साइक्लोन गियरबॉक्स के उपयोग के लाभ

किसी मशीन की गति को कम करने के लिए इनपुट शाफ्ट को चलाने हेतु साइक्लोइडल गियरबॉक्स का उपयोग करना एक बहुत ही प्रभावी तरीका है। यह इनपुट शाफ्ट की गति को एक पूर्व निर्धारित अनुपात से कम करके ऐसा करता है। यह अपेक्षाकृत छोटे आकार में भी बहुत उच्च अनुपात प्राप्त करने में सक्षम है।

संचरण अनुपात

चाहे आप समुद्री प्रणोदन प्रणाली बना रहे हों या तेल एवं गैस उद्योग के लिए पंप, साइक्लोइडल गियरबॉक्स का उपयोग करने के कई फायदे हैं। अन्य प्रकार के गियरबॉक्स की तुलना में, ये छोटे होते हैं और इनमें बेहतर टॉर्क घनत्व होता है। ये गियरबॉक्स वजन और स्थिति निर्धारण में भी सर्वोत्तम सटीकता प्रदान करते हैं।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स का मूल डिज़ाइन प्लेनेटरी गियरबॉक्स के समान होता है। मुख्य अंतर गियर के दांतों के आकार में होता है।
साइक्लॉइड गियर में दांतों के किनारों पर घिसावट कम होती है और हर्ट्ज़ियन संपर्क तनाव भी कम होता है। इनमें घर्षण और मरोड़ की कठोरता भी कम होती है। इन खूबियों के कारण ये भारी भार या उच्च गति वाले ड्राइव वाले अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं। ये उच्च गियर अनुपात के लिए भी उपयुक्त हैं।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स में, इनपुट शाफ्ट एक एक्सेंट्रिक बेयरिंग को चलाता है, जबकि आउटपुट शाफ्ट साइक्लोइडल डिस्क को चलाता है। साइक्लोइडल डिस्क एक स्थिर रिंग के चारों ओर घूमती है, और रिंग गियर के पिन डिस्क के छेदों में लगे होते हैं। डिस्क के घूमने के साथ ही पिन आउटपुट शाफ्ट को चलाते हैं।
साइक्लॉइड गियर उन अनुप्रयोगों के लिए आदर्श हैं जिनमें उच्च गियर अनुपात और कम घर्षण की आवश्यकता होती है। ये उन अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं जिनमें उच्च मरोड़ कठोरता और झटके सहने की क्षमता की आवश्यकता होती है। साथ ही, ये उन अनुप्रयोगों के लिए भी उपयुक्त हैं जिनमें कॉम्पैक्ट डिज़ाइन और कम बैकलैश की आवश्यकता होती है।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स का ट्रांसमिशन अनुपात साइक्लोइडल डिस्क पर लोबों की संख्या द्वारा निर्धारित होता है। n=n डिज़ाइन वाली साइक्लोइडल डिस्क इनपुट शाफ्ट के प्रत्येक चक्कर में एक लोब घुमाती है।
साइक्लॉइड गियरों का निर्माण 30:1 से 300:1 तक के गियर अनुपात को कम करने के लिए किया जा सकता है। ये गियर उच्च स्तरीय अनुप्रयोगों, विशेष रूप से स्वचालन उद्योग में, के लिए उपयुक्त हैं। ये सर्वोत्तम स्थिति निर्धारण सटीकता और बैकलैश भी प्रदान करते हैं। हालांकि, इनके निर्माण के लिए विशेष प्रक्रियाओं और गैर-मानक विशेषताओं की आवश्यकता होती है।

संपीडन बल

परंपरागत गियरबॉक्स की तुलना में, साइक्लोइडल गियरबॉक्स की गतिकी अनूठी होती है। इसमें एक घूर्णनशील फ्रेम में एक विलक्षण बेयरिंग होती है, जो साइक्लोइडल डिस्क को चलाती है। इसकी विशेषता कम बैकलैश और मरोड़ कठोरता है, जो गियर वाली गति को संभव बनाती है।
इस अध्ययन में, साइक्लोइडल रिड्यूसर के इष्टतम डिज़ाइन को विकसित करने के लिए डिज़ाइन मापदंडों के प्रभावों की जांच की गई। तीन मुख्य घूर्णन बिंदुओं का अध्ययन किया गया: एक साइक्लोइडल डिस्क, एक बाहरी रेस और इनपुट शाफ्ट। इनका उपयोग गति से संबंधित गतिशील बलों का विश्लेषण करने के लिए किया गया, जिनका उपयोग तनाव और विकृति की गणना करने के लिए किया जा सकता है। गियर मेश आवृत्ति की गणना एक सूत्र का उपयोग करके की गई, जिसमें बाहरी रेस के घूर्णन फ्रेम के लिए एक सुधार कारक शामिल था।
साइक्लोइडल डिस्क का मूल्यांकन करने के लिए त्रि-आयामी परिमित तत्व विश्लेषण (FEA) अध्ययन किया गया। डिस्क पर उत्पन्न तनावों पर छिद्रों के आकार के प्रभावों की जांच की गई। इस अध्ययन में साइक्लोइडल ड्राइव के टॉर्क रिपल का भी विश्लेषण किया गया।
इस अध्ययन के लेखकों ने आउटपुट तंत्र में बैकलैश वितरण का भी विश्लेषण किया, जिसमें मशीनिंग विचलन और आउटपुट तंत्र की संरचना और ज्यामिति को ध्यान में रखा गया। इस अध्ययन में एक दांत के अंतर वाले सिंगल डिस्क साइक्लोइडल रिड्यूसर पर आधारित साइक्लोइडल रिड्यूसर की सापेक्ष दक्षता का भी अध्ययन किया गया।
इस अध्ययन के लेखकों ने साइक्लोइडल डिस्क के संपर्क तनाव का पता लगाने में सफलता प्राप्त की, जिसकी गणना पदार्थ-आधारित संपर्क कठोरता का उपयोग करके की जाती है। इसका उपयोग साइक्लोइडल गियरबॉक्स में सटीक संपर्क तनाव निर्धारित करने के लिए किया जा सकता है।
भार वहन दर की गणना के लिए आवश्यक अनुपातों को जानना महत्वपूर्ण है। इसकी गणना सूत्र f = k (S x R) का उपयोग करके की जा सकती है, जहाँ S तत्व का आयतन है, R द्रव्यमान है, k संपर्क कठोरता है और f बल सदिश है।

घूर्णीय दिशा

परंपरागत रिंग गियर के विपरीत, जिसमें घूर्णन की एक ही धुरी होती है, साइक्लोइडल गियरबॉक्स में तीन घूर्णन अक्ष होते हैं जो समानांतर होते हैं और एक ही समतल में स्थित होते हैं। साइक्लोइडल गियरबॉक्स में उत्कृष्ट मरोड़ कठोरता और झटके सहने की क्षमता होती है। यह स्थिर कोणीय वेग भी सुनिश्चित करता है और उच्च गति वाले गियरबॉक्स अनुप्रयोगों में उपयोग किया जाता है।
एक साइक्लोइडल गियरबॉक्स में एक इनपुट शाफ्ट, एक ड्राइव सदस्य और एक साइक्लोइडल डिस्क होती है। डिस्क एक दिशा में घूमती है, जबकि इनपुट शाफ्ट विपरीत दिशा में घूमता है। इनपुट शाफ्ट ड्राइव सदस्य पर सनकी रूप से लगा होता है। साइक्लोइडल डिस्क रिंग-गियर हाउसिंग के साथ जुड़ती है, और साइक्लोइडल डिस्क की घूर्णी गति आउटपुट शाफ्ट में स्थानांतरित होती है।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स की घूर्णन दिशा की गणना करने के लिए, साइक्लोइड का कोणीय अभिविन्यास सही होना चाहिए और साइक्लोइड की केंद्र रेखा आउटपुट होल के केंद्र के साथ संरेखित होनी चाहिए। साइक्लोइड की सबसे छोटी लंबाई पिन सर्कल की त्रिज्या के बराबर होनी चाहिए। साइक्लोइड की सबसे बड़ी त्रिज्या बेयरिंग के बाहरी व्यास के बराबर होनी चाहिए।
एक चरण वाले गियर में काम करने के लिए पर्याप्त जगह नहीं होती, इसलिए जगह का अधिकतम उपयोग करने के लिए आपको बहु-चरण वाले गियर की आवश्यकता होगी। यही कारण है कि साइक्लॉइड गियर को आमतौर पर छोटे साइक्लॉइड के साथ डिज़ाइन किया जाता है।
साइक्लोइडल गियर के लिए सबसे कुशल दांत प्रोफाइल की गणना करने के लिए एक नई विधि विकसित की गई। यह विधि एक गणितीय मॉडल का उपयोग करती है जो साइक्लोइड की घूर्णन दिशा और कुछ अन्य ज्यामितीय मापदंडों पर आधारित है। दाब कोण के वितरण से संबंधित एक खंडीय फलन का उपयोग करके, साइक्लोइड का सबसे कुशल प्रोफाइल निर्धारित किया जाता है। फिर इसे सैद्धांतिक प्रोफाइल पर आरोपित किया जाता है। यह नई विधि पारंपरिक विधि की तुलना में कहीं अधिक लचीली है और साइक्लोइडल प्रोफाइल के बदलते रुझानों के अनुकूल हो सकती है।

डिज़ाइन

साइक्लोइडल गियरबॉक्स के कई डिज़ाइन विकसित किए गए हैं। इन गियरबॉक्स में एक चरण में उच्च रिडक्शन अनुपात होता है। इनका उपयोग मुख्य रूप से भारी मशीनों में किया जाता है। ये अच्छी टॉर्शनल कठोरता और शॉक लोड क्षमता प्रदान करते हैं। हालांकि, उच्च आरपीएम पर इनमें कंपन भी होता है। इस समस्या का समाधान खोजने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स को मैकेनिज़्म के रिडक्शन रेशियो की गणना करके डिज़ाइन किया जाता है। यह रेशियो इनपुट स्पीड के मान से प्राप्त होता है। फिर इसे गियर प्रोफाइल के रिडक्शन रेशियो से गुणा किया जाता है।
साइक्लोइडल गियरबॉक्स के डिज़ाइन में सबसे महत्वपूर्ण कारक गियर की चौड़ाई के अनुदिश भार वितरण है। इसे डिज़ाइन मानदंड के रूप में उपयोग करके कंपन के आयाम को कम किया जा सकता है। इससे गियरबॉक्स के सही ढंग से काम करने की गारंटी मिलती है। उचित मिलान स्थितियों को सुनिश्चित करने के लिए, साइक्लोइडल डिस्क की परिधि पर ट्रोकोइडल प्रोफ़ाइल को सटीक रूप से परिभाषित किया जाना आवश्यक है।
साइक्लोइडल गियर के सबसे सामान्य रूपों में से एक वृत्ताकार चाप दांत है। यह आज उपयोग में आने वाला सबसे आम प्रकार का दांत है।
गियर का एक अन्य प्रकार हाइपोसाइक्लॉइड है। इस प्रकार में घूर्णन वृत्त का व्यास आधार वृत्त के व्यास का आधा होना आवश्यक है। एक अन्य विशेष प्रकार बिंदु दांत वाला गियर है। इसे क्लॉक टूथिंग भी कहा जाता है।
इस गियर प्रोफाइल को काम करने के लिए, संपर्क का प्रारंभिक बिंदु रोलिंग डिस्क के किनारे पर स्थिर रहना चाहिए। इससे हाइपोसाइक्लॉइड वक्र उत्पन्न होगा। इस वक्र को इसी प्रारंभिक बिंदु से ट्रेस किया जाता है।
इस गियर प्रोफाइल की जांच करने के लिए, लेखकों ने 3डी परिमित तत्व विश्लेषण का उपयोग किया। उन्होंने गियर निर्माण के गणितीय मॉडल का उपयोग किया जिसमें गतिकी पैरामीटर, आउटपुट मोमेंट गणना और मशीनिंग चरण शामिल थे। परिणामस्वरूप, इस डिज़ाइन से बैकलैश की समस्या समाप्त हो गई।

आकार और चयन

गियरबॉक्स का चयन करना एक जटिल कार्य हो सकता है। इसमें कई बातों का ध्यान रखना आवश्यक है। आपको उपयोग का प्रकार, आवश्यक गति, भार और गियरबॉक्स का अनुपात निर्धारित करना होगा। यह जानकारी प्राप्त करके आप अपने लिए सर्वोत्तम समाधान ढूंढ सकते हैं।
सबसे पहले आपको सही आकार का पता लगाना होगा। आपकी आवश्यकता के अनुसार सबसे उपयुक्त गियरबॉक्स चुनने में मदद के लिए कई साइजिंग प्रोग्राम उपलब्ध हैं। आप साइक्लोइडल गियर का चित्र बनाकर शुरुआत कर सकते हैं, जिससे आपको पुर्जे को बनाने में मदद मिलेगी।
गियर का आकार निर्धारित करते समय वातावरण का ध्यान रखना महत्वपूर्ण है। झटके, पर्यावरणीय परिस्थितियाँ और परिवेश का तापमान गियर के दाँतों पर घिसावट बढ़ा सकते हैं। तापमान का स्नेहक की श्यानता और सील सामग्री पर भी महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है।
आपको इनपुट और आउटपुट स्पीड पर भी ध्यान देना होगा। ऐसा इसलिए है क्योंकि इनपुट स्पीड आपके गियरबॉक्स रेशियो की गणना को बदल देगी। यदि आप इनपुट स्पीड को सीमा से अधिक कर देते हैं, तो इससे सील खराब हो सकती हैं और शाफ्ट बेयरिंग समय से पहले घिस सकती हैं।
गियरबॉक्स के आकार निर्धारण का एक अन्य महत्वपूर्ण पहलू सर्विस फैक्टर है। यह फैक्टर निर्धारित करता है कि गियरबॉक्स कितना टॉर्क सहन कर सकता है। सर्विस फैक्टर 1.4 जितना कम हो सकता है, जो अधिकांश औद्योगिक अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त है। हालांकि, उच्च झटके और प्रभाव भार के लिए उच्च सर्विस फैक्टर की आवश्यकता होगी। इन कारकों को ध्यान में न रखने से शाफ्ट टूट सकते हैं और बेयरिंग क्षतिग्रस्त हो सकते हैं।
आउटपुट का प्रकार भी महत्वपूर्ण है। आपको यह तय करना होगा कि आपको कीलेस या कीड हॉलो बोर चाहिए, साथ ही आउटपुट फ्लेंज की आवश्यकता है या नहीं। यदि आप कीलेस हॉलो बोर चुनते हैं, तो आपको ऐसी सील सामग्री का चयन करना होगा जो उच्च तापमान को सहन कर सके।

सीएक्स द्वारा संपादित, 2023-06-07