द्रव बेयरिंग
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द्रव बीयरिंग असर (यांत्रिक) होते हैं जिसमें लोड को असर वाली सतहों के बीच तेजी से चलने वाले दबाव वाले तरल या गैस की एक पतली परत द्वारा समर्थित किया जाता है।[1] चूंकि चलती भागों के बीच कोई संपर्क नहीं है, कोई फिसलने वाला घर्षण नहीं है, जिससे द्रव बीयरिंगों में कई अन्य प्रकार के बीयरिंगों की तुलना में कम घर्षण, पहनने और कंपन होता है। इस प्रकार, यदि सही ढंग से संचालित किया जाता है, तो कुछ द्रव बीयरिंगों के पास लगभग शून्य पहनना संभव है।[1]
उन्हें मोटे तौर पर दो प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है: द्रव गतिशील बीयरिंग (हाइड्रोडाइनमिक बीयरिंग के रूप में भी जाना जाता है) और हीड्रास्टाटिक बीयरिंग। हाइड्रोस्टेटिक बीयरिंग बाहरी रूप से दबाव वाले द्रव बीयरिंग होते हैं, जहां द्रव आमतौर पर तेल, पानी या हवा होता है, और एक पंप द्वारा दबाव डाला जाता है। हाइड्रोडायनामिक बियरिंग्स जर्नल की उच्च गति (द्रव पर आराम करने वाले शाफ्ट का हिस्सा) पर निर्भर करते हैं ताकि चेहरे के बीच एक कील में तरल पदार्थ पर दबाव डाला जा सके। द्रव बीयरिंग अक्सर उच्च भार, उच्च गति या उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं जहां साधारण बॉल बियरिंग का जीवन छोटा होता है या उच्च शोर और कंपन होता है। लागत कम करने के लिए भी इनका तेजी से उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, हार्ड डिस्क ड्राइव मोटर फ्लुइड बेयरिंग उनके द्वारा बदले जाने वाले बॉल बेयरिंग की तुलना में शांत और सस्ते दोनों हैं। एप्लिकेशन बहुत बहुमुखी हैं और यहां तक कि सीसे का पेंच जैसे जटिल ज्यामिति में भी इसका उपयोग किया जा सकता है।[2] फ्रांसीसी सिविल इंजीनियर एलडी गिरार्ड द्वारा द्रव असर का आविष्कार किया जा सकता है, जिन्होंने 1852 में पानी से भरे हाइड्रोलिक बीयरिंगों को शामिल करते हुए रेलवे प्रणोदन की एक प्रणाली प्रस्तावित की थी।[3][1]
ऑपरेशन
द्रव बीयरिंग गैर-संपर्क बीयरिंग हैं जो तेजी से चलने वाले दबाव वाले तरल या गैस द्रव की एक पतली परत का उपयोग चलती असर वाले चेहरों के बीच करते हैं, जो आमतौर पर घूमने वाले शाफ्ट के चारों ओर या नीचे सील होते हैं।[1] चलने वाले हिस्से संपर्क में नहीं आते हैं, इसलिए कोई स्लाइडिंग घर्षण नहीं होता है; भार बल केवल गतिमान द्रव के दबाव द्वारा समर्थित होता है। द्रव को असर में लाने के दो मुख्य तरीके हैं:
- द्रव स्थैतिक, हाइड्रोस्टेटिक और कई गैस या वायु बीयरिंगों में, द्रव को छिद्र के माध्यम से या झरझरा सामग्री के माध्यम से पंप किया जाता है। इस तरह के बीयरिंगों को शाफ्ट स्थिति नियंत्रण प्रणाली से सुसज्जित किया जाना चाहिए, जो रोटेशन की गति और शाफ्ट लोड के अनुसार द्रव के दबाव और खपत को समायोजित करता है।[4] * द्रव-गतिशील बीयरिंगों में, असर घुमाव, असर की आंतरिक सतह पर तरल पदार्थ को चूसता है, जिससे शाफ्ट के नीचे या उसके चारों ओर एक चिकनाई कील बनती है।
हीड्रास्टाटिक बीयरिंग एक बाहरी पंप पर निर्भर करते हैं। उस पंप द्वारा आवश्यक शक्ति सिस्टम ऊर्जा हानि में योगदान देती है, जैसे घर्षण घर्षण अन्यथा होता है। बेहतर सील रिसाव दर और पम्पिंग शक्ति को कम कर सकती हैं, लेकिन घर्षण बढ़ा सकती हैं।
हाइड्रोडायनामिक बीयरिंग असर में तरल पदार्थ को चूसने के लिए असर गति पर भरोसा करते हैं, और डिजाइन से कम गति पर या शुरू होने और रुकने के दौरान उच्च घर्षण और कम जीवन हो सकता है। हाइड्रोडायनामिक असर को नुकसान से बचाने के लिए स्टार्टअप और शटडाउन के लिए एक बाहरी पंप या द्वितीयक असर का उपयोग किया जा सकता है। एक द्वितीयक बियरिंग में उच्च घर्षण और कम परिचालन जीवन हो सकता है, लेकिन यदि बियरिंग शुरू होती है और रुकती है तो अच्छा समग्र सेवा जीवन होता है।
हाइड्रोडायनामिक स्नेहन
हाइड्रोडायनामिक (एचडी) स्नेहन, जिसे द्रव-फिल्म स्नेहन के रूप में भी जाना जाता है, में आवश्यक तत्व होते हैं:
- एक स्नेहक, जो एक चिपचिपा द्रव होना चाहिए।
बियरिंग (मैकेनिकल) और जर्नल के बीच द्रव का #हाइड्रोडायनामिक प्रवाह व्यवहार।
- जिन सतहों के बीच द्रव फिल्में चलती हैं, उन्हें अभिसारी होना चाहिए।
हाइड्रोडायनामिक (पूर्ण फिल्म) स्नेहन तब प्राप्त होता है जब स्नेहक की एक चिपकने वाली फिल्म द्वारा दो संभोग सतहों को पूरी तरह से अलग किया जाता है।
इस प्रकार फिल्म की मोटाई सतहों की संयुक्त खुरदरापन से अधिक हो जाती है। सीमा-परत स्नेहन की तुलना में घर्षण का गुणांक कम है। हाइड्रोडायनामिक स्नेहन चलती भागों में पहनने से रोकता है, और धातु से धातु के संपर्क को रोकता है।
हाइड्रोडायनामिक स्नेहन के लिए पतली, अभिसरण द्रव फिल्मों की आवश्यकता होती है। ये तरल पदार्थ तरल या गैस हो सकते हैं, जब तक वे चिपचिपाहट प्रदर्शित करते हैं। कंप्यूटर पंखे और स्पिनिंग डिवाइस में, हार्ड डिस्क ड्राइव की तरह, सिर हाइड्रोडायनामिक स्नेहन द्वारा समर्थित होते हैं जिसमें द्रव फिल्म वातावरण होती है।
इन फिल्मों का पैमाना माइक्रोमीटर के क्रम में होता है। उनका अभिसरण उन सतहों पर सामान्य दबाव बनाता है जिनसे वे संपर्क करते हैं, उन्हें अलग करने के लिए मजबूर करते हैं।
तीन प्रकार के बीयरिंगों में शामिल हैं:
- स्व-अभिनय: फिल्म का अस्तित्व सापेक्ष गति के कारण होता है। उदा. सर्पिल नाली बीयरिंग।
- निचोड़ फिल्म: फिल्म सापेक्ष सामान्य गति के कारण मौजूद है।
- बाहरी दबाव: फिल्म बाहरी दबाव के कारण मौजूद है।
वैचारिक रूप से बीयरिंगों को दो प्रमुख ज्यामितीय वर्गों के रूप में माना जा सकता है: बियरिंग-जर्नल (एंटी-घर्षण), और प्लेन-स्लाइडर (घर्षण)।
रेनॉल्ड्स समीकरण ों का उपयोग तरल पदार्थों के लिए शासी सिद्धांतों को प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है। ध्यान दें कि जब गैसों का उपयोग किया जाता है, तो उनकी व्युत्पत्ति अधिक शामिल होती है।
पतली फिल्मों के बारे में सोचा जा सकता है कि उन पर दबाव और चिपचिपी ताकतें काम कर रही हैं। चूँकि वेग में अंतर होता है इसलिए सतह कर्षण सदिशों में अंतर होगा। बड़े पैमाने पर संरक्षण के कारण हम दबाव में वृद्धि भी मान सकते हैं, जिससे शरीर की ताकत अलग हो जाती है।
- हाइड्रोडायनामिक स्नेहन - विशेषताएं:
- लोड बढ़ने पर न्यूनतम मोटाई के बिंदु पर द्रव फिल्म मोटाई में घट जाती है
- भार के कारण फिल्म की मोटाई कम होने से द्रव द्रव्यमान के भीतर दबाव बढ़ जाता है
- द्रव द्रव्यमान के भीतर दबाव न्यूनतम निकासी के करीब पहुंचने वाले किसी बिंदु पर सबसे बड़ा होता है और अधिकतम निकासी के बिंदु पर सबसे कम होता है (विचलन के कारण)
- दबाव बढ़ने पर चिपचिपाहट बढ़ जाती है (कतरनी के लिए अधिक प्रतिरोध)
- अधिक चिपचिपे तरल पदार्थों के उपयोग से न्यूनतम निकासी के बिंदु पर फिल्म की मोटाई बढ़ जाती है
- समान भार के साथ द्रव की श्यानता बढ़ने पर दाब बढ़ता है
- दिए गए भार और द्रव के साथ, गति बढ़ने पर फिल्म की मोटाई बढ़ेगी
- लुब्रिकेंट की चिपचिपाहट अधिक होने पर द्रव घर्षण बढ़ता है
- हाइड्रोडायनामिक स्थिति - द्रव वेग:
- द्रव का वेग जर्नल या राइडर के वेग पर निर्भर करता है
- आपेक्षिक वेग में वृद्धि जर्नल बियरिंग केंद्रों की विलक्षणता में कमी की ओर जाता है
- यह अधिक न्यूनतम फिल्म मोटाई के साथ है
- हाइड्रोडायनामिक स्थिति - भार:
- लोड बढ़ने से फिल्म की न्यूनतम मोटाई घट जाती है
- फिल्म द्रव्यमान के भीतर एक प्रतिकारी बल प्रदान करने के लिए दबाव भी बढ़ाता है
- दबाव सभी दिशाओं में कार्य करता है, इसलिए यह असर के सिरों से तेल को निचोड़ता है
- दबाव बढ़ने से द्रव की चिपचिपाहट बढ़ जाती है
असर विशेषता संख्या: चूंकि चिपचिपाहट, वेग और भार एक हाइड्रोडायनामिक स्थिति की विशेषताओं को निर्धारित करते हैं, फिल्म की मोटाई पर इनके प्रभावों के आधार पर एक असर विशेषता संख्या विकसित की गई थी।
- वेग में वृद्धि न्यूनतम बढ़ जाती है। फिल्म की मोटाई
- गाढ़ेपन में वृद्धि न्यूनतम को बढ़ाती है। फिल्म की मोटाई
- लोड में वृद्धि न्यूनतम घट जाती है। फिल्म की मोटाई
इसलिए,
- श्यानता × वेग/इकाई भार = एक आयाम रहित संख्या = C
C को 'असर विशेषता संख्या' के रूप में जाना जाता है।
C का मान कुछ हद तक इस बात का संकेत देता है कि हाइड्रोडायनामिक स्नेहन होगा या नहीं
विशेषताएं ऑपरेशन का
समान लोड रेटिंग वाले अन्य बियरिंग (मैकेनिकल) की तुलना में द्रव बियरिंग्स अपेक्षाकृत सस्ते हो सकते हैं। बियरिंग काम कर रहे तरल पदार्थ में रखने के लिए मुहरों के साथ दो चिकनी सतहों के रूप में सरल हो सकती है। इसके विपरीत, एक पारंपरिक रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग को जटिल आकार वाले कई उच्च-सटीक रोलर्स की आवश्यकता हो सकती है। हाइड्रोस्टेटिक और कई गैस बीयरिंगों में बाहरी पंपों की जटिलता और खर्च होता है।
अधिकांश द्रव बीयरिंगों को बहुत कम या कोई रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है, और लगभग असीमित जीवन होता है। पारंपरिक रोलिंग-तत्व असर ्स का जीवन आमतौर पर कम होता है और नियमित रखरखाव की आवश्यकता होती है। पंप किए गए हाइड्रोस्टैटिक और एरोस्टैटिक (गैस) गैस) बियरिंग डिज़ाइन कम घर्षण को शून्य गति तक बनाए रखते हैं और स्टार्ट/स्टॉप वियर की आवश्यकता नहीं होती है, बशर्ते पंप विफल न हो।
द्रव बीयरिंगों में आमतौर पर बहुत कम घर्षण होता है - यांत्रिक बीयरिंगों की तुलना में कहीं बेहतर। द्रव असर में घर्षण का एक स्रोत द्रव की चिपचिपाहट है जो गतिशील घर्षण की ओर जाता है जो गति के साथ बढ़ता है, लेकिन स्थैतिक घर्षण आमतौर पर नगण्य होता है। हाइड्रोस्टेटिक गैस बीयरिंग बहुत तेज गति पर भी सबसे कम घर्षण बीयरिंगों में से हैं। हालांकि, कम द्रव चिपचिपाहट का मतलब आमतौर पर असर वाली सतहों से तरल पदार्थ का तेजी से रिसाव होता है, इस प्रकार पंपों के लिए बढ़ी हुई शक्ति या सील से घर्षण की आवश्यकता होती है।
जब एक रोलर या बॉल को भारी लोड किया जाता है, तो द्रव बीयरिंगों में मंजूरी होती है जो यांत्रिक बीयरिंगों की तुलना में लोड के तहत कम बदलती हैं (कठोर होती हैं)। ऐसा लग सकता है कि बियरिंग स्टिफनेस, जैसा कि अधिकतम डिजाइन लोड के साथ होता है, औसत फ्लुइड प्रेशर और बियरिंग सरफेस एरिया का एक साधारण कार्य होगा। व्यवहार में, जब असर वाली सतहों को एक साथ दबाया जाता है, तो द्रव का बहिर्वाह संकुचित होता है। यह असर वाले चेहरों के बीच द्रव के दबाव को काफी बढ़ा देता है। चूंकि द्रव धारण करने वाले चेहरे रोलिंग सतहों की तुलना में तुलनात्मक रूप से बड़े हो सकते हैं, यहां तक कि छोटे द्रव दबाव के अंतर भी बड़े बहाल करने वाले बलों का कारण बनते हैं, जो अंतराल को बनाए रखते हैं।
हालांकि, डिस्क ड्राइव जैसे हल्के भार वाले बीयरिंगों में, सामान्य गेंद असर कठोरता ~ 10 ^ 7 एमएन / एम है। तुलनीय द्रव बीयरिंग में ~ 10^6 MN/m की कठोरता होती है।[citation needed] इस वजह से, कुछ द्रव बीयरिंग, विशेष रूप से हाइड्रोस्टेटिक बीयरिंग, जानबूझकर कठोरता को बढ़ाने के लिए असर को प्री-लोड करने के लिए डिज़ाइन किए गए हैं।
द्रव बीयरिंग अक्सर स्वाभाविक रूप से महत्वपूर्ण भिगोना जोड़ते हैं। यह जर्नल बेयरिंग (कभी-कभी शंक्वाकार या रॉकिंग मोड कहा जाता है) की जाइरोस्कोपिक आवृत्तियों पर प्रतिध्वनि को कम करने में मदद करता है।
एक यांत्रिक असर बनाना बहुत मुश्किल है जो परमाणु रूप से चिकना और गोल हो; और यांत्रिक बीयरिंग केन्द्रापसारक बल के कारण उच्च गति के संचालन में ख़राब हो जाते हैं। इसके विपरीत, मामूली खामियों और मामूली विकृतियों के लिए द्रव बीयरिंग स्वयं सही होते हैं।
रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग की तुलना में द्रव बियरिंग्स आमतौर पर शांत और चिकनी (अधिक सुसंगत घर्षण) होती हैं। उदाहरण के लिए, द्रव बीयरिंग के साथ निर्मित हार्ड डिस्क ड्राइव में 20-24 डेसिबल के क्रम में बीयरिंग/मोटर के लिए शोर रेटिंग होती है, जो शांत कमरे के पृष्ठभूमि शोर से थोड़ी अधिक होती है। रोलिंग-एलीमेंट बियरिंग पर आधारित ड्राइव आमतौर पर कम से कम 4 डीबी शोर करने वाली होती हैं।
बॉल या रोलिंग एलिमेंट बियरिंग की तुलना में फ्लुइड बियरिंग्स को कम NRRO (नॉन रिपीटेबल रन आउट) के साथ बनाया जा सकता है। यह आधुनिक हार्ड डिस्क ड्राइव और अल्ट्रा सटीक स्पिंडल में महत्वपूर्ण हो सकता है।
कम्प्रेसर में शाफ्ट का समर्थन करने और पता लगाने के लिए टिल्टिंग पैड बियरिंग्स का उपयोग रेडियल बियरिंग्स के रूप में किया जाता है।
नुकसान
- बीयरिंगों को घिसाव से बचाने के लिए दबाव बनाए रखना चाहिए और दबाव पड़ने पर हीड्रास्टाटिक प्रकार पूरी तरह से स्थिर हो सकते हैं।
- कुल मिलाकर बिजली की खपत आमतौर पर बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक होती है।
- बिजली की खपत और कठोरता या नमी तापमान के साथ बहुत भिन्न होती है, जो विस्तृत तापमान सीमा स्थितियों में तरल असर के डिजाइन और संचालन को जटिल बनाती है।
- कई प्रकार के द्रव बीयरिंग विनाशकारी रूप से सदमे की स्थिति या आपूर्ति दबाव के अप्रत्याशित नुकसान के तहत जब्त कर सकते हैं। बॉल बेयरिंग अधिक धीरे-धीरे बिगड़ते हैं और ध्वनिक लक्षण प्रदान करते हैं।
- बॉल बेयरिंग में केज फ्रीक्वेंसी वाइब्रेशन की तरह, हाफ फ्रीक्वेंसी भंवर एक बियरिंग अस्थिरता है जो एक्सेंट्रिक अग्रगमन उत्पन्न करती है जिससे खराब प्रदर्शन और कम जीवन हो सकता है।
- द्रव रिसाव; असर में द्रव रखना तरल प्रकार के लिए एक चुनौती हो सकती है, कुछ स्थितियों में वैक्यूम रिकवरी और निस्पंदन की आवश्यकता हो सकती है।
- तेल द्रव बीयरिंग उन वातावरणों में अव्यावहारिक हैं जहां तेल रिसाव विनाशकारी हो सकता है या जहां रखरखाव किफायती नहीं है।
- द्रव असर वाले पैड को अक्सर जोड़े या ट्रिपल में इस्तेमाल करना पड़ता है ताकि एक तरफ से झुकाव और तरल पदार्थ को खोने से बचा जा सके।
- ग्रीस रहित यांत्रिक बीयरिंगों के विपरीत, द्रव बीयरिंग कुछ विशेष वैज्ञानिक अनुसंधान अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक बेहद कम तापमान पर काम नहीं कर सकते।
कुछ द्रव बीयरिंग
आइस स्केटिंग एक हाइड्रोडायनामिक द्रव असर बनाता है जहां स्केट और बर्फ को पानी की एक परत द्वारा अलग किया जाता है।
पन्नी बीयरिंग
पन्नी असर एक प्रकार का फ़्लूइड डायनामिक एयर बियरिंग है जिसे 1960 के दशक में Garrett AiResearch द्वारा हाई स्पीड टर्बाइन अनुप्रयोगों में पेश किया गया था। वे काम कर रहे तरल पदार्थ के रूप में एक गैस का उपयोग करते हैं, आमतौर पर हवा, और किसी बाहरी दबाव प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन स्पिन-अप और स्पिन-डाउन के दौरान पहनने से रोकने के लिए सावधानीपूर्वक डिजाइन की आवश्यकता होती है जब असर भौतिक संपर्क बनाता है।
- ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 Rowe, W. Brian (2012). Hydrostatic, Aerostatic and Hybrid Bearing Design. Butterworth-Heinemann. pp. 1–4. ISBN 0123972396.
- ↑ [1], "Hydrostatic nut and lead screw assembly, and method of forming said nut", issued 1994-12-29
- ↑ Girard, L. Dominique (1852). Hydraulique appliquée. Nouveau système de locomotion sur les chemins de fer (Applied hydraulics. New locomotion system for railways). Ecole Polytechnique.
- ↑ Il’ina T.E., Prodan N.V. (2015). "Element design for an inkjet system of hydrostatic gas bearing control". Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics. 15 (5): 921–929.
