Tasuta inseneri tööriist
Vedru kriitilise kiiruse kalkulaator
Arvutage spiraalse survevedru kriitiline vedruvõnkumise sagedus — resonantssagedus, mille juures tekivad piki keerde seisulained, põhjustades vedruvõnkumist.
Tulemused
Vedruvõnkumise sagedus
Spiraalse survevedru kriitiline vedruvõnkumise sagedus (fikseeritud-fikseeritud / vaba-vaba piiritingimus, põhivõnkevorm):
- d — traadi läbimõõt (m)
- D — mähise keskmine läbimõõt (m)
- nₐ — aktiivsete mähiste arv
- G — traadimaterjali nihkemoodul (Pa)
- ρ — traadi materjali tihedus (kg/m³)
Vedrujäikus
Vedru indeks ja vaba-vaba sagedus
Praktiliste vedrukonstruktsioonide puhul peaks vedruindeks C olema tavaliselt vahemikus 3 kuni 15.
Praktiline näide
Antud: d = 5 mm, D = 30 mm, nₐ = 7, vedruteras (G = 79,3 GPa, ρ = 7850 kg/m³)
√(G / 2ρ) = √(79,3 × 10⁹ / (2 × 7850)) = 2247,4
f_surge = 0,005 / (2π × 7 × 0,030²) × 2247,4 = 283,9 Hz (17 032 p/min)
k = 79,3 × 10⁹ × 0,005⁴ / (8 × 0,030³ × 7) = 32.8 N/mm
C = D/d = 30/5 = 6.0 (hea, vahemikus 3–15)
f_vaba-vaba = 283,9 / 2 = 142,0 Hz
⚠️ Rusikareegel: Vedruvõnkumise sagedus peaks klapivedrude puhul olema vähemalt 13× töösagedusest suurem ning üldistes tööstusrakendustes 15–20× suurem.
Vedru pikivõnkumiste resonants on resonantsnähtus, mis tekib spiraalsetes survevedrudes, kui sundergutuse sagedus langeb kokku vedru omavõnkesagedusega. Sel hetkel moodustub keerdude ulatuses seisulaine, mille tõttu osa keerde surutakse kokku, samal ajal kui teised liiguvad lahku.
See tekitab kohalikke pingekontsentratsioone ja koormuse ebaühtlast jaotumist ning võib põhjustada enneaegset väsimuspurunemist, müra ja vedru toimimise lakkamist. Selline resonants on eriti kriitiline sisepõlemismootorite klapivedrudes.
Vedru pikivõnkumiste resonantssageduse teadmine on töökindlate vedrusüsteemide projekteerimisel hädavajalik. Kui vedru töötab sellel sagedusel või selle lähedal, võimendab tekkiv resonants sisepingeid kaugelt üle staatilisele arvutuskoormusele vastava taseme, põhjustades väsimuspragusid, keerdude kokkupõrkeid ja vedru ettearvamatut käitumist.
Insenerid peavad tagama, et töösagedus jääb pikivõnkumiste resonantssagedusest märgatavalt madalamaks — tavaliselt mitte üle 1/13 kuni 1/15 vedru omavõnkesagedusest.
Vedru pikivõnkumiste resonantsi saab vältida mitme konstruktsioonivõttega:
- Suurendage traadi läbimõõtu keeru läbimõõdu suhtes, et tõsta omavõnkesagedust
- Vähendage aktiivsete keerdude arvu (suurendab otseselt pikivõnkumiste resonantssagedust)
- Kasutage muutuva sammuga (progressiivseid) vedrusid, millel puudub üksainus resonantssagedus
- Lisage sisemised või välised hõõrdedämpferid
- Valige suurema nihkemooduliga materjalid
- Kasutage üksteise sisse paigutatud (topelt-)vedrusid, millel on erinevad omavõnkesagedused
- Tagage, et töösagedus oleks oluliselt väiksem kui 1/13 pikivõnkumiste resonantssagedusest
Kõige laialdasemalt kasutatav rusikareegel ütleb, et vedru pikivõnkumiste sagedus peaks klapivedrude puhul olema töösagedusest vähemalt 13 korda suurem ja üldistes tööstusrakendustes vähemalt 15–20 korda suurem.
See ohutusvaru tagab, et ükski töösageduse harmooniline ei saa ergastada vedru omasagedust. Mõned konservatiivsed konstruktsioonid nõuavad suhet 20:1 või suuremat, eriti ohutuskriitilistes rakendustes.
Aktiivsete keerdude arv mõjutab pikivõnkumiste sagedust pöördvõrdeliselt — aktiivsete keerdude arvu kahekordistamine vähendab pikivõnkumiste sageduse poole võrra.
See tuleneb sellest, et suurem keerdude arv suurendab vedru efektiivset massi ja pikkust, vähendades samal ajal selle jäikust. Suure kiirusega rakendustes minimeerivad projekteerijad aktiivsete keerdude arvu. Väiksem keerdude arv tähendab aga ka suuremat pinget iga keeru kohta, seega tuleb leida tasakaal.
Sellel lehel kirjeldatud protseduurid töötas välja ja testis välitingimustes Vibromera meeskond, kasutades Balanset-1A-d, kaasaskantavat kahekanalilist tasakaalustusseadet ja vibratsioonianalüsaatorit rootorite tasakaalustamiseks kohapeal.
Professionaalsed kaasaskantavad tasakaalustid, vibratsioonianalüsaatorid ja seisundiseiresüsteemid, mida kasutatakse enam kui 50 riigis. Diagnoosige vedru resonantsi ja tasakaalustage pöörlevaid masinaid kohapeal.
Nikolai Shelkovenko
Nikolai Shelkovenko on vibratsioonianalüüsi insener ning Vibromera asutaja ja tegevjuht. Rohkem kui 15 aastat on ta tasakaalustanud pöörlevaid seadmeid kohapeal, mitte katsestendil: multšereid, tööstuslikke ventilaatoreid, purustajaid, tsentrifuuge, võlle ja spindleid. Just sellest tööst kasvasid välja Balanset seadmed — need kavandati tööriistana, mille spetsialist saab masina juurde kaasa võtta ja üksi kohapeal kasutada, mitte laboriseadmena. Vibromera asutati 2017. aastal ja alates 2023. aastast asub see Portos Portugalis. Siin toimub kogu Balanset seeria arendus, koostamine ja tugi. Lipulaevaks on Balanset-1A, kaasaskantav analüsaator ühe- ja kahetasapinnaliseks tasakaalustamiseks ning vibratsioonidiagnostikaks. Nikolai osaleb isiklikult klienditoes, keeruliste tasakaalustusjuhtumite lahendamises ja tarkvara arendamises. Ta töötab klientidega üle kogu maailma, mis tahes keeles.
