Rotor Dinamiğinde Rulman Tipi ve Radyal İç Boşluklarının Kritik Hızlara Etkisi

Various sectors such as aerospace and defense industry, energy, automotive, and medical fields, rotor systems serve as the rotating elements of machines like electric motors, generators, gas turbines, steam turbines, pumps, and machining centers. In the dynamic design of rotors, one of the most critical parameters is the accurate determination of critical speeds and ensuring that these speeds are either avoided during operation or effectively damped. In this study, the effects of different bearing types and bearing clearances on the critical speed of rotating machinery systems are investigated through an integrated approach that combines theoretical calculations, finite element analysis, and experimental testing. The dynamic characteristics of the rotor-support system are highly sensitive to changes in parameters such as bearing stiffness and internal clearance. Ball bearings and roller bearings are compared, and for each type, critical speeds are analyzed at various clearance levels. Finite element analyses show that variations in system size and bearing stiffness can lead to substantial changes in critical speeds. In summary, as the internal clearance increased in the tested ball bearing (6204), the first critical speed decreased from 6469 rpm to 6433 rpm; in the roller bearing (NU204), it decreased from 6492 rpm to 6481 rpm. Moreover, experimental tests reveal that vibration response amplitudes increase in different rotor order as clearance increases. These findings highlight the importance of carefully evaluating bearing selection and internal clearance in the design of rotor systems.

Havacılık, savunma, enerji, otomotiv ve medikal sektörlerinde kullanılan; elektrik motorları, jeneratörler, gaz türbinleri, buhar türbinleri, pompalar ve işleme merkezleri gibi çoğu makinede döner elemanlar olan rotor sistemleri bulunmaktadır. Rotorların dinamik tasarımında en önemli husus ise kritik hızların doğru tayin edilmesi ve gerekiyorsa işletme hızlarından uzaklaştırılması ya da sönümlenmesidir. Bu çalışmada, farklı rulman tiplerinin ve rulman boşluklarının, döner makine sistemlerinde kritik hız üzerindeki etkileri teorik, sonlu elemanlar ve deneysel yöntemlerle bütünleşik olarak incelenmiştir. Rotor-destek sisteminin dinamik karakteristiği, özellikle rulman rijitliği ve boşluğu gibi parametrelerin değişimine duyarlıdır. Çalışmada bilyalı ve makaralı rulman tipleri karşılaştırılmış, her bir rulman tipi için farklı boşluk seviyelerinde rotorun kritik hızları analiz edilmiştir. Sonlu elemanlar analizi kullanılarak, rotor-destek yapısının boyut ve rulman rijitliklerindeki değişimlerin kritik hızlar üzerindeki etkisi gösterilmiştir. Özetle, test edilen bilyalı rulmanda (6204) iç boşluk arttıkça 1. kritik hız 6469 dev/dk’dan 6433 dev/dk’ya; makaralı rulmanda (NU204) 6492 dev/dk’dan 6481 dev/dk’ya düşmüştür. Ayrıca rotorun farklı düzlem cevaplarında titreşim genliklerinin arttığı testler sonucu tespit edilmiştir. Bu bulgular, rotor sistemlerinin tasarımında rulman seçimi ve rulman iç boşluklarının dikkatle değerlendirilmesi gerektiğini ortaya koymaktadır.