1 мкм, 18 000 RPM / Хабр

alizar

21 мая 2014 в 02:35

Робототехника Нанотехнологии Физика

Специалисты из Техасского университета в Остине собрали самый маленький и быстрый в мире искусственный мотор. По заявлениям разработчиков, мотор размером 1 микрометр вращался 15 часов, разгоняясь до 18 000 RPM (300 оборотов в секунду). Общее количество оборотов превысило 240 000. Это значительное достижение, потому что предыдущие модели таких моторов вращались не более чем на 5000 RPM всего несколько минут.

Наномоторы изготовлены из трёх базовых компонентов: крошечная проволока Au/Ni/Au работает как ротор, располагаясь на магните Au/M/Cr с квадрупольной системой из четырёх микроэлектродов, соединёнными попарно. Они играют роль статора. В составе магнита M — это магнитный материал, например, никель и кобальт. Верхний слой золота используется для регулировки расстояния между магнитом и нанопроволокой, чтобы изменять магнитное притяжение на роторе.

Трёхслойный магнит — ключевой компонент системы. Магнитное притяжение регулируется настолько точно, что магнит способен притянуть проволоку к основанию, но не настолько сильно, чтобы помешать её вращению.

Инженерам удалось решить две ключевые проблемы: автоматическую сборку наномоторов и управление их движением. Сборку производили с помощью новой техники «электрического пинцета», которая позволяет помещать наночастицы в субстрате по произвольным траекториям с точностью 150 нм, контролируя их угол и скорость в пульсирующем токе (см. иллюстрацию c).

Эксперимент показал, что можно дистанционно изменять угол наклона наномоторов и управлять скоростью вращения роторов. В том числе одновременно управляя группой моторов. Скорость вращения напрямую зависит от квадрата напряжённости электрического поля.

Разработка эффективных наномоторов — важнейший этап на пути к созданию наноэлектромеханических систем (NEMS), которые в будущем будут выполнять медицинские операции. Например, осуществлять инъекции медицинских препаратов внутри человеческого тела или даже искать и удалять больные клетки из организма, как это показано на иллюстрации Техасского университета в Остине.

Учёные подчёркивают, что максимальную скорость вращения проверяли чисто ради эксперимента, чтобы оценить надёжность конструкции. На практике настолько быстро вращающиеся металлические детали внутри организма вряд ли принесут пользу.

Научная работа опубликована в апрельском выпуске журнала Nature Communications (зеркало).

Теги:

• наномотор
• ротор
• статор
• NEMS
• электрическое поле

Хабы:

• Робототехника
• Нанотехнологии
• Физика

Всего голосов 47: ↑39 и ↓8 +31

Просмотры

65K

Комментарии
34

Анатолий Ализар
@alizar

автор, фрилансер

Telegram

Комментарии
Комментарии 34

Термины и определения двигателей станков с ЧПУ

Приводы станков с ЧПУ. Краткий глоссарий терминов

RPM(об/мин).

Количество оборотов в минуту – один их наиболее часто упоминаемых параметров, когда речь идет о приводе станка с ЧПУ.

Момент.

Крутящий момент – мера вращательного усилия на валу двигателя, его «сила». Момент измеряется в ньютонах на метр. Существует несколько видов момента, рассматриваемых в данной тематике. Для шагового двигателя важным параметром является момент удержания – та «сила», с которой двигатель удерживает вал при простое. Устройство шагового двигателя таково, что данное значение является максимальным(на самом деле,  у многих моделей шаговых двигателей момент при движении на скоростях порядка 0.01 об/мин чуть выше, чем момент удержания, но разница обычно не превышает 3-5%, поэтому для простоты за точку отсчета принимают момент удержания). Для серводвигателей применяют понятия «номинальный момент» и «пиковый момент» — серводрайверы способны кратковременно увеличивать ток в обмотках двигателя в несколько раз, увеличивая крутящий момент серводвигателя до его пикового значения.

Кривые зависимости «момент-скорость»

Данные кривые актуальны прежде всего для шаговых двигателей, и показывают, как изменяется момент двигателя со скоростью вращения. У всех двигателей момент не является постоянной величиной и зависит от скорости вращения ротора, но у шаговых двигателей это проявлено особенно сильно. Крутящий момент шагового двигателя резко падает с увеличением скорости, и кривые зависимости дают ценную информацию при расчете привода для станка с ЧПУ, помогая определить, подойдет ли данный двигатель для перемещения расчетного веса или следует использовать редуктор или установить более мощный двигатель. Для наиболее распространенных моделей шаговых двигателей скорость вращения, на которой удастся  получить от двигателя достаточное усилие, не превышает 1000 об/мин. Однако, использовать кривые для точных расчетов не стоит. Данные кривые очень сильно зависят от того, какой драйвер шагового двигателя использовался(момент двигателей, управляемых бюджетными моделями ниже, чем у того же двигателя, но управляемого высококлассным цифровым драйвером), каким напряжением питания (блоком питания) запитывался, какой ток фазы использовался, какое деление шага и т. п. В результате кривая лишь как правило дает общее представление о виде зависимости, вы и сообщает максимальные параметры, которые могут быть достигнуты, тогда как конкретные цифры зависят от ситуации.

NEMA

NEMA — это не название производителя шаговых двигателей, как иногда думают, а сокращение от National Electrical Manufacturers Association. Эта ассоциация разработала несколько стандартов крепежных фланцев, описав размеры, расстояния между крепежными отверстиями, размеры вала двигателя и т.д. Стандартов NEMA 7: NEMA 8, NEMA 11, NEMA 14, NEMA 23, NEMA 34, NEMA 42. В нашей стране данные наименования стандартов зачастую заменяют просто указанием размера фланца. Скажем, стандарту NEMA 23 соответствует фланец размером 57 мм.

Мощность двигателя

Мощность двигателя — это потребляемая им энергия, которая прямо пропорциональная напряжению на обмотках и протекающему по нему току. Мощность нельзя рассматривать как показатель «силы» двигателя — потребляемая энергия далеко не всегда превращается в момент.  Шаговые двигатели имеют очень малый КПД, и потребляемая ими мощность большей частью рассеивается в виде тепла. У серводвигателей потребление пропорционально нагрузке, их КПД выше, однако и им свойственны механические и теплоэлектрические потери. Мощность двигателя должна учитываться при расчете источника питания во избежании срабатывания защиты или повреждения источника питания.

(с) 2012

Копирование разрешено только с указанием ссылки на источник Darxton.ru

Основные сведения об оборотах двигателя

Перейти к содержимому

Опубликовано 14 июля 2017 г. Автор: Benjamin Hunting Know How

Число оборотов двигателя является одним из основных показателей функционирования любого автомобильного двигателя. Он используется для определения того, как и где двигатель развивает мощность, а также является ключевым аспектом эффективного вождения и диагностики потенциальных проблем. Почти каждый автомобиль или грузовик оснащен тахометром на приборной панели, который измеряет и отображает число оборотов в минуту, показывая, насколько важен этот аспект работы вашего автомобиля.

Что означает об/мин ?

Число оборотов двигателя — это сокращение оборотов в минуту или скорость, с которой двигатель вращается внутри. Вот почему вы также услышите, что число оборотов в минуту называют частотой вращения двигателя. Что именно крутится внутри вашего мотора? Ответ — коленчатый вал, который вращается за счет движения поршней, двигающихся вверх и вниз в цилиндрах, когда свечи зажигания воспламеняют и детонируют топливо, подаваемое в двигатель. Поршни соединены с коленчатым валом шатунами.

Почему Об/мин Важно?

На первый взгляд число оборотов двигателя может многое рассказать о том, что происходит внутри двигателя. У каждого двигателя есть так называемый диапазон мощности, который представляет количество лошадиных сил и крутящего момента, которые он производит, в зависимости от того, как быстро вращается коленчатый вал. Как правило, чем выше число оборотов в минуту, тем больше вырабатывается мощности в диапазоне частот вращения двигателя. Некоторые двигатели производят большую часть своего крутящего момента при очень низких оборотах, а затем падают, когда они увеличиваются, например, дизельные двигатели или большие двигатели V8 в легковых автомобилях. Другие должны вращаться очень быстро, чтобы производить пиковую мощность. Это характерно для небольших бензиновых двигателей. Не путайте красную линию в верхней части тахометра с золотым пятном, когда речь идет о выработке энергии. На самом деле это предел, при котором безопасно разгонять двигатель, а не показатель того, где можно найти наибольшую мощность.

Это помогает узнать, при каких оборотах ваш двигатель производит наибольшую мощность, чтобы вы могли использовать преимущества этой области диапазона мощности при вождении для повышения производительности и помогает узнать, когда переключать передачи (в автомобиле с механической коробкой передач), чтобы воспользоваться преимуществами его дизайн. Если вы предпочитаете сосредоточиться на эффективности, вы обнаружите, что чем ниже обороты вашего двигателя, тем меньше топлива он потребляет. Это не означает, что двигатель нужно все время тащить на высокой передаче, но это означает осторожное обращение с педалью газа, чтобы избежать резкого увеличения оборотов двигателя и потребления лишнего газа, когда требуется более плавное ускорение.

Ознакомьтесь со всеми деталями двигателя , доступными в NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 центров NAPA AutoCare для планового технического обслуживания и ремонта. Для получения дополнительной информации об оборотах двигателя и тахометрах поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Категории

Ноу-хау

Теги

автомобильный двигатель, дизельный двигатель, эффективность, двигатель, двигатели, двигатель внутреннего сгорания, производительность Studebakers на автомобильных выставках в Квебеке и на северо-востоке США. Более десяти лет гонок, реставрации и одержимости автомобилями привели меня к тому, что я постоянно нахожу баланс между научной работой и автомобильной журналистикой. В настоящее время я являюсь редактором нескольких онлайновых и печатных автомобильных изданий, а также пишу и консультирую для фармацевтической и медицинской промышленности.

RPM Значение в автомобилях

Что означает RPM?

RPM означает «обороты в минуту» и является стандартизированным методом измерения скорости двигателя в автомобильной промышленности.

Число оборотов автомобиля отображается на тахометре на приборной панели, предупреждая водителя о превышении максимальной скорости до того, как произойдет повреждение двигателя.

Аббревиатура является мерой двух вещей: количество раз, когда коленчатый вал двигателя делает один полный оборот в минуту, и одновременно, количество раз, когда каждый поршень поднимается и опускается в своем цилиндре.

После этого базового понимания определения числа оборотов в минуту следующим шагом будет понимание того, почему это важно и как оно влияет на управление производительностью автомобиля.

Как RPM работает с двигателем

При нажатии на педаль газа скорость вращения двигателя увеличивается по мере увеличения мощности. Однако максимальная мощность двигателя не всегда достигается при самых высоких оборотах двигателя.

Понимание пиковой мощности и числа оборотов важно при принятии решения о том, какой тип транспортного средства вам нужен. Высокий номинальный крутящий момент важен для работы на более низких скоростях, например при буксировке и буксировке. Крутящий момент обычно возникает при более низких оборотах, поэтому эти автомобили настроены на пиковую мощность, возникающую при более низких оборотах.

Кроме того, спортивные и спортивные автомобили могут иметь более низкий крутящий момент в обмен на большую мощность. Эти автомобили настроены на пиковую мощность при высоких оборотах для большей скорости двигателя. Это заставит маркеры тротуара пролетать мимо, когда вы увеличиваете передачу, обороты растут, а двигатель вырабатывает больше мощности.

При покупке новых автомобилей число оборотов двигателя обычно указывается вместе с мощностью в л.с. в спецификации. Производитель раскрывает максимальную мощность автомобиля и количество оборотов в минуту, когда эта мощность возникает. Комбинация этих двух чисел скажет вам, как работает трансмиссия автомобиля.

Назначение тахометра

Глядя на приборы на приборной панели, вы увидите спидометр и тахометр. В новых автомобилях они могут быть в цифровой форме или встроены в разные меню. Для большинства автомобилей тахометр отображает обороты двигателя с шагом в тысячу единиц. Цифры будут варьироваться от нуля до нескольких тысяч. Чем выше максимальное число, тем больше мощности может производить двигатель и тем лучше настроен автомобиль.

Чтобы прочитать показания тахометра, посмотрите на число, которое он показывает. Это сигнализирует о том, сколько оборотов в минуту крутится двигатель. Чем выше число, тем быстрее движется двигатель. Обычно в верхней части тахометра есть оранжевая зона, а затем красная линия. Оранжевая область является предупреждением о том, что вы достигли максимальной производительности двигателя. Однако в этой красной зоне вы не достигнете максимальной мощности двигателя.

Опасности красной черты

Обычно красный означает опасность. То же самое относится и к тахометру. Превышение красной линии может привести к серьезному повреждению двигателя.

Когда вы перекрашиваете свой автомобиль, вы рискуете взорвать двигатель, повредить трансмиссию или создать проблемы с клапанным механизмом. Компоненты двигателя движутся с высокой скоростью и выделяют большое количество избыточного тепла. Повышенная температура может привести к деформации или растрескиванию компонентов двигателя.

Производители автомобилей пытаются предотвратить это, устанавливая ограничитель оборотов, который не позволяет водителю увеличить мощность двигателя за красную черту. Но водитель все равно должен обратить на это внимание, прислушаться к двигателю и либо переключиться, либо сбросить газ, если звучит так, будто надвигаются проблемы.

Тахометры в автомобилях с механической коробкой передач

В автомобиле с механической коробкой передач вы должны обращать внимание на число оборотов в минуту так же, как и на спидометр. Тахометр поможет указать, когда пора переключать передачи. Опытный водитель обычно может переключать передачи в зависимости от звука двигателя. Если вы слышите громкий скулящий звук, свидетельствующий о том, что двигатель перегружен, значит, пора переключаться на более высокую передачу. Если двигатель звучит так, как будто он задыхается, и автомобиль чувствует, что он вязнет, ​​вам нужно переключиться на более низкую передачу.

Наблюдение за тахометром может помочь вам понять, когда нужно переключаться, прежде чем вы разовьете навыки, необходимые для переключения передач, основанные на звуке и ощущении. Включайте передачу до того, как обороты поднимутся слишком высоко для плавного включения передачи. Вам также нужно будет переключиться на более низкую передачу, прежде чем обороты упадут слишком низко и двигатель начнет глохнуть. Точные обороты, на которые вы должны переключаться, зависят от марки и модели автомобиля и скорости, с которой вы едете. Руководство пользователя даст вам рекомендации по этому вопросу.

Тахометры в автомобилях с автоматической коробкой передач

Производители транспортных средств проводят обширные исследования в области настройки и программирования производительности своих автомобилей с автоматической коробкой передач. Эти современные автомобили будут автоматически переключать передачи до того, как стрелка автомобиля достигнет красной линии тахометра.

Когда произойдет это переключение, зависит от силы нажатия на педаль газа и текущей скорости автомобиля. Цель состоит в том, чтобы переключать передачи в идеальное время оборотов двигателя, чтобы сочетать плавность хода и эффективную работу.

Преимущества знания RPM

Знание того, что означает число оборотов в минуту, является первым шагом к получению максимальной отдачи от вашего автомобиля. Особенно это касается тех, у кого автомобиль с механической коробкой передач. Следите за стрелкой оборотов, чтобы узнать идеальное время для переключения передач для максимальной мощности.

Вместо того, чтобы генерировать максимальную мощность при высоких оборотах двигателя, вы можете сосредоточиться на том, чтобы сделать автомобиль максимально эффективным. При движении на более низких оборотах расходуется меньше топлива, что делает его более эффективным.