इंजीनियरिंग मशीनरी के लिए हेलिकल गियरबॉक्स डिज़ाइन हेतु चीन में सबसे अधिक बिकने वाला एफ सीरीज हेलिकल बेवल गियरबॉक्स स्पीड रिड्यूसर।

हेलिकल गियरबॉक्स का चयन कैसे करें

सबसे उपयुक्त हेलिकल गियरबॉक्स का चुनाव इस बात पर निर्भर करता है कि आप उस गियर का उपयोग किस प्रकार के अनुप्रयोग के लिए करना चाहते हैं। आपको संपर्क अनुपात और आवश्यक प्रोफाइल शिफ्ट की कुल मात्रा पर विचार करना होगा।

स्पूर गियर, हेलिकल गियर की तुलना में अधिक कुशल होते हैं।

हेलिकल गियर की तुलना में, स्पर गियर के दांत सीधे होते हैं और गियर की धुरी के समानांतर होते हैं। अधिक कुशल होने के कारण, स्पर गियर का उपयोग अक्सर कम गति वाले अनुप्रयोगों में किया जाता है। हालांकि, हेलिकल गियर कम शोर और उच्च गति वाले अनुप्रयोगों के लिए बेहतर होते हैं। इन फायदों के बावजूद, स्पर गियर का उपयोग कुछ उपकरणों में भी किया जाता है।
अन्य गियरों की तुलना में स्पर गियर उतने टिकाऊ नहीं होते। लंबी दूरी तक शक्ति संचारित करने में ये कम कुशल होते हैं और उच्च गति पर बहुत अधिक शोर उत्पन्न करते हैं। साथ ही, ये बियरिंग पर रेडियल भार डालते हैं। इसके अलावा, ये काफी कंपन उत्पन्न करते हैं जो संचालन की अधिकतम गति को सीमित कर सकता है।
हेलिकल गियर भार स्थानांतरण में बेहतर होते हैं। इनका उपयोग कार ट्रांसमिशन, लिफ्ट और कन्वेयर सहित कई अनुप्रयोगों में किया जाता है। हेलिकल गियर अत्यधिक बल भी उत्पन्न करते हैं। ये स्पर गियर की तुलना में कम शोर करते हैं।
स्पूर गियर के विपरीत, हेलिकल गियर अपने थ्रस्ट लोड को सहारा देने के लिए बियरिंग का उपयोग करते हैं। इनमें दांत भी अधिक होते हैं, इसलिए ये स्पूर गियर की तुलना में अधिक भार सहन कर सकते हैं। इनका उपयोग गैर-समानांतर शाफ्ट में भी किया जा सकता है।
हेलिकल गियर आमतौर पर उच्च गति वाले यांत्रिक प्रणालियों में उपयोग किए जाते हैं। इनमें स्पर गियर की तुलना में दांतों पर घिसाव कम होता है और ये कम शोर करते हैं।
हेलिकल गियर, स्पर गियर का ही एक उन्नत रूप है। इनका उपयोग प्रिंटिंग उद्योग, लिफ्टों और ऑटोमोबाइल गियरबॉक्स में भी किया जाता है। भार वितरण के लिए इन्हें अक्सर वर्म गियर के साथ प्रयोग किया जाता है। इनकी गति क्षमता अधिक होती है, लेकिन ये स्पर गियर जितने कुशल नहीं होते। कुछ उच्च गति वाले यांत्रिक तंत्रों में इनका उपयोग किया जाता है क्योंकि इनसे शोर और कंपन कम होता है।
स्पूर गियर आमतौर पर कम गति वाले अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं, जैसे कि रैक और पिनियन सेटअप। इनकी डिज़ाइन इन्हें शक्ति संचारित करने में अधिक कुशल बनाती है, लेकिन ये हेलिकल गियर की तुलना में कम लचीले होते हैं।
डिजाइन की गुंजाइश आवश्यक केंद्र दूरी, लक्षित गियर अनुपात और प्रोफाइल शिफ्ट के योग के आधार पर सीमित होती है।
सांख्यिकीय रूप से व्युत्पन्न मापदंडों का उपयोग करते हुए, लेखकों ने दो बाहरी बेलनाकार गियरों के प्रोफ़ाइल शिफ्ट का बहु-उद्देशीय अनुकूलन किया। इस अध्ययन का मुख्य उद्देश्य दक्षता को अधिकतम करना और अनुकूलित स्थान में बिजली की हानि को न्यूनतम करना था।
इसके लिए, लेखकों ने एक बहु-उद्देश्यीय अनुकूलन एल्गोरिदम का उपयोग किया जिसमें इष्टतम प्रोफ़ाइल शिफ्ट के सभी पहलू शामिल थे। यह एल्गोरिदम सर्वोत्तम समाधान निर्धारित करने के लिए कई पीढ़ियों में उद्देश्य फ़ंक्शन का मूल्यांकन करता है।
बहुउद्देशीय अनुकूलन एल्गोरिदम एक सत्यापित अनुकूलन एल्गोरिदम पर आधारित था। यह एल्गोरिदम गियर केस के विरूपण की गणना के लिए एक प्रभावी विधि के साथ विश्लेषणात्मक दबाव भार अनुमान को जोड़ता है। उपर्युक्त सूत्रों का उपयोग करके, लेखकों ने एक व्यवहार्य समाधान की पहचान की। संख्यात्मक गणनाओं से यह भी पता चला कि संबंधित विशिष्ट स्लाइडिंग गुणांक पूरी तरह से संतुलित थे।
प्रोफ़ाइल शिफ्ट निर्धारित करने की सबसे कारगर विधि की पहचान करने के लिए, लेखकों ने दक्षता और द्रव्यमान के उद्देश्यों के आधार पर सबसे कारगर विधि का चयन किया। परिणामी अनुकूलन क्षेत्र के छोटे आकार को देखते हुए, दक्षता उद्देश्य को सर्वोपरि माना गया। यह उद्देश्य घिसाव संबंधी विफलताओं को कम करने में सहायक है।

बेलनाकार गियर का सबसे व्यापक तापीय उपचार केस हार्डनिंग है। ISO/TR 4467:1982 मानक गियर के लिए एक व्यावहारिक मार्गदर्शिका प्रदान करता है। पिनियन और व्हील की सबसे बड़ी त्रिज्याएँ rb1 और rb2 हैं। पिनियन के दांत की चौड़ाई और आधार वृत्त व्यास का अनुपात सामान्यतः 1 से कम रखा जाता है।
पिच बिंदु से दूरी बढ़ने पर स्लाइडिंग वेग भी बढ़ता है।
पेचदार गियर के इनवोल्यूट प्रोफाइल में विक्षेपण दांतों पर पड़ने वाले भार के कारण होता है। हालांकि, गियर के लिए इष्टतम दबाव कोण ज्ञात नहीं है।
सतही मॉडल के बिना हेलिकल गियर के लिए सही दबाव कोण की गणना नहीं की जा सकती। यदि दबाव प्रोफाइल पर एकसमान हो, तो 20 डिग्री का दबाव कोण एक उपयुक्त अनुमान होगा। हालांकि, इसके लिए एक गणितीय मॉडल की आवश्यकता होगी जिसे आर्चर्ड घिसाव समीकरण से प्राप्त किया जा सकता है।
सामान्यतः, दाब कोण व्यास और गियर मेश ज्यामिति दोनों से प्रभावित होता है। पेचदार गियर का वास्तविक कोण जानना महत्वपूर्ण है क्योंकि यह प्रोफाइल की वक्रता, सामान्य बल और त्रिज्या बल को प्रभावित करेगा।
प्रेशर एंगल को मापने का सबसे अच्छा तरीका सैद्धांतिक पिच व्यास को ध्यान में रखना है। यदि पिच व्यास छोटा है, तो वास्तविक कोण भी छोटा होगा। इससे किनारों के बीच अंतर उत्पन्न होगा। हालांकि, इससे गियर में विकृति भी आ सकती है, जिससे अप्रत्याशित कार्य व्यवहार हो सकता है।
एक दिलचस्प स्पर्शरेखा पिच तल है, जो पिच सतहों के लिए एक काल्पनिक स्पर्शरेखा है। पिच तल गियर के अनुप्रस्थ काट के अक्षीय तल के लंबवत तल होता है। इसका उपयोग आमतौर पर अनुप्रस्थ दाब कोण की गणना के लिए संदर्भ बिंदु के रूप में किया जाता है।
कार्यकारी दबाव कोण, गियर मेश की दबाव रेखा का कोण होता है। यह कोण संदर्भ दबाव कोण के समान होता है, लेकिन संपर्क रेखा की लंबाई कम हो जाती है।
कार्यशील दाब कोण की गणना करने का सबसे अच्छा तरीका गियर मेश की दाब रेखा का उपयोग करना है। इससे अधिक सटीक मान प्राप्त होगा। दाब रेखा का वास्तविक कोण संचरण अनुपात से भी संबंधित होता है। यह अनुपात आमतौर पर कोणीय वेगों के नाममात्र अनुपात के रूप में दिया जाता है। वास्तविक वेग इस अनुपात के आसपास घटते-बढ़ते रहते हैं।

हेलिकल गियर के दांत की जड़ का अंडरकट

पिनियन रूट पर अंडरकट होने से हेलिकल गियर के संपर्क रेखा के अनुदिश भार वितरण पर असर पड़ सकता है। इसके परिणामस्वरूप कुछ दांतों पर सामान्य से अधिक भार पड़ सकता है और आयाम-आधारित शोर उत्पन्न हो सकता है।
दांत की जड़ कई कारकों से प्रभावित होती है, जिनमें दांत काटने वाले औजार का आकार भी शामिल है। काटने वाले औजार को इस तरह से डिजाइन किया जाना चाहिए कि दांतों की संख्या कम किए बिना जड़ के नीचे से कटाव न हो। यह प्रोफाइल शिफ्टिंग नामक प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है।
कटिंग टूल की गहराई में बदलाव होने पर प्रोफाइल शिफ्ट होता है, जिससे अंडरकट नहीं हो पाता। इसका उपयोग अक्सर विनिर्माण प्रक्रिया में ओवरलैप अनुपात बढ़ाने के लिए किया जाता है। ओवरलैप अनुपात जितना अधिक होगा, संपर्क रेखाओं के बीच भिन्नता उतनी ही कम होगी। इससे दांतों पर गतिशील भार कम होता है और शोर घटता है।
प्रोफ़ाइल शिफ्ट अक्सर कटिंग टूल टिप से संबंधित होती है। यह वह बिंदु है जहाँ टिप के टेपर होने से पहले इनवोल्यूट प्रोफ़ाइल गियर से बाहर निकलती है। गियर फेस की चौड़ाई के प्रत्येक अनुप्रस्थ खंड के लिए इनवोल्यूट प्रोफ़ाइल को परिभाषित किया जा सकता है। सीमा बिंदु इनवोल्यूट और रूट प्रोफ़ाइल के बीच स्पर्श बिंदु होता है।
वृत्त का इनवोल्यूट, गियर के दांत के प्रोफाइल को परिभाषित करने का एक सामान्य तरीका है। इनवोल्यूट वह पथ है जो रेखा पर स्थित बिंदु द्वारा वृत्त पर लुढ़कने पर तय किया जाता है। यह बेलनाकार इनवोल्यूट गियर के लिए एक उपयोगी विशेषता है।
हेलिकल गियर के लिए हेलिक्स कोण भी महत्वपूर्ण है। यह बेहतर संपर्क क्षमता प्रदान करता है और गियर की झुकने की क्षमता को बढ़ाता है। हेलिकल दांतों के विनिर्देशों में इसे शामिल करना अनिवार्य है। कोण मापने योग्य होना चाहिए और इसमें (+-) चिह्न शामिल होना चाहिए।
दांत की झुकने की क्षमता जड़ के आकार पर निर्भर करती है। जड़ में अधिक कटाव होने से दांत की मजबूती कम हो जाती है।

संपर्क अनुपात

चाहे हेलिकल गियरबॉक्स गतिशील हो या स्थिर अवस्था में, संपर्क अनुपात एक महत्वपूर्ण कारक है। कुल संपर्क अनुपात क्रिया तल में संपर्क में आने वाले दांतों की औसत संख्या को परिभाषित करता है। इसकी गणना अनुप्रस्थ संपर्क अनुपात को ओवरलैप अनुपात से गुणा करके की जाती है। ओवरलैप अनुपात हमेशा शून्य नहीं होता है।
चालित गियर पर स्थिर गति से घूर्णन के लिए कुल संपर्क अनुपात 1.0 या उससे अधिक होना चाहिए। कम कुल संपर्क अनुपात वाले गियर चालित गियर के घूर्णन को धीमा कर देते हैं। कुल संपर्क अनुपात संपर्क रेखा की लंबाई से प्रभावित होता है। गतिशील भार के लिए उच्च संपर्क अनुपात एक अच्छा विकल्प है।
कम संपर्क अनुपात के कारण प्रोफाइल शिफ्ट अधिक होता है और शोर भी अधिक होता है। यदि संपर्क अनुपात बहुत अधिक हो, तो इससे EAP स्लाइडिंग वेग अत्यधिक हो सकता है और घिसावट उत्पन्न हो सकती है। इसके अतिरिक्त, असमान भार वितरण के कारण आयाम-संशोधित कंपन उत्पन्न होते हैं।
हेलिकल गियर दो पतले स्पर गियरों का एक जोड़ा होता है। ये गियर एक समतल में इस प्रकार व्यवस्थित होते हैं जो गियर के दांतों की चौड़ाई के समानांतर चलता है। प्रत्येक गियर का दांत अगले गियर के दांत के पार्श्व भाग से संपर्क बनाता है। हेलिकल गियर के दांत का पार्श्व भाग एक त्रि-आयामी सतह होती है जो गियर के आधार वृत्तों की स्पर्शरेखा होती है।
हेलिकल गियर के दांत का आकार भी संपर्क अनुपात में एक महत्वपूर्ण कारक है। दांत का आकार वर्कपीस, टूलिंग, डेडेंडम गुणांक, दांत पर लगने वाले बल और दांत की बेंडिंग कठोरता के अनुरूप बनाया जाता है। गियर के दांत का आकार दांत की सतह की गतिकी और सूक्ष्म ज्यामिति में होने वाले बदलावों से भी संबंधित होना चाहिए।
सक्रिय प्रोफ़ाइल, इनवोल्यूट प्रोफ़ाइल का वह क्षेत्र है जो आरंभ और अंत बिंदुओं के बीच स्थित होता है। गियर-दांत क्रिया के मूल नियम को संतुष्ट करने वाली दांत प्रोफ़ाइल को अक्सर संयुग्मी प्रोफ़ाइल कहा जाता है।

सीएक्स द्वारा संपादित, 2023-06-08