Розуміння прольоту підшипників у динаміці ротора

Пристрої

Портативний балансир та віброаналізатор Balanset-1A.

$2,358.31

Деталі

Датчик вібрації</trp-post-container

$107.47

Деталі

Оптичний датчик (лазерний тахометр)</trp-post-container

$148.07

Пристрої

Balanset-4</trp-post-container

$8,123.32

Деталі

Магнітна підставка Insize-60-kgf</trp-post-container

$54.93

Деталі

Світловідбиваюча стрічка</trp-post-container

$11.94

Пристрої

Динамічні ваги "Балансет-1А" OEM</trp-post-container

$2,071.73

Визначення: Що таке проміжок підшипника?

Проміжок підшипника (також називається відстанню між підшипниками або опорним проміжком) – це міжцентрова відстань між двома основними опорними підшипниками ротор. Цей геометричний параметр є одним з найважливіших факторів у динаміка ротора оскільки це безпосередньо впливає на жорсткість вала на згин, яка, у свою чергу, визначає критичні швидкості, максимальні прогини, навантаження на підшипники та загальна динамічна поведінка ротора.

Для заданого діаметра вала та матеріалу збільшення прольоту підшипника зменшує жорсткість (вал стає більш гнучким) та знижує критичні швидкості, тоді як зменшення прольоту збільшує жорсткість та підвищує критичні швидкості. Цей зв'язок робить проліт підшипника ключовим конструктивним параметром обертових машин.

Вплив на жорсткість ротора

Зв'язок механіки балки

Вал між підшипниками діє як балка, а його жорсткість відповідає основному рівнянню балки:

• Прогин ∝ L³ / (E × I)
• Де L = проліт підшипника (довжина)
• E = модуль пружності матеріалу
• I = момент інерції вала (пропорційний діаметру⁴)
• Критичний аналіз: Прогин (і, отже, гнучкість) збільшується з кубом прольоту

Практичні наслідки

• Подвоєння прольоту підшипника збільшує прогин на 8× (2³ = 8)
• Зменшення прольоту на 25% зменшує прогин приблизно на 58%
• Невеликі зміни розташування підшипника можуть мати значний вплив на жорсткість
• Для довгих роторів проміжок часу має більший вплив, ніж діаметр вала

Вплив на критичні швидкості

Фундаментальні відносини

Для простого ротора (однорідний вал, зосереджена маса в центрі), перший власна частота приблизно:

• f ∝ √(к/м) де k = жорсткість вала, m = маса ротора
• Оскільки жорсткість ∝ 1/L³, то f ∝ 1/L^(3/2)
• Практичне правило: Перша критична швидкість обернено пропорційна проміжку між підшипниками в степені 1,5

Наслідки для дизайну

• Коротший проліт: Вищі критичні швидкості, жорсткіший ротор, краще для роботи на високій швидкості
• Довший проміжок: Нижчі критичні швидкості, більш гнучкий ротор, може працювати як гнучкий ротор
• Оптимізація: Баланс між доступністю (більший проліт краще) та жорсткістю (менший проліт краще)

Приклад розрахунку

Розглянемо ротор двигуна з першою критичною швидкістю 3000 об/хв при прольоті підшипників 500 мм:

• Якщо проміжок між підшипниками збільшено до 600 мм (збільшення 20%):
• Критична швидкість зменшується до 3000 / (600/500)^1.5 ≈ 2600 об/хв
• Це зниження критичної швидкості 13% може наблизити її до робочої швидкості.

Міркування щодо проектування

Вибір прольоту підшипника

Інженери повинні враховувати кілька факторів під час позиціонування підшипників:

Механічні обмеження

• Розміри рами та корпусу машини
• Розташування компонентів ротора (робочі колеса, муфти тощо)
• Доступ для технічного обслуговування та монтажу
• Вимоги до зчеплення та приводу

Динамічні вимоги до ротора

• Розділення критичної швидкості: Розташуйте підшипники для встановлення критичних швидкостей ±20-30% від робочої швидкості
• Жорсткий проти гнучкого: Менший проліт забезпечує жорсткість ротора; більший проліт може вимагати роботи як гнучкого ротора.
• Межі прогину: Переконайтеся, що максимальне прогинання не спричиняє тертя або пошкодження ущільнень
• Навантаження на підшипники: Більші прольоти зменшують навантаження на підшипники для заданої ваги ротора

Виробництво та складання

• Більші прольоти забезпечують кращий доступ для балансування та складання
• Легше вирівнювання підшипників завдяки видимому проміжку
• Коротші прольоти компактніші, потребують менше матеріалу каркаса

Вплив на навантаження на підшипники

Розподіл навантаження

Кількість підшипників впливає на розподіл ваги ротора та сил на підшипники:

• Довший проміжок: Менше навантаження на підшипник за тієї ж ваги ротора (довше плече важеля)
• Коротший проліт: Більше навантаження на підшипники, але більш рівномірний розподіл
• Поперечні навантаження: Вплив конічні компоненти посилений з більшим проміжком

Динамічні навантаження від дисбалансу

• Динамічні навантаження на підшипники від дисбаланс залежать від прогину
• Більший проліт дозволяє більший прогин, що може зменшити навантаження на підшипники
• Але також збільшує амплітуду коливань
• Компроміс між терміном служби підшипника та рівнем вібрації

Зв'язок з діаметром вала

Діаметр підшипника необхідно враховувати разом з діаметром вала:

Співвідношення довжини прольоту до діаметра (L/D)

• Л/Д < 5: Типова поведінка дуже жорсткого, незграбного ротора
• 5 < Н/Д < 20: Помірна гнучкість, більшість промислового обладнання
• Л/Д > 20: Важливі врахування високогнучких, гнучких роторів

Стратегія оптимізації

• Фіксований проміжок: Збільшення діаметра для підвищення критичних швидкостей
• Фіксований діаметр: Зменшення проміжку для підвищення критичних швидкостей
• Комбінована оптимізація: Відрегулюйте обидва, щоб відповідати вимогам щодо критичної швидкості та відхилення
• Практичне обмеження: Обмеження простору часто фіксують один параметр

Кілька конфігурацій підшипників

Стандартна двопідшипникова опора

• Найпоширеніша конфігурація
• Один проліт підшипника визначає систему
• Простий аналіз та проектування

Багатопідшипникові системи

Ротори з більш ніж двома підшипниками мають кілька прольотів:

• Три підшипники: Два прольоти (наприклад, двигун з центральним підшипником)
• Чотири або більше: Кілька прольотів, потрібен складний аналіз
• Ефективний проміжок: Для аналізу вібрації може знадобитися визначити ефективний діапазон для кожного режиму
• Зв'язана динаміка: Проміжки взаємодіють, впливаючи на загальну поведінку системи

Вимірювання та перевірка

Перевірка фактичного стану

• Виміряйте фактичний проміжок підшипника під час встановлення
• Перевірте відповідність проектним вимогам (зазвичай допуск ±5 мм)
• Задокументуйте розміри виготовленого матеріалу для розрахунків динаміки ротора
• Перевірте вирівнювання центральних ліній підшипників

Вплив варіацій встановлення

• Похибки положення підшипника впливають на прогнозовані критичні швидкості
• Нерівність створює додаткові навантаження
• Осідання фундаменту може змінювати ефективний проміжок з часом
• Термічний ріст може змінити ефективний проміжок часу за робочої температури

Модифікація та модернізація

Коли потрібно змінювати проміжок підшипника

Переміщення підшипника розглядається, коли:

• Робота занадто близька до критичної швидкості (перемістіть підшипник, щоб змінити критичну)
• Надмірне прогинання вала, що призводить до тертя або проблем із ущільненням
• Навантаження на підшипники занадто високе або нерівномірно розподілене
• Перехід від жорсткого до гнучкого ротора (або навпаки)

Проблеми модифікації прольоту

• Структурні зміни: Може вимагати модифікації рами або корпусу
• Вплив вирівнювання: Зміна положення підшипників впливає на вирівнювання з приводним обладнанням
• Вартість: Значні витрати на модифікацію повинні бути виправдані перевагами
• Необхідна перевірка: Необхідне тестування для підтвердження покращень

Проміжок між підшипниками є фундаментальним геометричним параметром, який суттєво впливає на динамічну поведінку ротора. Правильний вибір під час проектування та точна перевірка під час встановлення є важливими для досягнення бажаного розділення критичної швидкості, прийнятних рівнів вібрації та надійної довгострокової роботи обертових машин.

---

← Назад до головного індексу