Измерение крутящего момента шуруповерта

Вначале немного предыстории. Выбирая шуруповерт у каждого мало мальски подкованного пользователя непременно возникает вопрос о крутящем моменте, который он может обеспечить. На этом форуме этому вопросу посвещена чуть ли не половина тем, а единого мнения как не было так и нет... И связано это, видимо, с тем, что каждый производитель понимает под этим термином кто во что горазд. А каждый продавец инструмента тоже имеет на этот счет собственное мнение. В результате получается полная неразбериха. И если мягкий/жесткий момент еще можно найти в параметрах инструмента (Хотя кто что под этим понимает так и остается загадкой, поэтому сравнивать инструменты по этим параметрам совершенно не представляется возможным. Например, инструмент с меньшим мягким моментом почему-то, судя по описанию, может сверлить дырки большего диаметра или заворачивать более крупные саморезы (почему-то не упоминая при этом об их длине). Или отношение блокирующих моментов на 1-й/2-й скорости не соответствует отношению самих скоростей. Чудеса...), то сведения о диапазоне срабатывания муфты - тайна, покрытая мраком. Почему-то практически все производители инструмента (за исключением буквально двух-трех брендов) скрывают этот параметр как государственную тайну. Хотя, казалось бы, чего проще - померить и привести в каталоге? Меня этот вопрос интересовал в первую очередь, поскольку муфта ограничения момента - чуть ли не главная часть любого шуруповерта. По крайней мере, это то, что отличает его от обычной дрели.
Короче говоря, я решил сам все проверить. Начал с поиска измерителей крутящего момента. Такие штуки довольно быстро нашлись, но я оказался не готов к их стоимости. Цены начинались от тысячи долларов... И тогда я решил сделать такой прибор самостоятельно. По идее, тут ведь ничего сложного. Что такое крутящий момент 1 Нм? Это момент, который создает сила в 1Н, приложенная к плечу длиной 1м. Если к концу плеча в 1м подвесить груз в 1кг, то получится момент 9,81Нм (поскольку сила тяжести =mg, а g=9,81Н/кг)). Если это плечо уменьшить в 9,81 раз, то 1кг как раз создаст момент 1Нм. Отсюда сразу получается схема прибора (см. фото). Делаем рычаг длиной 10,2см и цепляем его к обычному безмену. Я использовал электронный безмен с диапазоном до 20кг, ценой деления 0,01кг и точностью 0,02кг. Поскольку рычаг необходимой длины можно изготовить достаточно точно и легко соблюсти перпендикулярность рычага и оси безмена, то точность нашего прибора будет определяться фактически точностью безмена. Таким образом, у нас получился измеритель крутящего момента с диапазоном 0-20Нм и с точностью 0,02Нм. Не всякий промышленный образец может похвастаться такими параметрами .
К сожалению, измерить момент срабатывания муфты таким устройством получилось не очень хорошо. Когда муфта начинает срабатывать (трещать), то момент начинает "прыгать". А этому электронному безмену требуется время для установки показаний, т.е. он измеряет некое усредненное значение, а не максимальное, после которого срабатывает муфта. Тут нужен, по-видимому, какой-то механический (неинерционный) безмен с фиксацией максимального значения (ну, то есть, пиковый детектор). Зато статический момент это устройство измеряет весьма успешно. И тут меня результаты несколько (мягко говоря) удивили и озадачили.
Сначала я попробовал измерить максимальный момент при пользовании простой отверткой, отверткой с пистолетной рукояткой и маленьким ключом с трещеткой (см. фото). Результаты получились следующие (и, надо сказать, вполне ожидаемые):

• простая отвертка 3Нм
• отвертка с пистолетной рукояткой 6Нм
• ключ с трещеткой 12Нм
  Причем старался я на самом деле изо всех сил.
  Меня удивили результаты шуруповертов в положении "сверление". Шпиндель намертво блокировался и измерялся статический блокирующий момент:
• Metabo PowerMax (1-я скорость, "сверление") 3,8Нм (при паспортных данных 15Нм!!!!!). Подумал, может аккумулятор дохлый. Поставил полностью заряженный, получилось 4,8Нм и этот момент падал на глазах из-за разряда батареи. При следующей попытке получились те же 3,8Нм.
• AEG BBS 14 KX Raptor (1-я скорость, "сверление") 18Нм (при статическом блокирующем моменте по паспорту 40Нм!!!!).
  И как же это прикажете понимать?
  Попробую еще со старой Метабой, привезу с дачи...

Даешь все шурики к OlegCh на измерения! Узнаем правду.

2 OlegCh в целом согласен.

Но есть пара дилетантских мыслей, если позволите.

OlegCh написал :
если мягкий/жесткий момент еще можно найти в параметрах инструмента (Хотя кто что под этим понимает так и остается загадкой

Вроде, мягкий - это максимальный момент, срабатывания муфты, а жёсткий - это в режиме сверления (без муфты.)

OlegCh написал :
сведения о диапазоне срабатывания муфты - тайна, покрытая мраком. Почему-то практически все производители инструмента (за исключением буквально двух-трех брендов) скрывают этот параметр как государственную тайну.

Наверное, разброс параметров слишком велик. Боятся опростоволоситься...
Впрочем, судя по Вашим исследованиям, всё равно, это произошло с ними

P.S. Шикарный измерительный стенд!
А отверстия в рейке - это чтоб диапазон измерений менять?

n-p-n написал :
Вроде, мягкий - это максимальный момент, срабатывания муфты, а жёсткий - это в режиме сверления (без муфты.)

Да вот нет... Хотя это первое, что приходит в голову и выглядит вполне логично. Я тоже так поначалу думал. Но в результате многочисленных дискуссий на этом форуме я теперь понимаю это так. Жесткий момент - это когда в режиме сверления на 2-й скорости вы накручиваете гайку на болт (или вкручиваете болт в металлическую пластину). И вот когда гайка до конца накручена, то происходит резкий удар - шпиндель блокируется. Вот момент, возникающий при таком ударе и называется жестким моментом. Он зависит не только от мощности двигателя, но и от кинетической энергии вращающихся частей. Поэтому чем они массивнее и чем выше скорость вращения, тем жесткий момент выше. Поэтому применительно к шуруповерту он нам фактически ничего не говорит. Эта характеристика более применима для ударных гайковертов. Что касается мягкого момента, то тут все гораздо запутаннее. В каталогах обычно пишут, что это момент, возникающий при закручивании шурупа в мягкое дерево. Какого шурупа, в какое дерево - ни черта не понятно. Я для себя это понял так. Берем и вворачиваем какой-то шуруп в какое-то дерево в режиме "сверление". По мере вворачивания (если шуруп достаточно толстый и длинный) скорость вращения неизбежно падает. Мы берем какое-то значение скорости относительно скорости холостого хода, например 1/2 и когда скорость вращения снижается до этого порога измеряем крутящий момент. Это и будет мягкий момент. Он зависит только от характеристики двигатель-аккумулятор. Ничего более логичного мне в голову до сих пор не пришло. Но поскольку неизвестно кто какой порог снижения скорости использует (и так ли это вообще все на самом деле), то и сравнивать эти мягкие моменты у разных производителей тоже получается пустым делом. Единственный более-менее достоверный показатель - блокирующий момент, который можно измерить, когда шпиндель заблокирован намертво (как я и делал). Но и тут все не совсем понятно, поскольку расхождение с паспортными данными получается в разы.
Кстати, пару слов в защиту моего Раптора. Сегодня с утра попробовал со свежим аккумулятором (не с только что заряженным, а который просто лежал в чемодане как запасной). Эксперимент, к сожалению, не удался, поскольку шпилька М6, которая являлась осью рычага, была сразу разорвана пополам. Придется делать новую Но все-таки у меня есть сомнения, что даже со свежим аккумулятором получилось бы значение 40Нм. Уж больно большая разница с 18Нм. Аккумулятор был, конечно, не совсем свежий, но не очень-то много я им и пользовался...

n-p-n написал :
А отверстия в рейке - это чтоб диапазон измерений менять?

Да нет, просто такая рейка в хламе валялась (это вроде был ограничитель открывания окна), я ее и использовал...

P.S. Кстати, может быть не приводят данные на момент срабатывания муфты именно из-за трудности измерений. Когда муфта начинает трещать получается такая вибрация, что я думал вот-вот стол развалится...

2OlegCh
Не могли бы, вы пояснить, каким образом в вашем приборе реализована передача момента с шуруповерта на рейку, не совсем понятно. А так в целом очень интересно. Спасибо!

2GAA Слевой стороны рейки шестигранная бита или типа того, она в патрон и в рейку вставляется. На фотках хорошо видно. Идея неплохая.

GAA написал :
Не могли бы, вы пояснить, каким образом в вашем приборе реализована передача момента с шуруповерта на рейку

В рейке просверлено отверстие и нарезана резьба М6. В отверстие вкручивается короткая шпилька М6. На шпильку с двух сторон накручены удлиненные гайки М6. За счет такой конструкции исключается прокручивание оси даже при больших приложенных моментах (последний раз шпилька просто лопнула).

понятно.

OlegCh написал :
берем какое-то значение скорости относительно скорости холостого хода, например 1/2 и когда скорость вращения снижается до этого порога измеряем крутящий момент. Это и будет мягкий момент

неправдоподобно. Скорее уж, мягкий момент - это и есть момент при мягкой остановке самореза в древесине. То есть, не при упирании шляпки в поверхность, а, например, при вкручивании шуруповёртом самореза 10х100 в брус. У одного шуруповёрта он вкрутится на 50 мм (~30 Н*м), у другого на 80 (60 Н*м)

OlegCh написал :
Единственный более-менее достоверный показатель - блокирующий момент, который можно измерить, когда шпиндель заблокирован намертво (как я и делал). Но и тут все не совсем понятно, поскольку расхождение с паспортными данными получается в разы.

Вот-вот. Но только, если принять Вашу гипотезу, то разры в разы ещё больше станет. Потому что при заявленном снижении скорости до 1/2 на 40 Н*м, инструмент «вообще помирает» уже на 18-ти.
Наверное, всё же, мягкое блокирование.

n-p-n написал :
Скорее уж, мягкий момент - это и есть момент при мягкой остановке самореза в древесине.

Была такая мысль. Но не сходится. Например, в катологах AEG и Милуоки приводятся как мягкий момент, так и "статический блокирующий момент" и они существенно друг от друга отличаются. А должны вроде бы совпадать, если принять Вашу гипотезу.

OlegCh написал :
P.S. Кстати, может быть не приводят данные на момент срабатывания муфты именно из-за трудности измерений. Когда муфта начинает трещать получается такая вибрация, что я думал вот-вот стол развалится...

Спасибо -весьма любопытно, хоть меня эта тема не особо волновала -заинтересовался
Касательно измерения- ну это легко сделать если есть тензодатчик и ацп в компе- пики можно легко поймать. Думаю, серьезный производитель может себе позволить. Датчики продаются любые -есть и со встроенным ацп -те на выходе код.Но денег стоят прилично.
Кстати любопытно было бы динамометрические ключи проверить-не врут ли ...

2 Solovushka или наоборот. Хорошим динамометрическим ключом поверить шуруповёрт

OlegCh написал :
в катологах AEG и Милуоки приводятся как мягкий момент, так и "статический блокирующий момент" и они существенно друг от друга отличаются

может, они под статическим имеют в виду пиковый? Жёсткий?
В общем, судя по всему, они все разное под этими терминами понимают...

n-p-n написал :
может, они под статическим имеют в виду пиковый? Жёсткий?

Да нет. Жесткий у них тоже приводится...

Идея хорошая. Только что это дает? Разоблачим производителя? Итак ясно, что все ТТХ "от фонаря". Главное, чтобы девайс хорошо работал и не ломался.

ЗЫ. А безмен у меня тоже есть. Правда, далеко не такой навороченный

Возможно , что параметры прописанные в паспорте относятся непостредственно к самому шуруповерту, а не к инструменту - шуруповерт+его штатный акк. Таким образом, при полной блокировке резко возрастает ток (как мы на этом форуме выяснили) до 25-40 и более ампер. Соответственно при этом происходит продавливание напряжения его аккумулятора. И соответственно падает его мощность выражающаяся в моменте который вы и меряли.
Для ваших тестов необходимо взять мощный источник с пособный отдать такой ток, ну, скажем 60 ампер без просадки напряжения, относительно штатного значения, тогда возможно вы и намеряете что то близкое к заявленному моменту.

2Georgi61 Если Вы правы то тогда рекомендую производителям сразу писать: а знаете что если этот двигатель подключить напрямую к днепрогэс можно напрямую мешать роаствор в котловане для небоскреба.
Маркетинг блин...

2 Solovushka нет, 12-тивольтовые модели нужно подключать к автоАКБ
Со стартерным током в 600 А

n-p-n >Хорошим динамометрическим ключом поверить шуруповёрт

2 не_китаец для колёсных болтов правильное значение (у моего коня по мануалы 110), так, что, наверное, Н*м, всё же. Я тоже попробую своим динамо-ключом проверить.

Хороший приборчик

Внесу небольшую поправку по поводу того что есть жесткий(максимальный) момент, что есть мягкий продолжительный. Ниже выдержка из FAQ с официального сайта DeWalt.

1. Как вычисляется показатель крутящего момента?
   Процесс вычисления силы крутящего момента – это стандартная процедура для данной отрасли. Происходит это следующим образом: дрель закрепляет в специальном устройстве. Зажимной патрон неподвижно закреплен на не вращающемся валу. Дрель включается на полную мощность. При помощи закрепленного вала измеряется сила, с которой дрель пытается его повернуть. Показатель крутящего момента - это сила, прилагаемая к неподвижному валу при 0 об/м.
   Например: застревала ли у вас когда-либо дрель? Вспомните, как дрель, застрявши неподвижно, не может провернуть зажимной патрон. Если вы продолжите давить на триггер, вы почувствуете энергию, с которой дрель безуспешно пытается повернуть зажимной патрон. Этот пример подобен тому, как вычисляется сила крутящего момента на производстве.
2. В чем разница между максимальным и длительным крутящим моментом?
   Как говорилось выше, процедура измерения силы крутящего момента стандартна для данной отрасли. Но способы чтения полученной информации различаются. Когда зажимной патрон закреплен на валу, при нажатии триггера происходит первоначальный всплеск энергии. Данный всплеск энергии принято называть максимальным крутящим моментом. При продолжении давлении на триггер первоначальный всплеск уменьшается до определенного постоянного показателя. Этот уровень называют длительным крутящим моментом. Некоторые производители электроинструментов предпочитают указывать силу крутящего момента, основанную на максимальном ее показателе, который продолжается менее 0,5 секунды, а не ее длительный показатель. Пример разных показателей силы крутящего момента показан на графике ниже: (график прилагается)

Примечателен еще один пункт из этого документа. Из него следует, что вы правы в своих сомнениях по поводу замеров якобы мягкого момента в древесине. Прочтите, и я думаю вы поймете о чем я.

11) При наличии нескольких дрелей, одного сверла и одного рабочего материала будет ли изменяться сила крутящего момента в зависимости от того, какую дрель использовать?
Нет. При использовании одного и того же сверла и одного и того же материала не имеет никакого значения, какая дрель используется (с проводом или без, 3/8” или 1/2”, напряжение в сети и т.д.) – сила крутящего момента от этого не изменится. Однако если используются сверла другой марки или модели, другой рабочий материал или на дрель будет оказываться большее давление, чем на другую, сила крутящего момента будет изменяться.

n-p-n написал :
Скорее уж, мягкий момент - это и есть момент при мягкой остановке самореза в древесине. То есть, не при упирании шляпки в поверхность, а, например, при вкручивании шуруповёртом самореза 10х100 в брус. У одного шуруповёрта он вкрутится на 50 мм (~30 Н*м), у другого на 80 (60 Н*м)

Точность такого измерения под большим вопросом. Надо учитывать целую кучу входных данных. Это не только размер глухаря, но и его геометрия, чистота поверхности, коофициент расширения металла, сорт дерева, направление волокон, степень влажности, темпиратура и прочее. Конечно кто то, некий бренд, и может взять на вооружение этот метод, особенно если он говорит о том, что скажем его 12В шуруповерт характеризуется фантастическим моментом, скажем 60Нм. Если спросят откуда такие цифры, то всегда есть что сказать.

2 builder да я не настаиваю, просто предположение.
Ваши сомнения относительно разброса параметров легко преодолеваются стандартным метрологическим подходом. Например, тестируют 4 экземпляра шуруповёрта, каждый 4-мя шурупами разного размера в 4-х разных породах дерева. С каждым набором параметров делаются 10 измерений. Результат усредняется (медиана, среднее арифметическое или иная, статистическая величина.)

builder написал :
Точность такого измерения под большим вопросом. Надо учитывать целую кучу входных данных. Это не только размер глухаря, но и его геометрия, чистота поверхности, коофициент расширения металла, сорт дерева, направление волокон, степень влажности, темпиратура и прочее. Конечно кто то, некий бренд, и может взять на вооружение этот метод, особенно если он говорит о том, что скажем его 12В шуруповерт характеризуется фантастическим моментом, скажем 60Нм. Если спросят откуда такие цифры, то всегда есть что сказать.

Здесь я с Вами не соглашусь. Все перечисленные Вами параметры влияют только на глубину вворачивания, но остановка произойдет как только момент достигнет определенной величины, определяемой только мощностью мотора/аккумулятора. Поэтому ни размер глухаря, ни порода дерева на результат не повлияют.

OlegCh написал :

• ключ с трещеткой 12Нм
  Причем старался я на самом деле изо всех сил.
• AEG BBS 14 KX Raptor (1-я скорость, "сверление") 18Нм

Хм... Фигня, однако, какая-то получается. У ключа не может быть меньше просто потому, что у него рычаг больше. И им в этой конструкции я бы просто шестигранник свернул нифик. А раптора одной рукой держишь. Короче, если ключом сил тока на 12Нм хватает, то 18 рапторовских кистью просто не удержать. ИМХО врет прибор О-О-О-чень сильно. Либо обеспечивает правдоподобные результаты измерений в сильно другом диапазоне...

Кстати, батарейки в нем свежие?

ЗЫ. Я вчера повел тест-драйв момента у макиты 6270 (12вольт). 2-х аккумов (1,3АЧ, заряженных месяц назад) хватило аккурат на 135 саморезов 4.8х102. В сушеную сосну, с утапливанием шляпки на 1мм). Уж не помню какой у нее момент (крутил по последнем делении "16" - аккурат заподлицо получается, утапливал на "сверлении"), но кисть болит...

T283TA написал :
Хм... Фигня, однако, какая-то получается. У ключа не может быть меньше просто потому, что у него рычаг больше. И им в этой конструкции я бы просто шестигранник свернул нифик. А раптора одной рукой держишь. Короче, если ключом сил тока на 12Нм хватает, то 18 рапторовских кистью просто не удержать.

Да нет, все правильно. Раптора я держал двумя руками, да еще прижимая к животу. На фото - это не рабочий момент, разумеется, просто чтобы показать как это выглядело. А рычаг как раз у раптора больше, тем более что ключик с трещеткой я как раз одной рукой крутил. Так что все правильно. К тому же чем хорош безмен - очень легко проверить правильность его показаний.
Проверять момент при помощи динамометрического ключа - первое о чем я думал. Но у нас ключи продаются - минимум шкала на 120 Нм. Попробуй таким что-нибудь померь до 20 Нм, плюс/минус километр...
Кстати, конструкция предачи усилия на рычаг с помощью шпильки М6 (я выше писал) оказалась на редкость слабой. Уже вторая шпилька разорвалась - теперь от старой 12В Метабы. Лучше, конечно, пропустить через пластину шестигранник в качестве оси, но уж больно влом шестигранное отверстие в стали выпиливать...

T283TA написал :
Хм... Фигня, однако, какая-то получается.

Присоединяюсь. 12Нм для ключа уж очень мало.
А кстати динамометрическим ключом (стрелочным) можно поверить эту конструкцию?
Ну и другие-бы шурики попытать на этом стенде. Так чисто "пипками" помериться

Dimka-ne7 написал :
Присоединяюсь. 12Нм для ключа уж очень мало.

Да ключик-то маленький совсем, смотрите фото. Фактически та же отвертка только с рукояткой по 90 градусов.

Dimka-ne7 написал :
А кстати динамометрическим ключом (стрелочным) можно поверить эту конструкцию?

Можно, конечно. Только, я уже говорил, у нас в продаже ключи - колеса к Камазам прикручивать. А тут тонкие материи, панимаишь...

OlegCh написал :
Здесь я с Вами не соглашусь. Все перечисленные Вами параметры влияют только на глубину вворачивания, но остановка произойдет как только момент достигнет определенной величины, определяемой только мощностью мотора/аккумулятора. Поэтому ни размер глухаря, ни порода дерева на результат не повлияют.

а это не вы писали?

OlegCh написал :
Я для себя это понял так. Берем и вворачиваем какой-то шуруп в какое-то дерево в режиме "сверление". По мере вворачивания (если шуруп достаточно толстый и длинный) скорость вращения неизбежно падает. Мы берем какое-то значение скорости относительно скорости холостого хода, например 1/2 и когда скорость вращения снижается до этого порога измеряем крутящий момент. Это и будет мягкий момент.

Вы хотите сказать что на скорость вращения упомянутые мной параметры не влияют, а только лишь на глубину?

А вообще это бредовый метод измерения. А то что момент максимальный будет когда шур остановиться, то это ясно. И не имеет значение что его остановит, дерево или металл. Момент будет всегда один. Есть вероятность, что кто то и измеряет жесткий и мягкий моменты так, как вы это истолковали, но это мухлеж.

builder написал :
Вы хотите сказать что на скорость вращения упомянутые мной параметры не влияют, а только лишь на глубину?

Половинная скорость может достигаться раньше или позже, в зависимости от ваших параметров. Но момент, ей соответствующий, получится один и тот же. Так что на измерение не влияет.

builder написал :
И не имеет значение что его остановит, дерево или металл. Момент будет всегда один.

Ну как же! Одно дело когда вы пытаетесь выдавить дверь плечом и совсем другое, когда вы вышибаете ее с разбега. Вот вам и разница. Жесткий момент потому и больше всегда, что инерция помогает.