Bezplatný inženýrský nástroj
Výběr pružiny podle cílové frekvence
Vypočítejte požadovanou tuhost pružiny pro danou hmotnost a cílovou vlastní frekvenci. Navrhněte systémy pro izolaci vibrací určením potřebné tuhosti pružiny.
Výsledky
Požadovaná tuhost pružiny
Pro danou hmotnost a požadovanou vlastní frekvenci se požadovaná tuhost pružiny odvodí z rovnice vlastní frekvence řešené pro k:
- m — hmotnost podepřeného stroje (kg)
- f — cílová vlastní frekvence (Hz)
- k — požadovaná celková tuhost pružiny (N/m); vydělte 1000 pro N/mm
Převod otáček za minutu na Hz
Statická deformace & tuhost na pružinu
Kde g = 9,81 m/s² a k je v N/mm pro výsledný výchylku v mm.
Praktický příklad
Vzhledem k: Hmotnost stroje = 300 kg, Cílová frekvence = 4 Hz, 4 pružiny
ω = 2π × 4 = 25,13 rad/s
k = 300 × (25,13)² = 300 × 631,7 = 189 510 N/m = 189,5 N/mm
δ_static = 300 × 9,81 / 189 510 × 1000 = 15,5 mm
k na pružinu = 189,5 / 4 = 47,4 N/mm
Ekvivalentní otáčky za minutu = 4 × 60 = 240 ot./min
ℹ️ Pravidlo návrhu: Pro účinnou izolaci vibrací by vlastní frekvence měla být maximálně 1/3 nejnižší provozní frekvence. To zajišťuje izolaci alespoň 87,5 %.
To select springs for vibration isolation, first determine the mass of the machine and the desired natural frequency of the isolation system. The natural frequency should be well below the operating frequency — typically less than 1/3 of the lowest excitation frequency.
Use the formula k = m × (2πf)² to calculate the required total spring stiffness, then divide by the number of springs to get the stiffness per spring. Verify that the static deflection is acceptable and that the springs can support the load.
For effective vibration isolation, the natural frequency should be at most 1/3 of the lowest operating frequency. For example, if a machine runs at 1500 RPM (25 Hz), the isolation system should have a natural frequency below about 8 Hz.
Lower natural frequencies provide better isolation but require softer springs and larger static deflections. Typical isolation systems target 2–8 Hz depending on the application.
The transmissibility of a vibration isolation system depends on the ratio of operating frequency to natural frequency. Isolation only begins when this ratio exceeds √2 ≈ 1.41.
At a ratio of 3 (natural frequency = 1/3 of operating), transmissibility drops to about 12.5%, meaning 87.5% of vibration is isolated. Below √2, the system actually amplifies vibrations, with the worst case at resonance (ratio = 1).
The number of springs depends on the machine size, weight distribution, and mounting configuration:
- 4 springs — most common, one at each corner for rectangular machines
- 3 springs — triangular layouts
- 6+ springs — large machines requiring distributed support
The total required stiffness is divided equally among all springs. Ensure all springs have equal stiffness to prevent tilting.
Static deflection is the amount a spring compresses under the weight of the supported mass due to gravity (δ = mg/k). It matters because:
- It determines how much the machine sinks on the springs
- It is directly related to natural frequency — larger deflection = lower frequency = better isolation
- The spring must have enough travel for static deflection plus dynamic motion
- Excessive deflection can cause stability issues
Typical isolation springs have 5–25 mm of static deflection.
Postupy popsané na této stránce vyvinul a v terénu otestoval tým Vibromera pomocí přístroje Balanset-1A, přenosného dvoukanálového vyvažovacího přístroje a analyzátoru vibrací pro vyvažování rotorů na místě.
Profesionální přenosné vyvažovače, analyzátory vibrací a systémy pro monitorování stavu používané ve více než 50 zemích. Navrhněte optimální izolační systémy a ověřte jejich výkon na místě.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko je inženýr vibrační analýzy a zakladatel a generální ředitel společnosti Vibromera. Více než 15 let vyvažuje rotační stroje přímo v provozu, a ne na zkušebním stavu: mulčovače, průmyslové ventilátory, drtiče, odstředivky, hřídele a vřetena. Právě z této práce vzešly přístroje Balanset — byly navrženy jako nástroj, který si odborník může vzít ke stroji a použít sám, přímo na místě, nikoli jako laboratorní vybavení. Vibromera byla založena v roce 2017 a od roku 2023 sídlí v portugalském Portu. Zde probíhá vývoj, montáž i podpora řady Balanset. Vlajkovým přístrojem je Balanset-1A, přenosný analyzátor pro vyvažování v jedné a ve dvou rovinách a pro diagnostiku vibrací. Nikolai se osobně podílí na zákaznické podpoře, na řešení obtížných případů vyvažování i na vývoji softwaru. Pracuje se zákazníky po celém světě, v jakémkoli jazyce.
