Υπολογιστής κρίσιμης ταχύτητας ελατηρίου

Υπολογισμός συχνότητας υπερτάσεων και κρίσιμων ταχυτήτων για ελικοειδή ελατήρια

Παράμετροι υπολογισμού

Βασισμένο στο ISO 13906 και στη θεωρία δυναμικής ελατηρίων

Μετρικό σύστημα

Αυτοκρατορικό Σύστημα

Τύπος ελατηρίου

Διάμετρος σύρματος

Μέση διάμετρος πηνίου

Αριθμός ενεργών πηνίων

Υλικό ελατηρίου

Διαμόρφωση τύπου τέλους

Ταχύτητα λειτουργίας (εάν περιστρέφεται)

Στροφές/λεπτό

Κατάσταση τοποθέτησης

Αποτελέσματα Ανάλυσης Κρίσιμης Ταχύτητας

Πρώτη Φυσική Συχνότητα (Υπερχείλιση):
—

Κρίσιμη ταχύτητα (RPM):
—

Ταχύτητα κύματος την άνοιξη:
—

Δείκτης ελατηρίου (C = D/d):
—

Περιθώριο ασφαλείας:
—

Αξιολόγηση συχνότητας υπερτάσεων:

Ασφαλής: Λειτουργικός < 0,2 × Κρίσιμη ταχύτητα

Προσοχή: Λειτουργία 0,2-0,5 × Κρίσιμη ταχύτητα

Προειδοποίηση: Λειτουργία 0,5-0,8 × Κρίσιμη ταχύτητα

Κίνδυνος: Λειτουργία > 0,8 × Κρίσιμη Ταχύτητα – Απαιτείται επανασχεδιασμός

Πώς λειτουργεί η Αριθμομηχανή

Φαινόμενο Εαρινής Κύματος

Η απότομη αύξηση του ελατηρίου εμφανίζεται όταν η συχνότητα διέγερσης ταιριάζει με τη φυσική συχνότητα του σύρματος ελατηρίου, προκαλώντας συντονισμένες δονήσεις κατά μήκος του ελατηρίου.

Υπολογισμός φυσικής συχνότητας

Για τα ελικοειδή ελατήρια, η πρώτη ιδιοσυχνότητα είναι:

fs = (1/2n) × √(G/ρ)

όπου:

fs — συχνότητα υπερτάσεων (Hz)
n — αριθμός ενεργών πηνίων
G — μέτρο διάτμησης (Pa)
ρ — πυκνότητα υλικού (kg/m³)

Κρίσιμη ταχύτητα

Η κρίσιμη ταχύτητα περιστροφής όπου μπορεί να εμφανιστεί κύμα τάσης:

Nc = 60 × fs / k

όπου k είναι ο αρμονικός αριθμός (συνήθως 1 για θεμελιώδη)

Ταχύτητα κύματος

Η ταχύτητα των κυμάτων τάσης στο υλικό του ελατηρίου:

c = √(G/ρ)

Ευρετήριο Άνοιξης

Ο δείκτης ελατηρίου επηρεάζει τη συμπεριφορά των κυμάτων:

C < 4: Δύσκολη κατασκευή, υψηλή καταπόνηση
C = 4-12: Κανονικό εύρος για τα περισσότερα ελατήρια
C > 12: Επιρρεπές σε μπερδέματα και λυγίσματα

Ιδιότητες Υλικών

Υλικό	Μέτρο διάτμησης (GPa)	Πυκνότητα (kg/m³)
Μουσικό καλώδιο	81.7	7850
Ανοξείδωτο 302	69.0	7900
Χρώμιο-σιλικόνη	77.2	7850
Φωσφορικός Χάλκινος	41.4	8800

Μέθοδοι πρόληψης

Σχεδιαστική ιδιοσυχνότητα ελατηρίου > 13× συχνότητα λειτουργίας
Χρησιμοποιήστε ελατήρια μεταβλητού βήματος για να διασπάσετε τον συντονισμό
Προσθήκη απόσβεσης (ενσωματωμένα ελατήρια, επιστρώσεις)
Αλλαγή διαστάσεων ή υλικού ελατηρίου
Χρησιμοποιήστε αποσβεστήρες υπερτάσεων ή οδηγούς ελατηρίων

Επιπτώσεις της υπερχείλισης

Πρόωρη κόπωση
Σύγκρουση πηνίου και ζημιά από κρούση
Απώλεια ικανότητας φόρτωσης
Υπερβολικός θόρυβος και κραδασμοί
Απρόβλεπτη συμπεριφορά ελατηρίου

📘 Υπολογιστής κρίσιμης ταχύτητας (Spring Surge)

Υπολογίζει τη συχνότητα των κυμάτων και την κρίσιμη ταχύτητα για τα ελικοειδή ελατήρια. Η κύματα εμφανίζονται όταν τα πηνία ελατηρίου δονούνται σε συντονισμό, προκαλώντας τάση και αστοχία.
Τύπος: fs = c/(2L) όπου c = ταχύτητα κύματος, L = μήκος σύρματος.

💼 Εφαρμογές

Ελατήριο βαλβίδας κινητήρα: Λειτουργία 6000 RPM = 100 Hz. Συχνότητα υπερτάσεων ελατηρίου: 250 Hz. Λόγος ασφαλείας: 100/250 = 0,4 < 0,5 ✓ Ασφαλές. Υψηλότερος δείκτης ελατηρίου ή λιγότερα πηνία αυξάνουν τη συχνότητα υπερτάσεων.
Απομονωτής κραδασμών: Εξοπλισμός 1480 σ.α.λ. Τα ελατήρια δεν πρέπει να παρουσιάζουν υπερτάσεις. Υπολογισμένη: 3500 σ.α.λ. κρίσιμη. Λόγος: 1480/3500 = 0,42 ✓
Ανακούφιση πίεσης συμπιεστή: Ελατήριο στη βαλβίδα, ταχεία εναλλαγή 60 Hz. Υπέρταση: 180 Hz. Ασφαλές, αλλά ελέγξτε για αρμονικές σε συχνότητα λειτουργίας 2× και 3×.

Πρόληψη υπερτάσεων:

Κανόνες Σχεδιασμού: Η συχνότητα λειτουργίας θα πρέπει να είναι < 0,5 × συχνότητα υπερτάσεων. Για κρίσιμες εφαρμογές: < 0,3 × συχνότητα υπερτάσεων.

Λύσεις αν είναι πολύ κοντά: Αυξήστε τη διάμετρο του σύρματος, μειώστε τη μέση διάμετρο, μειώστε τα ενεργά πηνία, χρησιμοποιήστε χιτώνια απόσβεσης, ένθετα ελατήρια.

Υπολογιστής κρίσιμης ταχύτητας ελατηρίου (κύμα)

Δημοσιεύτηκε από τον/την admin στις Οκτώβριος 20, 2025 Οκτώβριος 20, 2025