समकोण वाले राइट-हैंड ड्राइव के लिए स्पाइरल गियर

टॉर्क संचारित करने के लिए यांत्रिक प्रणालियों में स्पाइरल गियर का उपयोग किया जाता है। बेवल गियर एक विशेष प्रकार का स्पाइरल गियर है। यह दो गियरों से मिलकर बना होता है जो एक दूसरे के साथ जुड़ते हैं। दोनों गियर एक बेयरिंग द्वारा जुड़े होते हैं। दोनों गियरों का इस प्रकार संरेखित होना आवश्यक है कि ऋणात्मक बल उन्हें एक साथ धकेले। यदि बेयरिंग में अक्षीय शिथिलता हो, तो गियर में कोई बैकलैश नहीं होगा। इसके अलावा, स्पाइरल गियर का डिज़ाइन ज्यामितीय दाँतों के आकार पर आधारित होता है।

सर्पिल गियर के लिए समीकरण

विचलन के सिद्धांत के अनुसार, पिनियन और गियर के पिच शंकु की त्रिज्याएँ अलग-अलग दिशाओं में झुकी होनी चाहिए। यह गियर के दाँत की उत्तल सतह की ढलान को बढ़ाकर और पिनियन के दाँत की अवतल सतह की ढलान को घटाकर किया जाता है। पिनियन एक वलय के आकार का पहिया होता है जिसमें एक केंद्रीय छिद्र और कई अनुप्रस्थ अक्ष होते हैं जो सर्पिल दाँतों के अक्ष से ऑफसेट होते हैं।
स्पाइरल बेवल गियर में हेलिकल टूथ फ्लैंक होता है। यह स्पाइरल कटर कर्व के अनुरूप होता है। स्पाइरल कोण b पिच कोन के जेनेटिक्स एलिमेंट के बराबर होता है। औसत स्पाइरल कोण bm जेनेटिक्स एलिमेंट और टूथ फ्लैंक के बीच का कोण होता है। तालिका 2 में दिए गए समीकरण ग्लीसन के स्प्रेड ब्लेड और सिंगल साइड गियर के लिए विशिष्ट हैं।
लॉगरिदमिक स्पाइरल बेवल गियर के दांतों के पार्श्वों के निर्माण तंत्र का उपयोग करके दांत पार्श्व समीकरण निकाला गया है। लॉगरिदमिक स्पाइरल बेवल गियर का स्पर्शरेखीय संपर्क बल और सामान्य दाब कोण क्रमशः लगभग बीस डिग्री और पैंतीस डिग्री पाया गया। इन दो प्रकार के गति समीकरणों का उपयोग संचरण की स्थिरता निर्धारित करने में आने वाली समस्याओं को हल करने के लिए किया गया था। यद्यपि लॉगरिदमिक स्पाइरल बेवल गियर के मेसिंग का सिद्धांत अभी प्रारंभिक अवस्था में है, फिर भी यह इसकी कार्यप्रणाली को समझने के लिए एक अच्छा प्रारंभिक बिंदु प्रदान करता है।
इस ज्यामिति के कई अलग-अलग समाधान हैं। हालांकि, मुख्य दो समाधान गियर और पिनियन के मूल कोण और सर्पिल गियर के व्यास द्वारा परिभाषित होते हैं। बाद वाले को नियंत्रित करना कठिन है। एक बेवल गियर के दांत के 3D रेखाचित्र का संदर्भ के रूप में उपयोग किया जाता है। दांत के स्थान प्रोफ़ाइल की त्रिज्याएँ दांत के स्थान के निचले कोनों पर लगाए गए अंतिम बिंदु अवरोधों द्वारा परिभाषित की जाती हैं। फिर, गियर के दांत की त्रिज्याएँ कोण द्वारा निर्धारित की जाती हैं।
स्पाइरल गियर की कोन दूरी Am को टूथ ज्योमेट्री भी कहा जाता है। कोन दूरी कटर पथ के विभिन्न खंडों के अनुरूप होनी चाहिए। कोन दूरी Am की सीमा फ्लैंक के प्रेशर एंगल के अनुरूप होनी चाहिए। बेवल गियर की बेस रेडियस को परिभाषित करना आवश्यक नहीं है, लेकिन यदि बेवल गियर में हाइपॉइड ऑफसेट नहीं है तो इस ज्योमेट्री पर विचार किया जाना चाहिए। स्पाइरल बेवल गियर की टूथ ज्योमेट्री विकसित करते समय, पहला चरण शब्दावली को गियर के स्थान पर पिनियन में परिवर्तित करना है।
सामान्य प्रणाली पेचदार गियरों के निर्माण के लिए अधिक सुविधाजनक है। इसके अलावा, पेचदार गियरों का पेच कोण समान होना चाहिए। विपरीत दिशा वाले पेचदार गियरों का आपस में जुड़ाव होना आवश्यक है। इसी प्रकार, प्रोफाइल-शिफ्टेड स्क्रू गियरों के लिए अधिक जटिल जुड़ाव की आवश्यकता होती है। इस गियर युग्म का निर्माण स्पर गियर के समान तरीके से किया जा सकता है। पेचदार गियरों के जुड़ाव की गणनाएँ तालिका 7-1 में प्रस्तुत की गई हैं।

सर्पिल बेवल गियर का डिज़ाइन

स्पाइरल बेवल गियर के प्रस्तावित डिज़ाइन में दांत की सतह की ज्यामिति निर्धारित करने के लिए फंक्शन-टू-फॉर्म मैपिंग विधि का उपयोग किया जाता है। इस सॉलिड मॉडल की सटीकता का पता लगाने के लिए सतह विचलन विधि से परीक्षण किया जाता है। अन्य समकोण गियर प्रकारों की तुलना में, स्पाइरल बेवल गियर अधिक कुशल और कॉम्पैक्ट होते हैं। CZPT गियर कंपनी के गियर AGMA मानकों का अनुपालन करते हैं। उच्च गुणवत्ता वाले स्पाइरल बेवल गियर सेट की दक्षता 99% होती है।
स्पाइरल बेवल गियर के लिए ज्यामितीय तत्वों पर आधारित एक ज्यामितीय मेष युग्म प्रस्तावित और विश्लेषित किया गया है। यह दृष्टिकोण उच्च संपर्क शक्ति प्रदान कर सकता है और शाफ्ट कोण के विचलन से अप्रभावित रहता है। स्पाइरल बेवल गियर के ज्यामितीय तत्वों का मॉडल तैयार किया गया है और उन पर चर्चा की गई है। संपर्क पैटर्न की जांच की गई है, साथ ही भार वहन क्षमता पर विचलन के प्रभाव का भी अध्ययन किया गया है। इसके अतिरिक्त, डिज़ाइन का एक प्रोटोटाइप तैयार किया गया है और इसकी सटीकता को सत्यापित करने के लिए रोलिंग परीक्षण किए गए हैं।
स्पाइरल बेवल गियर के तीन मूल तत्व पिनियन-गियर युग्म, इनपुट और आउटपुट शाफ्ट, और सहायक फ्लैंक हैं। इनपुट और आउटपुट शाफ्ट में मरोड़ होती है, पिनियन-गियर युग्म में मरोड़ कठोरता होती है, और सिस्टम की लोच कम होती है। ये कारक स्पाइरल बेवल गियर को मेशिंग प्रभाव के लिए आदर्श बनाते हैं। मेशिंग प्रभाव को बेहतर बनाने के लिए, टूल पैरामीटर और प्रारंभिक मशीन सेटिंग्स का उपयोग करके एक गणितीय मॉडल विकसित किया जाता है।
हाल के वर्षों में, उच्च-प्रदर्शन वाले स्पाइरल बेवल गियर के उत्पादन के लिए विनिर्माण तकनीक में कई प्रगति हुई हैं। डिंग और अन्य जैसे शोधकर्ताओं ने दांतों के किनारों के संपर्क को समाप्त करने के लिए मशीन सेटिंग्स और कटर ब्लेड प्रोफाइल को अनुकूलित किया, जिसके परिणामस्वरूप एक सटीक और बड़ा स्पाइरल बेवल गियर प्राप्त हुआ। वास्तव में, यह प्रक्रिया आज भी स्पाइरल बेवल गियर के निर्माण के लिए उपयोग की जाती है। यदि आप इस तकनीक में रुचि रखते हैं, तो आगे पढ़ें!
स्पाइरल बेवल गियर का डिज़ाइन जटिल और पेचीदा होता है, जिसके लिए कुशल मशीनिस्टों की आवश्यकता होती है। एक सिस्टम से दूसरे सिस्टम में शक्ति स्थानांतरित करने के लिए स्पाइरल बेवल गियर अत्याधुनिक तकनीक है। हालांकि स्पाइरल बेवल गियर का निर्माण कभी कठिन हुआ करता था, लेकिन अब ये आम हैं और कई अनुप्रयोगों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। वास्तव में, समकोण शक्ति स्थानांतरण के लिए स्पाइरल बेवल गियर सर्वोत्कृष्ट हैं। जबकि पारंपरिक बेवल गियर मशीनरी का उपयोग स्पाइरल बेवल गियर के निर्माण के लिए किया जा सकता है, डबल बेवल गियर का उत्पादन अत्यंत जटिल है। डबल स्पाइरल बेवल गियरसेट को पारंपरिक बेवल गियर मशीनरी से मशीनिंग नहीं किया जा सकता है। परिणामस्वरूप, नवीन निर्माण विधियों का विकास किया गया है। डबल स्पाइरल बेवल गियरसेट के प्रोटोटाइप के निर्माण के लिए एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग विधि का उपयोग किया गया था, और इसके बाद एक मल्टी-एक्सिस सीएनसी मशीन सेंटर का निर्माण किया जाएगा।
सर्पिल बेवल गियर हेलीकॉप्टरों और एयरोस्पेस पावर प्लांटों के महत्वपूर्ण घटक हैं। इनकी मजबूती, टिकाऊपन और आपस में जुड़ने की क्षमता सुरक्षा के लिए बेहद जरूरी है। कई शोधकर्ताओं ने इन समस्याओं के समाधान के लिए सर्पिल बेवल गियरों का उपयोग करना शुरू कर दिया है। एक चुनौती शोर को कम करना, संचरण दक्षता में सुधार करना और इनकी टिकाऊपन को बढ़ाना है। इसी कारण से, सर्पिल बेवल गियरों का व्यास सीधे बेवल गियरों की तुलना में छोटा हो सकता है। यदि आप सर्पिल बेवल गियरों में रुचि रखते हैं, तो इस लेख को पढ़ें।

ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांतों के आकार की सीमाएँ

सर्पिल गियर के ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांत के आकार को एक अरैखिक प्रोग्रामिंग समस्या से गणना किया जा सकता है। दांत के पास आने का मान Z, संपर्क अभिलंब के अनुदिश रैखिक विस्थापन त्रुटि है। इसे कुछ अतिरिक्त मापदंडों के साथ समीकरण (23) में दिए गए सूत्र का उपयोग करके गणना किया जा सकता है। हालांकि, कम भार के लिए परिणाम सटीक नहीं होता है क्योंकि विकृति संकेत का संकेत-से-शोर अनुपात कम होता है।
ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांत के आकार से रेखा और बिंदु संपर्क वाले दांत के आकार प्राप्त किए जा सकते हैं। हालांकि, जब दांत के शरीर ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांत के आकार में प्रवेश करते हैं तो इनकी सीमाएं होती हैं। इसे दांत प्रोफाइल का अवरोधन कहा जाता है। हालांकि इस सीमा को कई अन्य विधियों द्वारा दूर किया जा सकता है, ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांत के आकार दांतों की मेशिंग और मजबूती से सीमित होते हैं। इनका उपयोग केवल तभी किया जा सकता है जब गियर की मेशिंग पर्याप्त हो और सापेक्ष गति पर्याप्त हो।
दांतों के आकार का मापन करते समय, गियर और एलटीएस के बीच सापेक्ष स्थिति लगातार बदलती रहती है। सेंसर की माउंटिंग सतह घूर्णन अक्ष के समानांतर होनी चाहिए। सेंसर का वास्तविक अभिविन्यास आदर्श स्थिति से भिन्न हो सकता है। इसका कारण गियर शाफ्ट सपोर्ट और प्लेटफॉर्म की ज्यामितीय सहनशीलता हो सकती है। हालांकि, यह प्रभाव नगण्य है और कोई गंभीर समस्या नहीं है। इसलिए, महंगे प्रायोगिक प्रक्रियाओं के बिना भी सर्पिल गियर के ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांतों के आकार को प्राप्त करना संभव है।
स्पाइरल गियर के ज्यामितीय रूप से प्राप्त दांतों के आकार के मापन की प्रक्रिया, गियर के एक सिरे के ऑप्टिकल मापन से उत्पन्न आदर्श इनवोल्यूट प्रोफाइल पर आधारित है। एलटीएस और घूर्णन अक्ष के सामान्य अभिविन्यास के आधार पर, इस प्रोफाइल को लगभग पूर्ण माना जाता है। पिच और यॉ कोणों में मामूली विचलन होते हैं। निचली और ऊपरी सीमाएँ क्रमशः -10 और -10 डिग्री निर्धारित की गई हैं।
स्पाइरल गियर के दांतों का आकार स्पर टूथिंग के प्रतिस्थापन से प्राप्त होता है। हालांकि, स्पाइरल गियर के दांतों का आकार अभी भी कई सीमाओं के अधीन है। दांतों के आकार के अलावा, पिच व्यास भी कोणीय बैकलैश को प्रभावित करता है। इन दोनों मापदंडों के मान मेश में प्रत्येक गियर के लिए भिन्न होते हैं। ये संचरण अनुपात द्वारा संबंधित होते हैं। एक बार यह समझ आ जाए, तो तदनुसार दांतों के आकार वाला गियर बनाना संभव है।
स्पाइरल गियर की लंबाई और अनुप्रस्थ आधार पिच समान होने के कारण, प्रत्येक प्रोफाइल का हेलिक्स कोण बराबर होता है। यह गियर के जुड़ाव के लिए अत्यंत महत्वपूर्ण है। अपूर्ण आधार पिच के कारण गियर के दांतों के बीच भार का असमान वितरण होता है, जिससे कुछ दांतों पर सामान्य से अधिक भार पड़ता है। इसके परिणामस्वरूप कंपन और शोर उत्पन्न होता है। साथ ही, रूट फिललेट और इनवोल्यूट का सीमा बिंदु टिप व्यास से पहले संपर्क को कम कर सकता है या पूरी तरह समाप्त कर सकता है।

संपादक: सीजेएच 2023-01-28