Kuliah 6 Galas Galas bertindak sebagai penyokong (support) dan juga membolehkan pergerakan putaran dan menggelangsar berlaku. Boleh dikatakan setiap mesin hari ini menggunakan galas, seperti di dalam engin kenderaan, aci, kipas, basikal dan juga alat penggali terowong gergasi (umpamanya terowong Inggeris -Perancis). Dalam bab ini kita akan menyentuh beberapa jenis galas yang terdapat di pasaran dan kaedah memilih galas bebola (ball bearings) dan pengguling (roller bearing). Antara pengeluar galas ternama didunia adalah: SKF (Sweden) NTN (Jepun) Timken (USA) Untuk maklumat yang lebih mendalam dan praktikal mengenai galas, anda merujuk buku dan katalog daripada syarikat-syarikat pengeluar galas seperti di atas. Syarikat SKF merupakan pengeluar galas yang ternama dan terkenal di dunia dan juga di negara ini. Piawai untuk galas dikeluarkan oleh ISO (International Standard Organisation) dan juga AFBMA (Anti-Friction Bearing Manufacturers Association). 6. JENIS-JENIS GALAS Galas direkabentuk untuk menahan beban jejarian (radial load), beban tujah (thrust load) dan juga gabungan di antara keduanya. Nomenklatur galas bebola ditunjukkan di dalam Rajah 6.. Rajah 6. Nomenklatur galas bebola Sebahagian daripada galas-galas yang terdapat di pasaran ditunjukkan dalam Rajah 6.2. Jadual 6. merumuskan kesesuaian jenis -jenis galas dengan keadaan dan ciri-ciri pengendalian. Rajah 6.3 menunjukkan beberapa kaedah penyusunan galas untuk menampung beban paksi dan beban jejarian. mkaj 200
2 Rajah 6.2 Beberapa jenis galas (sumbangan SKF (M) Sdn. Bhd.) mkaj 200
3 Rajah 6.3 Contoh susunan galas yang dikenakan beban tujah mkaj 200
4 Nombor siri galas mengikut ISO (Piawai Antarabangsa) ditunjukkan dalam rajah 6.4 di bawah. Rajah 6.4 Nombor siri galas mengikut piawai ISO mkaj 200
5 Jadual 6. Jenis-jenis galas dan kesesuaian penggunaannya (sumbangan SKF (Malaysia) Sdn. Bhd.) mkaj 200
6 6.2 HAYAT DAN BEBAN GALAS Kedah pengiraan hayat galas mungkin berbeza sedikit di antara pengeluar-pengeluar galas. Walaubagaimanapun perbezaan ini tidaklah jauh. Konsep pengiraan yang digunakan adalah sama. Hayat galas dinyatakan dalam bentuk bilangan jam atau putaran yang mampu dilalui oleh galas. Sebelum itu kita lihat beberapa istilah penting mengenai hayat galas; Hayat galas - bilangan putaran atau jam yang mampu dijalani oleh galas pada halaju malar yang diketahui, sebelum nilai tara kegagalan terhasil. Nilai tara yang biasa digunakan adalah bukti pertama keujudan kegagalan lesu. Hayat berguna - hayat galas sehingga bukti keujudan kegagalan lesu berlaku. Hayat kadaran (L 0) - bilangan putaran atau jam yang mampu dilepasi oleh 90% daripada bilangan galas (serbasama) yang diuji sebelum nilai tara kegagalan berlaku. Beban kadaran dinamik (C) - beban jejarian malar yang mampu ditampung oleh sebilangan galas serbasama pada 0 6 kitaran gelang dalam (gelang luar tidak bergerak). Hayat kadaran galas (L0) Hayat kadaran galas menurut kaedah termudah ISO adalah L 0 = a C F dimana a = 3 untuk galas bebola (ball bearings) a = 0/3 untuk galas pengguling (roller bearing) C = beban kadaran dinamik galas [N] (sila lihat Jadual 6.4, 6.5 dan 6.6) F = beban jejarian dinamik setara [N] (kita akan lihat kaedah mengira F kemudian) Persamaan di atas boleh diperbaiki dengan mengambilkira faktor keboleharapan menjadi: L 0 = /.7 F 6.84 [ln(/ R)] C a dimana R adalah keboleharapan (%) Beban kadaran katalog (C 0) Beban kadaran katalog diberikan oleh persamaan: C 0 LDnD60 FD LRnR60 3 galas bebola a 0 galas guling 3 a F D = beban jejarian setara atau beban rekabentuk L D = hayat rekabentuk yang dikehendaki n D = halaju putaran rekabentuk L R = hayat kadaran dikehendaki n R = halaju putaran kadaran mkaj 200
7 Sekiranya factor keboleharapan diambilkira, nilai beban kadaran katalog C 0 adalah: C0 = FD x x D / b 0 ( x0)( RD ) / a untuk R 0.90 x = life measure dimensionless variate x 0 = guaranteed, or minimum value of the variate = characteristics parameter corresponding to 63.22 percentile value of the variate b = shape parameter which controls the skewness Sekiranya 2 galas digunakan bagi 2 lokasi berlainan dan setiap satunya mempunyai keboleharapan RA dan Rb, maka nilai keboleharapan rekabentuk RD adalah: R D = R AR B Sekiranya empat lokasi berlain an menggunakan keboleharapan kumulatif 0.96, maka nilai keboleharapan pada setiap lokasi boleh dikira sebagai: R D = (0.96) /4 = 0.99 atau 99 % Beban jejarian setara Pada bahagian ini kita akan melihat kaedah menentukan beban jejarian setara F untuk galas bebola jejarian (radial ball bearing) dan galas pengguling lurus jejarian (straight roller radial bearing). Galas bebola biasanya boleh menampung gabungan beban jejarian dan tujah. Walaubagaimanapun kemampuan menampung beban tujah oleh galas bebola jejarian adalah terhad dan tidak sebaik galas tujah (thrust bearing) atau galas pengguling serong (tapered roller bearing). Galas pengguling lurus jejarian pula hanya sesuai menampung beban jejarian yang lebih besar daripada galas bebola. AFBMA (Anti-Friction Bearing Manufacturers Association) menggariskan kaedah menentukan nilai beban jejarian setara untuk galas bebola seperti berikut: F = X i.v.f r + Y i.f a dimana F r - beban jejarian kenaan (daripada GBB) F a - beban tujah X i - faktor beban jejarian (Jadual 6.) Y i - faktor beban tujah (Jadual 6.) V - faktor putaran V=.0 apabila gelang dalam berputar V=.2 apablia gelang luar berputar Sekiranya galas tidak menampung sebarang beban tujah, maka nilai F = F r. Oleh itu bagi galas pengguling lurus F = F r. F e F = apabila e e VF F e VF r r = X + Y F e VF r VF r apabila F e VF r e Jadual 6.2 menyenaraikan nilai-nilai X, Y, X 2, dan Y 2 sebagai fungsi e yang juga merupakan fungsi kepada F a/c 0. mkaj 200
8 Jadual 6.2 Faktor beban jejarian setara untuk galas bebola Kaedah memilih galas bebola. Dapatkan nilai F a dan F r daripada analisis GBB. 2. Dapatkan nilai C 0 (darabkan dengan factor aplikasi sekiranya ujud). 3. Pilih saiz galas yang sesuai daripada jadual. 4. Berdasarkan nisbah F a/c o yang dikira, dapatkan nilai Y 2 daripada jadual. 5. Dapatkan nilai baru C 0 (kita panggil C 0. 6. Pilih semula saiz galas yang sesuai. 7. Sekiranya saiz yang sama diperolehi, berhenti disini. 8. Sekiranya tidak, ulangi langkah 4 semula. Kaedah memilih galas guling Pemilihan galas guling hanya melibatkan langkah -3 diatas. Galas guling biasanya tidak digunakan untuk menyokong beban paksi F a. mkaj 200
9 Faktor dan langkah keselamatan Jadual 6.3 menggaris kan panduan mengenai hayat galas yang patut digunakan untuk pelbagai jenis mesin. Jadual 6.3 Perakuan hayat galas bagi pelbagai kelas jentera Jenis Penggunaan Hayat, kjam Alatan dan radas yang jarang digunakan hingga 0.5 Enjin pesawat udara 0.5-2 Mesin untuk operasi singkat atau terputus-putus yang mana gangguan perkhidmatan 4-8 sebegini tidak mendatangkan masalah. Mesin untuk operasi terputus-putus yang memerlukan kebolehrapan tinggi 8-4 Mesin yang berkhidmat 8-jam dan tidak digunakan sepenuhnya 4-20 Mesin yang berkhidmat 8-jam dan digunakan sepenuhnya 20-30 Mesin yang berkhidmat berterusan 24 jam 50-60 Mesin yang berkhidmat berterusan 24 jam yang memerlukan keboleharapan tinggi 00-200 Di samping itu faktor keselamatan perlu digunakan untuk galas. Faktor keselamatan ini dipanggil faktor pengenaan beban (load-application factor). Faktor ini perlu didarabkan dengan nilai beban setara F untuk meninggikan lagi nilai beban kadaran dinamik. Jadual 6.4 menyenaraikan faktor pengenaan beban untuk beberapa jenis penggunaan. Jadual 6.4 Faktor pengenaan beban Jenis Penggunaan Faktor Beban Gear kepersisan.0 -. Gear dagangan. -.3 Penggunaan galas berkedap buruk.2 Mesin tanpa hentaman.0 -.2 Mesin dengan hentaman ringan.2 -.5 Mesin dengan hentaman sederhana.5-3.0 6.3 PEMILIHAN SAIZ GALAS BEBOLA DAN GALAS PENGGULING LURUS. Langkah-langkah membuat pemilihan galas adalah seperti berikut:. Daripada analisis GBB, dapatkan nilai paduan daya jejarian Fr pada kedudukan galas 2. Dapatkan halaju putaran aci nd dan hayat galas yang dikehendaki LD. Sebagai garispanduan, Jadual 6.3 boleh dirujuk. 3. Dapatkan keboleharapan R sistem 4. Dapatkan nilai beban jejarian setara F menggunakan kaedah yang telah diterangkan dalam bahagian.2 5. Ambilkira faktor pengenaan beban sekiranya perlu atau dikehendaki dan darabkan dengan nilai F. Rujuk kepada Jadual 6.4 sebagai panduan. 6. Kirakan nilai beban kadaran dinamik C seperti diterangkan dalam bahagian.2 7. Rujuk kepada Jadual 6.5 hingga 6.7 untuk buat pemilihan berdasarkan kepada nilai beban kadaran dinamik C terdekat yang lebih besar. Ketika membuat pemilihan jenis galas yang diperlukan faktor-faktor berikut perlu juga difikirkan : Ruang yang ada Beban yang bertindak - saiz, arah dan jenis beban. Salah jajaran (misalignment) Kejituan operasi Kelajuan Senyap mkaj 200
0 Kekukuhan galas Anjakan paksi - pergerakan pada arah paksi aci Pemasangan dan pembukaan Untuk memahami kaedah pemilihan galas, rujuk contoh soalan dan penyelesaian yang diberikan pada akhir bab ini. 6.4 PELINCIRAN Agen pelincir memainkan peranan penting pada galas untuk menyediakan lapisan tipis pelincir di antara permukaan yang berputar dan bergelangsar memudahkan pengagihan dan pelesapan haba mengelakan kerosakan permukaan galas melindungi kemasukan bendasing ke dalam galas Jadual 6.5 Dimensi dan beban kadaran untuk galas bebola siri-02 (Deep-grrove and Angular Contact) Jadual 6.6 Dimensi dan beban kadaran untuk galas pengguling lurus siri-02 dan siri-03 mkaj 200
Agen pelincir yang biasa digunakan adalah gris dan minyak pelincir. Terdapat berbagai-bagai gred gris dan pelincir di pasaran. Jadual 6.8 menyenaraikan perbezaan penggunaan gris dan minyak pelincir: Jadual 6.7 Penggunaan minyak pelincir Gunakan gris apabila Gunakan minyak apabila. Suhu pengendalian melebihi 00 0 C. Halaju tinggi. 2. Halaju rendah 2. Suhu tinggi 3. Perlindungan tambahan diperlukan 3. Kedap minyak (oiltight seals) untuk mengelakkan kemasukan diperlukan bendasing. 4. Penutup galas mudah diperlukan 4. Penggunaan gris tidak sesuai 5. Pengendalian untuk jangkamasa lama dan perhatian yang kurang diperlukan. 5. Pelinciran berpusat diperlukan untuk membolehkan minyak dari sumber yang sama digunakan untuk mesin -mesin lain. Contoh 6. Anda dikehendaki memilih galas bebola sentuhan-jejari pada kedudukan O dan galas pengguling lurus pada kedudukan B. Daya pada gear A adalah FA = 2700 N dan aci perlu berputar pada kelajuan 480 ppm. Melalui penyelesaian statik, tindakan pada galas di O ialah RO = -740j + 200k dan di B ialah RB = 420j - 7270k. Dapatkan saiz daripada siri.-02. Gunakan faktor pengenaan beban.4, keboleharapan 99% dan hayat rekabentuk 50 kjam. mkaj 200
2 Penyelesaian L R.n R = 0 6 L D = 50 kjam n D = 480 ppm F r pada O = [(-740) 2 + 200 2 ] /2 dan pada B = [(-7270) 2 + 420 2 ] /2 Beban kadaran: pada O (galas bebola) C = (Faktor pengenaan beban) F L D. N 6 0 D 6. 84 / a ln R /. 7a C (. 4 ) 740 200 C = 2.5 kn 2 2 / 6 ( 50, 000)( 480). 0 6 84 / 3 ln 0. 99 /. 7 saiz yang sesuai garispusat gerek = 40mm, garispusat luar = 80mm dan tebal 8mm pada B (galas pengguling lurus) C. 4 420 7270 C = 49.2 kn 2 2 / 2 3 ( 50 )( 0 )( 480 ) 6 0 ( 6. 84 ) 6. 84 3/ 0 ln 0. 99. 7( 0 / 3 ) saiz yang sesuai garispusat gerek = 60mm, garispusat luar = 0mm dan tebal 22mm Contoh 6.2 Aci di bawah menunjukkan sistem bertalis awat selari. Bahagian kendur kapi 4 mempunyai ketegangan 20% daripada bahagian tegang. Aci berputar pada kelajuan 840 ppm dan galas bebola sama saiz daripada siri-02 perlu mkaj 200
3 digunakan pada kedudukan O dan B. Keboleharapan adalah 99% sepadan dengan hayat 24 kjam. Faktor pengenaan beban adalah.0. Penyelesaian GBB Ketegangan talisawat kapi 4: 300 ( 800 60 ) 2. 96000 0. 8F 275 F = 436 N F2 = 87 N F 0 2F 550 2 M (paksi-z) = 0 -By (850) + 960 (500) = 0 B y = 565 N Oy = 395 N M (paksi-y) = 0 - Bz (850) + 523 (75) = 0 mkaj 200
4 B z = 723 N O z = 200 N n D = 840 ppm R = 0.99 L D = 24 (0) 3 jam Beban setara Disebabkan galas sama saiz perlu digunakan, kiraan adalah berdasarkan kepada beban paduan jejarian yang lebih besar. Oleh itu pada B nilai beban paduan jejarian lebih besar. 2 2 F r 565 723 Beban setara F = F r kerana tiada beban tujah. Beban kadaran dinamik C F L D. N 6 0 D 6. 84 / a ln R /. 7 a / 3 3 24( 0 )( 840) 98 6 0 ( 684. ) ln( /. ) 0 99 / 7. ( 3) = 4.88 kn Saiz galas Daripada Jadual 6.5 saiz galas bebola siri-02 yang sesuai a dalah : garispusat gerek = 2 mm garispusat luar = 32 mm lebar = 0 mm mkaj 200