عزم الدوران الثابت: ماذا ، ومتى ، وكيف ، واستخدام 9 حقائق يجب أن تعرفها


أوضح المنشور السابق بذل عزم دوران صفري وعواقبه بالتفصيل. ستتم مناقشة هذا المنشور المتعلق بإعطاء معلومات عن عزم الدوران الثابت.

لا يعتبر عزم الدوران دالة على السرعة ، لكن خصائصه تعتمد على سرعة دوران الجسم. هذا الاعتماد على سرعة الدوران يعطي حسابًا لعزم الدوران الثابت. لا يتغير عزم الدوران المبذول على الحمل عند كل جانب من جوانب الدوران ؛ ثم قلنا أن عزم الدوران "ثابت".

We أعلم أن عزم الدوران تمارس على أي جسم تجعلها تدور بسرعة معينة. نظرًا لأن بعض القوة الخارجية مطلوبة أيضًا ، يمكن لهذا الجسم أن يدور بشكل مستمر مع التسارع الزاوي. ثابت يمكن أن يرتبط عزم الدوران بالتسارع الزاوي.

ما هو عزم الدوران الثابت؟

يمكن تعريف عزم الدوران الثابت على أنه "مقدار العزم المطلوب للحفاظ على معدل التشغيل الثابت للجسم في جميع السرعات ، في ظل الحركة الدورانية."

ببساطة ، يمكننا القول أن عزم الدوران الذي يعمل على جسم الدوران يجب أن يكون ثابتًا للسرعة العالية والسرعة المنخفضة. هذا يعني أنه حتى لو زادت سرعة الجسم الدوار أو انخفضت ، يجب أن يكون تطبيق عزم الدوران هو نفسه.

يمكن أيضًا تعريف عزم الدوران الثابت على أنه عزم دوران ناتج لا يتغير لأي دوران إدخال. لذا فإن أي نظام دوار هو مرشح لعزم دوران ثابت من خلال الحفاظ على عزم الدوران المطبق في مرحلة الدوران.

هل يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا؟

نعم ، يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا. إذا كان الجسم يدور بحرية بنصف قطر ثابت وكان تطبيق القوة الخارجية متعامدًا على محور الدوران ، فيمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا.

نظرًا لأننا نعلم أن عزم الدوران هو مجرد منتج متقاطع لمتجه نصف قطر مسار الدوران والقوة الخارجية المطبقة ، يجب أن يكون نصف القطر هو نفسه في كل نقطة فيما يتعلق بمركز كتلة محور الدوران وتطبيق قوة خارجية يجب أن يكون في اتجاه عمودي.

τCONST= | ص |CONST| ف |CONST الخطيئة (θ)

إذا لم يكن للمسار الدوراني مركز ثابت ، فإن نصف القطر سوف يتغير ، لذلك يتغير العزم مع نصف القطر بزيادة السرعة الخطية. في مسار دوراني بمركز ثابت ، سيكون نصف القطر ثابتًا مع عزم دوران ثابت.

متى يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا؟

يرتبط عزم الدوران بمعدل انزلاق الجسم. إذا ظل معدل الانزلاق ثابتًا لكل سرعة وتردد متغير ، فيمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا. حتى عندما يكون ملف السرعة الزاوية يزيد خطيًا في كل فترة زمنية ، يمكن للمرء الحصول على عزم دوران ثابت.

الزيادة الخطية لـ تعطي السرعة الزاوية تسارعًا زاويًا ثابتًا ؛ وبالتالي ، يمكننا القول أن عزم الدوران الثابت يشار إليه بالتسارع الزاوي الثابت في إطار دوار.

إذا تحدثنا عن محركات التيار المتردد والتيار المستمر ، فإن عزم الدوران يتناسب مع الطاقة المتولدة عليها. يعمل المحرك المثبت في العمود وفقًا لمبادئ عزم الدوران. لذلك في المحركات الكهربائية ، يمكن تحقيق عزم دوران ثابت عند استخدام جهاز التحكم بالاقتران وحالة الحمل المناسبة.

أين يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا؟

عادة ما يتم استخدام عزم ثابت في المحركات الحثية. لكنها لا تستطيع أن تخلق عزمًا ثابتًا من تلقاء نفسها لتعمل بجميع السرعات.

يتم استخدام جهاز يسمى محرك التردد المتغير حيث يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا عند كل سرعة لعمود الدوران. لذلك فإن المحركات الحثية مزودة بـ VFD.

يصف عزم الدوران الثابت في VFD تباين القدرة الحصانية مع سرعة الدوران. سيكون هناك عزم ثابت إذا زادت القدرة الحصانية خطيًا مع سرعة الدوران. وبالمثل ، من المهم أيضًا الحفاظ على التردد أقل من 60 هرتز. إذا تجاوزت 60 هرتز ، تصبح القدرة الحصانية ثابتة.

مخطط كتلة محرك التردد المتغير
صورة ائتمانات: المشاعات ويكيميديا

كيف يمكن أن يكون عزم الدوران ثابتًا؟

يحدد عزم الدوران الذي يعمل على نظام الدوران القصور الذاتي الدوراني الذي تم تطويره في هذا النظام. إذا استمر القصور الذاتي الدوراني التسارع الزاوي سيكون مساويًا لعزم الدوران الذي يؤدي إلى مقدار ثابت من عزم الدوران ليؤثر على نظام الدوران.

يحدد القصور الذاتي الدوراني مقاومة الجسم لتغيير دورانه. الصيغة تعطيها كـ ؛

حيث L هي الزخم الزاوي و هي السرعة الزاوية.

حتى إذا تزيد السرعة الزاوية خطيًا عند كل فترة زمنية متساوية ، التسارع الزاوي ستكون ثابتة ، والتي تميل إلى بذل عزم دوران ثابت لدورانها.

استخدام عزم الدوران المستمر

يستخدم عزم الدوران الثابت على نطاق واسع للتيار العالي عند الدوران المنخفض السرعة. بخلاف ذلك ، هناك مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف المجالات ؛ بعضها مذكور أدناه:

مضخات الطرد المركزي

من التطبيقات الهامة لعزم الدوران الثابت مضخات الطرد المركزي. دفاعات مضخات الطرد المركزي مزودة بسلسلة من الريش المنحنية المحصورة بين قرصين. تعتمد هذه الدفاعات على عزم الدوران الثابت مع دوران عالي السرعة.

ماكينة خياطة آلية

تستخدم آلات الخياطة الحديثة تقنية VFD للتحكم في عزم الدوران الذي تمارسه عجلة قيادة الماكينة. إذا اختلفت السرعة ، فسيكون عزم الدوران ثابتًا.

الجرح الدوار المحرك

يتكون المحرك التحريضي للجرح الدوار ، المعروف أيضًا باسم محرك حلقة الجرح ، من حلقتين حيث تقوم المقاومة الخارجية بتوصيل اللفات الدوارة بحلقة الزنبرك. تتحكم المقاومة الخارجية في السرعة وعزم الدوران المطورين في المحرك.

آلات تحويل تدفق متحمس DC

تتكون آلات تحويل التدفق المتدفق بالتيار المستمر من ملفات التيار المستمر في الدوارات ، والتي توفر تحكمًا جيدًا في عزم الدوران الناتج عند كل سرعة دوار.

مراوح التبريد

يستحث الدوار والساكن لمراوح التبريد عزم دوران ثابتًا عن طريق تقليل الحرارة داخل الدوار. يتم استخدام نوع من المحركات يسمى محرك PCS في مراوح التبريد لتنفيذ عزم دوران ثابت على الدوارات.

السيور الناقلة

توفر أحزمة النقل سرعة عالية وعزم دوران ثابت بغض النظر عن مقدار الحمولة المطبقة على عمود الحزام.

المصاعد

المصعد الكهربائي هو آلة ذات عزم دوران ثابت حيث يدفع الجزء الثابت للمحرك التحريضي حركة المصعد لتطبيقات الأحمال العالية والمنخفضة.

نوابض عزم ثابتة في مشغلات مرنة

في عصر التفاعل بين الإنسان والروبوت ، تُستخدم سلسلة من النوابض المتوازية في المحركات المرنة ، مما يعزز التحكم الجيد في عزم الدوران ويتغلب على فقدان العزم بسرعة مختلفة.

محرك متزامن المغناطيس الدائم

يُطلق على المحرك المتزامن AC الذي يثير فيه المغناطيس الدائم المجالات لتوليد EMF الجيبي محرك مغناطيسي دائم متزامن. يتكون من عضو دوار وساكن يخلق حقلاً مغناطيسيًا عند كل دوران.

هذا المحرك متزامن مع سرعة وتكرار الدوران وفترة الدوران تساوي القيمة التكاملية لدورة التيار المتردد. وهكذا تكون سرعة المحرك متزامنة مع المجال المغناطيسي الدوار المقصود به عزم دوران ثابت.

المشي المستمر بعزم الدوران

في الروبوتات ، يتم استخدام تقنيات عزم الدوران الثابت لدعم قاعدة الساق لتحسين المشي المستقر.

أحمال عزم ثابتة

تشير أحمال عزم الدوران الثابتة إلى تطبيق نفس المقدار من عزم الدوران عند السرعات المنخفضة والعالية. يرتبط أيضًا بالقدرة الحصانية ، والتي تعتمد بشكل مباشر على السرعة. يدفع حمل عزم الدوران الثابت الإزاحة الإيجابية والعمل الترددي في المضخات والناقلات والضواغط.

جيد مثال على عزم دوران ثابت الحمل عبارة عن رافعة طبل. دعونا نفكر في أسطوانة بقطر d ، والتي يمكن أن تحمل حمولة قصوى يصل وزنها إلى 1000 كجم. سيكون هناك بعض التوتر T يعمل على وتر الأسطوانة ، لذلك يتم إعطاء عزم الدوران المبذول عليها كـ

إذا تم الحفاظ على السرعة ثابتة ، فإن الحمل لا يؤدي إلى تسريع عزم الدوران يكون مساويًا ومعاكسًا للقوة المبذولة على جانب الأسطوانة. إذا زادت سرعة الرافعة إلى قيمة معينة ، فإن المحرك يصل إلى السرعة القصوى. الآن ستكون سرعة الرفع متوافقة مع سرعة الأسطوانة.

ولكن ، يتم تقليل عزم الحمل على المحرك بسبب الاحتكاك. ومع ذلك ، فإن عزم الحمل الكامل يعادل عزم دوران المحرك ، وبالتالي موازنة الكمية المطلوبة من القوة للرفع عند كل سرعة قصوى. لذلك يتم تحقيق حالة ثابتة من عزم الدوران على الحمولة ورافعة الأسطوانة.

عزم ثابت
عزم دوران ثابت على رافعة الأسطوانة

عزم ثابت يعمل على عجلة دائرية منتظمة

غالبًا ما يغير عزم الدوران الثابت الذي يعمل على العجلة الدائرية الزخم الزاوي لثابت العجلة. هذا يعني أن التغيير في الزخم الزاوي يساوي عزم الدوران المطبق على العجلة الدوارة.

بما أننا نعلم أن الزخم الزاوي هو نتاج عزم القصور الذاتي والسرعة الزاوية ، أي L = Iω ، فإن السرعة الزاوية تحدد التغير في زاوية الدوران لكل وحدة زمنية.

عندما يتم تطبيق عزم الدوران ، تتغير السرعة الزاوية ، مما يؤدي إلى تغيير في الزخم الزاوي. يتم إعطاؤه كـ

لنفترض أن عزم الدوران المطبق ثابت ؛ هذا يعني أنه سيكون هناك تغيير ثابت في الزخم الزاوي لكل وحدة فاصل زمني.

عزم ثابت مقابل عزم دوران متغير

يدفع عزم الدوران الثابت تيارًا مرتفعًا نسبيًا حتى عند السرعة المنخفضة للدوار حيث لا يمكن لعزم الدوران المتغير ؛ إنه الفرق الرئيسي بين عزم الدوران الثابت والمتغير. بخلاف ذلك ، يتم سرد بعض المقارنات الأخرى في الجدول أدناه:

عزم ثابتعزم متغير
يعطي عزم الدوران الثابت نفس المقدار من عزم الدوران لجميع قيم السرعة.يعني العزم المتغير أنه سيكون هناك تغيير في عزم الدوران مع تغير السرعة.
إذا زادت السرعة بمقدار الضعف ، تتضاعف القدرة الحصانية أيضًا ، مما يحافظ على استقرار عزم الدوران.في عزم الدوران المتغير ، إذا انخفضت السرعة ، فإن العزم المكتسب بمقدار أضعاف المربعة والقوة الحصانية تنخفض بقيمة تكعيبية.
تتغير القدرة الحصانية بشكل خطي مع السرعة ، وبالتالي ، سيكون عزم الدوران ثابتًا.تظل القوة الحصانية ثابتة طوال العمل.
تكون كفاءة الدوار أقل قليلاً حيث يجب أن يوفر نفس عزم الدوران لجميع السرعات.تكون كفاءة الدوار أكثر لأنه لا يؤثر على عمود المحرك.
غالبًا ما يكون فقد الطاقة في عزم دوران ثابت لأنه يوفر نفس القدر من عزم الدوران عند السرعات العالية والمنخفضة.يوفر الكثير من الطاقة مع انخفاض أو زيادة تطبيق عزم الدوران ، عندما تنخفض السرعة أو تزيد.
عمر محرك عزم الدوران الثابت أقل.عمر محرك عزم الدوران المتغير أكثر نسبيًا.
التكلفة الباهظة للتركيب وأكثر صعوبة في الصيانة.تركيب محرك عزم الدوران المتغير ميسور التكلفة ويسهل صيانته.
جدول عزم الدوران الثابت مقابل عزم الدوران المتغير

كيف يمكن التحكم في عزم الدوران الثابت في المحرك؟

يمكن التحكم في عزم الدوران من خلال الحفاظ على الضغط الذي يمارس على الحمل في الدائرة.

بشكل عام ، يعتمد عزم الدوران على القوة الزاوية التي تعمل على الحمل الميكانيكي. إذا تم الحفاظ على جهد القوة الزاوية بمعدل ثابت ، فيمكننا بسهولة التحكم في عزم الدوران الثابت.

كيف تؤثر السرعة على عزم الدوران في المحرك؟

العزم والسرعة لهما علاقة عكسية ؛ كلما زادت السرعة ، يميل عزم الدوران إلى الانخفاض.

في المحرك ، يتم توفير أنظمة التروس للتحكم في السرعة بحيث يكون لمعدات الإدخال عدد أسنان أقل من ترس الإخراج. لذلك عندما يدور ترس الخرج ، تقل سرعة الإدخال ، وبالتالي يزيد عزم الدوران.

هل الجهد والعزم متناسبان مع بعضهما البعض؟

نعم ، يتناسب الجهد وعزم الدوران مع بعضهما البعض لأن كلاهما يعتمد على الطاقة.

القوة عامل وثيق الصلة بالجهد. ينتج عزم الدوران أيضًا بسبب الطاقة المبذولة على محرك الدوار. ومن ثم ، فإن عزم الدوران والجهد مرتبطان ؛ يزداد أيضًا عزم الدوران عند عمود الدوار والجهد المطوَّر في دائرة المحرك.

ما هو المقصود بالحصان؟

القوة الحصانية هي مجرد وحدة قوة تحدد معدل العمل المنجز لكل وحدة زمنية على النظام.

تحدد القدرة الحصانية عمومًا الطاقة الناتجة من المحرك أو المحرك. للقدرة الحصانية قيمة مختلفة لنظام مختلف. على هذا الأساس؛ يتم تصنيفهم على أنهم

  • حصان ميكانيكي
  • حصانا متري
  • حصان كهربائي
  • حصانا المرجل
  • حصانا هيدروليكي
  • قوة حصان الهواء

الملخص

من خلال فهم مفهوم عزم الدوران الثابت ، يمكننا أن نستنتج هذا المنشور بالقول إن عزم الدوران الثابت هو كمية ، مما يعني أن التغيير في السرعة لا يغير قيمة عزم الدوران. يعتمد على الزخم الزاوي وطاقة الخرج الثابتة المرتبطة بالنظام.

كيرثي مورثي

أنا Keerthi K Murthy ، لقد أكملت التخرج في الفيزياء ، مع التخصص في مجال فيزياء الجوامد. لطالما اعتبرت الفيزياء كموضوع أساسي مرتبط بحياتنا اليومية. كوني طالب علوم أستمتع باستكشاف أشياء جديدة في الفيزياء. ككاتب ، هدفي هو الوصول إلى القراء بالطريقة المبسطة من خلال مقالاتي. تصلني - keerthikmurthy24@gmail.com

آخر المقالات

رابط إلى هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيكل وخصائص NaOH Lewis: 17 حقائق كاملة

هيدروكسيد الصوديوم عبارة عن قاعدة غير عضوية قوية ذات كتلة مولية 40 جم / مول. دعونا نناقش المزيد من هيدروكسيد الصوديوم في المقالة التالية. NaOH عبارة عن قاعدة معدنية قلوية ، لذا فإن طبيعة القاعدة قوية جدًا. إنه أيوني ...