हाई-स्पीड और लाइट-लोडेड स्पिंडल बॉल बेयरिंग के खांचे की माइक्रो-स्लिप घर्षण विशेषताएं

हाई-स्पीड और लाइट-लोड स्थितियों के तहत विमान इंजन के मुख्य शाफ्ट बॉल बेयरिंग के माइक्रो-स्लिप और रोलिंग घर्षण समस्याओं के लिए, यह माना जाता है कि संपर्क सतह का रोलिंग घर्षण नकारात्मक रूप से आसंजन क्षेत्र के क्षेत्र के साथ सहसंबद्ध है। एक माइक्रो-स्लिप मॉडल को संपर्क सतह सामग्री के लोचदार विरूपण सिद्धांत के आधार पर स्थापित किया गया है, जो स्लाइडिंग विस्थापन लाइनों, स्लाइडिंग वेग लाइनों, हर्ट्ज संपर्क तनाव, स्लाइडिंग-रोलिंग अनुपात और आंतरिक और बाहरी ग्रूव्स में लोड-असर स्टील बॉल के रोलिंग घर्षण का अध्ययन करने के लिए है। परिणाम बताते हैं कि असर की गति बढ़ने से इनर और बाहरी खांचे में स्टील की गेंद की स्लाइडिंग विस्थापन रेखा और फिसलने की गति रेखा संपर्क तनाव शिखर क्षेत्र में होती है, रोलिंग घर्षण बढ़ जाता है, और स्लाइडिंग की प्रवृत्ति बढ़ जाती है; असर के रेडियल लोड को कम करने से आंतरिक नाली में स्टील की गेंद की सूक्ष्म-पर्ची प्रवृत्ति में वृद्धि होती है, और बाहरी नाली पर एक छोटा प्रभाव पड़ता है; जब गति 22 000 r\/min होती है, तो बाहरी नाली में स्टील की गेंद का स्लाइडिंग-रोलिंग अनुपात आंतरिक नाली की तुलना में 4.4 गुना होता है; समान गति की स्थिति के तहत, स्टील की गेंद और बाहरी नाली के बीच रोलिंग घर्षण आंतरिक नाली के 7 से 13 गुना है; जब रेडियल लोड 50 एन होता है, तो स्टील की गेंद और बाहरी नाली के बीच रोलिंग घर्षण 7.6 गुना होता है, जो आंतरिक नाली की है, और स्टील की गेंद बाहरी खांचे में समग्र स्लाइडिंग और माइक्रो-स्लिप पहनने के लिए अधिक प्रवण होती है।

कीवर्ड रोलिंग असर; स्पिंडल असर; विमान इंजन; नाली; रोलिंग घर्षण; माइक्रो स्लिप
आधुनिक विमान इंजनों का रोटर वजन में हल्का और गति में उच्च है, और परिणामस्वरूप उच्च गति और हल्के-लोड की स्थिति स्पिंडल बॉल असर वाले नाली के संपर्क घर्षण विशेषताओं को प्रभावित करती है। सामान्य ऑपरेशन के दौरान, असर स्टील की गेंद को नाली पर मैक्रोस्कोपिक रूप से स्लाइड करने की अनुमति नहीं है। हालांकि, आंतरिक और बाहरी छल्ले और स्टील बॉल (स्टील बॉल त्रिज्या के अनुपात में रिंग ग्रूव वक्रता त्रिज्या के अनुपात) और संपर्क सामग्री के लोचदार विरूपण के बीच जकड़न के कारण, स्टील की गेंद हमेशा संपर्क क्षेत्र में छोटे स्थानीय फिसलती है। उच्च गति से स्टील की गेंद के स्थानीय स्लाइडिंग का कारण संपर्क तनाव के शिखर क्षेत्र में प्रवेश होता है। माइक्रो-स्लिप की गति बहुत अधिक है, जिसके परिणामस्वरूप गंभीर नाली पहनती है और असर वाले जीवन को छोटा कर देता है। उच्च गति संपर्क क्षेत्र में स्टील बॉल के आसंजन क्षेत्र को कम करती है, रोलिंग घर्षण को बढ़ाती है, और स्टील की गेंद को मैक्रोस्कोपिक रूप से स्लाइड करने के लिए तैयार करता है। असर पर लाइट लोड भी स्टील की गेंद के रोलिंग घर्षण को बढ़ाता है, जिससे स्टील की गेंद के लिए एक पूरे के रूप में स्लाइड करना आसान हो जाता है। इसलिए, खांचे में असर स्टील बॉल की माइक्रो-स्लिप और रोलिंग घर्षण विशेषताएं असर की अधिकतम गति और लोड की स्थिति को सीमित करती हैं। एक बार माइक्रो-स्लिप पूरे संपर्क क्षेत्र में फैली हुई है, यह गंभीर इंजन की विफलता का कारण होगा। संपर्क दीर्घवृत्त के आसंजन क्षेत्र और पर्ची क्षेत्र को अलग करना और स्टील बॉल के स्थानीय माइक्रो-स्लिप और रोलिंग घर्षण विशेषताओं की भविष्यवाणी करना डिजाइन, सुरक्षित अनुप्रयोग और प्रदर्शन विश्लेषण के लिए फायदेमंद है।
घरेलू और विदेशी विद्वानों ने गेंद असर खांचे [1-3] के संपर्क घर्षण विशेषताओं पर बड़ी संख्या में अध्ययन किया है। ध्यान घर्षण कतरनी तनाव, घर्षण कर्षण और नाली में स्टील की गेंद के ड्रैग टॉर्क पर है। कुल घर्षण कर्षण पूरे संपर्क क्षेत्र में घर्षण कतरनी तनाव को एकीकृत करके प्राप्त किया जाता है। हालांकि, स्थानीय माइक्रो-स्लिप और स्टिक-स्लिप विशेषताओं को आमतौर पर संपर्क क्षेत्र के लिए नहीं माना जाता है, और कतरनी तनाव की अभिन्न सीमा प्रतिष्ठित नहीं होती है। वास्तव में, स्टील बॉल संपर्क क्षेत्र में अपूर्ण रूप से रोल करता है। जैसे-जैसे स्लाइड-रोल अनुपात बढ़ता है, संपर्क सतह सामग्री का लोचदार विरूपण बढ़ता है। जब यह कुछ हद तक जमा हो जाता है, तो नाली में स्थानीय माइक्रो-स्लिप होगा, और फिर अण्डाकार आसंजन क्षेत्र में कमी जारी रहेगी, और रोलिंग घर्षण बढ़ता रहेगा। अंत में, संपूर्ण संपर्क क्षेत्र एक पर्ची क्षेत्र में विकसित होता है। स्टील बॉल का रोलिंग घर्षण घर्षण गुणांक, संपर्क तनाव, ज्यामितीय आयामों और संपर्क क्षेत्र के आसंजन क्षेत्र से निकटता से संबंधित है। रीस एट अल। ] स्टिक-स्लिप संक्रमण लाइन और शुद्ध रोलिंग लाइन को अधिकतम सापेक्ष विस्थापन और न्यूनतम घर्षण टॉर्क का उपयोग करके शर्तों के रूप में क्रमशः निर्धारित किया जाता है, और संपर्क अण्डाकार सतह के स्टिक-स्लिप गुणों का विश्लेषण प्रत्येक स्टिक-स्लिप ज़ोन के घर्षण को प्राप्त करने के लिए किया जाता है। किमुरा एट अल। [५] स्टील की गेंदों और खांचे के बीच माइक्रो-स्लिप पहनने की समस्या का अध्ययन किया। संपर्क दीर्घवृत्त के आसंजन क्षेत्र को रोलिंग स्पीड अंतर के अनुकूल बनाने के लिए संपर्क सतह सामग्री के लोचदार विरूपण के कारण सापेक्ष स्लाइडिंग विस्थापन के आधार पर निर्धारित किया गया था, और स्लिप ज़ोन को अधिकतम स्थैतिक घर्षण बल से अधिक संपर्क बिंदु पर कर्षण बल के अनुसार विभाजित किया गया था। निंग फेंगपिंग एट अल। ]
कुछ विद्वानों ने हेलीकॉप्टर रिड्यूसर और पवन टर्बाइनों [7-8] के लिए बॉल बेयरिंग के ग्रूव संपर्क विशेषताओं पर शोध किया है, जो नाली माइक्रो-मोशन पहनने पर ध्यान केंद्रित कर रहा है: कवाक एट अल। ] Pathuvoth et al। [१०] टर्नटेबल असर की स्थिर लोड-असर क्षमता का मूल्यांकन करने के लिए दीर्घवृत्त ट्रंकेशन के अधिकतम संपर्क तनाव का उपयोग किया; मा ज़िकुई एट अल। ] उपरोक्त अध्ययन मुख्य रूप से कम गति और भारी-लोड स्थितियों के तहत गेंद असर खांचे की माइक्रो-स्लिप विशेषताओं का विश्लेषण करते हैं, और ग्रूव स्लिप-रोल अनुपात पर शोध अपर्याप्त है। आमतौर पर, स्टील बॉल और नाली के बीच स्लिप-रोल अनुपात छोटा होता है, लेकिन यह नाली घर्षण को प्रभावित करने वाला मुख्य कारक है [12]: झाओ एरहुई एट अल। ] झांग बिनबिन एट अल। ] परिणाम बताते हैं कि स्लिप-रोल अनुपात में वृद्धि से तेल फिल्म दबाव शिखर और तेल फिल्म अवसाद का कारण दबाव केंद्र होता है, और आयाम में वृद्धि जारी है; झांग यू एट अल। ] इसलिए, संपर्क सतह का स्लिप-रोल अनुपात सीधे संपर्क लोड वितरण और स्लिप ज़ोन के आकार को प्रभावित करता है।
सारांश में, अतीत में, जब खांचे में स्टील की गेंद के घर्षण ड्रैग टॉर्क का अध्ययन किया जाता है, तो पूरे संपर्क दीर्घवृत्त का उपयोग कतरनी तनाव की अभिन्न सीमा के रूप में किया गया था, आसंजन क्षेत्र और पर्ची क्षेत्र के बीच अंतर किए बिना, और स्थानीय स्लाइडिंग और घर्षण विशेषताओं की भविष्यवाणी करना असंभव था। हाई-स्पीड और लाइट-लोड स्थितियों के तहत खांचे के माइक्रो-स्लिप घर्षण विशेषताओं पर शोध की कमी भी थी। इसलिए, यह पेपर विमान इंजनों की उच्च गति और हल्के-लोड की स्थिति का लक्ष्य रखता है, यह मानता है कि संपर्क दीर्घवृत्त के रोलिंग घर्षण बल को नकारात्मक रूप से आसंजन क्षेत्र के क्षेत्र के साथ सहसंबद्ध किया जाता है, और संपर्क सतह सामग्री के लोचदार विरूपण सिद्धांत के आधार पर स्पिंडल गेंद के एक माइक्रो-स्लिप मॉडल को स्थापित करता है। स्लाइडिंग विस्थापन लाइनें, स्लाइडिंग वेग लाइनें, हर्ट्ज़ियन संपर्क तनाव वितरण, स्लाइडिंग-रोलिंग अनुपात, और आंतरिक और बाहरी खांचे में स्टील की गेंद के रोलिंग घर्षण का अध्ययन उच्च गति और हल्के और हल्के-लोड की स्थिति के तहत खांचे की स्थानीय माइक्रो-स्लिप और रोलिंग घर्षण विशेषताओं को प्रकट करने के लिए किया जाता है।