हाइब्रिड सिरेमिक बियरिंग्स का संपर्क तनाव बड़ा क्यों है, लेकिन इसका जीवन सामान्य बियरिंग्स की तुलना में लंबा है?

हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग खराब स्नेहन और गंभीर प्रदूषण [2-3] जैसी कठोर कामकाजी परिस्थितियों के लिए उपयुक्त हैं। सिरेमिक सामग्री की स्वाभाविक रूप से उच्च कठोरता के कारण, हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग में थोड़ा छोटा हर्ट्जियन संपर्क क्षेत्र होता है, जिसके परिणामस्वरूप समान आकार के सभी-स्टील बीयरिंग की तुलना में अधिक संपर्क और उपसतह तनाव होता है। सिद्धांत रूप में, इससे बियरिंग का थका हुआ जीवन छोटा हो जाता है। हालाँकि, यह देखा गया है कि कुछ विशिष्ट अनुप्रयोगों में, हाइब्रिड बियरिंग्स का सेवा जीवन लंबा होता है। इस असामान्य घटना की व्याख्या कैसे करें? इसे कैसे मॉडल करें? यह पेपर न केवल इन सवालों का जवाब देता है, बल्कि यह भी दिखाता है कि एक सामान्य असर वाला जीवन मॉडल क्षेत्र टिप्पणियों को अच्छी तरह से अनुकरण और समझा सकता है। हाइब्रिड बियरिंग के लिए एसकेएफ जेनेरिक बियरिंग लाइफ मॉडल अब उपलब्ध है।

हाइब्रिड बियरिंग्स की रिंग सामग्री बियरिंग स्टील है और रोलिंग तत्व सामग्री बियरिंग-ग्रेड सिलिकॉन नाइट्राइड (Si3N4) है (चित्र 1)। सिलिकॉन नाइट्राइड एक सिरेमिक (यानी, गैर-धातु) सामग्री है जो उच्च कठोरता, लोच के उच्च मापांक, उच्च तापमान और रासायनिक प्रतिरोध, कम घनत्व, कम विद्युत चालकता और कम लचीलापन द्वारा विशेषता है। क्योंकि सिलिकॉन नाइट्राइड सिरेमिक सामग्री उत्कृष्ट इंसुलेटर हैं, हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग का उपयोग एसी और डीसी मोटर्स और जनरेटर में आवरण और शाफ्ट के बीच प्रभावी इन्सुलेशन बनाने के लिए किया जा सकता है। ऑल-स्टील बियरिंग्स की तुलना में, हाइब्रिड बियरिंग्स खराब स्नेहन और ठोस संदूषकों की उपस्थिति की स्थिति में अच्छा प्रदर्शन करते हैं, लेकिन समान भार के तहत सिरेमिक रोलिंग तत्वों की उच्च कठोरता के कारण संपर्क तनाव अधिक होता है।

चित्र 1 हाइब्रिड बॉल और रोलर बीयरिंग विभिन्न आकार खंडों में उपलब्ध हैं

इसके अलावा, हाइब्रिड बियरिंग उच्च गति क्षमता प्रदान करते हैं और, ज्यादातर मामलों में, समान परिचालन स्थितियों में समान आकार के ऑल-स्टील बियरिंग की तुलना में लंबा जीवन प्रदान करते हैं। हाइब्रिड बीयरिंग उच्च त्वरण, कंपन या पेंडुलम गति की स्थितियों में भी बहुत अच्छा प्रदर्शन करते हैं। मशीन टूल स्पिंडल और टर्बोचार्जर जैसे उच्च गति अनुप्रयोगों के लिए विशेष असर डिजाइन, विशेष सामग्री और स्नेहन प्रणाली की आवश्यकता होती है। यह प्रवृत्ति जारी रहने की उम्मीद है और कई अन्य आधुनिक औद्योगिक अनुप्रयोग हाइब्रिड बीयरिंग की अनूठी क्षमताओं को पहचानेंगे और उनका लाभ उठाएंगे।

असर सामग्री के रूप में सिरेमिक का उपयोग पहली बार 1960 के दशक में एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक तापमान बीयरिंग के निर्माण के लिए प्रस्तावित किया गया था। घटक रोलिंग संपर्क थकान परीक्षण के माध्यम से पूरी तरह से घने गर्म-दबाए गए सिलिकॉन नाइट्राइड को अन्य सिरेमिक सामग्रियों की तुलना में सबसे अच्छा रोलिंग संपर्क थकान (आरसीएफ) प्रतिरोध प्रदर्शित किया गया है। समान प्रतीत होने वाली सिरेमिक गेंदों के उत्पादन के बीच थकान प्रतिरोध में महत्वपूर्ण अंतर भी देखा गया। 1980 के दशक में, लोरोश एट अल। (1980) [4] ने हाइब्रिड सिरेमिक कोणीय संपर्क बॉल बेयरिंग पर थकान जीवन परीक्षण किया। उच्चतम गुणवत्ता वाले सिरेमिक गेंदों का उपयोग करते हुए, उन्होंने पाया कि संपर्क तनाव में 12 प्रतिशत की वृद्धि के बावजूद, हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंगों का रोलिंग संपर्क थकान प्रतिरोध समान भार के तहत सभी-स्टील बीयरिंगों के बराबर था। हालाँकि, सिरेमिक गेंदों के दूसरे बैच के अतिरिक्त परीक्षणों में कम थकान वाला जीवन पाया गया, जिससे पता चलता है कि सिरेमिक गेंदों की गुणवत्ता थकान जीवन प्रदर्शन के लिए महत्वपूर्ण है।

पिछले कुछ वर्षों में सिरेमिक रोलिंग तत्वों की गुणवत्ता और विश्वसनीयता में काफी सुधार हुआ है। गैर-विनाशकारी परीक्षण (एनडीई) विधियों की शुरूआत और सिलिकॉन नाइट्राइड सामग्रियों के शुद्धिकरण और सिंटरिंग में निरंतर प्रगति के लिए धन्यवाद, इंजीनियर अंततः विश्वसनीय रोलिंग संपर्क थकान प्रतिरोध (गैल्बाटो एट अल।, 1992) के साथ सिरेमिक गेंदों को विकसित करने में सक्षम थे। इस वजह से, 1990 के दशक में हाई-स्पीड मशीन टूल स्पिंडल में हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग का उपयोग काफी बढ़ गया, जिससे इन यांत्रिक घटकों के हाई-स्पीड प्रदर्शन और सटीकता में काफी योगदान हुआ (कुंडिल, 1993) [6]। चित्र 2 सिरेमिक की थकान शक्ति में सुधार दिखाता है (कुंडिल, 1990) [7], जो है
विनिर्माण प्रक्रिया के दौरान हॉट-प्रेस सिंटरिंग प्रक्रिया में सुधार और सरंध्रता और सतह दोषों में निरंतर कमी (जिसे अब गैर-विनाशकारी परीक्षण द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है) को जिम्मेदार ठहराया गया।

सन राइज ग्रुप लिमिटेड एसकेएफ हाइब्रिड सिरेमिक बीयरिंग इन्वेंटरी डिस्प्ले;