Tork nedir?
Fizik dersinden hatırlarsanız kuvvet, bir cismin zamanla hareketini değiştiren bir girdidir. Örneğin, basit bir lineer kuvvet, kütleyi hareketsiz durumda itebilir (veya çekebilir), zamanla hızlandırarak hızını değiştirebilir. Tork, bir nesnenin dönme ekseni etrafında dönmesine neden olan bir kuvvettir. Tork bu nedenle bir “bükülme kuvveti”, yani bir dönme kuvvetidir.
En belirgin tork örneği, arabanızdaki tahrik milidir. Motorun şaftta üretebildiği tork miktarı, arabanın iş yapma kabiliyetini belirler. Tork bir vektördür, yani belirli bir yönde hareket eder.
Tork, bir tahrik milini, vidayı, cıvatayı veya tekerleği döndürmeyi veya döndürmeyi amaçlayan bir “büküm kuvvetidir”.
Tork ayrıca moment kuvveti veya moment olarak da ifade edilebilir. Tork genel olarak ‘τ’ sembolü ile verilir (Yunanca küçük harf “t”). Tork (kuvvet momenti) için SI birim sisteminde N.m (Newton-metre)’dir.
ABD’de tork genellikle foot-pound (ft/lbs) olarak ifade edilir. N.m’den ft/lbs ‘ye dönüştürmek için N.m değerini 1.356’ya bölmeniz yeterlidir.
Neden Torku Ölçmemiz Gerekiyor?
Dönen millerin torkunun ölçülmesi, her türlü makinenin tasarlanması, devreye alınması ve arızalarının giderilmesi için önemlidir. Bir şaftın, pervanenin veya diğer dönen parçanın gerçek torkunu bilmek, onun özelliklerini karşıladığını bilmenin tek yoludur.
Bazı uygulamalarda, sistem hasarına veya arızasına yol açabilecek potansiyel olarak tehlikeli aşırı torka karşı korunmak için her zaman torkun ne olduğunu bilmek çok önemlidir. Tork ölçümleri, kestirimci bakımın önemli bir parçasıdır.
Ana Tork Türleri Nelerdir?
İki tür tork vardır: dönme torku ve tepki torku:
Dönme torku, yani dinamik tork
Tepki torku sabit veya statik tork
Dönme (döner veya dinamik olarak da bilinir) torku
Bir eksen etrafında birçok kez (veya sonsuz olarak) dönen şaftlar, türbinler ve tekerlekler gibi nesneler, döner veya “dönme” torkuna sahiptir.
Tepki (sabit veya statik olarak da bilinir) torku
Bir cisme uygulanan statik kuvvete tepki veya sabit tork denir. Örneğin, bir cıvataya bir bijon anahtarı taktığınızda ve ardından sıkmaya çalıştığınızda, ona tepki torku uyguluyorsunuz. Cıvata çok dönmese veya hiç dönmese bile, tepki torku hala mevcuttur. Bu durumda tork, bir devirden daha az bir sürede ölçülmektedir.
Tork Nasıl Ölçülür?
Tork dolaylı ve doğrudan ölçülebilir. Motor verimini ve şaft hızını biliyorsanız, tork tahmini yapmak için bir güç ölçer kullanabilirsiniz. Bu, tork ölçmenin dolaylı bir yoludur.
Torku ölçmenin daha iyi ve daha doğru bir yolu, tork sensörleri veya dönme tork sensörleri kullanarak doğrudan bir yöntem kullanmaktır. Fark nedir?
Tepki (Statik) Tork Sensörleri
Bir tepki torku sensörü , statik veya dönmeyen torku ölçer.
Tork anahtarı tepki torku sensörüne iyi bir örnektir. Bu alet, bir cıvataya, somuna veya başka bir tutturucuya doğru miktarda tork uygulanmasını sağlamak için kullanılır. Anahtarın tabanında istenen tork miktarına göre bir ayar bulunur ve operatör kuvvet uyguladığında, doğru torka ulaşıldığında sesli bir cır cır sesi duyulur. Bunlara genellikle “cırcır” tork anahtarları denir ve birkaç ayarlanabilir ayar noktası sunarlar.
Dijital tork anahtarlarında, uygulanan torku gösteren bir iğne göstergesi veya dijital bir ekran bulunur. Bazı elektronik modellerde, özellikle fabrikada çalışması amaçlananlarda, dokümantasyon ve kalite kontrol amacıyla her işlemin saklandığı bir hafıza bulunur.
Reaksiyon tork sensörleri, torku ölçmek için kuvars bazlı bir piezoelektrik sensör veya bir gerinim ölçer sensör kullanır. Birçok tork anahtarı ve tork tornavida türü ve varyasyonu mevcuttur.
Dönme (Dinamik) Tork Sensörleri
Dönme torku sensörü, dönüş torkunu ölçebileceğimiz, görüntüleyebileceğimiz, analiz edebileceğimiz ve depolayabileceğimiz bir çıktıya dönüştüren bir dönüştürücüdür. Dönme tork transdüserleri, motor tork test standları, içten yanmalı motor testleri, elektrik motoru testleri, tahrik milleri, türbinler, jeneratörler ve daha fazlası için kullanılır.
Tork ölçümü için hem doğrudan hem de dolaylı yöntemler vardır.
Dolaylı tork ölçüm yöntemleri, mevcut bir şaft üzerinde uygulanması daha ucuz ve daha kolay olabilir, ancak bunlar doğrudan tork ölçümü kadar doğru değildir. Bir motorun verimliliğini biliyorsanız ve şaft hızını ve akım tüketimini ölçebiliyorsanız, torku bu şekilde tahmin edebilirsiniz.
Doğrudan tork ölçüm yöntemleri, dolaylı yöntemlerden daha doğrudur. Çoğu, tahrik miline monte edilmiş bir gerinim ölçerin kullanımını içerir. Bu sensör, mil üzerindeki büküm kuvvetini doğrudan ölçer.
Mil motor tarafından döndürüldüğünde çok az bükülecektir. Çeliğin sertliği nedeniyle bükülmeyi çıplak gözle görmek imkansızdır, ancak mile yapıştırılan gerinim ölçerlerle tespit edilebilir.Tork ölçüm sistemi 4 tane strain gage ile birlikte bir wheatstone köprüsü tamamlanır ve çıkışı döner torkunu ölçer. Bu gerinim ölçerin çıkışı, tork ölçümüne veya DAQ’ya (veri toplama) doğrudan kablolanabilir (mümkünse) veya kablosuz olarak telemetrelenebilir.
Bu strain gage’in kablosu tork ölçere , veya DAQ’ya (veri toplama sistemine) doğrudan kablolanabilir (mümkünse) veya kablosuz olarak uzaktan izlenebilir.
Tork sensörünün kendi içinde, şaft üzerine monte edilmiş strain gage sensörlerinden gelen çıkışlar, bir kayma halkası kullanılarak elektronik aksamlara gönderilir (strain gage sensörlerine güç verilmelidir). Alternatif olarak, fırçasız veya endüktif sensör bağlantısı kullanılabilir, bu da daha yüksek hızlara ve daha az fiziksel aşınma ve yıpranmaya izin vererek uzun vadede daha az bakım gerektirir. Açı ve RPM temassız olarak da ölçülebilir.
Dewesoft’un DAQ sistemleri, tork dahil tüm fiziksel parametreleri ölçmek için daha idealdir. Düşük gürültülü ve yüksek doğrulukta veri toplama sağlayan izole sinyal koşullandırma sağlar. Şaft hızını açısını ve konumunu aynı anda ölçmek için RPM ve sayaç için enkoder girişleri mevcuttur. Dewesoft veri toplama sistemlerinde, analog ve dijital sayaç verileri tam olarak senkronize edilir, her uygulamada önemli olan bu senkronizasyonda dönme ve burulma titreşim testleri yapılırken daha fazla önem arz eder. Bir sonraki bölümde bununla ilgili daha fazla bilgi bulabilirsiniz.
Kalıcı Tork Ölçüm Sistemleri
Yukarıda gösterilen sistemde, her iki taraftaki kaplinler kullanılarak motor ve fren arasına bir tork sensörü monte edilmiştir. Sensörün içinden geçen şaft ve şaft üzerindeki burulma kuvvetini ölçen bir gerinim ölçer sensörü kullanılmıştır. Bu sinyal çıktısı verilerin izlenmesi ancak kaydedilmesine gerek duyulmayan durumlarda basit bir dijital ekran ve alarm sistemi eklenerek veri toplama sistemine gönderilir.
Tork sensörleri, isteğe bağlı olarak, şaft hızını ve açısını çok doğru bir şekilde veren bir kodlayıcı ile donatılmıştır. Bu veriler , burulma ve dönme titreşim çalışmaları için kullanılır. Hız ölçümü ve açı bilgileri, çıkış gücünü (HP veya Kw ile ifade edilir) ve motor verimini hesaplamak için kullanılan dinamometre uygulamalarında önemlidir.
Geçici Kurulan Döner Tork Ölçüm Sistemleri
Kalıcı olmayan döner tork ölçümleri için gerinim ölçerler doğrudan tahrik miline monte edilebilir. Küçük, pille çalışan bir arabirim, sensörlere güç sağlar ve verileri, bir DAQ sistemi kullanılarak kaydedilebileceği, görüntülenebileceği ve analiz edilebileceği yakındaki bir işlem birimine kablosuz olarak görüntülenmesine yardım eder.
Parker-Lord’un kablosuz sensörleri DewesoftX veritoplama yazılımıyla uyumludur ve bu nedenle tek bir kanaldan yüzlerce dağıtılmış kanala kadar her ölçekteki veri toplama sistemlerine entegre edilebilir.
Mertebe Analizi Uygulamaları
Burulma titreşimi, dönen millerde bir arıza kaynağıdır. Dönme ve burulma titreşim analizi, otomotiv, endüstriyel ve enerji üretimi uygulamalarında miller, krank milleri, dişliler için sorunları görebilmek için önemli bir metod.
Burulma Titreşimi Nedir?
Burulma titreşimleri, bir nesnenin, tipik olarak dönme ekseni boyunca bir şaftın açısal titreşimleridir. Dönen bir şaftın tersi yönde sabit çalışma hızı üzerine bindirilen zamanla değişen torkların neden olduğu mekanik titreşimlerdir. Otomotiv mühendisliğinde burulma titreşimi öncelikle motor gücü çıkışındaki dalgalanmalardan kaynaklanır.
Burulma titreşimleri, bir dönüş döngüsü içindeki dönüş hızının değişimi olarak değerlendirilir. RPM varyasyonları tipik olarak kaba bir sürüş torku veya değişen bir yük tarafından indüklenir.
Dönme Titreşimi Nedir?
Dönme titreşimi, basitçe dönme hızının dinamik bileşenidir. Şaftın dönüş hızını yüksek hassasiyetle ölçersek, ilerlemenin bazı bölgelerinde yüksek bir dönüş hızı sapması aldığımızı fark edeceğiz. Bu, milin açısal doğal frekansını geçen açısal titreşimden kaynaklanır. Dönüş hızının veya dönüş açısının DC bileşeni kesilerek hesaplanır.
Burulma titreşim seviyesi, malzeme özellikleri ve sıcaklık, yük, RPM vb. gibi çalışma koşulları gibi bir dizi parametreden etkilenir.
Dönme ve Burulma Titreşimi Nasıl Ölçülür?
DewesoftX burulma titreşimi çözümü, birkaç farklı parametreyi otomatik olarak hesaplar:
Dönme açısı: filtrelenmiş titreşim açısı değeri
Dönme hızı: filtrelenmiş hız titreşim değeri
Burulma açısı: Sensör 1’den sensör 2’ye olan açı farkı olan Dinamik burulma açısı
Burulma hızı: sensör 1’den sensör 2’ye açısal hız farkı
X ekseni referans açısı: her zaman 0 ile 360 arasında olan ve açı tabanlı X-Y diyagramlarında referans olarak kullanılabilen referans açısı
Frekans: RPM birimlerinde
Hesaplamalar, kaydedilen ham veriler üzerinde çevrimiçi olarak gerçek zamanlı veya çevrimdışı olarak yapılabilir.
Özet
Tork sensörleri, hemen hemen her endüstride yüzlerce uygulamada kullanılmaktadır. Tepki tork sensörleri, her sektördeki binlerce uygulamada tork anahtarlarında ve diğer endüstri ekipmanlarında yer bulunur.
Otomotiv uygulamalarında, motor test standlarında, dinamometrelerde, test tezgahlarında ve dayanıklılık test standında döner tork sensörleri bulunur. Ama bu onların kullanımının sadece başlangıcı. Ayrıca endüstriyel klima ünitelerini, büyük ölçekli hayvan ve kümes hayvanı yemliklerini, robotik sporları, montaj ve tıbbi ekipmanları, elektrik gücü testlerini ve daha fazlasını test etmek için kullanılırlar.
Tork, pek çok alanda ve uygulamada önemli bir ölçümdür. Neyse ki bunu ölçmek için sensörler, dönüştürücüler ve onları görüntülemek, kaydetmek ve analiz etmek için veri toplama sistemleri var.