Co należy rozumieć przez moment obrotowy

W prostych słowach, bez zagłębiania się w fizykę, moment obrotowy można opisać jako siłę, która obraca wał wyjściowy narzędzia. Im większy moment obrotowy, im większa „przyczepność” na wale, tym większa odporność na duże obciążenia, tym lepiej narzędzie radzi sobie z oporem obrabianego materiału.

Moment obrotowy mierzony jest w Newtonometrach. Jeden niutonometr to moment, który następuje po przyłożeniu siły 1 N do końca dźwigni o długości 1 m.

Jeśli weźmiemy pod uwagę, że 1 N równa się w przybliżeniu 100 g, to moment obrotowy wynoszący 30 Nm ( charakterystyka dobrej wkrętarki domowej) oznacza, że silnik elektryczny narzędzia poprzez przekładnię przekazuje siłę na wał wyjściowy , którego wielkość jest równa wpływowi ciężaru 3 kg na dźwignię o długości 1 m.

W ten sposób można wyraźnie przedstawić moment obrotowy.

Znaczenie momentu obrotowego w silnikach elektronarzędzi czy pojazdów łatwo zrozumieć, jeśli przypomnimy sobie, że jest on „wpisany” na stałe we wzór na określenie mocy dowolnego silnika i „odpowiada” za tę moc dokładnie w takim samym stopniu jak prędkość obrotowa.

Wzór na obliczenie mocy w zależności od momentu obrotowego i obrotów.

Powyższy wzór uwzględnia charakterystykę wału wyjściowego:

  • P to moc w kilowatach (kW);
  • M to moment obrotowy w niutonometrach (Nm);
  • N to prędkość obrotowa w obrotach na minutę (rpm).

Moment obrotowy wkrętarki

Teoria może wydawać się zagmatwana lub nie do końca oczywista. Znaczenie momentu obrotowego będzie łatwiejsze do zrozumienia, patrząc na aspekty praktyczne. Weźmy na przykład wkrętarki - narzędzia, dla których moment obrotowy jest jednym z kluczowych parametrów (zawsze jest podany w specyfikacji każdego modelu).

W przypadku wkrętarki moment obrotowy można w przenośni opisać jako siłę, z jaką narzędzie może obrócić nasadkę ( bit lub wiertło). Ta cecha określa, jaki opór może pokonać wkrętarka i jaką pracę można wykonać za jej pomocą.

  • 4 - 5 Nm - siła ta w przybliżeniu odpowiada sile dokręcenia śruby, jaką można uzyskać za pomocą konwencjonalnej wkrętarki ręcznej. Bezprzewodowe wkrętarki elektryczne mają zwykle w przybliżeniu taki sam moment obrotowy;
  • 15 - 20 Nm - tę wartość momentu obrotowego zwykle wykorzystują narzędzia przeznaczone do dokręcania małych śrub podczas montażu płyt kartonowo-gipsowych lub sklejki na ramie z profili metalowych;
  • 30 - 50 Nm - charakterystyka typowa dla wkrętarki uniwersalnej, umożliwiającej wkręcanie śrub średniej wielkości (o średnicy do 5 - 6 mm i długości do 70 - 80 mm) w kołki z tworzywa sztucznego lub z twardego drewna;
  • 75 - 100 Nm - moment obrotowy potężnych narzędzi używanych przez profesjonalnych budowniczych i instalatorów do wiercenia otworów pod wsporniki i pracy z dużymi elementami złącznymi;
  • 100 Nm - 200 Nm - bardzo duża siła dokręcania, która występuje wyłącznie we wkrętarkach udarowych i pozwala na wkręcenie nawet dużych wkrętów samogwintujących o długości 15 - 25 cm, przeznaczonych do łączenia belek w konstrukcjach drewnianych. Narzędzie o momencie obrotowym większym niż 100 Nm może z łatwością złamać średniej jakości bit na pół, dlatego do takich wkrętarek kupuje się specjalne „impulsowe” nasadki robocze.

Należy zauważyć, że wysoki moment obrotowy nie jest potrzebny do wszystkich zadań. Dlatego prawie każda wkrętarka wyposażona jest w sprzęgło regulacyjne, które pozwala na zmianę siły dokręcania. Z reguły posiada ona 15 - 20 pozycji - wystarczy tego, aby skonfigurować narzędzie do pracy z konkretnym materiałem. Obracając pierścieniem regulatora można zmienić wartość momentu, w którym sprzęgło odłącza wkład od skrzyni biegów. Dzięki możliwości regulacji siły, tą samą wkrętarką można wkręcać wkręty i wkręty samogwintujące w różne materiały: od miękkich i „delikatnych”, które przy nieostrożnym obchodzeniu się łatwo ulegają uszkodzeniu, po twarde i gęste.

Wiertarko-wkrętarka ze sprzęgłem do regulacji momentu obrotowego.
Popularne wkrętarki

Twardy i miękki moment obrotowy

Niektórzy producenci elektronarzędzi „pochwalają się” wysokim momentem obrotowym swoich wkrętarek, nie lubią jednak wdawać się w szczegóły. Inne firmy (zwykle bardziej znane i renomowane) w instrukcjach obsługi wskazują osobno „twardy” i „miękki” moment obrotowy. Wielu użytkowników ma pytania: jaka jest różnica między „twardym” a „miękkim” momentem obrotowym i jak te cechy wpływają na działanie wkrętarki? Spróbujmy krótko wyjaśnić.

  • „Twardy” to krótkotrwała, szczytowa wartość momentu obrotowego. Wyobraźmy sobie taki scenariusz pracy: za pomocą śrubokręta wkręcasz śrubę w gwintowany otwór wykonany w jakiejś metalowej części. Śruba przechodzi wzdłuż gwintu łatwo, niemal bez wysiłku – BAM! - dotarł do końca i uderzył głową powierzchnią części. Ta krótkotrwała (trwająca dosłownie ułamek sekundy) siła szczytowa, z jaką narzędzie stara się dotrzeć do śruby, to „twardy” moment obrotowy.
  • „Miękki” to moment obrotowy, który można zmierzyć w dowolnym długotrwałym procesie. Jako demonstrację możesz wybrać następujący przykład: weź długą śrubę samogwintującą i wbij ją w drewno za pomocą wkrętarki. Na początku proces jest łatwy, ale w miarę zagłębiania się śruby w grubość drewna milimetr po milimetrze obciążenie wkrętarki wzrasta, a w pewnym momencie zatrzymuje się, nie mając siły na dalsze przekręcanie łącznika. Jest to „miękki” moment obrotowy - siła, którą można osiągnąć przy stopniowym i płynnym zwiększaniu obciążenia.

Poniższe wykresy wyraźnie pokazują, jak wzrasta moment obrotowy wymagany do dokręcania elementów złącznych w materiałach miękkich (drewno) i twardych (metal). Wykresy wyraźnie pokazują, że „miękki” moment jest zawsze mniejszy niż „twardy”. Nic więc dziwnego, że wielu producentów w charakterystyce narzędzia wskazuje jedynie większą liczbę odpowiadającą „twardemu” momentowi obrotowemu. Jednak specjalnie w przypadku wkrętarki (narzędzia pierwotnie zaprojektowanego specjalnie do dokręcania śrub i wkrętów samogwintujących) ważniejszym parametrem jest „miękki” moment obrotowy, ponieważ bardziej obiektywnie pokazuje możliwości konkretnego modelu. Dlatego przy wyborze wkrętarki należy zwrócić uwagę nie tylko na cechy paszportu, ale także zapoznać się z instrukcją obsługi, obejrzeć filmy z recenzjami lub przeczytać recenzje - poszukać dodatkowych informacji, które bardziej szczegółowo ujawniają możliwości konkretnego narzędzia.

Krzywe wzrostu siły dokręcania: po lewej stronie - podczas wkręcania wkrętu samogwintującego w drewno, po prawej - podczas wkręcania wkrętu w metalowy przedmiot.

Moment obrotowy klucza udarowego

Jednak w przypadku kluczy udarowych, w odróżnieniu od wkrętarek, ważny jest „twardy” moment obrotowy – szczytowa wartość siły potrzebnej do jak najmocniejszego dokręcenia elementu złącznego lub „zerwania” połączenia, które „zakleszczyło się” na skutek korozji. Im większa siła dokręcania, tym bardziej złożone problemy można rozwiązać za pomocą klucza.

  • 150 Nm - 200 Nm - ten moment obrotowy jest wystarczający, aby odkręcić i dokręcić śruby kół mocujące felgi zwykłego samochodu osobowego, bez obawy o uszkodzenie gwintów.
  • 250 Nm - 300 Nm to normalna charakterysyka uniwersalnego klucza udarowego używanego w garażu lub serwisie małych samochodów. Ten moment obrotowy wystarczy nie tylko do pracy ze śrubami kół, ale także do odkręcenia nakrętki piasty lub „poradzenia sobie” z zardzewiałymi łącznikami o rozmiarze do M20.
  • 500 Nm - 1000 Nm - tyle momentu obrotowego potrzeba dla narzędzia, które służy do naprawy samochodów ciężarowych i sprzętu specjalnego czy montażu i demontażu konstrukcji metalowych.

Ponieważ zbyt duża siła może uszkodzić elementy złączne lub gwinty, przekładnie mocnych kluczy udarowych mają zwykle kilka prędkości (co najmniej 2 - 3, ale w niektórych przypadkach nawet 5 - 6), które różnią się momentem obrotowym - pozwala to na dobór optymalnego trybu do pracy z elementami złącznymi o określonym rozmiarze.

Popularne klucze udarowe

A co z innymi narzędziami?

Inne elektronarzędzia, z wyjątkiem wkrętarek i kluczy udarowych, nie mogą pochwalić się możliwością regulacji momentu obrotowego na wale wyjściowym. Ale dla niektórych z nich ważny jest również moment obrotowy (w różnym stopniu). Przykładowo wiertarka udarowa musi mieć odpowiedni moment obrotowy, aby przy wzroście obciążenia nie nastąpił spadek prędkości obrotowej i aby można było zastosować sprzęt o dużej średnicy (wiertła piórowe, wiertła Forstnera, wiertła pierścieniowe itp.). W przypadku betoniarek i mieszadeł ręcznych o tym, czy sprzęt będzie mógł się przewrócić i mieszać beton i mieszanki budowlane, decyduje moment. Natomiast w przypadku piły tarczowej lub bruzdownicy siła wyjściowa na wale decyduje o tym, czy narzędzie poradzi sobie z dużymi obciążeniami, pokonując opór ciętego materiału.

Popularne ćwiczenia

Krótkie podsumowanie

Jak pokazano powyżej, moment obrotowy ma znaczenie (w większym lub mniejszym stopniu) w przypadku wielu rodzajów elektronarzędzi i sprzętu budowlanego. Z reguły im większy moment obrotowy, tym więcej możliwości. Ale czasami siła na wale wyjściowym może być nadmierna (narzędzie ze zbyt dużym momentem obrotowym może zerwać gwint lub, powiedzmy, zrobić dziurę w desce za pomocą śruby). Dlatego zawsze należy dobierać narzędzia do konkretnych zadań lub konkretnego rodzaju działalności.