रोलिंग-एलिमेंट बेयरिंग

एक सीलबंद गहरी नाली बॉल बेयरिंग

मैकेनिकल इंजीनियरिंग में, एक रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग, जिसे रोलिंग बियरिंग के रूप में भी जाना जाता है,^[1] एक असर (यांत्रिक) है जो रेस (असर) कहे जाने वाले दो कंसेंट्रिक, नाली (इंजीनियरिंग) रिंग्स के बीच रोलिंग एलिमेंट्स (जैसे बॉल्स या रोलर्स) को रखकर भार वहन करता है। दौड़ की सापेक्ष गति रोलिंग तत्वों को बहुत कम रोलिंग प्रतिरोध और थोड़ी रपट (गति)गति) के साथ रोलिंग करने का कारण बनती है।

जल्द से जल्द और सबसे प्रसिद्ध रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स में से एक है, जो शीर्ष पर एक बड़े पत्थर के ब्लॉक के साथ जमीन पर रखे गए लॉग के सेट हैं। जैसे ही पत्थर को खींचा जाता है, लट्ठे जमीन के साथ थोड़े फिसलने वाले घर्षण के साथ लुढ़कते हैं। जैसे ही प्रत्येक लट्ठा पीछे की ओर आता है, इसे सामने की ओर ले जाया जाता है जहां ब्लॉक फिर उस पर लुढ़क जाता है। एक मेज पर कई पेन या पेंसिल रखकर और उनके ऊपर एक वस्तु रखकर इस तरह के असर की नकल करना संभव है। बीयरिंगों के ऐतिहासिक विकास के बारे में अधिक जानने के लिए बियरिंग्स (मैकेनिकल) देखें।

एक रोलिंग तत्व रोटरी असर एक बहुत बड़े छेद में शाफ्ट का उपयोग करता है, और रोलर्स नामक सिलेंडर शाफ्ट और छेद के बीच की जगह को कसकर भरते हैं। जैसे ही शाफ्ट मुड़ता है, उपरोक्त उदाहरण में प्रत्येक रोलर लॉग के रूप में कार्य करता है। हालाँकि, चूंकि असर गोल है, रोलर्स कभी भी भार के नीचे से नहीं गिरते हैं।

रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स में लागत, आकार, वजन, वहन क्षमता, स्थायित्व, सटीकता, घर्षण, और इसी तरह के बीच एक अच्छे व्यापार का लाभ है। अन्य असर डिजाइन अक्सर एक विशिष्ट विशेषता पर बेहतर होते हैं, लेकिन अधिकांश अन्य विशेषताओं में बदतर होते हैं, हालांकि द्रव बीयरिंग कभी-कभी क्षमता, स्थायित्व, सटीकता, घर्षण, रोटेशन दर और कभी-कभी लागत पर एक साथ बेहतर प्रदर्शन कर सकते हैं। रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स के रूप में केवल सादे बीयरिंगों का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। सामान्य यांत्रिक घटक जहां वे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं वे हैं - मोटर वाहन, औद्योगिक, समुद्री और एयरोस्पेस अनुप्रयोग। वे आधुनिक तकनीक के लिए बहुत जरूरी उत्पाद हैं। रोलिंग एलिमेंट बेयरिंग को एक मजबूत नींव से विकसित किया गया था जिसे हजारों वर्षों में बनाया गया था। यह अवधारणा प्राचीन रोम में अपने आदिम रूप में उभरी;^[2] मध्य युग में एक लंबी निष्क्रिय अवधि के बाद, लियोनार्डो दा विंची द्वारा पुनर्जागरण के दौरान इसे पुनर्जीवित किया गया, सत्रहवीं और अठारहवीं शताब्दी में तेजी से विकसित हुआ।

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डिजाइन

रोलिंग-तत्व बीयरिंग में उपयोग किए जाने वाले पांच प्रकार के रोलिंग तत्व हैं: गेंदें, बेलनाकार रोलर्स, गोलाकार रोलर्स, पतला रोलर्स और सुई रोलर्स।

अधिकांश रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स में पिंजरे होते हैं। पिंजरे तत्वों को एक दूसरे के खिलाफ रगड़ने से रोककर घर्षण, घिसाव और बांधना कम करते हैं। 18वीं शताब्दी के मध्य में जॉन हैरिसन द्वारा कालक्रम पर अपने काम के हिस्से के रूप में पिंजरे वाले रोलर बीयरिंग का आविष्कार किया गया था।^[3] रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स का आकार 10 मिमी व्यास से लेकर कुछ मीटर व्यास तक हो सकता है, और भार वहन करने की क्षमता कुछ दसियों ग्राम से लेकर कई हज़ार टन तक हो सकती है।

बॉल बेयरिंग

एक विशेष रूप से सामान्य प्रकार का रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग [[बॉल बियरिंग)]] है। बियरिंग में इनर और आउटर रेस (बेयरिंग) होती है जिसके बीच में बॉल (बेयरिंग) लुढ़कती है। प्रत्येक दौड़ में एक खांचा होता है जो आमतौर पर आकार का होता है इसलिए गेंद थोड़ी ढीली हो जाती है। इस प्रकार, सिद्धांत रूप में, गेंद एक बहुत ही संकीर्ण क्षेत्र में प्रत्येक दौड़ से संपर्क करती है। हालाँकि, एक असीम रूप से छोटे बिंदु पर भार असीम रूप से उच्च संपर्क दबाव का कारण होगा। व्यवहार में, गेंद थोड़ा विकृत (चपटी) हो जाती है, जहां यह प्रत्येक दौड़ से संपर्क करती है, जहां एक टायर चपटा होता है, जहां यह सड़क से संपर्क करता है। जहां प्रत्येक गेंद इसके खिलाफ दबती है, दौड़ में थोड़ा परिणाम भी मिलता है। इस प्रकार, गेंद और रेस के बीच संपर्क सीमित आकार का होता है और इसका दबाव भी सीमित होता है। विकृत गेंद और दौड़ पूरी तरह से सुचारू रूप से नहीं लुढ़कती है क्योंकि गेंद के अलग-अलग हिस्से अलग-अलग गति से चलते हैं क्योंकि यह लुढ़कता है। इस प्रकार, प्रत्येक गेंद/दौड़ संपर्क पर विरोधी बल और स्लाइडिंग गतियां होती हैं। कुल मिलाकर, ये बियरिंग ड्रैग का कारण बनते हैं।

रोलर बीयरिंग

NU206 प्रकार के बेलनाकार रोलर असर में लोड वितरण (सामान्य बल प्रति रोलर)। आंतरिक रिंग और असर के रोलर्स वामावर्त घुमाते हैं; 3,000 N का स्थिर रेडियल भार नीचे की दिशा में आंतरिक रिंग पर कार्य करता है। बेयरिंग में 13 रोलर्स हैं, जिनमें से 4 हमेशा लोड में रहते हैं।

बेलनाकार रोलर

एक बेलनाकार रोलर असर

रोलर बेयरिंग बियरिंग_(मैकेनिकल)#इतिहास प्रकार के रोलिंग-एलिमेंट-बेयरिंग हैं, जो कम से कम 40 ईसा पूर्व के हैं। सामान्य रोलर बीयरिंग व्यास की तुलना में थोड़ी अधिक लंबाई के सिलेंडरों का उपयोग करते हैं। रोलर बेयरिंग में आमतौर पर बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक रेडियल भार क्षमता होती है, लेकिन अक्षीय भार के तहत कम क्षमता और उच्च घर्षण होता है। यदि आंतरिक और बाहरी दौड़ गलत हैं, तो असर क्षमता अक्सर बॉल बेयरिंग या गोलाकार रोलर बेयरिंग की तुलना में जल्दी गिर जाती है।

जैसा कि सभी रेडियल बीयरिंगों में होता है, बाहरी भार को रोलर्स के बीच लगातार पुनर्वितरित किया जाता है। अक्सर रोलर्स की कुल संख्या के आधे से भी कम भार का एक महत्वपूर्ण हिस्सा ले जाते हैं। दाईं ओर का एनीमेशन दिखाता है कि कैसे आंतरिक रिंग के घूमने पर असर वाले रोलर्स द्वारा एक स्थिर रेडियल लोड का समर्थन किया जाता है।

गोलाकार रोलर

एक गोलाकार रोलर असर

गोलाकार रोलर बीयरिंग में एक आंतरिक गोलाकार आकृति के साथ एक बाहरी रिंग होती है। रोलर्स बीच में मोटे और सिरों पर पतले होते हैं। गोलाकार रोलर बीयरिंग इस प्रकार स्थिर और गतिशील मिसलिग्न्मेंट दोनों को समायोजित कर सकते हैं। हालांकि, गोलाकार रोलर्स का उत्पादन करना मुश्किल होता है और इस प्रकार महंगा होता है, और बीयरिंगों में आदर्श बेलनाकार या पतला रोलर असर की तुलना में अधिक घर्षण होता है क्योंकि रोलिंग तत्वों और रिंगों के बीच एक निश्चित मात्रा में फिसलन होगी।

गियर असर

एक गियर असर

गियर बेयरिंग रोलर बेयरिंग है जो एपिसाइक्लिकल गियर से जुड़ा है। इसके प्रत्येक तत्व को रोलर्स और गियरव्हील्स के संकेंद्रित प्रत्यावर्तन द्वारा रोलर (एस) व्यास (एस) से गियरव्हील (एस) पिच व्यास (एस) की समानता के साथ दर्शाया गया है। जोड़े में संयुग्मित रोलर्स और गियरव्हील की चौड़ाई समान होती है। सगाई कुशल रोलिंग अक्षीय संपर्क का एहसास करने के लिए हेरिंगबोन या तिरछा अंत चेहरे के साथ है। इस असर का नकारात्मक पहलू विनिर्माण जटिलता है। उदाहरण के लिए, गियर असर ्स का उपयोग कुशल रोटरी निलंबन के रूप में किया जा सकता है, उपकरणों और घड़ियों को मापने में कीनेमेटिकली सरलीकृत ग्रहीय गियर तंत्र।

पतला रोलर

एक पतला रोलर असर

पतला रोलर बीयरिंग शंक्वाकार रोलर्स का उपयोग करते हैं जो शंक्वाकार दौड़ पर चलते हैं। अधिकांश रोलर बीयरिंग केवल रेडियल या अक्षीय भार लेते हैं, लेकिन पतला रोलर बीयरिंग रेडियल और अक्षीय भार दोनों का समर्थन करते हैं, और आमतौर पर अधिक संपर्क क्षेत्र के कारण बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक भार उठा सकते हैं। पतला रोलर बीयरिंग का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, अधिकांश पहिए वाले भूमि वाहनों के पहिया बीयरिंग के रूप में। इस बियरिंग का नकारात्मक पक्ष यह है कि निर्माण की जटिलताओं के कारण, टेपर्ड रोलर बेयरिंग आमतौर पर बॉल बेयरिंग की तुलना में अधिक महंगे होते हैं; और इसके अतिरिक्त भारी भार के तहत पतला रोलर एक पच्चर की तरह होता है और भार वहन करने वाले रोलर को बाहर निकालने की कोशिश करते हैं; कॉलर से बल जो रोलर को असर में रखता है, बॉल बेयरिंग की तुलना में घर्षण को बढ़ाता है।

सुई रोलर

एक सुई रोलर असर

सुई रोलर बीयरिंग बहुत लंबे और पतले सिलेंडरों का उपयोग करते हैं। अक्सर रोलर्स के सिरे नुकीले हो जाते हैं, और इनका उपयोग रोलर्स को बंदी बनाए रखने के लिए किया जाता है, या वे गोलार्द्ध हो सकते हैं और बंदी नहीं होते हैं, लेकिन स्वयं शाफ्ट या इसी तरह की व्यवस्था द्वारा आयोजित किए जाते हैं। चूंकि रोलर्स पतले होते हैं, असर का बाहरी व्यास बीच के छेद से थोड़ा ही बड़ा होता है। हालांकि, छोटे-व्यास वाले रोलर्स को तेजी से झुकना चाहिए जहां वे दौड़ से संपर्क करते हैं, और इस प्रकार असर वाली थकान (सामग्री) अपेक्षाकृत जल्दी होती है।

CARB toroidal रोलर बीयरिंग

सीआरबी बीयरिंग टोरॉयडल रोलर बीयरिंग हैं और गोलाकार रोलर बीयरिंग के समान हैं, लेकिन दोनों कोणीय मिसलिग्न्मेंट और अक्षीय विस्थापन दोनों को समायोजित कर सकते हैं।^[4] गोलाकार रोलर बेयरिंग की तुलना में, उनकी वक्रता की त्रिज्या एक गोलाकार त्रिज्या से अधिक लंबी होती है, जिससे वे गोलाकार और बेलनाकार रोलर्स के बीच एक मध्यवर्ती रूप बन जाते हैं। उनकी सीमा यह है कि एक बेलनाकार रोलर की तरह, वे अक्षीय रूप से स्थित नहीं होते हैं। सीआरबी बीयरिंग आमतौर पर गोलाकार रोलर असर जैसे लोकेटिंग असर वाले जोड़े में उपयोग किए जाते हैं।^[4]यह गैर-ढूंढने वाला असर एक फायदा हो सकता है, क्योंकि इसका उपयोग शाफ्ट और आवास को स्वतंत्र रूप से थर्मल विस्तार से गुजरने की अनुमति देने के लिए किया जा सकता है।

Toroidal रोलर बीयरिंग 1995 में SKF द्वारा CARB बियरिंग्स के रूप में पेश किए गए थे।^[5] बेयरिंग के पीछे आविष्कारक इंजीनियर मैग्नस केलस्ट्रॉम थे।^[6]

कॉन्फ़िगरेशन

दौड़ का विन्यास गतियों और भारों के प्रकारों को निर्धारित करता है जो एक बियरिंग सबसे अच्छा समर्थन कर सकता है। एक दिया गया कॉन्फ़िगरेशन निम्न प्रकार के कई लोडिंग को पूरा कर सकता है।

थ्रस्ट लोडिंग

एक जोर रोलर असर

थ्रस्ट बियरिंग का उपयोग अक्षीय भार, जैसे ऊर्ध्वाधर शाफ्ट का समर्थन करने के लिए किया जाता है। सामान्य डिज़ाइन थ्रस्ट बॉल बेयरिंग, गोलाकार रोलर थ्रस्ट बियरिंग्स, गोलाकार रोलर जोर असर या बेलनाकार रोलर थ्रस्ट बियरिंग्स हैं। गैर-रोलिंग-तत्व बीयरिंग जैसे कि हाइड्रोस्टैटिक या चुंबकीय बीयरिंग कुछ उपयोग देखते हैं जहां विशेष रूप से भारी भार या कम घर्षण की आवश्यकता होती है।

रेडियल लोडिंग

रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स का उपयोग अक्सर उनके कम रोलिंग घर्षण के कारण एक्सल के लिए किया जाता है। हल्के भार के लिए, जैसे कि साइकिल, बॉल बेयरिंग का अक्सर उपयोग किया जाता है। भारी भार के लिए और जहां कॉर्नरिंग के दौरान भार बहुत बदल सकता है, जैसे कार और ट्रक, पतला रोलिंग बियरिंग्स का उपयोग किया जाता है।

रेखीय गति

रैखिक गति रोलर-तत्व बीयरिंग आमतौर पर शाफ्ट या फ्लैट सतहों के लिए डिज़ाइन किए जाते हैं। सपाट सतह बीयरिंग में अक्सर रोलर्स होते हैं और एक पिंजरे में लगाए जाते हैं, जिसे दो सपाट सतहों के बीच रखा जाता है; एक सामान्य उदाहरण ड्रॉअर-सपोर्ट हार्डवेयर है। एक शाफ्ट के लिए रोलर-एलिमेंट बियरिंग एक खांचे में बियरिंग बॉल्स का उपयोग करती है, जो बियरिंग चाल के रूप में उन्हें एक छोर से दूसरे छोर तक पुन: परिचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है; जैसे, उन्हें लीनियर बॉल बेयरिंग कहा जाता है^[7] या रीसर्क्युलेटिंग बियरिंग्स।

असर विफलता

पहाड़ की साइकिल से समय से पहले विफल रियर बियरिंग कोन, गीली स्थितियों, अनुचित स्नेहन, अनुचित प्री-लोड समायोजन, और बार-बार शॉक लोडिंग से थकान के संयोजन के कारण होता है।

रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स अक्सर गैर-आदर्श परिस्थितियों में अच्छी तरह से काम करते हैं, लेकिन कभी-कभी छोटी-मोटी समस्याओं के कारण बियरिंग जल्दी और रहस्यमय तरीके से विफल हो जाती हैं। उदाहरण के लिए, एक स्थिर (गैर-घूर्णन) भार के साथ, छोटे कंपन धीरे-धीरे दौड़ और रोलर्स या गेंदों (झूठी ब्रिनिंग) के बीच स्नेहक को दबा सकते हैं। लुब्रिकेंट के बिना बेयरिंग विफल हो जाता है, भले ही यह घूम नहीं रहा है और इस प्रकार स्पष्ट रूप से इसका उपयोग नहीं किया जा रहा है। इस प्रकार के कारणों के लिए, अधिकांश असर डिजाइन विफलता विश्लेषण के बारे में है। बीयरिंगों की गलती की पहचान के लिए कंपन आधारित विश्लेषण का उपयोग किया जा सकता है।^[8]

जीवन भर या असर की भार क्षमता की तीन सामान्य सीमाएँ हैं: घर्षण, थकान और दबाव-प्रेरित वेल्डिंग। घर्षण तब होता है जब असर सामग्री पर खुरचने वाले कठोर संदूषकों द्वारा सतह का क्षरण होता है। थकान का परिणाम तब होता है जब कोई सामग्री बार-बार लोड होने और छोड़ने के बाद भंगुर हो जाती है। जहां गेंद या रोलर दौड़ को छूता है वहां हमेशा कुछ विरूपण होता है, और इसलिए थकान का खतरा होता है। छोटी गेंदें या रोलर्स अधिक तेजी से विकृत होते हैं, और इसलिए तेजी से थक जाते हैं। दबाव-प्रेरित वेल्डिंग तब हो सकती है जब दो धातु के टुकड़ों को एक साथ बहुत अधिक दबाव में दबाया जाता है और वे एक हो जाते हैं। हालांकि गेंदें, रोलर्स और रेस चिकने दिख सकते हैं, वे सूक्ष्म रूप से खुरदुरे होते हैं। इस प्रकार, उच्च दबाव वाले धब्बे होते हैं जो असर वाले स्नेहक को दूर धकेलते हैं। कभी-कभी, परिणामी धातु-से-धातु संपर्क दौड़ के लिए गेंद या रोलर के एक सूक्ष्म भाग को वेल्ड करता है। जैसा कि असर घूमना जारी रखता है, तब वेल्ड अलग हो जाता है, लेकिन यह रेस को वेल्डेड करने के लिए वेल्डेड या दौड़ के लिए वेल्डेड छोड़ सकता है।

हालांकि बेअरिंग की विफलता के कई अन्य स्पष्ट कारण हैं, अधिकांश को इन तीनों तक कम किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक बीयरिंग जो स्नेहक से सूख जाती है, विफल नहीं होती है क्योंकि यह स्नेहक के बिना होती है, लेकिन क्योंकि स्नेहन की कमी से थकान और वेल्डिंग होती है, और परिणामी पहनने वाले मलबे से घर्षण हो सकता है। इसी तरह की घटनाएँ झूठी ब्रिनिंग क्षति में होती हैं। उच्च गति के अनुप्रयोगों में, तेल का प्रवाह संवहन द्वारा असर वाले धातु के तापमान को भी कम करता है। असर द्वारा उत्पन्न घर्षण हानि के लिए तेल हीट सिंक बन जाता है।

आईएसओ ने असर विफलताओं को आईएसओ 15243 क्रमांकित दस्तावेज़ में वर्गीकृत किया है।

जीवन गणना मॉडल

रोलिंग बेयरिंग के जीवन को क्रांतियों की संख्या या किसी दिए गए गति पर ऑपरेटिंग घंटों की संख्या के रूप में व्यक्त किया जाता है, जो धातु की थकान (जिसे स्पॉलिंग के रूप में भी जाना जाता है) के पहले संकेत से पहले सहन करने में सक्षम है, आंतरिक के रेसवे पर होता है। या बाहरी रिंग, या एक रोलिंग तत्व पर। तथाकथित जीवन मॉडल की मदद से बीयरिंगों के धीरज जीवन की गणना संभव है। अधिक विशेष रूप से, जीवन मॉडल का उपयोग असर के आकार को निर्धारित करने के लिए किया जाता है - चूंकि यह सुनिश्चित करने के लिए पर्याप्त होना चाहिए कि असर निश्चित परिभाषित परिचालन स्थितियों के तहत आवश्यक जीवन देने के लिए पर्याप्त मजबूत है।

हालांकि, नियंत्रित प्रयोगशाला स्थितियों के तहत, समान परिस्थितियों में काम करने वाले प्रतीत होने वाले समान बीयरिंगों में अलग-अलग धीरज जीवन हो सकते हैं। इस प्रकार, असर जीवन की गणना विशिष्ट बीयरिंगों के आधार पर नहीं की जा सकती है, बल्कि इसके बजाय बीयरिंगों की आबादी का जिक्र करते हुए सांख्यिकीय शर्तों से संबंधित है। लोड रेटिंग के संबंध में सभी जानकारी तब जीवन पर आधारित होती है, जो स्पष्ट रूप से समान बीयरिंगों के पर्याप्त बड़े समूह का 90% प्राप्त करने या उससे अधिक होने की उम्मीद की जा सकती है। यह असर जीवन की अवधारणा की स्पष्ट परिभाषा देता है, जो सही असर आकार की गणना करने के लिए आवश्यक है। जीवन मॉडल इस प्रकार अधिक वास्तविक रूप से असर के प्रदर्शन की भविष्यवाणी करने में मदद कर सकते हैं।

असर जीवन की भविष्यवाणी आईएसओ 281 में वर्णित है^[9] और एएनएसआई/अमेरिकन बियरिंग मैन्युफैक्चरर्स एसोसिएशन स्टैंडर्ड 9 और 11।^[10]

रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग के लिए पारंपरिक जीवन भविष्यवाणी मॉडल मूल जीवन समीकरण का उपयोग करता है:^[11]

L_{10}=(C/P)^{p}

कहाँ:

$L_{10}$ 90% की विश्वसनीयता के लिए 'मूल जीवन' (आमतौर पर लाखों क्रांतियों में उद्धृत) है, यानी 10% से अधिक बीयरिंगों के विफल होने की उम्मीद नहीं है
$C$ निर्माता द्वारा उद्धृत असर की गतिशील लोड रेटिंग है
$P$ असर पर लागू समतुल्य गतिशील भार है
$p$ एक स्थिर है: बॉल बेयरिंग के लिए 3, शुद्ध लाइन संपर्क के लिए 4 और रोलर बीयरिंग के लिए 3.33

मूल जीवन या $L_{10}$ जीवन है कि 90% बीयरिंगों तक पहुंचने या उससे अधिक होने की उम्मीद की जा सकती है।^[9]माध्यिका या औसत जीवन, जिसे कभी-कभी असफलता के बीच औसत समय (एमटीबीएफ) कहा जाता है, परिकलित मूल रेटिंग जीवन का लगभग पांच गुना है।^[11]कई कारक, 'एएसएमई पांच कारक मॉडल',^[12]आगे समायोजित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है $L_{10}$ जीवन वांछित विश्वसनीयता, स्नेहन, संदूषण, आदि पर निर्भर करता है।

इस मॉडल का प्रमुख निहितार्थ यह है कि बियरिंग लाइफ परिमित है, और डिजाइन लोड और अनुप्रयुक्त लोड के बीच के अनुपात की घन शक्ति से कम हो जाती है। इस मॉडल को 1924, 1947 और 1952 में :sv:Arvid Palmgren और Gustaf Lundberg ने अपने पेपर डायनामिक कैपेसिटी ऑफ रोलिंग बियरिंग्स में विकसित किया था।^[12]^[13]मॉडल की तारीख 1924 से है, स्थिरांक के मान $p$ युद्ध के बाद के कार्यों से। उच्च $p$ मूल्यों को इसके डिज़ाइन लोड के नीचे सही ढंग से उपयोग किए जाने वाले बियरिंग के लिए लंबे जीवनकाल के रूप में देखा जा सकता है, या साथ ही बढ़ी हुई दर के रूप में भी देखा जा सकता है जिसके द्वारा ओवरलोड होने पर जीवनकाल छोटा हो जाता है।

इस मॉडल को आधुनिक बीयरिंगों के लिए गलत माना गया था। विशेष रूप से असर वाले स्टील्स की गुणवत्ता में सुधार के कारण, 1924 मॉडल में विफलताओं के विकास के तंत्र अब उतने महत्वपूर्ण नहीं हैं। 1990 के दशक तक, वास्तविक बीयरिंगों को भविष्यवाणी की तुलना में 14 गुना अधिक सेवा जीवन देने के लिए पाया गया था।^[12]थकान भरे जीवन के आधार पर एक स्पष्टीकरण सामने रखा गया; अगर बियरिंग को कभी भी थकान की ताकत से अधिक नहीं होने के लिए लोड किया गया था, तो थकान से विफलता के लिए लुंडबर्ग-पामग्रेन तंत्र कभी नहीं होगा।^[12]यह AISI 52100 जैसे सजातीय वैक्यूम पिघला हुआ स्टील ्स पर निर्भर करता है, जो आंतरिक समावेशन से बचा जाता है जो पहले रोलिंग तत्वों के भीतर तनाव बढ़ाने वालों के रूप में काम करता था, और प्रभाव भार से बचने वाले असर वाले ट्रैक के लिए चिकनी खत्म पर भी।^[10] $p$ h> स्थिरांक में अब बॉल के लिए 4 और रोलर बेयरिंग के लिए 5 के मान थे। बशर्ते लोड सीमाएं देखी गईं, 'थकान सीमा' का विचार जीवन भर की गणनाओं में प्रवेश करता है। यदि असर इस सीमा से अधिक लोड नहीं किया गया था, तो इसका सैद्धांतिक जीवनकाल केवल बाहरी कारकों, जैसे प्रदूषण या स्नेहन की विफलता से ही सीमित होगा।

शैफलर समूह द्वारा बियरिंग लाइफ का एक नया मॉडल पेश किया गया और एसकेएफ द्वारा इयोनाइड्स-हैरिस मॉडल के रूप में विकसित किया गया।^[13]^[14] ISO 281:2000 ने सबसे पहले इस मॉडल को शामिल किया और ISO 281:2007 इस पर आधारित है।

थकान सीमा की अवधारणा, और इस प्रकार आईएसओ 281:2007, कम से कम अमेरिका में विवादास्पद बनी हुई है।^[10]^[12]

सामान्यीकृत बियरिंग लाइफ मॉडल (GBLM)

2015 में, SKF सामान्यीकृत बियरिंग लाइफ मॉडल (GBLM) पेश किया गया था।^[15] पिछले जीवन मॉडल के विपरीत, GBLM स्पष्ट रूप से सतह और उपसतह विफलता मोड को अलग करता है - मॉडल को कई अलग-अलग विफलता मोड को समायोजित करने के लिए लचीला बनाता है। आधुनिक बीयरिंग और अनुप्रयोग कम विफलताओं को दिखाते हैं, लेकिन जो विफलताएँ होती हैं वे सतह के तनाव से अधिक जुड़ी होती हैं। सतह को उपसतह से अलग करके, शमन तंत्र को अधिक आसानी से पहचाना जा सकता है। GBLM उन्नत ट्राइबोलॉजी मॉडल का उपयोग करता है^[16] सतही थकान के मूल्यांकन से प्राप्त एक सतही संकट विफलता मोड फ़ंक्शन पेश करने के लिए। उपसतह थकान के लिए, GBLM शास्त्रीय हर्ट्ज़ियन रोलिंग संपर्क मॉडल का उपयोग करता है। इन सबके साथ, जीबीएलएम में स्नेहन, संदूषण और रेसवे सतह गुणों के प्रभाव शामिल हैं, जो एक साथ रोलिंग संपर्क में तनाव वितरण को प्रभावित करते हैं।

2019 में, सामान्यीकृत असर वाले जीवन मॉडल को फिर से लॉन्च किया गया। अद्यतन मॉडल हाइब्रिड बीयरिंगों के लिए भी जीवन गणना प्रदान करता है, यानी स्टील के छल्ले और सिरेमिक (सिलिकॉन नाइट्राइड) रोलिंग तत्वों के साथ बीयरिंग।^[17]^[18] यहां तक कि अगर 2019 जीबीएलएम रिलीज को मुख्य रूप से हाइब्रिड बियरिंग के कामकाजी जीवन को वास्तविक रूप से निर्धारित करने के लिए विकसित किया गया था, तो अवधारणा का उपयोग अन्य उत्पादों और विफलता मोड के लिए भी किया जा सकता है।

बाधाएं और व्यापार-नापसंद

असर के सभी भाग कई डिज़ाइन बाधाओं के अधीन हैं। उदाहरण के लिए, आंतरिक और बाहरी दौड़ अक्सर जटिल आकार होते हैं, जिससे उन्हें निर्माण करना मुश्किल हो जाता है। बॉल्स और रोलर्स, हालांकि आकार में सरल होते हैं, छोटे होते हैं; चूंकि वे तेजी से झुकते हैं जहां वे दौड़ते हैं, बीयरिंगों में थकान होने का खतरा होता है। असर असेंबली के भीतर लोड भी ऑपरेशन की गति से प्रभावित होते हैं: रोलिंग-तत्व बीयरिंग 100,000 आरपीएम से अधिक स्पिन कर सकते हैं, और इस तरह के असर में मुख्य भार लागू भार के बजाय गति हो सकता है। छोटे रोलिंग तत्व हल्के होते हैं और इस प्रकार उनकी गति कम होती है, लेकिन छोटे तत्व भी अधिक तेजी से झुकते हैं जहां वे दौड़ से संपर्क करते हैं, जिससे वे थकान से अधिक तेजी से विफल हो जाते हैं। अधिकतम रोलिंग-तत्व बियरिंग गति को अक्सर 'एनडी' में निर्दिष्ट किया जाता है_m', जो औसत व्यास (मिमी में) और अधिकतम RPM का गुणनफल है। कोणीय संपर्क बीयरिंगों के लिए nD_mउच्च प्रदर्शन वाले रॉकेटरी अनुप्रयोगों में 2.1 मिलियन से अधिक विश्वसनीय पाए गए हैं।^[19] कई भौतिक मुद्दे भी हैं: एक कठिन सामग्री घर्षण के खिलाफ अधिक टिकाऊ हो सकती है, लेकिन थकान फ्रैक्चर होने की अधिक संभावना है, इसलिए सामग्री आवेदन के साथ बदलती है, और जबकि स्टील रोलिंग-तत्व बीयरिंग, प्लास्टिक, कांच और सिरेमिक के लिए सबसे आम है। सभी सामान्य उपयोग में हैं। सामग्री में एक छोटा दोष (अनियमितता) अक्सर असर विफलता के लिए जिम्मेदार होता है; 20वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के दौरान सामान्य बीयरिंगों के जीवन में सबसे बड़े सुधारों में से एक बेहतर सामग्री या स्नेहक के बजाय अधिक सजातीय सामग्रियों का उपयोग था (हालांकि दोनों भी महत्वपूर्ण थे)। स्नेहक गुण तापमान और भार के साथ बदलते हैं, इसलिए सबसे अच्छा स्नेहक अनुप्रयोग के साथ बदलता रहता है।

हालांकि बीयरिंग उपयोग के साथ खराब हो जाते हैं, डिजाइनर असर आकार और लागत बनाम जीवन भर का व्यापार कर सकते हैं। एक असर अनिश्चित काल तक चल सकता है - बाकी मशीन की तुलना में - अगर इसे ठंडा, साफ, चिकनाई युक्त रखा जाता है, रेटेड लोड के भीतर चलाया जाता है, और यदि असर सामग्री सूक्ष्म दोषों से पर्याप्त रूप से मुक्त होती है। शीतलन, स्नेहन और सीलिंग इस प्रकार असर डिजाइन के महत्वपूर्ण भाग हैं।

आवश्यक असर जीवनकाल भी आवेदन के साथ बदलता रहता है। उदाहरण के लिए, टेड्रिक ए। हैरिस ने अपने रोलिंग बियरिंग विश्लेषण में रिपोर्ट की^[20] यू.एस. अंतरिक्ष शटल में एक ऑक्सीजन पंप बियरिंग पर जिसे पंप किए जा रहे तरल ऑक्सीजन से पर्याप्त रूप से अलग नहीं किया जा सकता था। सभी स्नेहक ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे आग और अन्य विफलताएं होती हैं। समाधान ऑक्सीजन के साथ असर को लुब्रिकेट करना था। हालांकि तरल ऑक्सीजन एक खराब स्नेहक है, यह पर्याप्त था, क्योंकि पंप का सेवा जीवन कुछ घंटों का था।

ऑपरेटिंग वातावरण और सेवा की ज़रूरतें भी महत्वपूर्ण डिज़ाइन विचार हैं। कुछ बेयरिंग एसेम्बली में लुब्रिकेंट के नियमित जोड़ की आवश्यकता होती है, जबकि अन्य फैक्ट्री मुहर (यांत्रिक) होती हैं, जिन्हें मेकेनिकल असेम्बली के जीवन के लिए और रखरखाव की आवश्यकता नहीं होती है। हालांकि सील आकर्षक हैं, वे घर्षण को बढ़ाते हैं, और स्थायी रूप से सील किए गए बीयरिंग में स्नेहक कठोर कणों से दूषित हो सकता है, जैसे रेस या बियरिंग, रेत, या ग्रिट से स्टील चिप्स जो सील को पार कर जाते हैं। स्नेहक में संदूषण अपघर्षक है और असर विधानसभा के परिचालन जीवन को बहुत कम कर देता है। असर विफलता का एक अन्य प्रमुख कारण स्नेहन तेल में पानी की उपस्थिति है। दोनों कणों के प्रभाव और तेल में पानी की उपस्थिति और उनके संयुक्त प्रभाव की निगरानी के लिए हाल के वर्षों में ऑनलाइन वॉटर-इन-ऑयल मॉनिटर पेश किए गए हैं।

पदनाम

सभी भौतिक मापदंडों को परिभाषित करने के लिए आईएसओ 15 द्वारा परिभाषित मीट्रिक रोलिंग-एलिमेंट बियरिंग्स में अल्फ़ान्यूमेरिकल पदनाम हैं। अतिरिक्त मापदंडों को परिभाषित करने के लिए पहले या बाद में वैकल्पिक अल्फ़ान्यूमेरिक अंकों के साथ मुख्य पदनाम एक सात अंकों की संख्या है। यहां अंकों को इस प्रकार परिभाषित किया जाएगा: 7654321। अंतिम परिभाषित अंक के बाईं ओर कोई भी शून्य मुद्रित नहीं होता है; उदा. 0007208 का पदनाम 7208 छपा है।^[21] असर के आंतरिक व्यास (आईडी), या बोर व्यास को परिभाषित करने के लिए अंक एक और दो का एक साथ उपयोग किया जाता है। 20 और 495 मिमी के बीच के व्यास के लिए, सहित, पदनाम को आईडी देने के लिए पांच से गुणा किया जाता है; उदा. पदनाम 08 एक 40 मिमी आईडी है। 20 से कम आंतरिक व्यास के लिए निम्नलिखित पदनामों का उपयोग किया जाता है: 00 = 10 मिमी आईडी, 01 = 12 मिमी आईडी, 02 = 15 मिमी आईडी, और 03 = 17 मिमी आईडी। तीसरा अंक व्यास श्रृंखला को परिभाषित करता है, जो बाहरी व्यास (OD) को परिभाषित करता है। आरोही क्रम में परिभाषित व्यास श्रृंखला है: 0, 8, 9, 1, 7, 2, 3, 4, 5, 6। चौथा अंक असर के प्रकार को परिभाषित करता है:^[21]

Ball radial single-row
Ball radial spherical double-row
Roller radial with short cylindrical rollers
Roller radial spherical double-row
Roller needle or with long cylindrical rollers
Roller radial with spiral rollers
Ball radial-thrust single-row
Roller tapered
Ball thrust, ball thrust-radial
Roller thrust or thrust-radial

पाँचवाँ और छठा अंक असर में संरचनात्मक संशोधनों को परिभाषित करता है। उदाहरण के लिए, रेडियल थ्रस्ट बियरिंग्स पर अंक संपर्क कोण, या किसी भी असर प्रकार पर मुहरों की उपस्थिति को परिभाषित करते हैं। सातवाँ अंक असर की चौड़ाई श्रृंखला या मोटाई को परिभाषित करता है। सबसे हल्के से सबसे भारी तक परिभाषित चौड़ाई श्रृंखला है: 7, 8, 9, 0, 1 (अतिरिक्त प्रकाश श्रृंखला), 2 (प्रकाश श्रृंखला), 3 (मध्यम श्रृंखला), 4 (भारी श्रृंखला)। तीसरा अंक और सातवाँ अंक असर की आयामी श्रृंखला को परिभाषित करता है।^[21]^[22] चार वैकल्पिक उपसर्ग वर्ण हैं, यहाँ A321-XXXXXXX (जहाँ X मुख्य पदनाम हैं) के रूप में परिभाषित किया गया है, जो एक डैश के साथ मुख्य पदनाम से अलग किए गए हैं। पहला वर्ण, ए, असर वर्ग है, जिसे आरोही क्रम में परिभाषित किया गया है: सी, बी, ए। कक्षा कंपन के लिए अतिरिक्त आवश्यकताओं को परिभाषित करती है, आकार में विचलन, रोलिंग सतह सहनशीलता, और अन्य पैरामीटर जिन्हें परिभाषित नहीं किया जाता है एक पदनाम चरित्र। दूसरा वर्ण घर्षण क्षण (घर्षण) है, जिसे आरोही क्रम में, संख्या 1-9 द्वारा परिभाषित किया गया है। तीसरा वर्ण रेडियल क्लीयरेंस है, जिसे आम तौर पर आरोही क्रम में 0 और 9 (सम्मिलित) के बीच की संख्या द्वारा परिभाषित किया जाता है, हालांकि रेडियल-थ्रस्ट बियरिंग के लिए इसे 1 और 3 के बीच की संख्या से परिभाषित किया जाता है। चौथा वर्ण सटीकता रेटिंग है, जो सामान्य रूप से आरोही क्रम में हैं: 0 (सामान्य), 6X, 6, 5, 4, T, और 2. रेटिंग 0 और 6 सबसे आम हैं; उच्च गति वाले अनुप्रयोगों में रेटिंग 5 और 4 का उपयोग किया जाता है; और जाइरोस्कोप में मूलांक 2 का प्रयोग किया जाता है। पतला बियरिंग्स के लिए, मूल्य आरोही क्रम में हैं: 0, एन, और एक्स, जहां 0 0 है, एन सामान्य है, और एक्स 6X है।^[21]

पाँच वैकल्पिक वर्ण हैं जिन्हें मुख्य पदनाम के बाद परिभाषित किया जा सकता है: A, E, P, C, और T; इन्हें सीधे मुख्य पदनाम के अंत में लगाया जाता है। उपसर्ग के विपरीत, सभी पदों को परिभाषित नहीं किया जाना चाहिए। ए एक बढ़ी हुई गतिशील लोड रेटिंग इंगित करता है। ई एक प्लास्टिक पिंजरे के उपयोग को इंगित करता है। पी इंगित करता है कि गर्मी प्रतिरोधी स्टील का उपयोग किया जाता है। C प्रयुक्त स्नेहक के प्रकार को इंगित करता है (C1-C28)। टी उस डिग्री को इंगित करता है जिस पर असर करने वाले घटक तड़के (धातु विज्ञान) (T1-T5) रहे हैं।^[21]

जबकि निर्माता अपने कुछ उत्पादों पर भाग संख्या पदनामों के लिए आईएसओ 15 का पालन करते हैं, उनके लिए मालिकाना भाग संख्या प्रणालियों को लागू करना आम बात है जो आईएसओ 15 से संबंधित नहीं हैं।^[23]

यह भी देखें

संदर्भ

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अग्रिम पठन

Johannes Brändlein; Paul Eschmann; Ludwig Hasbargen; Karl Weigand (1999). Ball and Roller Bearings: Theory, Design and Application (3rd ed.). Wiley. ISBN 0-471-98452-3.

बाहरी संबंध

Technical publication about bearing lubrication
NASA technical handbook Rolling-Element Bearing (NASA-RP-1105)
NASA technical handbook Lubrication of Machine Elements (NASA-RP-1126)
How rolling-element bearings work
Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) - Movies and photos of hundreds of working mechanical-systems models at Cornell University. Also includes an e-book library of classic texts on mechanical design and engineering.
Damping and Stiffness Characteristics of Rolling Element Bearings - Theory and Experiment (PhD thesis, Paul Dietl, TU Vienna, 1997

[1] ISO 15

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[18] Morales-Espejel, Guillermo E; Gabelli, Antonio (2019). "Application of a rolling bearing life model with surface and subsurface survival to hybrid bearing cases". Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C. 233 (15): 5491–5498. doi:10.1177/0954406219848470. S2CID 164456996.

[19] Design of liquid propellant rocket engines -Dieter K. Huzel and David H.Huang pg.209

[20] Harris, Tedric A. (2000). रोलिंग असर विश्लेषण (4th ed.). Wiley-Interscience. ISBN 0-471-35457-0.

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