So berechnen Sie das Drehmoment an einer Welle

Die gesamte Physik beschäftigt sich damit zu beschreiben, wie sich Objekte bewegen und wie bestimmte Größen, die sie besitzen (z. B. Energie, Impuls) untereinander und mit der Umgebung ausgetauscht werden. Die vielleicht grundlegendste Größe, die Bewegung bestimmt, ist die Kraft, die durch die Newtonschen Gesetze beschrieben wird.

Wenn Sie sich Kräfte vorstellen, stellen Sie sich wahrscheinlich vor, dass Objekte in einer geraden Linie geschoben oder gezogen werden. In der Tat, wo Sie zum ersten Mal in einem Physikkurs mit dem Konzept der Kraft konfrontiert werden, wird Ihnen dies die Art von Szenario präsentiert, weil es das einfachste ist.

Aber die physikalischen Gesetze der Rotationsbewegung beinhalten ganz andere Variablen und Gleichungen, auch wenn die zugrunde liegenden Prinzipien die gleichen sind. Eine dieser Sondermengen istDrehmoment, die häufig zum Drehen von Wellen in Maschinen dient.

Eine Kraft ist, vereinfacht gesagt, ein Stoß oder ein Ziehen. Wenn die Nettowirkung aller auf ein Objekt einwirkenden Kräfte nicht aufgehoben wird, bewirkt diese Nettokraft, dass das Objekt beschleunigt oder seine Geschwindigkeit ändert.

Entgegen Ihrer eigenen Intuition und den Vorstellungen der alten Griechen ist Gewalt nicht erforderlich, um ein Objekt mit konstanter Geschwindigkeit zu bewegen, denn die Beschleunigung ist definiert als die Änderungsrate von Geschwindigkeit.

Wennein= 0, Änderung inv= 0 und es wird keine Kraft benötigt, um das Objekt in Bewegung zu halten, sofern keine anderen Kräfte (einschließlich Luftwiderstand oder Reibung) darauf wirken.

In einem geschlossenen System, wenn die Summe aller vorhandenen Kräfte null istunddie Summe aller vorhandenen Drehmomente ist ebenfalls Null, das System gilt als inGleichgewicht, da nichts ihn dazu zwingt, seine Bewegung zu ändern.

Das rotierende Gegenstück zur Kraft in der Physik ist das Drehmoment, dargestellt durch​T​​.

Das Drehmoment ist eine kritische Komponente praktisch jeder erdenklichen Art von Engineering-Anwendung; Jede Maschine, die eine rotierende Welle enthält, enthält eine Drehmomentkomponente, die fast die gesamte Transportwelt ausmacht, zusammen mit Landmaschinen und vielem mehr in der industriellen Welt.

Die allgemeine Formel für das Drehmoment ist gegeben durch

WoFist die Kraft, die auf einen Hebelarm der Länge ausgeübt wirdrin einem Winkelθ. Da sin 0° = 0 und sin 90° = 1 ist, sieht man, dass das Drehmoment maximiert wird, wenn die Kraft senkrecht auf den Hebel aufgebracht wird. Wenn Sie an Ihre Erfahrungen mit langen Schraubenschlüsseln denken, ist dies wahrscheinlich intuitiv sinnvoll.

• Das Drehmoment hat die gleichen Einheiten wie die Energie (das Newtonmeter), aber im Fall des Drehmoments ist diesnoch nieals "Joule" bezeichnet. Und im Gegensatz zur Energie ist das Drehmoment eine Vektorgröße.

Um das Wellendrehmoment zu berechnen – zum Beispiel wenn Sie nach einer Nockenwellendrehmomentformel suchen – müssen Sie zunächst die Art der Welle angeben, von der Sie sprechen.

Denn Wellen, die beispielsweise ausgehöhlt sind und ihre gesamte Masse in einem zylindrischen Ring enthalten, verhalten sich anders als Vollwellen gleichen Durchmessers.

Für Torsion sowohl an Hohl- als auch an Vollwellen wird eine Größe genanntSchubspannung,vertreten durchτ(der griechische Buchstabe tau), kommt ins Spiel. Auch derpolares Trägheitsmoment einer Fläche​, ​J, eine Größe, die bei Rotationsproblemen eher der Masse gleicht, geht in die Mischung ein und ist spezifisch für die Wellenkonfiguration.

Die allgemeine Formel für das Drehmoment an einer Welle lautet:

worist die Länge und Richtung des Hebelarms. Für eine Vollwelle,Jhat den Wert von (π/2)r​⁴.

Bei einer ausgehöhlten Welle,Jstattdessen ist (π/2)(r​_Ö⁴ – ​r​_ich⁴), wor​_{o und} ​r​_Ö sind die Außen- und Innenradien der Welle (der massive Teil außerhalb des leeren Zylinders).