Kerusakan Bantalan Dua Bulan Setelah Set Gigi Diganti
Sebuah pabrik pengolahan makanan mengganti set roda gigi cacing pada penggerak sudut konveyor pada bulan Maret. Pada bulan Mei, penggerak tersebut kembali mengalami kerusakan — gejala yang sama, profil suara yang sama. Tim perawatan memesan set roda gigi lain dan, sambil menunggu pengiriman, membongkar penggerak untuk memastikan penyebab kerusakannya. Sisi gigi roda cacing masih mulus — hampir tidak tersentuh sejak pemasangan bulan Maret. Bantalan poros cacing telah rusak: cincin luar bantalan tetap mengalami retakan yang konsisten dengan kelelahan akibat beban berlebih aksial.
Investigasi mengungkapkan: konveyor menggunakan sambungan sabuk V dari motor ke poros cacing, dengan tegangan sabuk 2,5 kN yang menarik secara radial pada bagian poros yang menjorok. Tim perawatan telah mengganti set roda gigi tetapi tidak bantalan — dan belum menghitung ulang apakah bantalan yang ada (bantalan bola alur dalam standar, seri 6206) dapat menangani beban radial dan aksial gabungan. Bantalan bola alur dalam standar menangani beban aksial sekitar 30% dari peringkat beban radialnya. Beban bantalan gabungan pada poros ini melebihi peringkat 6206 sebesar 1,8 kali. Bantalan tersebut pasti akan rusak terlepas dari apakah set roda gigi diganti atau tidak.
Isu utamanya: Poros roda gigi cacing menanggung beban radial (dari gaya tangensial jala gigi, tegangan sabuk atau rantai eksternal) dan beban aksial (dorong) yang tinggi (dari gaya reaksi jala heliks yang mencoba mendorong poros cacing keluar sepanjang sumbunya). Bantalan bola alur dalam tidak memadai untuk aplikasi poros cacing kecuali pada beban paling ringan. Bantalan bola kontak sudut atau bantalan rol tirus — dalam susunan tetap-mengambang atau saling berhadapan untuk menangani dorongan dua arah — adalah spesifikasi yang tepat untuk poros cacing di semua aplikasi kecuali aplikasi yang paling ringan.
Dorongan Aksial Poros Cacing — Mengapa Besarnya Begitu Besar
Pada penggerak roda gigi cacing, gaya kontak gigi pada persambungan diuraikan menjadi tiga komponen yang bekerja pada setiap poros: tangensial (menghasilkan torsi), radial (gaya pemisah tegak lurus terhadap silinder pitch), dan aksial (gaya dorong sepanjang sumbu poros). Pada pasangan roda gigi heliks, gaya dorong aksial biasanya 20-40% dari gaya tangensial. Pada penggerak roda gigi cacing, hubungan tersebut pada dasarnya berbeda dan jauh lebih parah bagi poros cacing.
Wawasan pentingnya: untuk penggerak cacing dengan rasio 50:1 (q=12), gaya dorong aksial pada poros cacing adalah 4,17 kali gaya tangensial pada poros cacing. Karena sebagian besar insinyur menghitung beban bantalan dari torsi poros dan jari-jari pitch (yang memberikan gaya tangensial), mereka hanya menghitung 24% dari beban aksial bantalan yang sebenarnya. Bantalan poros cacing yang ukurannya hanya untuk gaya tangensial saja akan terlalu kecil untuk beban aksial dengan faktor 4. Ini adalah kesalahan desain bantalan roda gigi cacing yang paling umum.
Pemilihan Jenis Bantalan — Poros Cacing vs Poros Roda
Poros Cacing — Bantalan Tetap
Bantalan tetap poros cacing harus mampu menahan gaya jala radial dan gaya dorong aksial dua arah penuh. Bantalan bola kontak sudut yang dipasang saling berhadapan (susunan DB) atau berhadapan (susunan DF) memberikan kemampuan beban gabungan ini. Sudut kontak (biasanya 25-40 derajat) menentukan rasio kapasitas aksial terhadap radial — sudut kontak yang lebih tinggi memberikan kapasitas aksial yang lebih besar. Untuk sebagian besar aplikasi poros cacing, bantalan kontak sudut dengan sudut kontak 30 derajat atau 40 derajat sudah tepat.
Poros Cacing — Bantalan Apung
Bantalan apung pada ujung poros cacing yang tidak menerima gaya dorong hanya menanggung komponen beban radial dari persambungan dan beban eksternal yang menggantung. Bantalan ini memungkinkan ekspansi termal aksial poros tanpa menimbulkan gaya pengekangan aksial. Bantalan bola alur dalam standar cocok untuk posisi apung karena tidak ada beban aksial yang ditransmisikan di sini. Lubang rumah bantalan apung biasanya berukuran untuk memungkinkan pergerakan aksial bebas yang kecil (0,3-0,8 mm) untuk mengakomodasi ekspansi termal.
Poros Roda — Kedua Bantalan
Poros roda gigi cacing membawa torsi keluaran secara radial dan gaya reaksi jala radial (Fr2). Gaya aksial pada poros roda gigi (Fa2) sama dengan Fr1, gaya radial pada poros cacing — biasanya kecil relatif terhadap kapasitas daya dukung radial poros roda gigi. Bantalan bola alur dalam standar sudah memadai untuk aplikasi poros roda gigi dalam sebagian besar kasus. Untuk aplikasi torsi keluaran tinggi (modul M8+, tugas D3), bantalan rol silindris mungkin lebih disukai karena kapasitas beban radialnya yang lebih tinggi.
Poros Cacing — Penambahan Beban Eksternal
Ketika poros cacing digerakkan dari motor melalui sabuk V atau rantai, tegangan sabuk/rantai menambahkan gaya radial ke bagian poros yang menonjol yang dapat melebihi gaya radial jala. Gaya eksternal ini harus ditambahkan secara vektor ke gaya radial jala untuk perhitungan beban bantalan. Tegangan sabuk bekerja tegak lurus terhadap bentang sabuk; gaya radial jala bekerja sepanjang garis poros ke poros. Resultannya bergantung pada sudut di antara keduanya. Untuk kasus terburuk, tambahkan secara linier: F_bantalan = F_sabuk + F_radial_jala.
Perhitungan Masa Pakai Bantalan — L10 Jam untuk Aplikasi Poros Cacing
Perhitungan umur pakai bantalan ISO (L10 — umur pakai di mana 10% bantalan identik diperkirakan akan gagal karena kelelahan) memerlukan beban dinamis bantalan ekivalen P, yang menggabungkan komponen radial dan aksial untuk bantalan kontak sudut.
Contoh Soal: Penggerak Cacing 50:1, 3 kW, Input 1450 RPM
z1=1, z2=50, m=4, d1=48mm, d2=200mm, lambda=1.52 derajat, efisiensi 62%
T2 = 3000 x 0,62 / (29,0 x pi/30) = 3000 x 0,62 / 3,036 = 612 Nm
Fa1 = 2T2/d2 = 2 x 612 / 0,200 = 6.120 N
Ft1 = 2T1/d1 = 2 x (3000/3.036×0.62)/(0.048 x 2) = ??? Misalkan T1=P/(omega1) = 3000/(1450x2pi/60) = 19.75 Nm; Ft1 = 2×19.75/0.048 = 823 N
6120/823 = 7,4x — panjang aksial poros cacing adalah 7,4 kali panjang tangensialnya
Fr=1200N (jala + sabuk), Fa=6120N; dari katalog X=0,35, Y=0,57: P = 0,35×1200 + 0,57×6120 = 420 + 3488 = 3908 N
L10 = (32500/3908)^3 = 578 juta putaran; L10h = 578e6/(60×1450) = 6644 jam
Ukuran yang salah hanya untuk radial: P_salah = Fr = 1200N; L10h_salah = (28100/1200)^3/(60×1450) = tampak 56.000 jam — tetapi Fa sebenarnya = 6120N melebihi kapasitas 6210 sepenuhnya: kapasitas aksial 6210 ~30% dari C0 = 16500N = 4950N — 6120N melebihi ini
Lima Kesalahan Umum dalam Spesifikasi Bantalan Roda Gigi Cacing
| Kesalahan | Apa yang Salah? | Pendekatan yang Tepat |
|---|---|---|
| Bantalan bola alur dalam pada poros cacing | DGBB hanya mampu menangani rating radial 30% sebagai aksial. Aksial poros cacing bisa 4-7 kali radial. Beban berlebih pada bantalan dalam arah aksial — kelelahan spallasi dalam hitungan minggu hingga bulan. | Bantalan bola kontak sudut (pasangan saling berhadapan) atau bantalan rol tirus pada posisi bantalan tetap (dorong). |
| Melupakan ketegangan sabuk atau rantai pada beban radial | Tegangan sabuk V dapat mencapai 1.500-4.000 N radial pada bagian poros yang menonjol. Jika tidak disertakan, nilai Fr bantalan akan sangat diremehkan. | Tambahkan vektor gaya tegangan sabuk ke gaya radial mesh. Gunakan jumlah tegangan sabuk sisi kencang + sisi kendur untuk kasus terburuk. |
| Menentukan ukuran bantalan poros cacing sebagai bantalan tetap. | Dua bantalan tetap pada poros cacing menciptakan hambatan aksial yang melawan pemuaian termal. Saat poros memanas, kedua bantalan tersebut mengalami pramuat aksial — mempercepat kelelahan material. | Satu bantalan tetap (dorong) + satu bantalan apung. Bantalan apung memungkinkan ekspansi termal aksial. |
| Menggunakan nilai torsi katalog untuk memperkirakan beban bantalan. | Nilai torsi keluaran katalog adalah torsi nominal pada kondisi nominal. Torsi puncak aktual (saat start-up, beban berlebih) dapat 2-3 kali lebih tinggi dan menghasilkan beban bantalan yang secara proporsional lebih tinggi. | Hitung beban bantalan pada torsi operasi puncak (torsi berjalan x faktor layanan), bukan torsi nominal katalog. |
| Mengabaikan jenis bantalan saat mengganti bantalan yang rusak | Bantalan yang rusak karena spesifikasi yang salah akan rusak lagi jika diganti dengan bantalan yang spesifikasinya juga salah. Mengganti dengan komponen yang sama persis justru akan melanggengkan kesalahan desain tersebut. | Saat mengganti bantalan yang rusak, pastikan spesifikasi aslinya sudah benar sebelum memesan penggantinya. Jika kerusakan terjadi sebelum waktunya, spesifikasi asli mungkin menjadi penyebab utamanya. |
Manufaktur Presisi untuk Kinerja Poros dan Bantalan yang Andal
![]() |
![]() |
![]() |
![]() |
Korea Ever-Power
Produk dengan Data Beban Bantalan untuk Pemilihan Bantalan yang Tepat
Pertanyaan Umum tentang Bantalan
Pemilihan Bantalan Roda Gigi Cacing — Pertanyaan dari Insinyur Desain Mekanik
Dapatkan Data Beban Bantalan untuk Aplikasi Roda Gigi Cacing Anda
Tentukan daya masukan, kecepatan motor, rasio roda gigi, konfigurasi pemasangan, dan beban eksternal. Korea Ever-Power menyediakan data beban bantalan (dorongan aksial poros cacing, beban radial pada kedua posisi bantalan) untuk mendukung perhitungan pemilihan bantalan Anda.
Editor: Cxm









