Ако асферичен винтсе върти достатъчно бързо, самият вал започва да се извива навън и да се върти около собствената си ос -, въпреки че нито един компонент не е повреден. Това не е проблем със силата. Това е резонансен проблем и има име: theкритична скорост на сачмен винт.
За строителите на машини, които избират сачмен винт за дълъг-ходов портал, високо-скоростна-и-ос на поставяне или всяко приложение, насочено към по-високи скорости на подаване, критичната скорост е едно от ограниченията, които решават дали даден винт изобщо може да се използва - често преди товароносимостта или хлабината дори да станат проблем.
Това ръководство обяснява какво е критична скорост, как да я изчислите с практическа формула, кои променливи всъщност преместват числото и как се свързва с другото ограничение на скоростта, което всеки сачмен винт има: DN стойност.
Каква е критичната скорост на сачмен винт?
Всеки въртящ се вал има собствена честота на странични (странични) вибрации. Помислете за въже за скачане: завъртете го бавно и то остава почти изправено, но след определена скорост се извива в стабилна дъга и започва да бие. Сферично-винтовият вал се държи по същия начин.
Критичната скорост е скоростта на въртене, при която честотата на въртене на винтовия вал съответства на неговата естествена честота на огъване, което кара вала да резонира. След като винт работи на или близо до тази скорост, резултатът е:
- Силна странична вибрация на вала
- Повишен шум
- Ускорено износване насферична гайкаи лагери
- В екстремни случаи трайно огъване или повреда на вала
Критичната скорост няма нищо общо с това колко здрав е материалът на винта. Това е чисто функция от геометрията - диаметър на вала, неподдържана дължина и как са монтирани краищата. Ето защо два винта, направени от идентичен материал, могат да имат много различни критични скорости, просто защото единият има по-дълъг неподдържан обхват.
Как да изчислим критичната скорост на сферичния винт
Стандартната практическа формула за изчисляване на критичната скорост на сферичния винт (метрични единици) е:
nc=fc × (dr / Lc²) × 10⁷
където:
- nc= критична скорост (rpm)
- д-р= диаметър на основата на вала на винта (mm) - това емалък диаметър, а не номиналния/външния диаметър
- Lc= неподдържана дължина между лагерните опори (mm)
- фк= коефициент на фиксиране на края въз основа на това как са монтирани краищата на винтовете
Краен фактор на фиксиране (fc)
Начинът, по който винтът се поддържа от всеки край, има голям ефект върху критичната скорост. Четирите стандартни конфигурации за монтаж и техните типични fc стойности са:
| Край на конфигурацията за поддръжка | fc фактор |
|---|---|
| Фиксиран – Безплатен | 3.4 |
| Поддържан – Поддържан | 9.7 |
| Фиксиран – Поддържа се | 15.1 |
| Фиксиран – Фиксиран | 21.9 |
Преминаването от обикновена „поддържана-поддържана“ конфигурация към „фиксирана-фиксирана“ може да удвои повече от допустимата критична скорост за същия вал - без изобщо да променя диаметъра на винта. Това е една от причините високо{4}}скоростните,-оси с дълъг-ход често оправдават допълнителните разходи за-фиксирани крайни лагерни опори.
Марж на безопасност: Критичната скорост не е работната скорост
Изчислената критична скорост е теоретична резонансна точка, а не използваема работна граница. Индустриалната практика е да се поддържа действителната скорост на работа80% от критичната скорост или по-ниска:
n_safe=nc × 0,8
Работата с близка до 100% от критичната скорост не оставя марж за производствени толеранси, топлинно разширение или незначително разместване - всяко от които може да измести реалната резонансна точка малко по-ниско от изчислената стойност.
Работен пример
Вземете сферичен винт с:
- Диаметър на основата dr=14.2 mm (типичен за номинален Ø16 mm навит сферичен винт)
- Неподдържана дължина Lc=1000 mm
- Прекратяване на поддръжката: фиксирано–поддържано (fc=15.1)
Стъпка 1 - Изчислете критичната скорост:
nc=15.1 × (14,2 / 1000²) × 10⁷
nc=15.1 × 0,0000142 × 10⁷
nc ≈ 2144 об./мин
Стъпка 2 - Приложете границата на безопасност от 80%:
n_safe=2,144 × 0,8 ≈ 1715 rpm
Така че за тази конфигурация винтът не трябва да се завива грубо отгоре1715 об./минв непрекъсната работа, независимо от възможностите на двигателя или драйвера.
Сега сравнете същия винт с по-дълъг неподдържан участък - да речем 2000 mm портална ос вместо 1000 mm. Тъй като Lc е на квадрат във формулата, удвояването на неподдържаната дължина намалява критичната скорост приблизителноедна-четвъртот първоначалната стойност, а не половината. Това е единствената най-често срещана грешка при избора на винт: да приемем, че машината с по-дълъг-ход просто се нуждае от „същия винт, по-дълъг“, когато всъщност безопасната скорост пада драстично.
Какво всъщност променя критичната скорост
1. Неподдържана дължина (Lc) - доминиращият фактор
Тъй като Lc е на квадрат в знаменателя, дължината има най-голям ефект. Дълга-ос на ход е много по-вероятно да бъде критична-скорост-ограничена, отколкото натоварване-ограничено. Добавянето на междинна опора или просто определянето на по-къс неподдържан участък в механичното оформление обикновено е най-ефективният начин за повишаване на допустимата скорост.
2. Диаметър на корена (dr)
По-големият диаметър на вала увеличава критичната скорост, но също така увеличава инерцията на въртене и въртящия момент, необходим за ускоряване на винта. Диаметърът трябва да се увеличи умишлено, а не като корекция по подразбиране.
3. Крайна фиксация / метод на поддръжка
Както е показано в таблицата по-горе, монтажната конфигурация във всеки край може да измести критичната скорост с повече от 6 пъти между най-слабата (фиксирана-безплатна) и най-силната (фиксирана-фиксирана) конфигурации. Това е мястото, където изборът на опорен корпус на лагера на всеки край на винта става част от изчислението на скоростта, а не само механична мисъл.
4. Изправеност и подравняване на вала
Формулата предполага прав, правилно подравнен вал. Извити валове, неправилно подравнени опори или износени лагери ще доведат до-вибрация в реалния свят да се появи при по-ниска скорост от прогнозираната изчислена стойност.
Критична скорост на сачмено-винтова връзка спрямо DN стойност: Две различни граници
Критичната скорост често се бърка с друго ограничение на скоростта:DN стойност. Те не са едно и също нещо и изборът на сферичен винт трябва да провери и двете.
- Критична скоростограничава колко бързовалможе да се върти, преди да резонира и бие.
- DN стойност(номинален диаметър × макс. обороти в минута) ограничава скоростта натопкиможе да циркулира вътре в гайката преди натрупването на топлина и износването да скъси експлоатационния живот на винта.
Къс, дебел винт със силна крайна фиксация може никога да не достигне критичната си скорост, но все пак може да бъде ограничен от стойността на DN. Дълъг, тънък винт обикновено е ограничен от критична скорост много преди стойността на DN да стане релевантна.
Правилото за избор: изчислете и двете граници и използвайте коя от допустимите скорости е по-ниска.
Практически изводи за избор
- Винаги проверявайте критичната скорост за всяка ос, където дължината на хода надвишава приблизително 600–800 mm или където целевата скорост е висока спрямо диаметъра на винта.
- Ако критичната скорост се окаже твърде ниска за вашата целева скорост на подаване, най-ефективните корекции - по реда на типичната цена-ефективност - са: (1) скъсете неподдържания участък с междинна опора, (2) надстройте конфигурацията на крайната фиксация с по-твърда опора на лагера, (3) увеличете диаметъра на вала.
- Не оценявайте критичната скорост изолирано. Винт, избран само за критична скорост, но съчетан с по-малък съединител или опорен лагер, предназначен за по-ниски скорости, все пак ще създаде слабо място в системата.
- Когато се съмнявате, изпълнете изчислението на етапа на проектиране -, а не след като машината вибрира на цеха.
Референции
1. Thomson Industries Inc. „Критична скорост на сглобяване на сферичен винт“.
2. Инженери Edge. „Формули и калкулатор за сферични винтове и водещи винтове с критична скорост.“
3. Лаборатория за индустриални решения, Университет на Северна Каролина в Шарлот. "Ръководство за избор на сферичен винт."
4. Рокфорд сферичен винт. „Относно сферичните винтове“ - Въведение в метричния каталог (крайна фиксираност, критична скорост, натоварване на колона).
Нуждаете се от поддръжка за избор на сачмен винт?
Нуждаете се от помощ при избора на правилния диаметър на сачмено-винтовия винт, водеща и крайна опорна конфигурация за дълъг-ход или високо{1}}скоростна ос? Свържете се с DLY с вашите изисквания за дължина на хода, целева скорост и натоварване за проверка на избора.
Имейл: export@dlybearing.com
