Optimasi Mesin Pencari untuk Rancang Aplikasi: Rolling Element Bearings

Rancang Aplikasi: Rolling Element Bearings

Dalam artikel sebelumnya, kita membahas sifat-sifat gaya dan momen serta menerapkan persyaratan kesetimbangan untuk memeriksa gaya yang bekerja pada struktur dan mesin (Gaya dalam Struktur dan Mesin). Sekarang kita mempertimbangkan aplikasi khusus untuk desain mekanik dan gaya yang bekerja pada komponen mesin yang disebut rolling-element bearings.

Bearings berfungsi untuk menahan poros yang berputar relatif terhadap dukungan tetap (misalnya, rumah motor, gearbox, atau transmisi). Dalam merancang peralatan transmisi daya, insinyur mekanik seringkali melakukan analisis gaya atau kesetimbangan untuk memilih ukuran dan jenis bearing yang tepat untuk aplikasi tertentu.

Klasifikasi Bearings

Bearings diklasifikasikan menjadi dua kelompok besar: rolling contact dan journal. Pada bagian ini, rolling contact bearings menjadi fokus, dan masing-masing terdiri dari komponen berikut:

• Inner race
• Outer race
• Rolling elements dalam bentuk bola, silinder, atau kerucut
• Separator yang mencegah rolling elements saling bersentuhan

Journal Bearing

Rolling-element bearings begitu umum dalam desain mesin sehingga ditemukan dalam aplikasi seberagam seperti hard disk drive, roda sepeda, sendi robotik, dan transmisi mobil. Journal bearings, di sisi lain, tidak memiliki elemen rolling.

Sebaliknya, poros hanya berputar dalam selongsong yang dipoles yang dilumasi oleh minyak atau cairan lainnya. Sama seperti puck di atas meja air hockey meluncur dengan lancar di atas lapisan udara tipis, poros dalam journal bearing meluncur dan didukung oleh lapisan minyak tipis.

Meskipun mungkin kurang akrab bagi Anda, journal bearing juga cukup umum, dan mereka digunakan untuk mendukung poros dalam mesin pembakaran dalam, pompa, dan kompresor.

Sebuah instalasi contoh dari rolling contact bearing ditunjukkan dalam Gambar diatas. Poros dan inner race bearing berputar bersama-sama, sementara outer race dan kasusnya diam.

Ketika poros didukung dengan cara ini, outer race bearing akan pas rapat ke dalam rekahan lingkaran yang sesuai yang terbentuk di dalam kasus. Saat poros berputar dan mentransmisikan daya, mungkin dalam geartrain atau transmisi, bearing bisa terkena gaya yang diarahkan baik sepanjang poros (gaya dorong) atau tegak lurus terhadapnya (gaya radial).

Seorang insinyur akan membuat keputusan tentang jenis bearing yang akan digunakan dalam mesin tergantung pada apakah gaya dorong, gaya radial, atau kombinasi dari keduanya akan bertindak pada bearing.

Journal Bearing

Ball Bearings

Jenis rolling-element bearing yang paling umum adalah ball bearing, yang menggabungkan bola baja yang dihardening, presisi digiling. Gambar diatas menggambarkan elemen-elemen utama dari sebuah bola bearing standar: inner race, outer race, bola, dan separator.

Inner dan outer races adalah koneksi bearing ke poros dan kasus. Separator (yang kadang-kadang disebut kandang atau penahan) menjaga bola-bola secara merata

berjarak di sekitar perimeter bearing dan mencegah mereka bersentuhan satu sama lain. Jika tidak, jika bearing digunakan pada kecepatan tinggi atau terkena gaya besar, gesekan bisa menyebabkannya overheat dan rusak. Dalam beberapa kasus, celah antara inner dan outer races disegel oleh cincin karet atau plastik untuk menjaga gemuk di dalam bearing dan kotoran keluar.

Pada prinsipnya, bola-bola bearing menekan ke inner dan outer races di titik-titik tunggal, mirip dengan kontak antara marmer dan lantai. Gaya yang ditransfer oleh setiap bola antara inner dan outer races oleh karena itu terkonsentrasi pada permukaan tersebut dengan cara yang intens dan relatif tajam.

Jika gaya-gaya tersebut sebaliknya bisa disebar di atas area yang lebih besar, kita akan mengharapkan bahwa bearing akan mengalami penggunaan lebih sedikit dan bertahan lebih lama. Dengan memperhatikan hal itu, rolling-element bearings yang menggabungkan roller silindris atau kerucut mungkin menjadi solusi untuk mendistribusikan gaya lebih merata.

Bearing Roller Lurus

Straight (atau cylindrical) roller bearings, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar diatas, dapat digunakan untuk mendistribusikan gaya lebih merata di atas inner dan outer races bearing. Jika Anda menempatkan beberapa pena di antara tangan Anda dan kemudian menggosokkan tangan Anda bersama-sama, Anda memiliki inti dari sebuah straight roller bearing.

Bearing Roller Tapered

Sementara straight roller bearings mendukung gaya yang sebagian besar diarahkan radial, tapered (atau angled) roller bearings dapat mendukung kombinasi gaya radial dan dorong. Hal ini karena bearing ini dibangun di sekitar roller yang berbentuk kerucut yang dipotong (Gambar diatas).

Salah satu aplikasi utama untuk tapered roller bearings adalah dalam bearing roda mobil karena baik gaya radial (berat kendaraan) dan gaya dorong (gayanya ketika kendaraan belok) hadir.

Bearing Roller Thrust

Sementara straight roller bearings mendukung gaya yang sebagian besar diarahkan radial, dan tapered roller bearings dapat mendukung kombinasi gaya radial dan dorong.

Thrust roller bearing membawa beban yang sebagian besar diarahkan sepanjang poros. Salah satu jenis thrust bearing ditunjukkan dalam Gambar diatas. Rolling elements dalam kasus ini adalah silinder yang memiliki sedikit bentuk barrel.

Berbeda dengan straight roller bearing dari Gambar sebelumnya, roller ini diorientasikan radial dan tegak lurus terhadap poros. Thrust bearings sesuai untuk aplikasi seperti meja putar yang harus mendukung berat kargo tetapi juga perlu berputar dengan bebas.