Kuulkruvi kriitiline kiirus: kuidas seda arvutada ja miks see on oluline

Kui akuulkruvipöörleb piisavalt kiiresti, hakkab võll ise väljapoole kummardama ja ümber oma telje - piitsutama, kuigi ükski komponent pole rikki läinud. See ei ole tugevusprobleem. See on resonantsprobleem ja sellel on nimi: thekuulkruvi kriitiline kiirus.

Masinaehitajate jaoks, kes valivad kuulkruvi pika käiguga-pukk, suure-kiire valiku-ja-telje jaoks või mis tahes rakenduse jaoks, mis tõukab suuremat ettenihkekiirust, on kriitiline kiirus üks piiranguid, mis otsustab, kas kruvi on üldse kasutatav - sageli enne, kui kandevõime või tagasilöök muutub isegi probleemiks.

See juhend selgitab, mis on kriitiline kiirus, kuidas seda praktilise valemiga arvutada, millised muutujad arvu tegelikult liigutavad ja kuidas see on seotud igal kuulkruvil oleva muu kiiruspiiranguga: DN väärtus.

Mis on kuulkruvi kriitiline kiirus?

Igal pöörleval võllil on loomulik külgmise (külgsuunalise) vibratsiooni sagedus. Mõelge hüppenöörile: keerake seda aeglaselt ja see jääb ligikaudu sirgeks, kuid teatud kiiruse ületades kummardub see stabiilseks kaareks ja hakkab piitsutama. Kuulkruvi võll käitub samamoodi.

Kriitiline kiirus on pöörlemiskiirus, mille juures kruvivõlli pöörlemissagedus ühtib selle loomuliku paindesagedusega, põhjustades võlli resonatsiooni. Kui kruvi töötab sellel kiirusel või selle lähedal, on tulemus:

• Võlli tugev külgmine vibratsioon
• Suurenenud müra
• Kiirendatud kuluminekuulmutterja laagrid
• Äärmuslikel juhtudel püsiv paindumine või võlli rike

Kriitiline kiirus ei ole kuidagi seotud kruvi materjali tugevusega. See on puhtalt funktsioon - geomeetrilisest võlli läbimõõdust, toetamata pikkusest ja otste kinnitusviisist. Seetõttu võivad kahel identsest materjalist kruvil olla väga erinevad kriitilised kiirused lihtsalt seetõttu, et ühel on pikem toestamata vahemik.

Kuidas arvutada kuulkruvi kriitilist kiirust

Tavaline praktiline valem kuulkruvi kriitilise kiiruse (meetrilistes ühikutes) arvutamiseks on järgmine:

nc=fc × (dr / Lc²) × 10⁷

Kus:

• nc= kriitiline kiirus (rpm)
• dr= kruvivõlli juure läbimõõt (mm) - see onväike läbimõõt, mitte nimi-/välisläbimõõt
• Lc= toetamata pikkus laagritugede vahel (mm)
• fc= otsa kinnitustegur, mis põhineb kruviotste paigaldamisel

Lõppfiksatsioonitegur (fc)

See, kuidas kruvi mõlemast otsast on toetatud, mõjutab oluliselt kriitilist kiirust. Neli standardset paigalduskonfiguratsiooni ja nende tüüpilised fc väärtused on järgmised:

Lihtsalt "toetatud-toetatud" konfiguratsioonilt "fikseeritud-fikseeritud" üleminek võib rohkem kui kahekordistada sama võlli - lubatud kriitilist kiirust ilma kruvi läbimõõtu üldse muutmata. See on üks põhjus, miks kiired,{4}}pika käiguga{5}}teljed õigustavad sageli fikseeritud-otsa laagritugede lisakulusid.

Ohutusvaru: kriitiline kiirus ei ole töökiirus

Arvutatud kriitiline kiirus on teoreetiline resonantspunkt, mitte kasutatav tööpiir. Tööstuse tava on hoida tegelikku töökiirust tasemel80% kriitilisest kiirusest või vähem:

n_safe=nc × 0,8

100% kriitilise kiiruse lähedal töötamine ei jäta tootmistolerantsideks, soojuspaisumiseks ega väiksemateks kõrvalekalleteks, - millest igaüks võib tegelikku resonantsipunkti nihutada arvutatud väärtusest veidi madalamale.

Töötatud näide

Võtke kuulkruvi koos:

• Juure läbimõõt dr=14.2 mm (tavaline nominaalse Ø16 mm valtsitud kuulkruvi jaoks)
• Toetamata pikkus Lc=1000 mm
• Lõpeta tugi: fikseeritud – toetatud (fc=15.1)

Samm 1 - Kriitilise kiiruse arvutamine:

nc=15.1 × (14,2 / 1000²) × 10⁷
nc=15.1 × 0,0000142 × 10⁷
nc ≈ 2144 p/min

Samm 2 - Rakendage 80% ohutusvaru:

n_safe=2,144 × 0,8 ≈ 1715 pööret minutis

Nii et selle konfiguratsiooni puhul ei tohiks kruvi jämedalt üle keerata1,715 pööret minutispidevas töös, olenemata sellest, milleks mootor või juht on võimeline.

Nüüd võrrelge sama kruvi pikema toetamata ulatusega - näiteks 2000 mm pukkteljega 1000 mm asemel. Kuna Lc on valemis ruudus, vähendab toetamata pikkuse kahekordistamine kriitilist kiirust ligikauduüks-veerandalgväärtusest, mitte poole võrra. See on kõige levinum viga kruvide valimisel: eeldades, et pikema käiguga-masin vajab lihtsalt "sama kruvi, kauem", kuigi ohutu kiirus langeb järsult.

Mis tegelikult muudab kriitilist kiirust

1. Toetamata pikkus (Lc) - domineeriv tegur
Kuna Lc on nimetajas ruudus, on pikkusel ülekaalukalt suurim mõju. Pika-käigu telg on palju tõenäolisemalt kriitilise-kiiruse-piiratud kui koormus-piiratud. Vahetoe lisamine või lihtsalt lühema, toetamata vahemiku määramine mehaanilises paigutuses on tavaliselt kõige tõhusam viis lubatud kiiruse tõstmiseks.

2. Juure läbimõõt (dr)
Suurem võlli läbimõõt suurendab kriitilist kiirust, kuid suurendab ka pöörlemisinertsust ja kruvi kiirendamiseks vajalikku pöördemomenti. Läbimõõtu tuleks sihilikult suurendada, mitte vaikeparandusena.

3. Lõpu fikseerimine / tugimeetod
Nagu on näidatud ülaltoodud tabelis, võib kummagi otsa paigalduskonfiguratsioon nihutada kriitilist kiirust kõige nõrgema (fikseeritud-vaba) ja tugevaima (fikseeritud-fikseeritud) konfiguratsiooni vahel rohkem kui 6 korda. See on koht, kus kruvi mõlema otsa laagri tugikorpuse valik muutub kiiruse arvutamise osaks, mitte ainult mehaaniliseks järelmõtlemiseks.

4. Võlli sirgus ja joondus
Valem eeldab sirget, õigesti joondatud võlli. Kaardunud võllid, valesti joondatud toed või kulunud laagrid põhjustavad tegeliku{1}}vibratsiooni ilmnemist madalamal kiirusel, kui arvutatud väärtus ennustab.

Kuulkruvi kriitiline kiirus vs. DN väärtus: kaks erinevat piiri

Kriitiline kiirus aetakse sageli segi teise kiiruspiiranguga:DN väärtus. Need ei ole samad asjad ja kuulkruvi valik peaks kontrollima mõlemat.

• Kriitiline kiiruspiirab, kui kiirestivõllsaab pöörata, enne kui see resoneerib ja piitsutab.
• DN väärtus(nimiläbimõõt × max p/min) piirab, kui kiirestipallidvõib enne kuumenemist mutri sees ringelda ja kulumine lühendab kruvi kasutusiga.

Lühike, paks kruvi, millel on tugev ots, ei pruugi kunagi jõuda kriitilisele kiirusele, kuid seda võib siiski piirata DN-väärtus. Pikka ja peenikest kruvi piirab tavaliselt kriitiline kiirus juba ammu enne, kui DN väärtus muutub oluliseks.

Valiku reegel: arvutage mõlemad piirid ja kasutage seda, kumb lubatud kiirus on väiksem.

Praktilised valikuvõimalused

• Kontrollige alati iga telje kriitilist kiirust, mille käigu pikkus ületab ligikaudu 600–800 mm või kus sihtkiirus on kruvi läbimõõduga võrreldes kõrge.
• Kui kriitiline kiirus osutub teie ettenihke kiiruse jaoks liiga väikeseks, on kõige tõhusamad lahendused - tüüpilise kulu-tõhususe järjekorras -: (1) lühendage toetamata vahemikku vahepealse toega, (2) täiustage otsakinnituse konfiguratsiooni jäigema laagritoega, (3) suurendage võlli läbimõõtu.
• Ärge hinnake kriitilist kiirust eraldiseisvalt. Kruvi, mis on valitud puhtalt kriitilisel kiirusel, kuid on ühendatud alamõõdulise haakeseadise või väiksema kiiruse jaoks mõeldud tugilaagriga, tekitab süsteemis siiski nõrga koha.
• Kui kahtlete, käivitage arvutus projekteerimisetapis -, mitte pärast seda, kui masin töökoja põrandal vibreerib.

Viited

1. Thomson Industries Inc. "Kuulkruvi koostu kriitiline kiirus".

2. Insenerid Edge. "Kriitilise kiirusega kuulkruvide ja juhtkruvide valemid ja kalkulaator."

3. Industrial Solutions Lab, Põhja-Carolina ülikool Charlotte'is. "Kuulikruvi valimise juhend".

4. Rockfordi kuulkruvi. "Teave kuulkruvide kohta" - meetrikakataloogi tutvustus (lõpu fikseerimine, kriitiline kiirus, veeru koormus).

← Tagasi DLY blogisse