تأتي متطلبات العزم للمشغلات الدورانية من حمل العمود، والجاذبية، والاحتكاك، والقصور، وملف الحركة المختار. تعرف Parker عزم الطلب من عزم الحمل والاحتكاك والتسارع. ويحوّل دليل PRO/PRN زاوية 90 درجة إلى 1.5708 راديان قبل الحساب الديناميكي (Parker 0900P-4، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026؛ Parker PRO/PRN، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
الحساب دفتر عزم، وليس اختصارًا واحدًا. أبقِ كل حد ظاهرًا، وطبّق فقط سماحية موثقة، وقارن النتيجة مع عزم المشغل الفعال عند أدنى ضغط موجود أثناء الحركة. يغطي دليل تحجيم المشغلات الدورانية الهوائية حمل العمود، وطاقة الإيقاف، والتدفق، والتركيب، واختيار النموذج النهائي.
نقاط أساسية
- اجمع عزم الحمل والجاذبية والاحتكاك والتسارع كصفوف منفصلة.
- يبين منحنى Bray النموذجي لصمام الكرة أن عزم التشغيل يقارب 75% من عزم بدء الحركة، لكن بيانات المورّد هي المرجع في الاختيار.
- قارن مع عزم الكتالوج الفعال عند ضغط الحركة.
- افحص طاقة الإيقاف بمعزل عن العزم.
ما الذي ينتمي إلى ورقة حساب عزم المشغل الدوراني؟
تفصل Parker عزم الطلب إلى ثلاثة مكونات: عزم الحمل، وعزم الاحتكاك، وعزم التسارع. ويتعامل كتيبها مع عزم الوسادة كمتطلب تباطؤ منفصل، لذلك تحتاج ورقة الحساب المفيدة إلى أربعة صفوف حسابية على الأقل، لا إلى تقدير واحد مدمج (Parker 0900P-4، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).

ابدأ بحالة الحمل، لا بكتالوج المشغل. سجل القيم التالية لكل اتجاه تشغيل وأي زاوية عمود يتغير عندها الحمل:
| مدخل ورقة الحساب | الرمز | الوحدة | المصدر |
|---|---|---|---|
| القوة الخارجية وذراع العزم العمودي | F, r |
N, m | الرسم أو القياس |
| الكتلة الدوارة والهندسة | m, الأبعاد |
kg, m | CAD أو الوزن |
| زاوية الدوران | theta |
rad | تسلسل الماكينة |
| زمن التسارع أو ملف الحركة | t_a |
s | مواصفة التحكم |
| اتجاه الجاذبية | phi |
degrees | رسم التركيب |
| احتكاك بدء الحركة والتشغيل | T_break, T_run |
N·m | القياس أو بيانات المورّد |
| أدنى ضغط مدخل أثناء الحركة | P_min |
bar أو MPa | تتبع ضغط عند المشغل |
| الاتجاه المطلوب وموضع الفشل | غير منطبق | غير منطبق | مراجعة المخاطر والعملية |
عزم الطلب هو عزم العمود اللازم للتغلب على الحمل المحدد وإنتاج التسارع المطلوب. استخدم صفًا لكل مصدر مستقل. فالنابض، أو شد الحزام، أو جرّ مانع التسرب، أو الأداة اللامركزية، أو قوة العملية، أو حزمة الكابلات يمكن أن تغير الطلب. والإشارات مهمة أيضًا: فقد تقاوم الجاذبية اتجاهًا وتساعد شوط الرجوع.
يجب أن تعرض ورقة الحساب المقدار والاتجاه معًا. فالمجموع الموجب الواحد يخفي ما إذا كان الحمل ينعكس خلال الشوط، وهذا بالضبط عندما يمكن أن ينتقل العزم المسيطر من بداية الحركة إلى زاوية وسطية.
كيف تحسب عزم الحمل والجاذبية؟
تعرّف NASA العزم بأنه القوة مضروبة في المسافة العمودية من محور الدوران، وتطبق Parker علاقة T = F x l نفسها في اختيار المشغلات الدورانية. لذلك تولد قوة 100 N عبر ذراع عمودي 0.20 m عزمًا قدره 20 N·m (NASA Glenn، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026؛ Parker PRO/PRN، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
لقوة خارجية:
عزم الحمل = القوة × المسافة العمودية
T_load = F × r_perpendicular
المسافة العمودية هي أقصر مسافة من محور العمود إلى خط فعل القوة. استخدام طول الذراع الفيزيائي من دون تصحيح الزاوية يبالغ في العزم كلما لم تكن القوة عمودية.
لكتلة لامركزية تدور في مستوى رأسي:
عزم الجاذبية = الكتلة × 9.81 m/s^2 × نصف قطر مركز الثقل × جيب(φ)
T_g = m × g × r_cg × جيب(φ)
يكون عزم الجاذبية صفرًا عندما يقع مركز الثقل مباشرة فوق العمود أو تحته. ويصل إلى أكبر مقدار عندما يكون ذراع مركز الثقل أفقيًا. في طاولة متوازنة تدور حول محور رأسي، قد لا تضيف الجاذبية أي عزم دوراني، مع بقاء احتكاك المحامل وموانع التسرب.
إذا كان CAD يستطيع حساب العزم حول محور العمود الحقيقي، فاستخدمه. وإن لم يستطع، فاقسم التجميع المعقد إلى كتل، واحسب مساهمة كل منها، واجمع القيم بإشاراتها. لا تستبدل قوة عملية مقاسة بكتلة قطعة العمل إلا إذا كانت الجاذبية هي القوة الوحيدة في مسار الحمل.
كيف تضيف القصور وعزم التسارع؟
يحسب دليل اختيار SMC للمشغلات الدورانية منخفضة السرعة الحمل القصوري من عزم القصور وزاوية الدوران والزمن، ويوجه المستخدمين إلى إضافة قصور مكونات الحمل المتعددة. وفي اختيار CRQ2X/MSQX، تظل الحركة الأبطأ من ثانيتين لكل 90 درجة مقيمة باستخدام قيمة ثانيتين لفحص القصور (دليل SMC CRQ2X/MSQX، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
يتبع عزم التسارع علاقة الجسم الصلب:
عزم التسارع = عزم القصور × التسارع الزاوي
T_a = J × α
يعتمد عزم القصور على مكان الكتلة، لا على وزنها فقط:
| شكل الحمل حول المحور المحدد | عزم القصور |
|---|---|
كتلة نقطية عند نصف قطر r |
J = m × r^2 |
| قرص مصمت حول مركزه | J = 0.5 × m × r^2 |
| حلقة رقيقة حول مركزها | J = m × r^2 |
| قضيب نحيف حول أحد طرفيه | J = m × L^2 / 3 |
| لوح مستطيل حول مركزه | J = m × (a^2 + b^2) / 12 |
استخدم ملف الحركة الحقيقي للحصول على alpha. إذا وفر المتحكم أو الآلية زمن التسارع، فاستخدم alpha = delta omega / t_a. ولملف سرعة مثلثي متماثل يبدأ وينتهي عند السكون، بزمن حركة كلي t وزاوية theta:
α = 4 × θ / t^2
ω_max = 2 × θ / t
لا تطبق معادلة الملف المثلثي على حركة تحتوي على هضبة سرعة ثابتة. فالملف شبه المنحرف أو منحنى S أو الحركة ذات التخميد الميكانيكي لها تاريخ تسارع مختلف. يجب أن تنص مواصفة التحكم على الملف الذي تمثله ورقة الحساب.
تقريب الكتلة من العمود يخفض J مع مربع نصف القطر. نقل مكون كتلته 2 kg من 200 mm إلى 100 mm يخفض قصوره ككتلة نقطية من 0.080 إلى 0.020 kg·m²، وغالبًا يوفر عزمًا أكثر من زيادة ضغط صغيرة.
لماذا يجب حساب عزم بدء الحركة وعزم التشغيل منفصلين؟
يبين دليل Bray لعام 2025 لصمامات الكرة منحنى صمام كرة عائم نموذجيًا حيث يقارب عزم التشغيل 75% من عزم بدء الحركة، ويقارب عزم النهاية 90%. تصف هذه النسب منحنى الصمام النموذجي في الدليل، وليست قانون احتكاك عالميًا لكل صمام أو محمل أو مانع تسرب أو طاولة دورانية (Bray Technical Bulletin 1005، 2025).
عزم بدء الحركة هو ذروة المقاومة عندما تبدأ الحركة بعد فترة سكون؛ وعزم التشغيل هو المقاومة بعد بدء الحركة. يستخدم منحنى Bray النموذجي لصمام الكرة العائم ثلاث نقاط مميزة: بدء الحركة عند 100%، والتشغيل قرب 75%، والنهاية قرب 90%. تشرح هذه القيم لماذا لا يمكن تمثيل الصمام بمعامل احتكاك واحد، لكنها ليست بديلًا عن بيانات المورّد. يمكن لتصميم المقعد والضغط التفاضلي والوسط والحرارة ومدة السكون والترسبات أن تغير كل نقطة في المنحنى. وتحتاج وصلة الماكينة إلى الفصل نفسه عندما يتغير جرّ مانع التسرب أو مقاومة المحمل بعد السكون. قِس قيم البدء والتشغيل في الاتجاهين بدل اشتقاق إحداهما من الأخرى. هذا يبقي نقطة العزم الأعلى مرئية بعد السكون الطويل وخلال الشوط كله (Bray Technical Bulletin 1005، 2025).
لحمل ماكينة، قِس القيمتين عندما يكون ذلك عمليًا. فكر في تكرار الاختبار بعد أطول مدة سكون متوقعة:
- افصل المشغل أو اعزله بأمان.
- طبّق العزم ببطء على العمود أو القارنة المدفوعة.
- سجل الذروة عند أول حركة كعزم بدء الحركة.
- سجل العزم خلال الشوط في الاتجاهين.
- كرر بعد أطول مدة سكون متوقعة وعند حدود الحرارة.
لصمام كرة أو فراشة أو سدادة، اطلب بيانات عزم المورّد للحجم والمقعد والضغط التفاضلي والوسط والحرارة وحالة الخدمة الفعلية. على الأقل، قارن عزم البدء للفتح، والتشغيل، ونهاية الفتح، والبدء للإغلاق، والتشغيل للإغلاق، وعزم الجلوس مع منحنى المشغل.
يمكن أن تساعد معادلة زوج المواد T = mu × N × r في واجهة انزلاق محددة يعرف حملها العمودي ونصف قطرها الفعال. لكنها لا تستبدل بيانات عزم الصمام أو قياس جرّ مانع التسرب. وقد تختلف معاملات الاحتكاك في الكتيبات حسب التشطيب والتزييت والضغط والحرارة والبلى ومدة السكون.
أي عامل تصميم يجب أن تطبق؟
يستخدم دليل Parker PRO/PRN عامل هامش 2 للمقاومة من دون تغير في الحمل، و5 عندما يتغير الحمل. تنتمي هذه الأرقام إلى طريقة تلك العائلة من المنتجات؛ أما كتيب Parker الأوسع فيذكر أن عوامل التصميم تختلف حسب التطبيق ومعرفة المصمم (Parker PRO/PRN، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026؛ Parker 0900P-4، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
لا تضرب عوامل غير مترابطة للحرارة والتلوث والعمر والصدمة وعمر الخدمة من دون فحص طريقة المنتج. تركيب 2.0 × 1.5 × 1.4 × 1.25 ينتج معامل 5.25، لكنه لا يثبت أن المشغل سيتحرك بسلاسة أو يتوقف بأمان أو يتحمل حمل العمود.
استخدم هذا التسلسل بدلًا من ذلك:
- احسب مكونات العزم الاسمية من مدخلات قابلة للتتبع.
- استبدل الاحتكاك أو أحمال العملية غير المؤكدة بقيم أسوأ حالة مقاسة عندما يمكن.
- طبّق العامل الذي تحدده شركة المشغل أو الصمام.
- أضف عامل مشروع فقط عندما يستطيع المهندس المسؤول بيان عدم اليقين الذي يغطيه.
- سجل النتيجة غير المقربة وهامش عزم الكتالوج المختار.
أبقِ العامل بجانب المكون الذي يحميه. قد تحتاج قوة عملية متغيرة إلى سماحية مختلفة عن حمل قصوري مقاس جيدًا. كما تتطلب حركة الطوارئ ومخاطر الأفراد ووظيفة الصمام الآمنة عند الفشل طريقة أمان الماكينة أو العملية، لا جدولًا عامًا من مدونة.
مثال حساب عزم لدوران 90 درجة
تسجل Parker زاوية 90 درجة كـ 1.5708 راديان، بينما تتعامل SMC مع الزاوية وزمن الحركة كمدخلات قصور صريحة. المثال التالي يدير حملًا نقطيًا كتلته 6 kg عند نصف قطر 0.20 m عبر 90 درجة في 0.80 ثانية باستخدام ملف سرعة مثلثي متماثل (Parker PRO/PRN، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
الافتراضات:
| المدخل | القيمة |
|---|---|
| حمل نقطي | 6.0 kg |
| نصف القطر من العمود | 0.20 m |
| الدوران | 90 degrees = 1.5708 rad |
| زمن الحركة الكلي | 0.80 s |
| احتكاك التشغيل المقاس | 1.50 N·m |
| عزم الجاذبية | 0 N·m، طاولة أفقية |
| عزم عملية خارجي | 0 N·m |
| عامل مشروع موثق | 1.50 |
احسب أولًا قصور الكتلة النقطية:
J = m × r^2
J = 6.0 × 0.20^2
J = 0.240 kg·m^2
ثم احسب التسارع وعزم التسارع:
α = 4 × θ / t^2
α = 4 × 1.5708 / 0.80^2
α = 9.82 rad/s^2
T_a = J × α
T_a = 0.240 × 9.82
T_a = 2.36 N·m
اجمع المكونات عند مستوى العمود وطبّق العامل الموثق:
T_nom = T_a + T_f + T_g + T_ext
T_nom = 2.36 + 1.50 + 0 + 0
T_nom = 3.86 N·m
T_req = 3.86 × 1.50
T_req = 5.79 N·m عزم خرج فعال
النتيجة متطلب للمقارنة مع الكتالوج، وليست رقم جزء. قارن 5.79 N·m مع منحنى خرج المشغل الفعال عند أدنى ضغط حركة، وفي الاتجاه الصحيح وزاوية العمود ذات الصلة. ثم افحص الطاقة الحركية وحمل العمود ونطاق زمن الدوران وطريقة الإيقاف ضمن سير تحجيم المشغل الدوراني الأوسع.
إذا بدأ الحساب من قوة مكبس مثالية أو مساحة ريشة مثالية، فقد يلزم إدخال كفاءة الآلية. وإذا كان الكتالوج ينشر عزم الخرج الفعال بالفعل، فلا تخفض قيمة الكتالوج وترفع العزم المطلوب بسبب خسارة الكفاءة نفسها. هذا يحسب الخسارة مرتين.
مقارنة الكتالوج تستخدم منحنيات العزم الفعلية
يسجل تكوين Festo DFPD-20 spring-return عزمًا قدره 13.5 N·m عند 0 درجة و7.0 N·m عند 90 درجة عند الضغط الاسمي. تختلف قيمتا الطرفين تقريبًا بنسبة 2:1، وهذا يوضح لماذا لا يمكن لعزم لوحة اسم واحد أن يمثل كل اتجاه وموضع عمود (Festo DFPD-20-RP-90-RS55-F03، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
عزم المشغل الفعال هو خرج العمود القابل للاستخدام الذي تذكره الشركة المصنعة لضغط واتجاه وموضع معين. استخدم المنحنى أو الجدول للنموذج الدقيق وطريقة التشغيل:
- قد تكون مشغلات الجريدة والترس مزدوجة الفعل شبه ثابتة العزم، لكن تحقق من المنحنى المنشور.
- تحتاج مشغلات الرجوع بالنابض إلى فحوص منفصلة لبداية الهواء ونهايته وبداية النابض ونهايته.
- قد تمتلك تصاميم scotch-yoke ملف عزم غير خطي مقصودًا.
- تملك نماذج الريشة والطاولة الدورانية عزمًا فعالًا وحدود ضغط خاصة بالمنتج.
ضغط المنظم أثناء السكون ليس ضغط المقارنة. قِس عند مدخل المشغل أثناء الحركة، عندما يحمل الصمام الاتجاهي والأنابيب والوصلات ومتحكمات التدفق ومسار العادم التدفق. إذا هبط الضغط المقاس، فراجع تقلبات الضغط عند نقطة الاستخدام وتحجيم صمام التحكم في التدفق الهوائي قبل اختيار مشغل أكبر.
بالنسبة إلى صمامات العملية، ضع نقاط عزم الصمام المطلوبة فوق منحنى خرج المشغل. كما تحذر Festo من أن عزم تشغيل المشغل يجب ألا يتجاوز عزم فلنجة ISO 5211 والقارنة المسموح. قد يستطيع مشغل أكبر تحريك الصمام بينما يحمّل الساق أو المفتاح أو الحامل أو القارنة فوق حدها.
سجل هامشين: العزم المتاح / العزم المطلوب وحد الواجهة / العزم المتاح. يلتقط الأول مشغلًا أصغر من اللازم، ويلتقط الثاني المشكلة المعاكسة: مشغلًا قويًا بما يكفي لإتلاف العتاد الذي يقوده.
خمسة أخطاء تبطل نتيجة صحيحة على الورق
تسرد SMC طاقة حركية مسموحة من 0.00025 إلى 0.081 J عبر أحجام CRQ2X في دليل السرعة المنخفضة. هذا النطاق البالغ 324:1 موجود حتى داخل عائلة منتج واحدة، لذلك لا يمكن لمجموع عزم صحيح أن يستبدل فحوص الطاقة والتوقيت والحمل المنفصلة للنموذج (دليل SMC CRQ2X/MSQX، تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026).
- استخدام طول الذراع الكلي بدل المسافة العمودية. يعتمد العزم على خط فعل القوة. أعد حسابه عند كل زاوية عمود قد تصبح أسوأ حالة.
- معاملة الكتلة كأنها القصور. يمكن لقاعدتين كتلتهما 6 kg أن تطلبا عزمي تسارع مختلفين جدًا عندما تقع كتلتهما عند أنصاف أقطار مختلفة.
- استخدام رقم احتكاك واحد للبدء والحركة. سجل قيم بدء الحركة والتشغيل منفصلة، خصوصًا بعد السكون أو تغير الحرارة.
- نسخ جدول عامل أمان من دون طريقة المنتج. قد يخفي معامل كبير بيانات إدخال سيئة، ومع ذلك يفشل في التقاط الطاقة الحركية أو حمل العمود أو حدود ساق الصمام.
- المقارنة مع عزم عند ضغط تغذية ساكن. استخدم عزم النموذج الفعال عند الضغط المقاس أثناء حركة المشغل.
يجب أن تذكر ورقة الحساب النهائية كل افتراض ووحدة واتفاقية إشارة ومصدر بيانات ومراجعة. وإذا كان حد حمل أو احتكاك مقدرًا، فضع علامة للتحقق منه عند التشغيل الأولي. بذلك يصبح الحساب خط أساس للصيانة، لا ملاحظة تحجيم لمرة واحدة.
ماذا يسأل المهندسون عن عزم المشغل الدوراني؟
يتضمن منحنى Bray النموذجي لصمام الكرة العائم ثلاثة مستويات عزم مميزة: بدء الحركة عند 100%، والتشغيل قرب 75%، والنهاية قرب 90%. تحافظ الأسئلة التالية على هذه النقاط الخاصة بالصمام منفصلة عن قصور حمل الماكينة وخرج الكتالوج وفحوص طاقة الإيقاف (Bray Technical Bulletin 1005، 2025).
ما المعادلة الأساسية لعزم المشغل الدوراني؟
للقوة الخارجية الساكنة استخدم T = F × r_perpendicular. ولحمل متحرك، أضف الجاذبية والاحتكاك وJ × alpha لعزم التسارع قبل تطبيق عامل المشروع أو الشركة المصنعة الموثق. تعرف Parker عزم الطلب من حدود الحمل والاحتكاك والتسارع بدل اختصار عالمي واحد.
هل عزم بدء الحركة دائمًا ضعف عزم التشغيل؟
لا. يضع مثال Bray النموذجي لصمام الكرة العائم عزم التشغيل قرب 75% من عزم بدء الحركة، لكن هذه النسبة تخص منحنى الصمام المذكور. يمكن لتصميم مانع التسرب ومادة المقعد والضغط والوسط ومدة السكون والحرارة والتزييت والبلى أن تغيرها. استخدم قيم الماكينة المقاسة أو بيانات عزم مورّد الصمام.
هل يمكن تكبير عزم المشغل مباشرة مع الضغط؟
فقط كتقدير فرز عندما تؤكد الشركة المصنعة العلاقة لذلك النموذج والاتجاه والموضع. الاختيار النهائي يستخدم منحنى العزم الفعال عند ضغط الحركة. وتحتاج وحدات الرجوع بالنابض إلى أربعة فحوص طرفية لأن عزم بداية الهواء ونهايته وبداية النابض ونهايته قد يختلف كثيرًا.
أي عامل أمان يجب استخدامه لعزم المشغل الدوراني؟
استخدم العامل الذي يحدده المشغل أو الصمام أو معيار الماكينة أو المهندس المسؤول. تستخدم طريقة Parker PRO/PRN عاملي 2 و5 لحالتين محددتين من حمل المقاومة، لكنهما ليسا عالميين. وثّق عدم اليقين الذي يغطيه العامل المختار وتجنب ضرب سماحيات متداخلة.
هل المشغل الأعلى عزمًا هو الخيار الأكثر أمانًا تلقائيًا؟
لا. تطلب Parker اختيار الأكبر بين عزم الطلب وعزم الوسادة، بينما تطلب SMC فحوص طاقة حركية وحمل عمود منفصلة. قد يفرط عزم الخرج الأعلى في تحميل ساق صمام أو قارنة ISO 5211. اختر نموذجًا يتجاوز منحنى العزم المطلوب من دون تجاوز حدود الواجهة الميكانيكية.
ينتهي حساب العزم بمقارنة منحنى، لا برقم مقرب. احتفظ بدفتر العزم مع رسم الماكينة، وتتبع الضغط، وملف الحركة، وبيانات الصمام، ومراجعة الكتالوج. لاختيار الآلية، راجع مشغلات الجريدة والترس مقارنة بمشغلات الريشة. ولمراجعة تطبيق، أرسل ورقة الحساب المكتملة عبر صفحة الاتصال الفنية.
ملاحظات المصادر
تدعم ستة مصادر تقنية مباشرة طريقة الحساب: NASA Glenn، ودليلان من Parker، وكتالوج اختيار نموذج من SMC، ونشرة Bray لعام 2025 للصمامات، وصفحة منتج من Festo. تبقى كل مطالبة أعلاه ضمن حدود المنتج أو التطبيق التي يذكرها مصدرها. وتوصف الملكية التحريرية والسياق الهندسي في صفحة من نحن.
- NASA Glenn، العزم. علاقة القوة والمسافة العمودية والعزم. تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.
- Parker Pneumatic Actuator Products، الكتالوج 0900P-4. تعريفات الطلب والحمل والاحتكاك والتسارع وعزم الوسادة والطاقة الحركية. تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.
- Parker PRO/PRN Pneumatic Rotary Actuators. طريقة حساب العزم والحركة الخاصة بعائلة المنتج. تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.
- دليل SMC CRQ2X/MSQX للمشغلات الدورانية منخفضة السرعة. أنواع الحمل والقصور والعزم الفعال والطاقة الحركية وحدود زمن الدوران المستقر. تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.
- Bray Technical Bulletin 1005، دليل اختيار المشغل لصمامات الكرة. منحنيات عزم بدء الحركة والتشغيل والنهاية. منشور في 2025؛ تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.
- Festo DFPD-20-RP-90-RS55-F03. بيانات عزم الرجوع بالنابض حسب الاتجاه والزاوية وملاحظة واجهة ISO 5211. تم الوصول إليه في 17 يوليو 2026.

