Comment Déterminer la Charge de Moment

La charge de moment est la force qui provoque la rotation ou la flexion d'un objet et est un facteur critique dans la conception et l'application des actionneurs linéaires comme les vérins pneumatiques. Les actionneurs linéaires sont conçus pour résister à des niveaux spécifiques de charge de moment, définis comme la plage admissible. Dépasser ces limites introduit des forces supplémentaires sur le système de guidage de l'actionneur, ce qui peut dégrader les performances et réduire considérablement la durée de vie.

Calculer la charge de moment est essentiel pour s'assurer qu'un actionneur peut gérer les forces de torsion ou de flexion, prévenir les défaillances du système et maintenir un fonctionnement efficace. Cela aide à sélectionner les bons composants et à concevoir des systèmes sûrs, fiables et durables. Comprendre la charge de moment est important pour :

• Sélection des composants : Choisissez des composants capables de gérer les charges de moment attendues dans des conditions statiques et dynamiques.
• Conception du système : Concevez des systèmes pour minimiser les charges de moment en réduisant la distance entre la charge et le point de pivot ou en utilisant des contrepoids.
• Maintenance et surveillance : Inspectez régulièrement pour détecter l'usure ou le désalignement dus à des charges excessives et mettez en œuvre des systèmes de surveillance pour détecter les changements de charge.

Table des matières

• Qu'est-ce que la charge de moment ?
• Facteurs influençant la charge de moment
• Charges de moment statiques et dynamiques
• FAQs

Qu'est-ce que la charge de moment ?

La charge de moment est le résultat d'une force (F) appliquée à une distance (d) d'un axe, créant une tendance à la rotation autour de cet axe. Cette force de rotation, ou couple, peut être appliquée dans trois directions principales :

• Roulis (Figure 1 étiquetée A) : Mouvement de rotation autour de l'axe
• Lacet (Figure 1 étiquetée B) : Mouvement latéral vers la gauche ou la droite
• Tangage (Figure 1 étiquetée C) : Mouvement vers le haut ou vers le bas

Il est crucial de calculer les charges de moment avant de sélectionner un vérin pneumatique, de l'installer dans une application ou de modifier la charge ou la configuration de montage.

Calcul de la charge de moment

La formule de la charge de moment est donnée par :

M = F × d

Où :

• M : Charge de moment
• F : La force appliquée
• d : La distance du bras de moment par rapport à l'axe

Pour déterminer la charge de moment globale, considérez les moments dans chaque direction (tangage, lacet, roulis) et comparez-les aux moments admissibles spécifiés pour l'actionneur. La somme des rapports de ces moments à leurs valeurs admissibles doit être inférieure à 1,0 pour une configuration acceptable.

Exemple

Considérez un bras robotique utilisé dans un environnement industriel pour des tâches telles que l'assemblage, le soudage ou la manutention de matériaux. Ce bras robotique est équipé d'actionneurs qui contrôlent son mouvement et son positionnement. Chaque actionneur doit gérer diverses forces et moments à mesure que le bras se déplace et interagit avec des objets.

Par exemple, considérez que le bras robotique est chargé de soulever un objet lourd. La force exercée par le poids de l'objet, combinée à la distance de l'axe de rotation de l'actionneur (le bras de moment), génère un moment dans la direction du tangage. De même, si le bras doit tourner ou pivoter tout en tenant l'objet, des moments dans les directions du lacet et du roulis peuvent également être générés.

Pour garantir que le bras fonctionne en toute sécurité et efficacité, il est nécessaire de calculer les moments dans les directions du tangage, du lacet et du roulis et de les comparer aux limites admissibles de l'actionneur, comme indiqué dans le Tableau 1.

Tableau 1 : Calculs d'exemple des moments de tangage, roulis et lacet pour un actionneur linéaire

Direction	Force (N)	Distance du bras de moment (m)	Moment calculé (Nm)	Moment admissible (Nm)	Rapport
Tangage	30	0.5	15	30	0.5
Lacet	15	0.3	4.5	15	0.3
Roulis	5	0.2	1	10	0.1

La somme des rapports (0,9) est inférieure à 1,0, indiquant que la configuration est acceptable et dans les limites admissibles. Si le rapport final dépasse les limites acceptables, envisagez de réduire les forces appliquées, de raccourcir les distances des bras de moment ou de passer à des actionneurs avec des moments admissibles plus élevés. Alternativement, ajustez la configuration du bras ou redistribuez la charge pour équilibrer les moments plus efficacement.

Facteurs influençant la charge de moment

Lors du calcul des charges de moment dans les applications industrielles, plusieurs facteurs peuvent influencer les résultats :

• Taille de l'actionneur et capacité de masse : La taille de l'actionneur, par exemple, le diamètre et la longueur de course d'un vérin pneumatique, joue un rôle crucial dans la détermination de sa capacité à gérer les forces et les moments. Les cylindres plus grands, avec un diamètre et une course plus importants, peuvent supporter des pressions plus élevées et générer plus de force, leur permettant de gérer des moments plus importants. De plus, la masse transportée affecte l'ampleur de ces forces, les charges plus lourdes générant des moments plus importants. L'intégrité structurelle et la conception du cylindre doivent être suffisantes pour supporter ces charges sans déformation ni défaillance.
• Positionnement :
  • Vertical : La gravité impacte significativement les cylindres verticaux, augmentant la vitesse descendante et nécessitant plus de force pour le mouvement ascendant, ce qui peut affecter la consommation d'énergie et l'usure du système.
  • Horizontal : La gravité affecte principalement la friction et l'alignement, pouvant potentiellement augmenter les charges de moment si la charge est répartie de manière inégale.
• Positionnement de la charge : L'emplacement du centre de gravité est crucial. S'il dépasse le support, il crée des moments supplémentaires, entraînant des déséquilibres et un stress accru sur le système.
• Capacités de l'actionneur : L'actionneur doit gérer efficacement les forces et les moments. Les systèmes de contrôle avancés peuvent aider à gérer les effets dynamiques et les déséquilibres, améliorant la précision et réduisant l'usure.

Charges de moment statiques et dynamiques

Les charges de moment peuvent être dynamiques, survenant pendant le fonctionnement en raison de facteurs tels que la gravité et l'accélération, ou statiques, présentes lorsque le système est au repos. Les deux types de charges de moment peuvent affecter l'alignement et la performance des composants.

Tableau 1 : Charges de moment statiques et dynamiques

Aspect	Charge de moment statique	Charge de moment dynamique
Définition	Charge qui reste constante ou change très lentement au fil du temps	Charge qui varie avec le temps en raison du mouvement ou de forces externes
Dépendance au temps	Indépendant du temps	Dépendant du temps
Prévisibilité	Prévisible et plus facile à concevoir	Complexe et souvent imprévisible
Exemples	Poids d'un objet stationnaire sur une poutre	Forces sur un bras rotatif dues à des changements de vitesse
Analyse	Se concentre sur l'équilibre et la résistance des matériaux	Considère l'inertie, l'amortissement et les facteurs dépendants du temps
Considérations de conception	Met l'accent sur la résistance et la stabilité	Nécessite flexibilité, amortissement et absorption d'énergie

FAQs

Comment le moment est-il calculé ?

Le moment est calculé en multipliant la force appliquée par la distance perpendiculaire du point de pivot à la ligne d'action de la force.

Qu'est-ce qu'un indicateur de moment de charge sur les grues ?

Un indicateur de moment de charge (LMI) sur les grues calcule le moment de charge (produit du poids de la charge et du rayon) pour s'assurer qu'il reste dans des limites sûres, prévenant la surcharge et améliorant la sécurité.