Zurück zur Rechnerliste

Rechner für die kritische Federgeschwindigkeit

Stoßfrequenz und kritische Drehzahlen für Schraubenfedern berechnen

Berechnungsparameter

Basierend auf ISO 13906 und der Federdynamiktheorie

Metrisches System

Imperiales System

Federtyp

Drahtdurchmesser

Mittlerer Spulendurchmesser

Anzahl der aktiven Spulen

Federmaterial

Endtypkonfiguration

Betriebsgeschwindigkeit (bei Rotation)

Drehzahl

Montagebedingung

Ergebnisse der Analyse kritischer Geschwindigkeiten

Erste Eigenfrequenz (Spannungsstoß):
—

Kritische Drehzahl (U/min):
—

Wellengeschwindigkeit im Frühling:
—

Federindex (C = D/d):
—

Sicherheitsmarge:
—

Bewertung der Stoßfrequenz:

Sicher: Betrieb < 0,2 × kritische Geschwindigkeit

Vorsicht: Betrieb 0,2–0,5 × kritische Geschwindigkeit

Warnung: Betrieb 0,5-0,8 × kritische Geschwindigkeit

Gefahr: Betrieb > 0,8 × kritische Drehzahl – Neukonstruktion erforderlich

So funktioniert der Rechner

Frühlingsflut-Phänomen

Ein Federstoß tritt auf, wenn die Anregungsfrequenz mit der Eigenfrequenz des Federdrahts übereinstimmt, was zu Resonanzschwingungen entlang der Federlänge führt.

Eigenfrequenzberechnung

Bei Schraubenfedern beträgt die erste Eigenfrequenz:

fs = (1/2n) × √(G/ρ)

wo:

fs — Stoßfrequenz (Hz)
n — Anzahl der aktiven Spulen
G — Schubmodul (Pa)
ρ — Materialdichte (kg/m³)

Kritische Geschwindigkeit

Die kritische Drehzahl, bei der es zu einem Spannungsanstieg kommen kann:

Nc = 60 × fs / k

wobei k die harmonische Zahl ist (normalerweise 1 für die Grundschwingung)

Wellengeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit der Spannungswellen im Federmaterial:

c = √(G/ρ)

Frühlingsindex

Der Federindex beeinflusst das Auftriebsverhalten:

C < 4: Schwierige Herstellung, hohe Belastung
C = 4-12: Normalbereich für die meisten Federn
C > 12: Neigt zum Verheddern und Verbiegen

Materialeigenschaften

Material	Schermodul (GPa)	Dichte (kg/m³)
Musikdraht	81.7	7850
Edelstahl 302	69.0	7900
Chrom-Silizium	77.2	7850
Phosphorbronze	41.4	8800

Präventionsmethoden

Auslegungseigenfrequenz der Feder > 13× Betriebsfrequenz
Verwenden Sie Federn mit variabler Tonhöhe, um die Resonanz zu unterbrechen
Dämpfung hinzufügen (verschachtelte Federn, Beschichtungen)
Ändern Sie die Federabmessungen oder das Material
Verwenden Sie Stoßdämpfer oder Federführungen

Auswirkungen von Überspannungen

Vorzeitiger Ermüdungsbruch
Spulenkollision und Aufprallschäden
Verlust der Tragfähigkeit
Übermäßiger Lärm und Vibrationen
Unvorhersehbares Federverhalten

📘 Kritischer Geschwindigkeitsrechner (Federstoß)

Berechnet die Stoßfrequenz und die kritische Drehzahl für Schraubenfedern. Stoß tritt auf, wenn Federwindungen in Resonanz vibrieren, was zu Spannungen und Versagen führt.
Formel: fs = c/(2L), wobei c = Wellengeschwindigkeit, L = Drahtlänge.

💼 Anwendungen

Motorventilfeder: Betrieb 6000 U/min = 100 Hz. Federstoßfrequenz: 250 Hz. Sicherheitsverhältnis: 100/250 = 0,4 < 0,5 ✓ Sicher. Ein höherer Federindex oder weniger Windungen erhöhen die Stoßfrequenz.
Schwingungsisolator: Gerät 1480 U/min. Federn dürfen nicht ruckeln. Berechnet: 3500 U/min kritisch. Verhältnis: 1480/3500 = 0,42 ✓
Kompressor-Druckentlastung: Feder im Ventil, schnelles Zyklieren 60 Hz. Stoß: 180 Hz. Sicher, aber auf Oberwellen bei 2- und 3-facher Betriebsfrequenz prüfen.

Überspannungsschutz:

Designregeln: Die Betriebsfrequenz sollte < 0,5 × Stoßfrequenz. Für kritische Anwendungen: < 0,3 × Stoßfrequenz.

Lösungen bei zu geringer Nähe: Erhöhen Sie den Drahtdurchmesser, verringern Sie den mittleren Durchmesser, reduzieren Sie die Anzahl der aktiven Spulen, verwenden Sie Dämpfungshülsen und verschachtelte Federn.

Rechner für die kritische Federgeschwindigkeit (Schwingen)

Veröffentlicht von admin auf Oktober 20, 2025 Oktober 20, 2025