UNEmoteuren termes physiques simples est tout ce qui convertit l'énergie en déplaçant les pièces d'une sorte de machine, que ce soit une automobile, une presse à imprimer ou un fusil. Les moteurs sont nécessaires pour déplacer les choses dans tant de situations quotidiennes que le monde écraserait immédiatement à un arrêt méconnaissable et quelque peu comique si chaque moteur en fonctionnement se taisait en même temps temps.
Étant donné que les moteurs sont omniprésents dans la société humaine moderne, les ingénieurs de la Terre au cours des siècles ont produit un certain nombre de types différents correspondant aux normes technologiques du jour. Par exemple, avant que les gens ne puissent exploiter et utiliser l'électricité à l'échelle mondiale à partir du début du 20e siècle, les grandes locomotives des trains étaient alimentées par la vapeur issue de la combustion du charbon.
- Les moteurs sont un sous-ensemble de moteurs, mais tous les moteurs ne sont pas des moteurs.
De nombreux moteurs sont
actionneurs, ce qui signifie qu'ils induisent un mouvement par l'application d'un couple. Pendant longtemps, la puissance hydraulique des actionneurs hydrauliques était la norme du jour. Mais avec les progrès du 21ème siècle dans les actionneurs électriques, combinés à une électricité abondante et facile à contrôler, les moteurs électriques de ce type font des progrès. L'un est-il clairement supérieur à l'autre et cela dépend-il de la situation ?Aperçu des systèmes hydrauliques
Si vous avez déjà utilisé un cric ou conduit un véhicule équipé de freins assistés ou d'une direction assistée, vous vous êtes peut-être émerveillé à la facilité avec laquelle vous pouvez déplacer les quantités de masse impliquées dans ces transactions physiques avec apparemment peu effort. (D'un autre côté, vous avez peut-être été trop absorbé par la tâche de changer un pneu au bord de la route pour vous soucier de telles idées en temps réel.)
Ces tâches et bien d'autres courantes sont rendues possibles par l'utilisation desystèmes hydrauliques. Hydrauliqueest la branche de la physique concernée par les propriétés mécaniques et les utilisations pratiques des fluides dynamiques (fluides en mouvement). Les systèmes hydrauliques ne "créent" pas de puissance, mais la convertissent plutôt en une forme désirée à partir d'une source externe, appelée unforce motrice.
L'étude de l'hydraulique comprend deux domaines principaux.Hydrodynamiqueest l'utilisation de liquides àhaut débit(dynamique signifie "en mouvement")et basse pressionfaire du travail. Les moulins "à l'ancienne" exploitent l'énergie du courant d'eau pour moudre le grain de cette manière.Hydrostatique, en revanche, est l'utilisation de liquides àhaute pression et faible débit(statique signifie « debout ») pour effectuer un travail. Quelle est la base de ce compromis dans le langage de la physique ?
Force, travail et zone
La physique qui sous-tend l'utilisation stratégique des moteurs hydrauliques réside dans le concept de multiplication des forces. Le travail net effectué dans un système est le produit de la force nette appliquée et de la distance parcourue par l'objet de la force :
W_{net}=F_{net}d
Cela signifie que pour une quantité de travail donnée allouée à une tâche physique, la force nécessaire pour l'accomplir peut être réduit en augmentant la distance impliquée dans l'application de la force, comme cela peut être fait en utilisant les tours d'un visser.
Ce principe s'étend des situations linéaires aux situations bidimensionnelles, et de la relation
P=\frac{F}{A}
où P = pression en N/m2, F = force en newtons et A = aire en m2. Dans un système hydraulique dans lequel la pression P est maintenue constante qui a deux cylindres à piston avec des sections transversales A1 et un2, cela conduit à la relation
\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}\text{ ou }F_1=\frac{A_1}{A_2}F_2
Cela signifie que lorsque le piston de sortie A2 est plus grand que le piston d'entrée A1, la force d'entrée sera proportionnellement inférieure à la force de sortie. Bien que ce ne soit pas tout à fait la même chose que d'obtenir quelque chose pour rien, c'est un atout évident dans de nombreuses configurations de moteur contemporaines.
Notions de base sur les moteurs électriques
Un moteur électrique utilise le fait qu'un champ magnétique exerce une force sur les charges électriques en mouvement, ou le courant. Une bobine tournante de fil conducteur est placée entre les pôles d'un électro-aimant de telle sorte que le champ magnétique induit un couple qui fait tourner la bobine autour de son axe. Cet arbre rotatif peut être utilisé pour effectuer des travaux de divers types, et dans l'ensemble, les moteurs électriques convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique.
Moteurs hydrauliques: types de discussion
Le moteur d'un moteur hydraulique est une pompe qui pousse contre le liquide (souvent de l'huile) dans les tuyaux du système. Ce liquide est incompressible et pousse à son tour contre un piston à l'intérieur d'un cylindre qui a du fluide hydraulique des deux côtés.
Le piston se déplace et est converti "en aval" en mouvement de rotation, tandis que le fluide du côté sortie du piston est continuellement renvoyé vers un réservoir. La pression est maintenue constante dans le système (à moins qu'elle ne doive être modifiée pour affecter les sorties du moteur) par la distribution stratégique et la synchronisation des soupapes.
Les types de moteurs hydrauliques déployés dans différentes situations comprennent les moteurs à engrenages externes, les moteurs à pistons axiaux et les moteurs à pistons radiaux. Les moteurs hydrauliques sont également utilisés dans certains types de circuits électriques ainsi que dans les combinaisons pompe-moteur.
Hydraulique vs. Moteur électrique: avantages et inconvénients
Pourquoi utiliser un moteur hydraulique vs. un moteur à essence ou un moteur électrique? Les avantages et les inconvénients de chaque type de moteur sont si nombreux que chaque variable de votre propre scénario unique doit être prise en compte.
Avantages des moteurs hydrauliques :
Le principal avantage des moteurs hydrauliques est qu'ils peuvent être utilisés pour générer des forces extrêmement élevées par rapport aux forces d'entrée. Ceci est analogue à la situation en mécanique ordinaire (non hydraulique) où la géométrie des leviers et des poulies peut être "travaillée" avec un bénéfice similaire.
Les moteurs hydrauliques fonctionnent à l'aide de liquides incompressibles, ce qui permet un contrôle plus strict du moteur et donc une plus grande précision de mouvement. Ils sont très utiles pour les équipements mobiles lourds (par exemple, les camions).
Inconvénients des moteurs hydrauliques :
Les moteurs hydrauliques sont généralement l'option la plus chère. Avec toute l'huile généralement en jeu, ils sont difficiles à utiliser, avec leurs divers filtres, pompes et huiles nécessitant tous des vérifications, des changements, un nettoyage et des remplacements. Les fuites peuvent entraîner des risques pour la sécurité et l'environnement.
Avantages des moteurs électriques :
La plupart des configurations hydrauliques ne sont pas rapides. Les moteurs électriques sont beaucoup plus rapides (jusqu'à 10 m/s). Ils ont des vitesses et des positions d'arrêt programmables, contrairement à l'hydraulique, et offrent une grande précision de positionnement là où cela est nécessaire. Les capteurs électroniques peuvent fournir une rétroaction précise sur le mouvement et la force appliquée, permettant un contrôle de mouvement supérieur.
Inconvénients des moteurs électriques :
Ces moteurs sont compliqués à installer et à dépanner par rapport aux autres moteurs. La plupart du temps, leur inconvénient est que si vous avez besoin de beaucoup plus de force, vous avez besoin d'un moteur beaucoup plus gros et plus lourd, contrairement au cas des moteurs hydrauliques.
Une note sur les activateurs pneumatiques
La question du pneumatique vs. des actionneurs électriques ou des actionneurs hydrauliques se présentent également dans certaines situations. La différence entre les actionneurs pneumatiques et hydrauliques réside dans le fait que les moteurs hydrauliques utilisent des liquides, tandis que les actionneurs pneumatiques utilisent des gaz, généralement de l'air ordinaire. (Les liquides et les gaz, pour référence, sont classés commefluides.)
Les activateurs pneumatiques sont avantageux en ce que l'air est essentiellement partout (ou du moins partout où les humains travaillent confortablement), donc un compresseur d'air est tout ce qui est nécessaire pour un moteur d'entraînement. D'un autre côté, ces moteurs sont très inefficaces en raison des pertes comparativement importantes dues à la chaleur par rapport aux autres types de moteurs.
