Herramienta de ingeniería gratuita
Selección de resortes por frecuencia objetivo
Calcular la rigidez del resorte requerida para una masa dada y la frecuencia natural objetivo. Diseñar sistemas de aislamiento de vibraciones determinando la rigidez del resorte necesaria.
Resultados
Rigidez de resorte requerida
Dada una masa y una frecuencia natural deseada, la rigidez del resorte requerida se deriva de la ecuación de frecuencia natural resuelta para k:
- m — masa de la máquina soportada (kg)
- F — frecuencia natural objetivo (Hz)
- k — rigidez total requerida del resorte (N/m); dividir por 1000 para N/mm
Conversión de RPM a Hz
Deflexión estática & rigidez por resorte
Dónde g = 9,81 m/s² y k está en N/mm para el resultado de deflexión en mm.
Ejemplo práctico
Dada: Masa de la máquina = 300 kg, Frecuencia objetivo = 4 Hz, 4 resortes
ω = 2π × 4 = 25,13 rad/s
k = 300 × (25,13)² = 300 × 631,7 = 189.510 N/m = 189,5 N/mm
δ_estático = 300 × 9,81 / 189.510 × 1000 = 15,5 mm
k por resorte = 189,5 / 4 = 47,4 N/mm
RPM equivalentes = 4 × 60 = 240 rpm
ℹ️ Regla de diseño: Para un aislamiento eficaz de las vibraciones, la frecuencia natural debe ser como máximo 1/3 de la frecuencia de operación más baja. Esto garantiza un aislamiento mínimo de 87.5%.
Para seleccionar resortes para el aislamiento de vibraciones, determine primero la masa de la máquina y la frecuencia natural deseada del sistema de aislamiento. La frecuencia natural debe estar muy por debajo de la frecuencia de funcionamiento, típicamente a menos de 1/3 de la frecuencia de excitación más baja.
Utilice la fórmula k = m × (2πf)² para calcular la rigidez total requerida del conjunto de resortes y luego divida entre el número de resortes para obtener la rigidez por resorte. Verifique que la deflexión estática sea aceptable y que los resortes puedan soportar la carga.
Para un aislamiento de vibraciones eficaz, la frecuencia natural debe ser como máximo 1/3 de la frecuencia de funcionamiento más baja. Por ejemplo, si una máquina gira a 1500 RPM (25 Hz), el sistema de aislamiento debe tener una frecuencia natural inferior a unos 8 Hz.
Las frecuencias naturales más bajas proporcionan un mejor aislamiento, pero requieren resortes más blandos y mayores deflexiones estáticas. Los sistemas de aislamiento típicos apuntan a 2–8 Hz dependiendo de la aplicación.
La transmisibilidad de un sistema de aislamiento de vibraciones depende de la relación entre la frecuencia de funcionamiento y la frecuencia natural. El aislamiento solo comienza cuando esta relación supera √2 ≈ 1.41.
Con una relación de 3 (frecuencia natural = 1/3 de la de funcionamiento), la transmisibilidad cae a cerca del 12.5%, lo que significa que se aísla el 87.5% de la vibración. Por debajo de √2, el sistema en realidad amplifica las vibraciones, dándose el peor caso en la resonancia (relación = 1).
El número de resortes depende del tamaño de la máquina, la distribución del peso y la configuración de montaje:
- 4 resortes — lo más común, uno en cada esquina para máquinas rectangulares
- 3 resortes — disposiciones triangulares
- 6+ resortes — máquinas grandes que requieren soporte distribuido
La rigidez total requerida se divide en partes iguales entre todos los resortes. Asegúrese de que todos los resortes tengan la misma rigidez para evitar inclinaciones.
La deflexión estática es la distancia que se comprime un resorte bajo el peso de la masa soportada debido a la gravedad (δ = mg/k). Es importante porque:
- Determina cuánto desciende la máquina sobre los resortes
- Está directamente relacionada con la frecuencia natural: mayor deflexión = menor frecuencia = mejor aislamiento
- El resorte debe tener suficiente recorrido para la deflexión estática más el movimiento dinámico
- Una deflexión excesiva puede causar problemas de estabilidad
Los resortes de aislamiento típicos tienen entre 5–25 mm de deflexión estática.
Los procedimientos descritos en esta página fueron desarrollados y probados en campo por el equipo de Vibromera utilizando el Balanset-1A, un equilibrador portátil de dos canales y analizador de vibraciones para el equilibrado de rotores in situ.
Balanceadores portátiles profesionales, analizadores de vibraciones y sistemas de monitorización de condición utilizados en más de 50 países. Diseñe sistemas de aislamiento óptimos y verifique su rendimiento in situ.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko es ingeniero de análisis de vibraciones y fundador y director ejecutivo de Vibromera. Desde hace más de 15 años equilibra equipos rotativos en campo y no en un banco de pruebas: desbrozadoras, ventiladores industriales, trituradoras, centrifugadoras, ejes y husillos. De ese trabajo nacieron los instrumentos Balanset — se concibieron como una herramienta que el especialista puede llevar hasta la máquina y utilizar solo, in situ, y no como equipo de laboratorio. Vibromera se fundó en 2017 y desde 2023 tiene su sede en Oporto, Portugal. Aquí se realizan el desarrollo, el montaje y el soporte de la línea Balanset. El instrumento insignia es el Balanset-1A, un analizador portátil para el equilibrado en uno y dos planos y para el diagnóstico de vibraciones. Nikolai participa personalmente en la atención al cliente, en la resolución de casos de equilibrado difíciles y en el desarrollo del software. Trabaja con clientes de todo el mundo, en cualquier idioma.
