих на трубу, и учете трения между ее поверхностью и стенками скважины.
• Формула Шнайдера: данная формула позволяет рассчитать крутящий момент при повороте насосно-компрессорного оборудования, установленного на забое скважины. Она учитывает массу трубы, радиус кривизны скважины и другие параметры.
• Метод Шлетта: данный метод применяется для расчета крутящего момента, вызванного резанием грунта при бурении скважины. Он учитывает сопротивление грунта и параметры бурового инструмента.
• Метод Баца: этот метод используется для расчета крутящего момента при повороте труб, сваренных в буровом шнуре. Он учитывает грузовое давление на шнур и трение между трубами.

Помимо приведенных методов, существует также множество других формул и методов, которые могут быть применены в зависимости от конкретной ситуации. Но в любом случае необходимо учитывать основные факторы, такие как физические свойства материалов, условия работы и требования к безопасности.

Расчет крутящего момента — это сложная задача, требующая учета множества факторов. Поэтому перед выполнением расчетов необходимо тщательно изучить условия эксплуатации и особенности задачи, а также применяемые методы и формулы.

Методы расчета крутящего момента для поворота трубы

Крутящий момент является важным параметром для поворота трубы при бурении скважин. Он определяет необходимую силу для вращения трубы и обеспечивает ее стабильность во время работы. Расчет крутящего момента позволяет выбрать подходящее оборудование и оптимизировать процесс бурения.

Существует несколько методов расчета крутящего момента:

1. Метод косвенных измерений. Этот метод основан на измерении или оценке факторов, которые влияют на величину крутящего момента, таких как диаметр трубы, коэффициент трения, скорость вращения и давление на дно скважины. По этим данным проводится расчет крутящего момента с помощью формул или специальных программ.
2. Метод непосредственного измерения. В этом методе используются специальные устройства, называемые торкметрами, которые прямо измеряют крутящий момент во время работы. Торкметры устанавливаются на долоте или в буровом стволе, их показания записываются во время бурения. По этим данным определяется фактический крутящий момент и проводится его анализ.
3. Комбинированный метод. В этом методе используются как косвенные измерения, так и непосредственные измерения для расчета крутящего момента. Сначала проводится оценка факторов, влияющих на величину момента, а затем результаты непосредственных измерений используются для уточнения данных и улучшения точности расчетов.

Расчет крутящего момента требует знания математических формул, физических параметров и характеристик оборудования. В современных условиях широко применяются специализированные программы и компьютерные модели для автоматизации и упрощения процесса расчета. Важно понимать, что точность расчетов зависит от точности входных данных и правильного выбора метода расчета.

Примеры расчета

Ниже приведены несколько примеров расчета крутящего момента для поворота трубы.

Пример 1: Расчет крутящего момента для горизонтальной трубы

Допустим, у нас есть горизонтальная труба длиной 10 метров и диаметром 0,5 метра. Желаемый угол поворота 90 градусов. Для расчета крутящего момента мы можем использовать следующую формулу:

М = F * r

где М — крутящий момент, F — сила, действующая на трубу (в данном случае ее вес), r — радиус вращения (половина диаметра трубы).

Для данного примера мы можем считать силу, действующую на трубу, равной ее весу, который можно вычислить, зная плотность материала трубы и ее объем. Учитывая, что плотность стальной трубы около 7850 кг/м³, мы можем вычислить ее вес следующим образом:

Вес = плотность * объем

Объем = пи * r² * h

где r — радиус трубы, h — высота трубы. Для данного примера радиус трубы равен 0,25 м, а высота равна 10 м, поэтому мы можем вычислить вес следующим образом:

Вес = 7850 * (3.14 * 0.25² * 10) = 49037.5 Н

Теперь мы можем найти крутящий момент, используя формулу:

М = 49037.5 * 0.25 = 12259 Н * м

Таким образом, для поворота данной трубы на 90 градусов требуется крутящий момент примерно 12259 Н * м.

Пример 2: Расчет крутящего момента для вертикальной трубы

Рассмотрим теперь пример расчета крутящего момента для вертикальной трубы. Допустим, у нас есть вертикальная труба высотой 5 метров и диаметром 0,4 метра. Желаемый угол поворота также 90 градусов. Для расчета крутящего момента мы можем использовать ту же формулу, что и в предыдущем примере.

Для данного примера сила, действующая на трубу, будет определяться ее весом, который мы можем вычислить, используя такую же формулу как и в предыдущем примере:

Вес = 7850 * (3.14 * 0.2² * 5) = 7850 Н

Теперь мы можем найти крутящий момент:

М = 7850 * 0.2 = 1570 Н * м

Таким образом, для поворота данной вертикальной трубы на 90 градусов требуется крутящий момент примерно 1570 Н * м.

Пример 3: Расчет крутящего момента для неоднородной трубы

Рассмотрим последний пример, в котором у нас есть неоднородная труба. Допустим, у нас есть труба, состоящая из двух сегментов с различными диаметрами и длиной каждого сегмента 3 метра. Диаметр первого сегмента составляет 0,3 метра, а диаметр второго сегмента составляет 0,4 метра. Желаемый угол поворота также 90 градусов.

Для расчета крутящего момента для неоднородной трубы мы можем использовать следующий алгоритм:

1. Разделить трубу на отдельные сегменты.
2. Рассчитать крутящий момент для каждого сегмента по формуле, описанной в предыдущих примерах.
3. Сложить результаты, чтобы получить общий крутящий момент трубы.

В нашем случае, мы можем рассчитать крутящий момент для первого сегмента с диаметром 0,3 метра и длиной 3 метра, используя формулу:

М1 = F1 * r1

где М1 — крутящий момент для первого сегмента, F1 — сила, действующая на первый сегмент (его вес), r1 — радиус вращения первого сегмента.

Аналогичным образом мы можем рассчитать крутящий момент для второго сегмента с диаметром 0,4 метра и длиной 3 метра, используя формулу:

М2 = F2 * r2

где М2 — крутящий момент для второго сегмента, F2 — сила, действующая на второй сегмент (его вес), r2 — радиус вращения второго сегмента.

Чтобы найти общий крутящий момент, мы просто складываем результаты:

М = М1 + М2

Таким образом, мы можем рассчитать крутящий момент для данной неоднородной трубы и получить результат в Н * м.

Примеры расчета крутящего момента для поворота трубы

Расчет крутящего момента для поворота трубы является важным этапом проектирования и эксплуатации трубопроводной системы. Ниже приведены несколько примеров расчета крутящего момента для различных ситуаций.

Пример 1: Расчет крутящего момента для горизонтальной трубы

Предположим, у нас есть горизонтальная труба длиной 100 метров и диаметром 0,5 метра. Мы хотим рассчитать крутящий момент для поворота этой трубы при заданной скорости потока в трубе.

Найдите площадь поперечного сечения трубы:

Площадь поперечного сечения = π * (радиус)^2 = 3.14 * (0,25 м)^2 = 0,1963 м^2

Скорость потока = 10 м/сек

Объемный расход = площадь поперечного сечения * скорость потока = 0,1963 м^2 * 10 м/сек = 1,963 м^3/сек

Массовый расход = объемный расход * плотность жидкости

Крутящий момент = массовый расход * длина трубы

Пример 2: Расчет крутящего момента для вертикальной трубы

В данном примере рассмотрим расчет крутящего момента для вертикальной трубы длиной 50 метров и диаметром 0,3 метра, через которую протекает газ при известной температуре и давлении.

Определите площадь поперечного сечения трубы, используя диаметр:

Площадь поперечного сечения = π * (радиус)^2 = 3.14 * (0,15 м)^2 = 0,0707 м^2

Давление газа = известное давление

Массовый расход = площадь поперечного сечения * скорость потока * плотность газа

Крутящий момент = массовый расход * длина трубы

Пример 3: Расчет крутящего момента для трубы с изменением направления потока

Для трубы с изменением направления потока (например, с установкой клапана) необходимо учесть дополнительные факторы при расчете крутящего момента. Рассмотрим пример трубы длиной 30 метров и диаметром 0,4 метра, в которой находится клапан.

Определите площадь поперечного сечения трубы:

Площадь поперечного сечения = π * (радиус)^2 = 3.14 * (0,2 м)^2 = 0,1256 м^2

Скорость потока до клапана = известная скорость

Скорость потока после клапана = известная скорость

Объемной расход до клапана = площадь поперечного сечения * скорость потока до клапана

Объемной расход после клапана = площадь поперечного сечения * скорость потока после клапана

Массовой расход до клапана = объемной расход до клапана * плотность жидкости

Массовой расход после клапана = объемной расход после клапана * плотность жидкости

Крутящий момент = (массовой расход до клапана — массовой расход после клапана) * длина трубы

Вопрос-ответ

Как рассчитать крутящий момент для поворота трубы?

Для расчета крутящего момента необходимо знать длину трубы, ее диаметр, материал, из которого она изготовлена, а также угол поворота. Крутящий момент рассчитывается как произведение углового ускорения на момент инерции.

Каковы основные принципы расчета крутящего момента?

Основными принципами расчета крутящего момента являются законы механики, такие как закон сохранения момента импульса и основные уравнения вращательного движения. Также необходимо учесть влияние трения, гравитации и других внешних сил.

Какие методы можно использовать для расчета крутящего момента?

Для расчета крутящего момента можно использовать различные методы, включая аналитический расчет на основе уравнений механики, численные методы, такие как метод конечных элементов, и экспериментальные методы с применением специального оборудования, например, динамометра.

Что такое крутящий момент двигателя и как его рассчитать?

Среди всех важных параметров двигателя авто наиболее показательным является мощность. Автолюбители часто оперируют «лошадиными силами» и забывают про еще один важный параметр, характеризующий машину – крутящий момент двигателя. Хотя данный показатель считается менее значимым, он определяет, насколько резким будет старт и дальнейшее ускорение авто.

Понятие крутящего момента двигателя

КМ можно представить как показатель силы вращения коленвала. Перед тем, как в нем разобраться, начнем с мощности и количества оборотов, а также разберем, почему все эти параметры взаимосвязаны. Первая характеристика подразумевает работу, которая производится за временную единицу. Под работой подразумевается преобразование энергии сгорания топлива в кинетическую. Вторая характеристика говорит о количестве оборотов вала в минуту. Ну, а крутящий момент можно назвать производной от этих характеристик величиной.

Учитывая принятую систему измерения силы в ньютонах (Н), а длины в метрах (м), крутящий момент измеряется в «Нм», поскольку речь о силе, прикладываемой к поршню и длине плеча коленчатого вала. Чем больше эта величина, тем выше динамика авто, соответственно, тем быстрее оно развивает заявленное количество «лошадок».

От чего зависит величина крутящего момента двигателя?

• радиус кривошипа коленвала;
• давление, создаваемое в цилиндре;
• поршневая площадь;
• объем.

По большей части, величина будет зависеть от объема ДВС: с его увеличением будет расти сила, которая воздействует на поршень. Конечно, немаловажную роль играет и радиус кривошипа, но учитывая конструктивные особенности современных двигателей, варьирование этой величины возможно только в небольших пределах. Также стоит сказать о зависимости от давления: чем оно больше, тем больше прикладываемая сила.

Формула расчета крутящего момента

Сначала посмотрим на формулу расчета мощности:

Р(мощность, кВт) = М(крутящий момент, Нм) х n (число оборотов в минуту) / 9550.

Расчет КМ выглядит следующим образом:

М(крутящий момент, Нм) = Р(мощность, кВт) x 9550 / n (число оборотов в минуту).

Дабы рассчитать нужные величины и не запутаться, достаточно воспользоваться конвертером, который доступен на многих автолюбительских сайтах.

Как измеряется крутящий момент?

Для этого достаточно взглянуть на техническую документацию своего авто. Но реальные измерения также доступны: необходимо использовать специальные датчики. Они позволят провести статические и динамические измерения.

Измерение заключается в создании ситуации, где двигатель набирает максимальные обороты, затем тормозится: в процессе создается график, демонстрирующий максимальный момент мотора в момент нажатия на тормоз. Сначала показатель будет небольшим, затем будет наблюдаться рост, достижение пика и падение.

СТО должны оснащаться профессиональными тензометрами: все измерения обрабатывает специальное ПО, а результаты отображаются в виде графиков. Основная сложность в измерении КМ – достичь высокой точности показаний. Устаревшие контактные, светотехнические или индукционные тензометры не обеспечивали должной эффективности, поэтому в настоящий момент используются измерители в виде компактного передатчика, закрепляемого на вал: он передает данные на прибор-приемник, предоставляющий данные, не нуждающиеся в обработке.

Мощность или крутящий момент – что важнее?

Для решения этой дилеммы необходимо понять несколько фактов:

• мощность имеет линейную зависимость от частоты оборотов коленвала: быстрее вращение – больше показатель;
• мощность – производная КМ;
• до определенного значения рост КМ зависим от числа оборотов: быстрее вращение – выше КМ. Но преодолев пиковое значение, он снижается.

Отсюда можно прийти к выводу, что крутящий момент – приоритетный параметр, характеризующий возможности мотора. В то же время, нельзя пренебрегать мощностью: это значит, что производители автомобилей должны настроить работу агрегата таким образом, чтобы соблюдался баланс этих величин.

Как можно увеличить крутящий момент двигателя?

1. Смена коленчатого вала. К недостатка метода можно отнести тот факт, что это редкая для многих марок авто деталь: часто ее делают на заказ. Кроме того, это снизит долговечность двигателя.
2. Расточка цилиндров. Более популярный метод, основанный на увеличении объема цилиндра. Метод доступен в большинстве автосервисных мастерских.
3. Настройка карбюратора. Зачастую используется в дополнение к расточке.
4. Увеличение турбонаддува. Доступно в моделях с турбированным двигателем. Тем не менее, снимая ограничения в блоке, который отвечает за управление компрессором – достаточно опасный способ, снижающий запас нагрузок в моторе. Тем, кто на него решается, также приходится прибегать к увеличению камеры сгорания, улучшению охлаждения, регулировке впускного клапана и смене распредвала, коленвала и поршней.
5. Изменение газодинамики. Еще один метод, который по плечу только профессионалам. К тому же, убирая ограничения можно столкнуться не только с выросшей динамикой, а и с ухудшением сцепления.
6. Использование масляного фильтра. Простой способ, снижающий засорение двигателя и продлевающий срок эксплуатации его запчастей.

Как видно, мотор – это сложный агрегат. Он уже рассчитан с использованием сложных инженерных формул и технологий, а значит, увеличение характеристики крутящего момента нежелательно. Если желание все же есть, стоит обратить внимание на два первых пункта. Можно, конечно, попытаться устранить заводские дефекты: убрать в камерах сгорания непродуваемые зоны и убрать в стыках заостренные углы, а также, неровности на клапанах. Но придется доверить эти операции специалистам своего дела.

Отдельно стоит сказать о так называемых усилителях КМ: их принцип основан на отборе мощности уменьшением оборотов, что не лучшим способом сказывается на долговечности конструкции. Подобные решения не увеличивают КМ, а позволяют его плавно менять на постоянных оборотах.

Какому двигателю отдать предпочтение?

В настоящий момент к привычным ДВС на дизельном топливе или бензине добавились еще и электродвигатели. Во всех этих конструкциях крутящий момент двигателя может кардинально отличаться.

Бензиновый двигатель

Действие основано на впрыске и формировании воздушно-топливной смеси с последующим возгоранием от искры свечей зажигания. Процесс происходит при температуре в 500 градусов, а коэффициент сжатия находится в районе 10 единиц.

Дизельный двигатель

Здесь коэффициент сжатия достигает уже 25 единиц, а температура составляет 900 градусов. При таких условиях смесь воспламеняется без необходимости в использовании свечей.

Электродвигатель

Пожалуй, самый простой и прогрессивный вариант, который лучше вообще исключить из списка. Дело в том, что трехфазный асинхронный двигатель работает по другому принципу, кардинально отличающемуся от традиционных ДВС. Здесь пикового КМ в 600 Нм можно достичь на любой скорости. Если же говорить о «лошадях», у Теслы их количество составит 416.

Но пока электрокары не получили повсеместного распространения. И если этот вариант по каким-либо причинам недоступен, рассмотрим особенности бензиновых и дизельных агрегатов. При одинаковых объемах первый способен давать высокую скорость, второй – быстрый разгон.

В заключение

Как уже отмечалось, КМ требует внимания непосредственно при выборе авто. Зная ключевые особенности двигателей, теперь не составит труда определиться с выбором. Что до увеличения значений крутящего момента в имеющейся машине, не стоит забывать о балансе, заложенном производителем, и уж тем более нежелательно прибегать к кардинальным мерам. Увеличение динамики можно рекомендовать только в силовых агрегатах, причем КМ должен располагаться в диапазоне, где он может достигать пиковых значений. Как бы там ни было, планомерное распространение электрокаров вскоре может избавить от мук выбора. А пока, лучше быть осведомленным в технических деталях машины, как минимум, это позволит не теряться среди вопросов коллег-автолюбителей.