พบกับ Vibromera.com — เว็บไซต์นานาชาติใหม่ของเรา เยี่ยมชม Vibromera.com →

เครื่องมือวิศวกรรมฟรี — #009

เครื่องคำนวณความเร็ววิกฤตของโรเตอร์

คำนวณความเร็ววิกฤตแรก (ความถี่ธรรมชาติ) ของเพลาที่มีมวลอยู่ตรงกลางหรือมวลกระจาย โดยใช้วิธีของเรย์ลี เปรียบเทียบกับความเร็วรอบขณะใช้งานเพื่อหาค่าเผื่อความปลอดภัย.

มวลศูนย์กลาง วิธีเรย์ลี 3 ประเภทการรองรับ
ค่าที่ตั้งไว้ล่วงหน้าอย่างรวดเร็ว

ผลลัพธ์

ความเร็ววิกฤต (มวลศูนย์กลาง)
—
ความถี่ธรรมชาติ
—
ความถี่เชิงมุม ω_n
—
โมเมนต์ความเฉื่อย I
—
ความแข็งของเพลา k
—
ส่วนเผื่อความเร็วขณะทำงาน
—

โมเมนต์ที่สองของพื้นที่

มวลศูนย์กลาง — รองรับอย่างง่าย

สำหรับเพลาที่มีมวลกระจุกตัว m บริเวณกึ่งกลางช่วงและปลายที่รองรับอย่างง่าย:

ปัจจัยของสภาพการรองรับ

สัมประสิทธิ์ความแข็ง k การเปลี่ยนแปลงตามประเภทการสนับสนุน:

การสนับสนุนความแข็ง kแฟกเตอร์เทียบกับ SS
รองรับแบบเรียบง่าย (รับน้ำหนักส่วนกลาง)48EI / L³1.00
ยึดแน่นทั้งสองจุด (โหลดส่วนกลาง)192EI / L³4.00
คานยื่น (แรงที่ปลาย)3EI / L³0.0625

ตัวอย่างการปฏิบัติ

ตัวอย่าง — เพลาปั๊ม

ที่ให้ไว้: L = 800 มม., d = 50 มม., m = 30 กก., เหล็ก E = 210 GPa, รองรับแบบเรียบง่าย

I = π × 50⁴ / 64 = 306,796 มม.⁴

k = 48 × 210,000 × 306,796 / 800³ = 6,040 N/mm

ω_n = √(6,040,000 / 30) = 448.7 rad/s

N_cr = 448.7 × 60 / (2π) = 4,285 RPM

⚠️ หมายเหตุ: แบบจำลองอย่างง่ายนี้สมมติว่าเพลาไม่มีมวลและมีมวลรวมศูนย์เพียงจุดเดียว สำหรับผลลัพธ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับเพลาที่มีน้ำหนักมาก โปรดพิจารณาวิธีของ Rayleigh หรือ Dunkerley ซึ่งคำนึงถึงมวลที่กระจายอยู่ทั่วเพลา.

Critical speed is the rotational speed at which a shaft's rotational frequency matches one of its natural bending frequencies, causing resonance. At critical speed, even tiny unbalance forces are amplified dramatically, leading to dangerous vibration levels.

Every rotating shaft has one or more critical speeds. The first (lowest) critical speed is the most important for design purposes.

Operating near critical speed causes:

  • Exponential amplification of vibration from unbalance
  • Excessive bearing loads and premature failure
  • Shaft deflection beyond elastic limits
  • Seal damage and oil leakage
  • Risk of catastrophic shaft failure

The industry standard is to maintain at least a 20% margin between operating speed and any critical speed.

Critical speed can be increased by:

  • Increasing shaft diameter — stiffness scales with d⁴, very effective
  • Reducing shaft length — stiffness scales with 1/L³
  • Using stiffer material — higher E modulus
  • Reducing rotor mass — lighter rotor = higher frequency
  • Changing supports — fixed-fixed is 4× stiffer than simply supported

A rigid rotor operates well below its first critical speed (N_op < 0.7 × N_cr). It can be balanced at low speed in a balancing machine.

A flexible rotor operates above its first critical speed and must pass through resonance during startup. It requires high-speed balancing and may need modal balancing at multiple speeds.

Common standards recommend:

  • API 610/617: First critical speed ≥ 120% of max continuous speed (rigid rotors)
  • API 612: Operating speed ≥ 115% above first critical (flexible rotors)
  • General practice: Stay at least 20–30% away from any critical speed

The ±20% band around a critical speed is considered the danger zone and should be avoided during continuous operation.

ขั้นตอนที่อธิบายไว้ในหน้านี้ได้รับการพัฒนาและทดสอบภาคสนามโดยทีมงาน Vibromera โดยใช้ Balanset-1A ซึ่งเป็นเครื่องบาลานซ์และเครื่องวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบสองช่องสัญญาณชนิดพกพา สำหรับการบาลานซ์โรเตอร์หน้างาน

Vibromera — อุปกรณ์ปรับสมดุลและวิเคราะห์การสั่นสะเทือนแบบพกพา
เครื่องมือและซอฟต์แวร์การถ่วงสมดุลภาคสนามระดับมืออาชีพ วัดการสั่นสะเทือน ค้นหาความเร็ววิกฤต และถ่วงสมดุลโรเตอร์หน้างาน ใช้งานในกว่า 50 ประเทศ
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเครื่องมือถ่วงสมดุลของ Vibromera
หมวดหมู่:

Nikolai Shelkovenko

Nikolai Shelkovenko

Nikolai Shelkovenko เป็นวิศวกรวิเคราะห์การสั่นสะเทือน และเป็นผู้ก่อตั้งและประธานเจ้าหน้าที่บริหารของ Vibromera กว่า 15 ปีที่เขาถ่วงสมดุลเครื่องจักรหมุนในภาคสนามแทนที่จะทำบนแท่นทดสอบ ได้แก่ มุลเชอร์ พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องบด เครื่องหมุนเหวี่ยง เพลา และสปินเดิล งานนี้เองที่ทำให้เกิดเครื่องมือ Balanset — ออกแบบมาให้เป็นเครื่องมือที่ผู้เชี่ยวชาญสามารถถือไปยังเครื่องจักรและใช้งานได้ด้วยตัวคนเดียวหน้างาน ไม่ใช่อุปกรณ์สำหรับห้องปฏิบัติการ Vibromera ก่อตั้งขึ้นในปี 2017 และตั้งฐานอยู่ที่เมืองปอร์ตู ประเทศโปรตุเกส ตั้งแต่ปี 2023 การพัฒนา การประกอบ และการสนับสนุนผลิตภัณฑ์ตระกูล Balanset ทั้งหมดเกิดขึ้นที่นี่ เครื่องมือเรือธงคือ Balanset-1A เครื่องวิเคราะห์แบบพกพาสำหรับการถ่วงสมดุลหนึ่งระนาบและสองระนาบ และสำหรับการวินิจฉัยการสั่นสะเทือน Nikolai มีส่วนร่วมด้วยตนเองในการสนับสนุนลูกค้า ในการแก้ไขงานถ่วงสมดุลที่ยาก และในการพัฒนาซอฟต์แวร์ เขาทำงานกับลูกค้าทั่วโลกในทุกภาษา

WhatsApp
Balanset-1A · €1975ถามวิศวกร