Koppel (aandrijftechniek)

Naar navigatie springen Naar zoeken springen

Koppel is een maat voor het rotatie-effect van een kracht. De SI-eenheid voor koppel is de Newtonmeter (Nm).

Er is sprake van een koppel als er meerdere krachten op een voorwerp worden uitgeoefend, die op verschillende plaatsen op het voorwerp aangrijpen, zodat ze het voorwerp zouden kunnen laten draaien. De grootte van een koppel is gelijk aan de kracht maal de arm. De arm is de loodrechte afstand tot de krachtvectoren. Het verschil tussen een koppel en een moment is dat het krachtenspel van een koppel zodanig symmetrisch is dat er geen netto dwarskracht overblijft; indien het voorwerp vrij zou kunnen bewegen zou er alleen rotatie en geen translatie (verplaatsing) van het voorwerp plaatsvinden.

Betekenis

plaatje 1. Koppel K (= kracht Fk × lengte a Nm) werkt op een as. Het moment M (= kracht Fm × lengte L) werkt ook op een as, maar oefent daarbij tevens een dwarskracht Fd uit (die gelijk is aan Fm). Ter verduidelijking doet Fd hier de as buigen.

De werking van een koppel kan geïllustreerd worden aan de hand van plaatje 1. Het maximaal leverbare koppel is een kenmerk van de kracht van een motor.

Koppel als vectorgrootheid

Een koppel heeft naast een grootte tevens een richting, waarmee het een vectorgrootheid is. Het verband tussen het koppel, de arm en de uitgeoefende kracht is als volgt:

waarin

  • : koppel Nm
  • : arm m
  • : kracht N

Wanneer een koppel wordt uitgeoefend op een object zal het impulsmoment veranderen volgens

waarin

Deze bewegingsvergelijking voor rotaties is analoog aan de tweede wet van Newton. Er is echter een groot verschil in complexiteit tussen de formules voor de rotatie rond een as met een vaste richting, zoals bij de meeste draaiende machineonderdelen, en het algemene geval.

Koppels in het elektromagnetisme

Elektrische dipool in een elektrisch veld:

Zij het elektrische dipoolmoment van een elektrische dipool in een elektrisch veld (), dan geldt voor het koppel uitgeoefend op deze dipool:

Magnetische dipool in een magnetisch veld:

Zij het magnetische dipoolmoment van een magnetische dipool in een magnetisch veld (), dan geldt voor het koppel uitgeoefend op deze dipool:

Koppel in verbrandingsmotoren

De kracht die door de verbranding op de zuiger wordt uitgeoefend en via de drijfstang naar de krukas wordt afgevoerd, veroorzaakt op de krukas een koppel.

Het toerental waarbij de vulling van de cilinder maximaal is, is het toerental waarbij het grootste koppel van de motor wordt bereikt. Een maximale hoeveelheid lucht betekent een maximale hoeveelheid brandstof en dus maximale energie uit de verbranding.

De koppelkromme geeft het verloop van de vullingsgraad aan.

Als vuistregel voor benzinemotoren, kan men gebruiken (dit geldt voor bijna alle oudere wegvoertuigen, nieuwere voertuigen kunnen hier sterk van afwijken):

  • Vermogen: 9 kW (12 pk) per liter motorinhoud per 1000 toeren.
  • Koppel: 85 Nm per liter motorinhoud.

Koppel in elektromotoren

De kracht die door de uitgaande as van de elektromotor wordt uitgeoefend en via de uitgaande as wordt afgevoerd naar het aangedreven werktuig.

P = T × ω

Hierin is

P = vermogen in [watt];

T = Koppel in [Nm];

ω = hoeksnelheid omega. Omega is 2 π n/60 waarin π is Pi (3,1415......),

n = omwentelingen per minuut (deze deel je door 60 dan heb je omwentelingen per seconde)

dus P = T × ω wordt dan P = T × 2 π × n/60

Bij elektromotoren praat men ook van losbreekkoppel en kipkoppel. Het losbreekkoppel is het draaimoment dat op de as wordt uitgeoefend bij het inschakelen van de motor. Het kipkoppel is het hoogste draaimoment dat de elektromotor afgeeft tijdens het opstarten. Het losbreekkoppel ligt vaak rond de 80% van het nominale koppel en het kipkoppel ligt vaak rond de 200 tot 250% van het nominale draaimoment.

Zie ook

Wikibooks Wikibooks heeft meer over dit onderwerp: Fysica: Rotatie kinematica.
Grootheden en eenheden in de (klassieke) mechanica
lineaire/translatie grootheden hoek/rotatie grootheden
Dimensie 1 L L2 Dimensie 1 1 1
T tijd: t
s
T tijd: t
s
1 afstand: d, plaatsvector: r, s, x
m
oppervlakte: A
m2
1 hoek: θ
rad
ruimtehoek: Ω
rad2, sr
T−1 frequentie: f
s−1, Hz
snelheid (scalar): v, snelheid (vector): v
m s−1
viscositeit: η,
m2 s−1
T−1 frequentie: f
s−1, Hz
hoeksnelheid: ω
rad s−1
T−2 versnelling: a
m s−2
T−2 hoekversnelling: α
rad s−2
T−3 ruk: j
m s−3
T−3 hoekruk: ζ
rad s−3
M massa: m
kg
ML2 massatraagheidsmomentI
kg m2
MT−1 impuls: p (momentum),
stoot: J, p (impulse)
kg m s−1, N s
actie: S
kg m2 s−1, Js
ML2T−1 impulsmoment (momentum angularis): L
kg m2 s−1
actie: S
kg m2 s−1, Nms
MT−2 kracht: F, gewicht: Fg
kg m s−2, N
energie: E, arbeid: W
kg m2 s−2, J
ML2T−2 krachtmoment (torque): M, τ
kg m2 s−2, Nm
energie: E, arbeid: W
kg m2 s−2, Nm
MT−3 yank (Engels): Y
kg m s−3, Ns−1
vermogen: P
kg m2 s−3W
ML2T−3 rotatum: P
kg m2 s−3, Nms−1
vermogen: P
kg m2 s−3W
The article is a derivative under the Creative Commons Attribution-ShareAlike License. A link to the original article can be found here and attribution parties here. By using this site, you agree to the Terms of Use. Gpedia Ⓡ is a registered trademark of the Cyberajah Pty Ltd.