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स्प्लाइन कपलिंग में संपर्क दबाव का अनुमान लगाने के लिए विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण

स्प्लाइन कपलिंग दो घूर्णनशील शाफ्टों के बीच एक प्रकार का यांत्रिक कनेक्शन है। इसमें दो भाग होते हैं - एक कपलर और एक कपलिंग। दोनों भागों में दांत होते हैं जो आपस में जुड़कर भार स्थानांतरित करते हैं। हालांकि, स्प्लाइन कपलिंग आमतौर पर आकार में बहुत बड़ी होती हैं, जिससे उनमें थकान और स्थिर व्यवहार की समस्या उत्पन्न हो जाती है। घिसाव के कारण भी कपलिंग विफल हो सकती है। इसलिए, इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए उचित स्प्लाइन कपलिंग डिजाइन अत्यंत आवश्यक है।

स्प्लाइन कपलिंग का मॉडलिंग

एयरोस्पेस उद्योग में स्प्लाइन कपलिंग की लोकप्रियता लगातार बढ़ रही है, लेकिन ये थोड़े से असंरेखित अवस्था में काम करते हैं, जिससे कंपन होता है और संपर्क सतहों को नुकसान पहुंचता है। इस समस्या को हल करने के लिए, यह लेख स्प्लाइन कपलिंग में संपर्क दबाव का अनुमान लगाने के लिए विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण प्रस्तुत करता है। विशेष रूप से, यह लेख विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण के लाभों को प्रदर्शित करने के लिए विशुद्ध संख्यात्मक दृष्टिकोण के साथ विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण की तुलना करता है।
स्प्लाइन कपलिंग का मॉडल बनाने के लिए, सबसे पहले आपको स्प्लाइन कपलिंग के लिए नॉलेज बेस बनाना होगा। नॉलेज बेस में कई संभावित स्पेसिफिकेशन मान शामिल होते हैं, जो एक दूसरे से संबंधित होते हैं। यदि आप एक स्पेसिफिकेशन में बदलाव करते हैं, तो इससे दूसरे स्पेसिफिकेशन के उल्लंघन की चेतावनी मिल सकती है। डिज़ाइन को मान्य बनाने के लिए, आपको एक ऐसा स्प्लाइन कपलिंग मॉडल बनाना होगा जो निर्दिष्ट स्पेसिफिकेशन मानों को पूरा करता हो।
ज्यामिति का मॉडल तैयार करने के बाद, आपको दोनों स्प्लाइन कपलिंग के संपर्क दबाव दर्ज करने होंगे। फिर, आपको स्प्लाइन के पिच सर्कल की स्थिति निर्धारित करनी होगी। चित्र 2 में, मेल कपलिंग का केंद्र फीमेल स्प्लाइन के केंद्र पर सुपरइम्पोज़ किया गया है। इसके बाद, आपको यह सुनिश्चित करना होगा कि दोनों स्प्लाइन की अलाइनमेंट मेशिंग दूरी समान हो।
एक बार जब आपके पास स्प्लाइन कपलिंग मॉडल बनाने के लिए आवश्यक डेटा हो जाए, तो आप इंटरफ़ेस डिज़ाइन के लिए विनिर्देश दर्ज करके शुरुआत कर सकते हैं। यह डेटा प्राप्त होने के बाद, आपको यह चुनना होगा कि आंतरिक स्प्लाइन को ऑप्टिमाइज़ करना है या बाहरी स्प्लाइन को। आपको टूथ फ्रिक्शन गुणांक भी निर्दिष्ट करना होगा, जिसका उपयोग स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 में तनाव निर्धारित करने के लिए किया जाता है। आपको पायलट क्लीयरेंस भी दर्ज करना चाहिए, जो एक स्प्लाइन पर टूथ 32 के सिरे 186 और दूसरे स्प्लाइन पर मौजूद फीचर के बीच का क्लीयरेंस है।
बाहरी स्प्लाइन के लिए वांछित विनिर्देश दर्ज करने के बाद, आप आंतरिक स्प्लाइन के लिए पैरामीटर दर्ज कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, आप आंतरिक स्प्लाइन के मुख्य स्नैप 54 और गौण स्नैप 56 की बाहरी व्यास सीमा 154 दर्ज कर सकते हैं। इन पैरामीटरों के मान स्प्लाइन इनपुट और कॉन्फ़िगरेशन GUI स्क्रीन 80 पर रंग-कोडित बॉक्स में प्रदर्शित होते हैं। पैरामीटर दर्ज करने के बाद, आपको स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 का ज्यामितीय निरूपण दिखाया जाएगा।

स्प्लाइन कपलिंग मॉडल बनाना 20

स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 को उत्पाद मॉडल सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 द्वारा बनाया गया है। यह सॉफ़्टवेयर कॉन्फ़िगरेशन-निर्भर विनिर्देश बाधाओं और संबंधों के ज्ञान आधार के आधार पर स्प्लाइन कपलिंग मॉडल का सत्यापन करता है। यह रिपोर्ट फिर ANSYS स्ट्रेस एनालाइज़र प्रोग्राम में इनपुट की जाती है। इसमें स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 के ज्यामितीय कॉन्फ़िगरेशन और प्रत्येक विशेषता के लिए विनिर्देश मान सूचीबद्ध होते हैं। स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 के कॉन्फ़िगरेशन या प्रदर्शन विनिर्देशों में हर बार बदलाव होने पर इसे स्वचालित रूप से पुनः बनाया जाता है।
स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 को उत्पाद मॉडल सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 का उपयोग करके कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। उपयोगकर्ता स्प्लाइन स्टैक की अक्षीय लंबाई निर्दिष्ट करता है, जो शून्य या एक निश्चित लंबाई हो सकती है। उपयोगकर्ता रेडियल मिलान सतह 148 भी दर्ज करता है, यदि कोई हो, और पायलट क्लीयरेंस विनिर्देश मान 14.5 डिग्री या 30 डिग्री का चयन करता है।
उपयोगकर्ता माउस 110 का उपयोग करके स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 को संशोधित कर सकता है। स्प्लाइन कपलिंग नॉलेज बेस में संभावित विनिर्देश मानों की एक बड़ी संख्या और स्प्लाइन कपलिंग डिज़ाइन नियम शामिल हैं। यदि उपयोगकर्ता स्प्लाइन कपलिंग मॉडल को बदलने का प्रयास करता है, तो मॉडल किसी अन्य विनिर्देश के उल्लंघन के बारे में चेतावनी प्रदर्शित करेगा। कुछ मामलों में, संशोधन डिज़ाइन को अमान्य कर सकता है।
स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 में, उपयोगकर्ता अतिरिक्त प्रदर्शन आवश्यकता विनिर्देश दर्ज करता है। उपयोगकर्ता आंतरिक और बाह्य स्प्लाइन 38 और 40 के लिए अधिकतम टॉर्क स्थानांतरण के स्थान चुनता है। अधिकतम टॉर्क स्थानांतरण स्थान शाफ्ट पर हार्डवेयर के अटैचमेंट कॉन्फ़िगरेशन द्वारा निर्धारित होता है। एक बार यह चयन हो जाने पर, उपयोगकर्ता मॉडल को सहेजने के लिए "अगला" पर क्लिक कर सकता है। स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 का पूर्वावलोकन प्रदर्शित होता है।
मॉडल 20 एक स्प्लाइन कपलिंग का प्रतिनिधित्व करता है। स्प्लाइन विनिर्देशों को स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 के GUI स्क्रीन पर निर्दिष्ट क्रम और व्यवस्था में दर्ज किया जाता है। स्प्लाइन कपलिंग विनिर्देशों को दर्ज करने के बाद, उत्पाद मॉडल सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 उन्हें स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 में शामिल कर देगा। यह स्प्लाइन कपलिंग मॉडल निर्माण का अंतिम चरण है।

स्प्लाइन कपलिंग मॉडल का विश्लेषण 20

स्प्लाइन कपलिंग मॉडल के विश्लेषण में इसकी संरचना और प्रदर्शन संबंधी विशिष्टताओं को इनपुट करना शामिल है। ये विशिष्टताएँ किसी अन्य कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा उत्पन्न की जा सकती हैं। उत्पाद मॉडल सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 तब संरचना पर निर्भर विशिष्टता संबंधों और बाधाओं के अपने आंतरिक ज्ञान आधार का उपयोग करके एक वैध त्रि-आयामी पैरामीट्रिक मॉडल 20 बनाता है। इस मॉडल में स्प्लाइन दांतों 32, स्नैप 34 और शोल्डर 36 की संख्या और प्रकारों का वर्णन करने वाली जानकारी होती है।
स्प्लाइन कपलिंग का विश्लेषण करते समय, सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 में विभिन्न विशिष्टताओं के लिए डिफ़ॉल्ट मान शामिल होंगे। स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 में एक आंतरिक स्प्लाइन 38 और एक बाह्य स्प्लाइन 40 शामिल हैं। प्रत्येक स्प्लाइन में गहराई, चौड़ाई, लंबाई और त्रिज्या जैसे मापदंडों का अपना सेट होता है। बाह्य स्प्लाइन 40 में अभिविन्यास जैसे मापदंडों का अपना सेट भी होगा।
इन मापदंडों का चयन करने पर, सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 पर विभिन्न विश्लेषण करेगा। सॉफ़्टवेयर प्रोग्राम 10 स्प्लाइन कपलिंग के नाममात्र और अधिकतम दांत भार वहन तनाव और थकान जीवन की गणना करता है। यह आंतरिक और बाहरी स्प्लाइन के बीच मरोड़ वाइंडअप में अंतर भी निर्धारित करेगा। विश्लेषण से प्राप्त आउटपुट फ़ाइल एक रिपोर्ट फ़ाइल होगी जिसमें मॉडल कॉन्फ़िगरेशन और विशिष्टता डेटा शामिल होगा। इस आउटपुट फ़ाइल का उपयोग अन्य कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा आगे के विश्लेषण के लिए भी किया जा सकता है।
एक बार ये पैरामीटर सेट हो जाने के बाद, उपयोगकर्ता स्प्लाइन कपलिंग मॉडल 20 के लिए डिज़ाइन मानदंड दर्ज करता है। इस चरण में, उपयोगकर्ता बाहरी और आंतरिक स्प्लाइन 38 दोनों के लिए अधिकतम टॉर्क स्थानांतरण के स्थान निर्दिष्ट करता है। अधिकतम टॉर्क स्थानांतरण का स्थान शाफ्ट से जुड़े हार्डवेयर के विन्यास पर निर्भर करता है। उपयोगकर्ता प्रत्येक स्प्लाइन के लिए अधिकतम चार अलग-अलग प्रदर्शन आवश्यकता विनिर्देश दर्ज कर सकता है।
विश्लेषण के परिणामों से पता चलता है कि स्प्लाइन कपलिंग के दो चरण होते हैं। पहले चरण में तनाव और कंपन में भारी वृद्धि देखी जाती है। दूसरे चरण में तनाव और कंपन दोनों के स्तर में कमी आती है। तीसरे चरण में 300N और 320N के बीच एक स्थिर मेसिंग बल बना रहता है। यह व्यवहार लंबे समय तक जारी रहता है, जब तक कि अंतिम चरण सतह के साथ जुड़ नहीं जाता।

स्प्लाइन कपलिंग का गलत संरेखण

इस अध्ययन का उद्देश्य स्थिर टॉर्क और घूर्णनशील मिसअलाइनमेंट के तहत दांतों को जोड़ने वाले स्प्लाइन कपलिंग में परिणामी संपर्क बल की स्थिति की जांच करना था। अध्ययन में परिमित तत्व विधि (FEM) मॉडल पर आधारित संख्यात्मक विधियों का उपयोग किया गया। इसने सामान्य परिस्थितियों और समानांतर ऑफसेट मिसअलाइनमेंट के लिए संख्यात्मक परिणाम प्राप्त किए। अध्ययन में मिसअलाइनमेंट के दो स्तरों – 0.02 मिमी और 0.08 मिमी – को अलग-अलग लोडिंग स्तरों के साथ माना गया।
परिणामों से पता चला कि स्प्लाइन और रोटर के बीच संरेखण में गड़बड़ी के कारण स्प्लाइन-रोटर युग्मन प्रणाली के मेशिंग बल में परिवर्तन होता है। इसकी गतिशीलता स्प्लाइन के मेशिंग बल द्वारा नियंत्रित होती है। संरेखण में गड़बड़ी वाले स्प्लाइन युग्मन का मेशिंग बल रोटर-स्प्लाइन युग्मन प्रणाली के मापदंडों, संचारित टॉर्क और गतिशील कंपन विस्थापन से संबंधित होता है।
सटीक माप उपलब्ध न होने के बावजूद, स्प्लाइन का गलत संरेखण एक आम समस्या है। यह समस्या इस तथ्य से और भी बढ़ जाती है कि स्प्लाइन में आमतौर पर बैकलैश होता है। यह बैकलैश गलत संरेखित स्प्लाइन का परिणाम है। लेखकों ने विभिन्न पिच व्यास और लंबाई/व्यास अनुपात वाली कई स्प्लाइनों का विश्लेषण किया।
स्प्लाइन कपलिंग एक द्वि-आयामी यांत्रिक प्रणाली है, जिसमें धनात्मक बैकलैश होता है। स्प्लाइन कपलिंग में एक हब और शाफ्ट होता है, और इसके टिप-टू-रूट क्लीयरेंस बैकलैश से अधिक होते हैं। टिप-टू-रूट फिललेट संपर्क को रोकने के लिए पर्याप्त फॉर्म क्लीयरेंस दिया जाता है। स्प्लाइन पर लगने वाला टॉर्क घर्षण के माध्यम से संचारित होता है।
जब स्प्लाइन कपलिंग गलत संरेखण में होती है, तो टॉर्क-आधारित थ्रस्ट बल उत्पन्न होता है। ऐसी स्थिति में, बल टॉर्क से अधिक हो सकता है, जिससे घटक का संरेखण बिगड़ सकता है। इस अध्ययन में टॉर्क और थ्रस्ट के दो-तरफ़ा संचरण का विश्लेषणात्मक मॉडल तैयार किया गया है। विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण ऐसे समाधान प्रदान करता है जिन्हें डिज़ाइन प्रक्रिया में एकीकृत किया जा सकता है। इसलिए, अगली बार जब आप गलत संरेखण वाली स्प्लाइन कपलिंग की समस्या का सामना करें, तो विश्लेषणात्मक दृष्टिकोण का उपयोग करना सुनिश्चित करें!
इस अध्ययन में, समानांतर ऑफसेट मिसअलाइनमेंट के बिना सामान्य परिस्थितियों में स्प्लाइन कपलिंग का विश्लेषण किया गया है। प्राप्त कठोरता मान, सामान्य पिच व्यास और भार अनुप्रयोग व्यास के बीच प्रतिशत अंतर हैं। इसके अलावा, 5000 N*m के टॉर्क के तहत मापा गया पिच व्यास में अधिकतम प्रतिशत अंतर 1.60% है। गणना में पिच कोण नामक एक अन्य पैरामीटर को भी ध्यान में रखा गया है।

सीएक्स द्वारा संपादित, 2023-05-23