ट्रांसमिशन पथ से बचना

हमारे Carbide Base Diamond फ़ूटर को डिज़ाइन करते समय, हमने ट्रांसमिशन पथ से बचने के लाभों को मापने के लिए प्रयोग किए। यह कंपन आइसोलेटर डिज़ाइन के प्रदर्शन को बेहतर बनाने के लिए एक अवधारणा है जो घुमावदार असर रेसवे में रोलिंग बॉल बेयरिंग का उपयोग करती है।

सबसे पहले, ट्रांसमिशन पथ से बचने का स्पष्टीकरण। जब घुमावदार बियरिंग रेसवे में रोलिंग करने वाली बॉल बियरिंग कंपन का सामना करती है, तो ध्वनि तरंग के रूप में कंपन ऊर्जा बियरिंग में प्रवेश करेगी। ध्वनि तरंग बियरिंग पर एक बिंदु से प्रवेश करती है जो उस दिए गए क्षण में कंपन करने वाले रेसवे के संपर्क में है। ध्वनि तरंग बियरिंग से गुजरने के बाद दूसरी तरफ पहुँच जाएगी और अधिकांश ऊर्जा प्रवेश बिंदु पर वापस परावर्तित हो जाएगी।

सैद्धांतिक रूप से पूर्ण घुमावदार रेसवे में रोलिंग करने वाला बियरिंग कंपन के अधीन होने पर निरंतर निर्बाध गति में रहेगा। इस प्रकार, जब तक ध्वनि तरंग प्रवेश बिंदु पर वापस परावर्तित होती है, तब तक बियरिंग संभवतः उस समय अपनी स्थिति से दूर घूम चुकी होगी जब ध्वनि तरंग प्रवेश करती है। प्रवेश का मूल बिंदु अब रेसवे सतह के संपर्क में नहीं है, परावर्तित ध्वनि तरंग के लिए निकास पथ अलग हो जाता है। ध्वनि तरंग तब अपवर्तित होगी और बियरिंग के भीतर आंतरिक रूप से फैल जाएगी और अंततः गर्मी के रूप में नष्ट हो जाएगी।

हालांकि, एक बियरिंग रेसवे कभी भी सही नहीं होता है। एक बॉल बियरिंग दबाव को एक असीम रूप से छोटे बिंदु पर केंद्रित करता है। जब पर्याप्त भार लगाया जाता है तो यह दबाव अनिवार्य रूप से बियरिंग रेसवे में एक इंडेंटेशन का कारण बनेगा। इंडेंटेशन का व्यास पेलोड वजन, बियरिंग की त्रिज्या, रेसवे की वक्रता की त्रिज्या और रेसवे सामग्री की कठोरता पर निर्भर करता है [1] ।

रेसवे इंडेंटेशन के प्रतिकूल प्रभाव

बेयरिंग रेसवे में इंडेंटेशन की उपस्थिति कंपन अलगाव प्रदर्शन को 2 तरीकों से प्रतिकूल रूप से प्रभावित करती है:

इससे खिंचाव बढ़ता है, जिसका मतलब है कि रेसवे के भीतर गति करने के लिए बियरिंग को ज़्यादा बल की ज़रूरत होगी। इससे डिवाइस की प्रतिक्रिया करने और इसलिए छोटे आयामों वाले कंपन को अलग करने की क्षमता कम हो जाती है।
रेसवे के भीतर अपनी गति के एक हिस्से के दौरान बेयरिंग इंडेंटेशन के साथ निरंतर संपर्क में रहेगी। यदि इंडेंटेशन के संपर्क में बिताया गया समय ध्वनि तरंग को बेयरिंग के पार जाने और वापस आने में लगने वाले समय से अधिक है, तो परावर्तित ध्वनि तरंग प्रवेश संपर्क स्थान से वापस बाहर निकल पाएगी।

ट्रांसमिशन पथ से बचने का उदाहरण

निम्नलिखित 2 उदाहरण रेसवे इंडेंटेशन आकार के ट्रांसमिशन पथ पर पड़ने वाले विभिन्न प्रभावों को दर्शाते हैं।

ट्रांसमिशन पथ से बचना उदाहरण 1: छोटा इंडेंटेशन

कंपन की लाल ध्वनि तरंग इंडेंटेशन के साथ संपर्क बिंदु पर बियरिंग में प्रवेश करती है। नीली ध्वनि तरंग बियरिंग के व्यास के पार जाने लगती है। अंत तक पहुँचने पर, कुछ ऊर्जा प्रवेश बिंदु पर वापस परावर्तित होती है।

थोड़े समय के बाद, कंपन के जवाब में ऊपरी रेसवे विस्थापित हो जाता है, जिससे प्रक्रिया में बियरिंग घूम जाती है। बियरिंग अब रेसवे के ढलान पर इस तरह से लुढ़क रही है कि ध्वनि तरंग के लिए प्रवेश का मूल बिंदु अब रेसवे के संपर्क में नहीं है। नीली ध्वनि तरंग के रेसवे में वापस जाने के लिए कोई रास्ता न होने के कारण, यह बियरिंग के भीतर तब तक परावर्तित होती है जब तक कि यह गर्मी के रूप में नष्ट नहीं हो जाती।

ट्रांसमिशन पथ से बचना उदाहरण 2: बड़ा इंडेंटेशन

ऊपर दिए गए उदाहरण 1 के समान, लाल ध्वनि तरंग इंडेंटेशन के संपर्क बिंदु पर बियरिंग में प्रवेश करती है। नीली ध्वनि तरंग बियरिंग के पार फैलती है और फिर से वापस परावर्तित होती है।

नीली ध्वनि तरंग के परावर्तित होने तक बड़ा इंडेंटेशन अभी भी प्रवेश बिंदु के संपर्क में रहता है। इसलिए परावर्तित ध्वनि तरंग उसी प्रवेश बिंदु से रेसवे में वापस जाने में सक्षम होती है।

संचरण पथ से बचने को प्रभावित करने वाले कारक

नीचे 4 कारक दिए गए हैं जो घुमावदार रेसवे में रोलिंग बॉल बेयरिंग की ट्रांसमिशन पथ से बचने की क्षमता को प्रभावित करते हैं। प्रत्येक कारक के अंतर्गत हम उन डिज़ाइन तत्वों का वर्णन करते हैं जिन्हें हमने अपने Carbide Base Diamond फ़ूटर में नए तीसरे आइसोलेशन चरण में शामिल किया है।

पेंडुलम अवधि

घुमावदार रेसवे में घूमता हुआ बेयरिंग एक नॉनलाइनियर पेंडुलम की तरह काम करेगा। समतुल्य पेंडुलम की लंबाई रेसवे की वक्रता की त्रिज्या और बेयरिंग की त्रिज्या के अंतर से संबंधित है। अंतर जितना बड़ा होगा, पेंडुलम की लंबाई उतनी ही लंबी होगी और इसलिए अवधि भी। जब पेंडुलम की अवधि लंबी होती है और इंडेंटेशन छोटा होता है, तो इंडेंटेशन के संपर्क में बेयरिंग के साथ अपेक्षाकृत कम समय व्यतीत होता है।

हमने अपने बियरिंग रेसवे को बियरिंग व्यास के सापेक्ष वक्रता की एक बड़ी त्रिज्या के साथ डिज़ाइन किया है ताकि एक लंबी पेंडुलम अवधि प्राप्त की जा सके। यह आदर्श है क्योंकि यह सापेक्ष समय को कम करता है जिसमें परावर्तित ध्वनि तरंगों को इंडेंटेशन के साथ प्रवेश बिंदु के माध्यम से बियरिंग से बचने का मौका मिलता है। यह कम आवृत्तियों के अलगाव को बेहतर बनाने के लिए आइसोलेटर की प्राकृतिक आवृत्ति को भी कम करता है।

बियरिंग में ध्वनि वेग

बियरिंग सामग्री में ध्वनि का वेग ध्वनि तरंग को बियरिंग से होकर गुजरने और फिर प्रवेश बिंदु पर वापस लौटने में लगने वाले समय को प्रभावित करेगा। कम ध्वनि वेग वाली सामग्री आदर्श है क्योंकि ध्वनि तरंग को प्रवेश बिंदु पर वापस आने में अधिक समय लगेगा। इससे बियरिंग को इंडेंटेशन से आगे घूमने के लिए अधिक समय मिलता है, इससे पहले कि ध्वनि तरंग प्रवेश बिंदु पर वापस लौट आए।

बॉल बेयरिंग के लिए आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले सिरेमिक में से, ज़िरकोनिया अपने कम अनुदैर्ध्य ध्वनि वेग के लिए खड़ा है। ज़िरकोनिया में कई अन्य सिरेमिक की तुलना में बेहतर कंपन भिगोना गुण भी हैं [2] । उच्च कठोरता के अलावा इन कारणों से ज़िरकोनिया बीयरिंग का उपयोग हमारे Carbide Base फ़ूटर में किया जाता है।

कठोरता

ध्वनि वेग

अधिकतम अवमंदन

बेयरिंग व्यास

बियरिंग का व्यास उस दूरी को निर्धारित करता है जो ध्वनि तरंग को बियरिंग के भीतर यात्रा करनी चाहिए। एक बड़ा व्यास आदर्श है क्योंकि यह दूरी बढ़ाता है और इसलिए प्रवेश बिंदु पर लौटने से पहले ध्वनि तरंग को यात्रा करने का समय बढ़ाता है।

Carbide Base Diamond फ़ूटर के नए तीसरे आइसोलेशन चरण में उपयोग किए जाने वाले बियरिंग का व्यास अपेक्षाकृत बड़ा है – सबसे बड़ा जो आवास में फिट होगा। इससे बड़ा होने पर रेसवे को इतना उथला बनाया जाना चाहिए कि बियरिंग को विश्वसनीय रूप से केंद्रित रखने में समस्या हो सकती है।

रेसवे कठोरता

उच्च कठोरता वाला बेयरिंग रेसवे आदर्श है, क्योंकि यह बेयरिंग के संपर्क से उत्पन्न विरूपण का बेहतर प्रतिरोध करेगा।

उच्च कठोरता प्राप्त करने के लिए, हमारे Carbide Base Diamond फ़ूटर के तीसरे आइसोलेशन चरण में बेयरिंग रेसवे को डायमंड टूल्स का उपयोग करके ठोस सिरेमिक से मशीन किया जाता है। मशीनिंग के बाद, रेसवे को एक चिकनी सतह प्राप्त करने के लिए पॉलिशिंग प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है। पूरी तरह से पॉलिशिंग सतह की खामियों को कम करने के लिए होती है जो छोटे आयाम कंपन के जवाब में बॉल बेयरिंग को रोल करने की क्षमता को बाधित कर सकती है।

पॉलिश करने के बाद, बियरिंग रेस को फिजिकल वेपर डिपोजिशन (PVD) प्रक्रिया का उपयोग करके अनाकार हीरे से लेपित किया जाता है। इस बाहरी परत की कठोरता 6500 HV तक होती है। PVD हीरे का घर्षण गुणांक भी लगभग 0.10 या पॉलिश किए गए स्टील का लगभग 1/10वाँ होता है। यह उनके रेसवे के भीतर बियरिंग के रोलिंग प्रतिरोध को और कम कर देता है।

बियरिंग रेसवे इंडेंटेशन को मापना

बॉल बेयरिंग के कारण बेयरिंग रेसवे के इंडेंटेशन का विश्लेषण करने के लिए एक प्रयोग किया गया था। 7075 T6 एल्युमिनियम, 1095 कठोर स्टील और हमारे Carbide Base Diamond फ़ूटर से PVD डायमंड कोटेड सिरेमिक से बने समान वक्रता वाले रेसवे में बैठे 4 मिमी व्यास वाले ज़िरकोनिया बेयरिंग के ऊपर 90 किलोग्राम (200 पाउंड) का भार लगाया गया था। फिर विभिन्न सामग्रियों के रेसवे सतहों पर इंडेंटेशन के व्यास को मापने के लिए एक माइक्रोस्कोप का उपयोग किया गया।

सामग्री

7075 टी6 एल्युमिनियम

सामग्री

1095 कठोर इस्पात

सामग्री

पीवीडी डायमंड कोटेड सिरेमिक

सतह की कठोरता

180 एचवी

सतह की कठोरता

830 एचवी

सतह की कठोरता

6500 एचवी तक

इंडेंटेशन व्यास

875 माइक्रोमीटर

इंडेंटेशन व्यास

254 माइक्रोमीटर

इंडेंटेशन व्यास

20x आवर्धन पर पता नहीं चल पाता

कंपन अलगाव माप

निम्नलिखित माप हमारे ऑडियो फ़ुटर डिज़ाइन के सर्वेक्षण के समान प्रक्रिया का उपयोग करके लिए गए थे। एक 2-तरफ़ा लाउडस्पीकर और एक सबवूफ़र को कंक्रीट के फर्श पर रखा गया था। अलग-अलग 3.6 किलोग्राम (8 पाउंड) पेलोड को 3 स्पाइक्स , एक Carbide Base फ़ुटर और एक Carbide Base Diamond फ़ुटर के ऊपर रखा गया था। सुपर लाइट ViscoRing™ दोनों फ़ुटर में स्थापित किया गया था। फिर लाउडस्पीकर और सबवूफर के माध्यम से लॉग स्वेप्ट साइन सिग्नल चलाए गए। पेलोड से जुड़े एक्सेलेरोमीटर सेंसर का उपयोग उपकरणों से गुजरने वाले क्षैतिज कंपन को मापने के लिए किया गया था।

लाउडस्पीकर माप

30 हर्ट्ज से 8 किलोहर्ट्ज तक लॉग स्वेप्ट साइन उत्तेजना। ACH-01 एक्सेलेरोमीटर सेंसर का उपयोग करके 20 डीबी लाभ के साथ क्षैतिज कंपन मापा गया।

स्पाइक

Carbide Base

Carbide Base Diamond

सबवूफर माप

10 हर्ट्ज से 500 हर्ट्ज तक लॉग स्वेप्ट साइन उत्तेजना। ACH-01 एक्सेलेरोमीटर सेंसर का उपयोग करके बिना लाभ के क्षैतिज कंपन मापा गया।

स्पाइक

Carbide Base

Carbide Base Diamond

निष्कर्ष

हमारे Carbide Base Diamond फ़ूटर के कंपन अलगाव प्रदर्शन ने नए तीसरे अलगाव चरण के जुड़ने के साथ एक उल्लेखनीय सुधार प्रदर्शित किया। ट्रांसमिशन पथ से बचने को ध्यान में रखते हुए डिज़ाइन करके हम कंपन अलगाव और अपव्यय के उच्च स्तर को प्राप्त करने में सक्षम थे। मानक Carbide Base फ़ूटर के पहले से ही उच्च प्रदर्शन स्तर के बावजूद कंपन आयाम और क्षय मापनीय रूप से बेहतर था। सुधार सभी श्रव्य आवृत्तियों में था लेकिन बास क्षेत्र में सबसे महत्वपूर्ण था।

संदर्भ

[1] केमेनी, ज़ोल्टन ए. “मैकेनिकल सिग्नल फ़िल्टर।” यू.एस. 6520283 बी2, यूनाइटेड स्टेट्स पेटेंट और ट्रेडमार्क कार्यालय, 18 फरवरी 2003. गूगल पेटेंट, https://patents.google.com/patent/US6520283B2

[2] झांग, जे., पेरेज़, आर.जे., और लावर्निया, ई.जे., “धातु, सिरेमिक और धातु-मैट्रिक्स मिश्रित सामग्रियों की भिगोने की क्षमता का दस्तावेजीकरण”, जर्नल ऑफ मैटेरियल्स साइंस, खंड 28, संख्या 9, पृष्ठ 2395-2404, 1993. doi:10.1007/BF01151671