Memahami Rentang Bearing dalam Dinamika Rotor
Definisi: Apa itu Bearing Span?
Rentang bantalan (juga disebut jarak bantalan atau rentang dukungan) adalah jarak pusat ke pusat antara dua bantalan pendukung utama suatu rotor. Parameter geometri ini merupakan salah satu faktor yang paling penting dalam dinamika rotor karena hal ini secara langsung mempengaruhi kekakuan lentur poros, yang pada gilirannya menentukan kecepatan kritis, defleksi maksimum, beban bantalan, dan perilaku dinamis rotor keseluruhan.
Untuk diameter poros dan material tertentu, peningkatan rentang bantalan mengurangi kekakuan (poros menjadi lebih fleksibel) dan menurunkan kecepatan kritis, sementara penurunan rentang meningkatkan kekakuan dan meningkatkan kecepatan kritis. Hubungan ini menjadikan rentang bantalan sebagai parameter desain utama dalam mesin putar.
Efek pada Kekakuan Rotor
Hubungan Mekanika Balok
Poros di antara bantalan bertindak sebagai balok, dan kekakuannya mengikuti persamaan balok dasar:
- Defleksi ∝ L³ / (E × I)
- Dimana L = rentang bantalan (panjang)
- E = modulus elastisitas bahan
- I = momen inersia poros (sebanding dengan diameter⁴)
- Wawasan Kritis: Defleksi (dan dengan demikian fleksibilitas) meningkat seiring dengan pangkat tiga bentang
Implikasi Praktis
- Menggandakan rentang bantalan akan meningkatkan defleksi sebesar 8× (2³ = 8)
- Mengurangi rentang sebesar 25% mengurangi defleksi sekitar 58%
- Perubahan kecil pada lokasi bantalan dapat memberikan efek besar pada kekakuan
- Rentang lebih berpengaruh daripada diameter poros untuk rotor panjang
Dampak pada Kecepatan Kritis
Hubungan Fundamental
Untuk rotor sederhana (poros seragam, massa terkonsentrasi di pusat), yang pertama frekuensi alami adalah sekitar:
- f ∝ √(k/m) di mana k = kekakuan poros, m = massa rotor
- Karena kekakuan ∝ 1/L³, maka f ∝ 1/L^(3/2)
- Aturan Praktis: Kecepatan kritis pertama berbanding terbalik dengan rentang bantalan dengan daya 1,5
Implikasi Desain
- Rentang Lebih Pendek: Kecepatan kritis yang lebih tinggi, rotor yang lebih kaku, lebih baik untuk operasi kecepatan tinggi
- Rentang yang Lebih Panjang: Kecepatan kritis yang lebih rendah, rotor yang lebih fleksibel, dapat beroperasi sebagai rotor fleksibel
- Optimasi: Keseimbangan antara aksesibilitas (bentang yang lebih panjang lebih baik) dan kekakuan (bentang yang lebih pendek lebih baik)
Contoh Perhitungan
Pertimbangkan rotor motor dengan kecepatan kritis pertama 3000 RPM pada rentang bantalan 500 mm:
- Jika rentang bantalan ditingkatkan menjadi 600 mm (peningkatan 20%):
- Kecepatan kritis menurun menjadi 3000 / (600/500)^1,5 ≈ 2600 RPM
- Pengurangan kecepatan kritis 13% ini dapat membawanya lebih dekat ke kecepatan operasi
Pertimbangan Desain
Memilih Rentang Bantalan
Insinyur harus menyeimbangkan beberapa faktor saat memposisikan bantalan:
Kendala Mekanis
- Dimensi rangka dan rumah mesin
- Lokasi komponen rotor (impeller, kopling, dll.)
- Akses untuk pemeliharaan dan perakitan
- Persyaratan kopling dan penggerak
Persyaratan Dinamis Rotor
- Pemisahan Kecepatan Kritis: Posisikan bantalan untuk menempatkan kecepatan kritis ±20-30% dari kecepatan operasi
- Kaku vs. Fleksibel: Rentang yang lebih pendek membuat rotor tetap kaku; rentang yang lebih panjang mungkin memerlukan pengoperasian sebagai rotor yang fleksibel
- Batas Defleksi: Pastikan defleksi maksimum tidak menyebabkan gesekan atau kerusakan segel
- Menahan Beban: Rentang yang lebih panjang mengurangi beban bantalan untuk berat rotor tertentu
Manufaktur dan Perakitan
- Rentang yang lebih panjang memberikan lebih banyak akses untuk penyeimbangan dan perakitan
- Penyelarasan bantalan lebih mudah dengan rentang yang terlihat
- Rentang yang lebih pendek lebih kompak, membutuhkan lebih sedikit material rangka
Efek pada Beban Bantalan
Distribusi Beban
Rentang bantalan memengaruhi bagaimana berat dan gaya rotor didistribusikan ke bantalan:
- Rentang yang Lebih Panjang: Beban bantalan yang lebih rendah untuk berat rotor yang sama (lengan tuas yang lebih panjang)
- Rentang Lebih Pendek: Beban bantalan lebih tinggi tetapi distribusi lebih merata
- Beban yang Menggantung: Efek dari komponen yang menjorok diperkuat dengan rentang yang lebih panjang
Beban Dinamis dari Ketidakseimbangan
- Beban bantalan dinamis dari ketidakseimbangan tergantung pada defleksi
- Rentang yang lebih panjang memungkinkan lebih banyak defleksi, dapat mengurangi beban bantalan
- Namun juga meningkatkan amplitudo getaran
- Pertukaran antara umur bantalan dan tingkat getaran
Hubungan dengan Diameter Poros
Rentang bantalan harus dipertimbangkan bersama dengan diameter poros:
Rasio Rentang terhadap Diameter (L/D)
- L/D < 5: Perilaku rotor yang sangat kaku dan kaku merupakan hal yang umum
- 5 < L/D < 20: Fleksibilitas sedang, sebagian besar mesin industri
- L/D > 20: Pertimbangan rotor yang sangat fleksibel dan fleksibel sangat penting
Strategi Optimasi
- Rentang Tetap: Tingkatkan diameter untuk meningkatkan kecepatan kritis
- Diameter Tetap: Kurangi rentang untuk meningkatkan kecepatan kritis
- Optimasi Gabungan: Sesuaikan keduanya untuk memenuhi persyaratan kecepatan dan defleksi kritis
- Batasan Praktis: Batasan ruang seringkali menetapkan satu parameter
Beberapa Konfigurasi Bantalan
Dukungan Dua Bantalan Standar
- Konfigurasi yang paling umum
- Satu rentang bantalan mendefinisikan sistem
- Analisis dan desain sederhana
Sistem Multi-Bearing
Rotor dengan lebih dari dua bantalan memiliki beberapa rentang:
- Tiga Bantalan: Dua bentang (misalnya, motor dengan bantalan tengah)
- Empat atau Lebih: Beberapa rentang, memerlukan analisis yang kompleks
- Rentang Efektif: Untuk analisis getaran, mungkin perlu menentukan rentang efektif untuk setiap mode
- Dinamika Terkopel: Rentang berinteraksi, memengaruhi perilaku sistem secara keseluruhan
Pengukuran dan Verifikasi
Verifikasi Sesuai Pembangunan
- Mengukur rentang bantalan aktual selama pemasangan
- Verifikasi kecocokan spesifikasi desain (biasanya toleransi ±5 mm)
- Mendokumentasikan dimensi yang dibangun untuk perhitungan dinamis rotor
- Periksa keselarasan garis tengah bantalan
Efek Variasi Instalasi
- Kesalahan posisi bantalan mempengaruhi kecepatan kritis yang diprediksi
- Ketidakselarasan menciptakan beban tambahan
- Penurunan pondasi dapat mengubah rentang efektif seiring berjalannya waktu
- Pertumbuhan termal dapat mengubah rentang efektif pada suhu operasi
Modifikasi dan Perbaikan
Kapan Harus Memodifikasi Rentang Bantalan
Penempatan ulang bantalan dipertimbangkan ketika:
- Beroperasi terlalu dekat dengan kecepatan kritis (pindahkan bantalan untuk mengubah kritis)
- Defleksi poros yang berlebihan menyebabkan gesekan atau masalah segel
- Menahan beban terlalu tinggi atau tidak terdistribusi secara merata
- Konversi dari operasi rotor kaku ke fleksibel (atau sebaliknya)
Tantangan Modifikasi Rentang
- Perubahan Struktural: Mungkin memerlukan modifikasi rangka atau rumah
- Dampak Penyelarasan: Perubahan posisi bantalan mempengaruhi keselarasan dengan peralatan yang digerakkan
- Biaya: Biaya modifikasi yang signifikan harus dibenarkan oleh manfaatnya
- Validasi Diperlukan: Pengujian diperlukan untuk mengonfirmasi peningkatan
Rentang bantalan merupakan parameter geometri fundamental yang sangat memengaruhi perilaku dinamis rotor. Pemilihan yang tepat selama desain dan verifikasi yang akurat selama pemasangan sangat penting untuk mencapai pemisahan kecepatan kritis yang diinginkan, tingkat getaran yang dapat diterima, dan pengoperasian mesin putar yang andal dan berjangka panjang.
EN 
AR 
AZ 
BG 
ZH 
HR 
CS 
DA 
NL 
ET 
FI 
FR 
DE 
KA 
EL 
HE 
HI 
HU 
ID 
IT 
JA 
KO 
LV 
LT 
MS 
NB 
FA 
PL 
PT_BR 
PT 
RO 
SR 
SK 
SL 
ES 
SV 
TH 
TR 
UR 
UK 
VI 