Înțelegerea deschiderii rulmenților în dinamica rotorului

Dispozitive

Ebalansator portabil și analizor de vibrații Balanset-1A.

$2,353.83

Piese

Senzor de vibrații.

$107.26

Piese

Senzor optic (tahometru laser).

$147.78

Dispozitive

Balanset-4.

$8,107.90

Piese

Stand magnetic Insize-60-kgf.

$54.82

Piese

Ceasetă reflectorizantă.

$11.92

Dispozitive

Ebalansator dinamic "Balanset-1A" OEM.

$2,067.80

Definiție: Ce este deschiderea portantă?

Deschiderea lagărului (numită și distanță între lagăre sau distanță între lagăre) este distanța dintre centrele celor doi lagăre principale de susținere ale unui rotor. Acest parametru geometric este unul dintre cei mai importanți factori în dinamica rotorului deoarece afectează direct rigiditatea la încovoiere a arborelui, care la rândul său determină viteze critice, deformările maxime, sarcinile pe rulmenți și comportamentul dinamic general al rotorului.

Pentru un diametru și un material dat al arborelui, creșterea deschiderii rulmentului reduce rigiditatea (arborele devine mai flexibil) și scade vitezele critice, în timp ce scăderea deschiderii crește rigiditatea și crește vitezele critice. Această relație face ca deschiderea rulmentului să fie un parametru cheie de proiectare în mașinile rotative.

Efect asupra rigidității rotorului

Relația dintre mecanica fasciculului

Arborele dintre lagăre acționează ca o grindă, iar rigiditatea sa respectă ecuația fundamentală a grinzii:

• Deformație ∝ L³ / (E × I)
• Unde L = deschiderea lagărului (lungimea)
• E = modulul de elasticitate al materialului
• I = momentul de inerție al arborelui (proporțional cu diametrul⁴)
• Perspectivă critică: Deformarea (și, prin urmare, flexibilitatea) crește odată cu cubul deschiderii

Implicații practice

• Dublarea deschiderii lagărului crește deformarea cu 8× (2³ = 8)
• Reducerea deschiderii cu 25% reduce deformarea cu aproximativ 58%
• Mici modificări ale poziției rulmentului pot avea efecte majore asupra rigidității
• Întinderea este mai influentă decât diametrul arborelui pentru rotoarele lungi

Impactul asupra vitezelor critice

Relație fundamentală

Pentru un rotor simplu (arbore uniform, masă concentrată în centru), primul frecvență naturală este aproximativ:

• f ∝ √(k/m) unde k = rigiditatea arborelui, m = masa rotorului
• Deoarece rigiditatea ∝ 1/L³, atunci f ∝ 1/L^(3/2)
• Regulă practică: Prima viteză critică este invers proporțională cu deschiderea lagărului la puterea 1,5

Implicații de proiectare

• Interval mai scurt: Viteze critice mai mari, rotor mai rigid, mai bun pentru funcționare la viteză mare
• Interval mai lung: Viteze critice mai mici, rotor mai flexibil, poate funcționa ca rotor flexibil
• Optimizare: Echilibru între accesibilitate (o deschidere mai mare este mai bună) și rigiditate (o deschidere mai scurtă este mai bună)

Exemplu de calcul

Luați în considerare rotorul unui motor cu o primă viteză critică de 3000 RPM la o deschidere a rulmentului de 500 mm:

• Dacă deschiderea lagărelor a crescut la 600 mm (creștere 20%):
• Turația critică scade la 3000 / (600/500)^1,5 ≈ 2600 RPM
• Această reducere a vitezei critice a modelului 13% ar putea să îl apropie de viteza de operare.

Considerații de proiectare

Selectarea distanței dintre rulmenți

Inginerii trebuie să echilibreze mai mulți factori atunci când poziționează rulmenții:

Constrângeri mecanice

• Dimensiunile cadrului și carcasei mașinii
• Amplasarea componentelor rotorului (rotoare, cuplaje etc.)
• Acces pentru întreținere și asamblare
• Cerințe privind cuplajul și acționarea

Cerințe dinamice ale rotorului

• Separarea vitezei critice: Poziționați rulmenții pentru a plasa viteze critice ±20-30% față de viteza de funcționare
• Rigid vs. Flexibil: O deschidere mai scurtă menține rotorul rigid; o deschidere mai mare poate necesita funcționarea ca rotor flexibil
• Limite de deviere: Asigurați-vă că deformarea maximă nu provoacă frecări sau deteriorări ale etanșării
• Sarcini portante: Deschiderile mai lungi reduc sarcinile lagărelor pentru greutatea dată a rotorului

Fabricație și asamblare

• Deschiderile mai lungi oferă mai mult acces pentru echilibrare și asamblare
• Alinierea rulmenților este mai ușoară datorită deschiderii vizibile
• Deschideri mai scurte, mai compacte, necesită mai puțin material pentru cadru

Efect asupra încărcărilor lagărelor

Distribuția sarcinii

Deschiderea rulmentului afectează modul în care greutatea și forțele rotorului sunt distribuite către rulmenți:

• Interval mai lung: Sarcini mai mici pe rulmenți pentru aceeași greutate a rotorului (braț de pârghie mai lung)
• Interval mai scurt: Sarcini mai mari la rulment, dar distribuție mai uniformă
• Încărcări transversale: Efectul componente suspendate amplificat cu o durată mai lungă

Încărcări dinamice din dezechilibru

• Sarcini dinamice la rulment de la dezechilibra depind de deformare
• O deschidere mai mare permite o deviere mai mare, poate reduce sarcinile lagărelor
• Dar crește și amplitudinea vibrațiilor
• Compromisul dintre durata de viață a rulmentului și nivelurile de vibrații

Relația cu diametrul arborelui

Deschiderea lagărelor trebuie luată în considerare împreună cu diametrul arborelui:

Raportul deschidere-diametru (L/D)

• L/D < 5: Comportament tipic al rotorului foarte rigid, rigid
• 5 < L/D < 20: Flexibilitate moderată, majoritatea utilajelor industriale
• L/D > 20: Considerații esențiale despre rotor flexibil, extrem de flexibil

Strategia de optimizare

• Interval fix: Măriți diametrul pentru a crește vitezele critice
• Diametru fix: Reduceți intervalul pentru a crește vitezele critice
• Optimizare combinată: Ajustați ambele pentru a îndeplini cerințele de viteză critică și deviere
• Limitare practică: Restricțiile de spațiu fixează adesea un parametru

Configurații multiple de rulmenți

Suport standard cu două lagăre

• Cea mai comună configurație
• O deschidere a rulmentului definește sistemul
• Analiză și proiectare simple

Sisteme cu rulmenți multipli

Rotoarele cu mai mult de doi rulmenți au deschideri multiple:

• Trei rulmenți: Două deschideri (de exemplu, motor cu rulment central)
• Patru sau mai multe: Mai multe deschideri, analiză complexă necesară
• Spațiu efectiv: Pentru analiza vibrațiilor, poate fi necesară determinarea intervalului efectiv pentru fiecare mod
• Dinamică cuplată: Interacțiunea între intervale, afectând comportamentul general al sistemului

Măsurare și verificare

Verificare conform construcției

• Măsurați deschiderea reală a rulmentului în timpul instalării
• Verificați dacă corespund specificațiilor de proiectare (de obicei, toleranță de ±5 mm)
• Documentați dimensiunile la construcție pentru calculele dinamice ale rotorului
• Verificați alinierea liniilor centrale ale rulmenților

Efectul variațiilor de instalare

• Erorile de poziție a rulmentului afectează vitezele critice prezise
• Nealinierea creează sarcini suplimentare
• Tasarea fundației poate schimba întinderea efectivă în timp
• Creșterea termică poate modifica intervalul efectiv la temperatura de funcționare

Modificări și modernizări

Când se modifică deschiderea lagărului

Repoziționarea rulmenților este luată în considerare atunci când:

• Funcționare prea aproape de viteza critică (mutați rulmentul pentru a schimba viteza critică)
• Deformarea excesivă a arborelui provoacă frecări sau probleme de etanșare
• Sarcini pe rulmenți prea mari sau distribuite neuniform
• Conversia de la funcționarea cu rotor rigid la cea flexibilă (sau invers)

Provocările modificării deschiderii de întindere

• Modificări structurale: Poate necesita modificări ale cadrului sau carcasei
• Impactul alinierii: Pozițiile modificate ale rulmenților afectează alinierea cu echipamentul acționat
• Cost: Costurile semnificative de modificare trebuie justificate de beneficii
• Validare necesară: Testarea este necesară pentru confirmarea îmbunătățirilor

Deschiderea rulmenților este un parametru geometric fundamental care influențează profund comportamentul dinamic al rotorului. Selecția corectă în timpul proiectării și verificarea precisă în timpul instalării sunt esențiale pentru a obține o separare dorită a vitezei critice, niveluri acceptabile de vibrații și funcționarea fiabilă pe termen lung a mașinilor rotative.

---

← Înapoi la indexul principal