कस्टम गियरबॉक्स के लिए आवश्यकताओं को कैसे परिभाषित करें?

उपयोग के मामलों को कार्यात्मक आवश्यकताओं से संबद्ध करना (उदाहरण के लिए, एजीवी, रोबोटिक्स, सामग्री हैंडलिंग)

विभिन्न उपकरणों के साथ कस्टम गियरबॉक्स कैसे काम करते हैं, इसकी समझ व्यावहारिक अनुप्रयोगों में बहुत महत्व रखती है। एजीवी या स्वचालित मार्गदर्शित वाहनों के मामले में, लंबे समय तक संचालन के दौरान दक्षता और बैकलैश पर नियंत्रण रखना मुख्य चिंताएं हैं। रोबोटिक्स अनुप्रयोगों को पूरी तरह अलग आवश्यकता होती है - लगातार गति में रहने वाले भागों के लिए सटीकता और स्थान की बचत के लिए कॉम्पैक्ट डिज़ाइन। सामग्री हैंडलिंग प्रणालियों के सामने अपनी चुनौतियां होती हैं, जिन्हें कॉम्पैक्ट डिज़ाइन में गंभीर टोर्क को समाहित करने वाले गियर्स की आवश्यकता होती है, जो भारी भारों के प्रभाव के खिलाफ दिन-प्रतिदिन टिके रह सकें। 2023 में सामग्री वैज्ञानिकों द्वारा किए गए हालिया शोध में पाया गया कि लॉजिस्टिक्स स्वचालन में उपयोग होने वाले गियरबॉक्स औद्योगिक रोबोट्स की तुलना में लगभग 37% अधिक तनाव चक्रों से गुजरते हैं। ऐसा डेटा वास्तव में इंजीनियरों के डिज़ाइन निर्णयों के दृष्टिकोण को आकार देता है। उपकरण की वास्तविक आवश्यकताओं को उसके निर्धारित उपयोग के साथ सुसंगत करने से अनावश्यक जटिलता रोकी जा सकती है, जबकि त्वरण या धीमा होने के दौरान पर्याप्त टोर्क स्थिरता, कंपन के खिलाफ उचित अवमंदन जो नाजुक घटकों को नुकसान पहुंचा सकते हैं, और समग्र आयु को बनाए रखना सुनिश्चित करता है जो वास्तविक संचालन की तीव्रता के अनुरूप हो।

ड्यूटी चक्र, गति प्रोफ़ाइल और पर्यावरणीय जोखिम को आवश्यकता ड्राइवर में बदलना

हमें जिन विशिष्टताओं की आवश्यकता होती है, वे उस उपकरण के दैनिक उपयोग पर भारी मात्रा में निर्भर करती हैं। यह तय करने में कि घटकों को किस प्रकार की ऊष्मा प्रतिरोधकता की आवश्यकता है, कार्यचक्रों (ड्यूटी साइकिल) का विश्लेषण करना सबसे महत्वपूर्ण होता है। ऐसी मशीनें जो बार-बार शुरू और रुकावट का अनुभव करती हैं, या अचानक टॉर्क बढ़ने के स्थिति से गुजरती हैं, अतिरिक्त तनाव को संभालने के लिए अक्सर बेहतर शीतलन प्रणाली की आवश्यकता होती है। गति पैटर्न के मामले में, गियर डिज़ाइन तदनुसार बदल जाती है। आगे-पीछे की गति के लिए, समय के साथ सटीक स्थिति के लिए गियरों के बीच लगभग कोई खेल (प्ले) नहीं होना आवश्यक है। फिर वातावरण का कारक है। कुछ परिस्थितियों में संक्षारण एक वास्तविक समस्या बन जाता है। ऐसी सुविधाओं में जहां मशीनों को नियमित रूप से धोया जाता है, नमी को बाहर रखने के लिए IP67 सीलों की पूर्ण आवश्यकता होती है। पिछले वर्ष प्रकाशित हालिया उद्योग अनुसंधान के अनुसार, लगभग दो तिहाई शुरुआती गियरबॉक्स विफलताओं को पर्यावरणीय क्षति के खिलाफ खराब सुरक्षा तक वापस ले जाया गया था। उपकरण निर्दिष्ट करने वाले किसी भी व्यक्ति को चरम तापमान (माइनस तीस डिग्री से लेकर एक सौ बीस तक), धूल जमा होने की दर, और यह कि पुर्जे कितनी बार रसायनों के संपर्क में आ सकते हैं, जैसी वास्तविक संचालन स्थितियों पर ध्यान देना चाहिए। इन कारकों को गंभीरता से लेने से वास्तविक दुनिया की मांगों के अनुरूप विशिष्टताएं बनाने में मदद मिलती है, बिना अनावश्यक सुविधाओं पर बजट बर्बाद किए।

कस्टम गियरबॉक्स के लिए मुख्य प्रदर्शन विनिर्देशों को परिभाषित करें

टॉर्क, गति और अनुपात आवश्यकताएं: इनपुट/आउटपुट आरपीएम, नाममात्र/अधिकतम टॉर्क और दक्षता लक्ष्यों को संरेखित करना

टॉर्क और गति के आंकड़ों को सही ढंग से प्राप्त करना वस्तुतः अच्छे कस्टम गियरबॉक्स डिज़ाइन की शुरुआत है। सबसे पहले क्या करना चाहिए? इनपुट/आउटपुट आरपीएम अनुपात को समझें ताकि हम जान सकें कि हमें चीजों को धीमा करने की आवश्यकता है या तेज करने की। आइए थोड़ी देर के लिए टॉर्क के बारे में बात करते हैं। नॉमिनल टॉर्क वह है जो प्रणाली नियमित आधार पर दिन-प्रतिदिन संभालती है। लेकिन फिर चरम टॉर्क भी होता है जो उन क्षणों से संबंधित होता है जब कुछ गियर्स पर जोरदार प्रभाव डालता है, जैसे जब कोई लिफ्ट अचानक एक भारी लोड उठाती है या झटका महसूस करती है। यह विशेष रूप से मटीरियल हैंडलिंग उपकरणों में महत्वपूर्ण होता है जहां लोड अप्रत्याशित रूप से बदल जाते हैं। दक्षता के मामले में, अधिकांश ग्रहीय गियरबॉक्स 90% से 98% के बीच कहीं लक्ष्य रखते हैं। इसका महत्व क्यों है? क्योंकि कम दक्षता का अर्थ है अधिक ऊष्मा उत्पन्न होना और ऊर्जा बिल बढ़ना। इस पर एक नजर डालें: उच्च चक्र संचालन में दक्षता में केवल 10% की गिरावट 2023 के पोनमैन शोध के अनुसार प्रति वर्ष लगभग 740,000 डॉलर की लागत कर सकती है। अब इस सबके पीछे के गणित पर चर्चा करते हैं...

• आउटपुट टॉक = (शक्ति [kW] × 9546) / आउटपुट RPM
• सेवा गुणक = (संचालन के घंटे × आघात आवृत्ति) / 1,000

ये गणनाएँ प्रदर्शन लक्ष्यों और संचालनात्मक आवश्यकताओं के बीच संरेखण सुनिश्चित करती हैं।

महत्वपूर्ण मेट्रिक्स: बैकलैश, तापीय क्षमता, सेवा जीवन, और गतिशील प्रतिक्रिया

जब मूल टोक़ और गति रेटिंग से आगे देखा जाता है, तो यह देखने में आता है कि समय के साथ गियरबॉक्स कितने विश्वसनीय रहेंगे, इसके वास्तव में चार प्रमुख कारक महत्वपूर्ण होते हैं। पहला है बैकलैश, जो गियर्स के एक साथ जुड़ने पर उनके बीच उपस्थित छोटे अंतर को संदर्भित करता है। बिल्कुल सटीकता की आवश्यकता वाली रोबोटिक बाजूओं के लिए, यह 5 आर्क मिनट से काफी कम रहना चाहिए। इसके बाद थर्मल क्षमता आती है, जो मूल रूप से यह बताती है कि प्रणाली लगातार कितने तापमान को सहन कर सकती है। अधिकांश औद्योगिक विनिर्देशों में कम से कम 85 डिग्री सेल्सियस सहनशीलता की आवश्यकता होती है, विशेष रूप से उन क्षेत्रों में जहां सफाई के लिए पानी के जेट का उपयोग होता है। सेवा जीवन के अनुमान L10 बेयरिंग गणनाओं पर भारी निर्भर करते हैं, लेकिन गतिशील प्रतिक्रिया के बारे में भी भूलें नहीं। यह शुरू-बंद चक्रों के दौरान कंपन के व्यवहार को मापता है, जो स्वचालित गाइडेड वाहनों के लिए बिल्कुल महत्वपूर्ण है जो लगातार त्वरण और ब्रेक लगाते रहते हैं। पोनेमन शोध 2023 के अनुसार, दोहराव वाले गति अनुप्रयोगों में खराब गतिशील प्रतिक्रिया गियरबॉक्स के जीवन को लगभग 40% तक कम कर सकती है। इन मापदंडों को शुरुआत से सही तरीके से तय करना इस बात में बहुत अंतर लाता है कि घटक वास्तविक संचालन की मांगों के तहत लंबे समय तक चलें, न कि केवल प्रयोगशाला परीक्षणों के अनुसार।

पर्यावरणीय और यांत्रिक एकीकरण बाधाओं का आकलन करें

संचालन वातावरण (तापमान के चरम स्तर, प्रवेश संरक्षण, धुलाई, ऊंचाई)

गियरबॉक्स के आयु और समय के साथ विश्वसनीयता पर वातावरण का बहुत प्रभाव पड़ता है। जब तापमान बहुत अधिक चरम पर पहुँच जाता है, जैसे माइनस 40 डिग्री सेल्सियस से लेकर 150 डिग्री तक, तो गियरबॉक्स के अंदर की चीजें बदलने लगती हैं। तेल की गाढ़ापन ऊष्मा के आधार पर बदल जाता है, सामग्री अलग-अलग तरीके से फैलती है, इसलिए विशेष सील और थर्मल क्षतिपूर्ति के लिए डिज़ाइन कार्य की आवश्यकता होती है। धूल या नमी के प्रवेश के लिए संवेदनशील स्थानों, जैसे खाद्य प्रसंस्करण संयंत्रों या समुद्र में चलने वाली नावों में, प्रवेश संरक्षण (इनग्रेस प्रोटेक्शन) का बहुत महत्व होता है। वे IP रेटिंग (IP65 और IP67 सामान्य हैं) दूषित पदार्थों को अंदर आने से रोकने में मदद करते हैं। धुलाई क्षेत्रों में उपयोग किए जाने वाले गियरबॉक्स को स्टेनलेस स्टील के शरीर और जंगरोधी कोटिंग की आवश्यकता होती है। और जब उच्च ऊंचाई पर संचालित किया जाता है, तो ठंडा करने की क्षमता कम हो जाती है क्योंकि वहाँ हवा कम होती है, जिससे दक्षता में 15 से 20 प्रतिशत तक की कमी आ जाती है। यदि कस्टम निर्मित गियरबॉक्स प्रणाली में असामयिक बेयरिंग विफलता या प्रदर्शन में क्षति से बचना है, तो इन सभी विभिन्न कारकों का अनुकरणित वातावरणीय परिस्थितियों के तहत उचित परीक्षण किया जाना चाहिए।

भौतिक एकीकरण: आकार का लिफाफा, माउंटिंग इंटरफेस, शाफ्ट का अभिविन्यास और संरेखण सहिष्णुता

मुख्य उपकरणों के साथ जुड़ने वाले यांत्रिक घटकों को ठीक से काम करने के लिए मुख्य उपकरण के सापेक्ष अत्यंत सटीक स्थिति की आवश्यकता होती है। स्थान की सीमा के कारण आमतौर पर हमें विशेष आवासों की डिजाइन करनी पड़ती है, और कॉम्पैक्ट होने से रोबोटिक प्रणालियों के अंदर लगभग 30 से 40 प्रतिशत अधिक जगह मुक्त हो सकती है। जब बात चढ़ाने की आती है (चाहे फ्लैंज, पैर या फेस माउंट के माध्यम से), तो ताकत की आवश्यकताओं को पूरा करना और कंपन को सही ढंग से संभालना आवश्यक होता है। शाफ्ट की स्थिति - सीधी, समकोण पर, या केंद्र से केंद्र तक संरेखित - शक्ति के स्थानांतरण की दक्षता में वास्तविक अंतर लाती है। गियर पर असामयिक पहनावे से बचने के लिए कोणीय असंरेखण को लगभग आधी डिग्री से कम रखना चाहिए। पूर्ण-पैमाने पर विनिर्माण से पहले सब कुछ ठीक से संरेखित होने की दोहरी जांच करने के लिए 3डी स्कैनिंग तकनीक का उपयोग करके माउंटिंग स्थानों के प्रोटोटाइप बनाना एक अच्छा अभ्यास है।

सामग्री, गियर ज्यामिति और विनिर्माण दृष्टिकोण का चयन करें

भार क्षमता और शोर के लिए गियर डिज़ाइन पैरामीटर (हेलिक्स कोण, दबाव कोण, मॉड्यूल, प्रोफ़ाइल शिफ्ट) का अनुकूलन

गियर के आकार और कोणों में बदलाव करने से कस्टम गियरबॉक्स के कामकाज पर बहुत फर्क पड़ता है। जब हम हेलिक्स कोण बढ़ाते हैं, तो दांतों पर भार बेहतर ढंग से वितरित होता है, जिसका अर्थ है कम कंपन। परीक्षणों से पता चला है कि इससे शोर के स्तर में लगभग 15 डेसीबेल तक कमी आ सकती है। दबाव कोण को सही करना मुश्किल है क्योंकि यह उन मजबूत दांतों के बीच सही संतुलन खोजने के बारे में है जो न टूटें और उन दांतों के बीच जो एक-दूसरे के साथ घर्षण में बहुत अधिक शोर न उत्पन्न करें। प्रत्येक गियर दांत का आकार भी मायने रखता है। बड़े दांत अधिक शक्ति संभालते हैं लेकिन सिस्टम में वजन भी बढ़ाते हैं। कुछ इंजीनियर उन परेशान करने वाले अंडरकट से बचने और यह सुनिश्चित करने के लिए प्रोफाइल शिफ्ट नामक चीज़ को समायोजित करते हैं कि ऑपरेशन के दौरान गियर लंबे समय तक संपर्क में रहें। ये सभी कारक जटिल तरीकों से जुड़े होते हैं, इसलिए अधिकांश निर्माता 95% से अधिक दक्षता प्राप्त करने और बैकलैश को 10 आर्क मिनट से कम रखने के अपने लक्ष्य तक पहुँचने के लिए कंप्यूटर सिमुलेशन पर निर्भर रहते हैं।

सामग्री और ऊष्मा उपचार का चयन जो ताकत, घर्षण प्रतिरोध और अनुकूल गियरबॉक्स लागत के बीच संतुलन बनाए

सामग्री का चयन करते समय उनकी यांत्रिक क्षमताओं और लागत के बीच संतुलन बनाए रखना होता है। उदाहरण के लिए, 20MnCr5 जैसी केस-हार्डन्ड स्टील्स उन भागों में घर्षण के खिलाफ बहुत अच्छा प्रदर्शन करती हैं जो लगातार चक्र में काम करते हैं, लेकिन इनकी कीमत सामान्य मिश्र धातुओं की तुलना में 30 से 50 प्रतिशत अधिक होती है। मध्यम उत्पादन चक्रों में जटिल आकृतियों की आवश्यकता होने पर पाउडर धातुकर्म उपयोगी होता है, हालांकि इसके परिणामस्वरूप अंततः कुछ मजबूती कम हो जाती है। कार्बराइज़िंग जैसे सतह उपचार रॉकवेल स्केल पर लगभग 60 की कठोर सतह प्राप्त करने में सहायता करते हैं, लेकिन स्वाभाविक रूप से निर्माण में अतिरिक्त समय लगता है। जब जंग लगने की समस्या होती है, तो स्टेनलेस स्टील या कुछ इंजीनियर्ड प्लास्टिक बेहतर विकल्प लगने लगते हैं, भले ही वे इतना भार न सह सकें। अंतिम निष्कर्ष यह है कि सामग्री के विनिर्देशों को भाग द्वारा वास्तव में किए जाने वाले कार्य के अनुरूप होना चाहिए। आवश्यकता से अधिक विनिर्देशों का उपयोग करने से कस्टम गियरबॉक्स की लागत बढ़ जाती है और कोई वास्तविक लाभ नहीं होता।

निर्माण की योग्यता, लागत और दीर्घकालिक समर्थन के लिए आवश्यकताओं की पुष्टि करें

कस्टम गियरबॉक्स के निर्माण के लिए डिज़ाइन (DFM) और आपूर्ति श्रृंखला की संभावना

निर्माण के लिए डिज़ाइन (DFM) सिद्धांतों को पहले दिन से ही शामिल करने से उत्पादन को सरल बनाने में बहुत मदद मिलती है और बाद में महंगे पुनर्डिज़ाइन की आवश्यकता पड़ने पर सभी को परेशानी से बचाया जा सकता है। गियर दांत की ज्यामिति पर विचार करते समय, सबसे पहले यह जांचें कि क्या यह सामान्य कटिंग उपकरणों के साथ काम करता है। हाल के उद्योग मानकों के अनुसार, अजीब आकृतियां लागत में 40 से 60 प्रतिशत तक की वृद्धि कर सकती हैं। विशेष धातुओं से निपटने वाली आपूर्ति श्रृंखलाओं के लिए, सामग्री की ट्रेसेबिलिटी जांच करना भी उचित है। कोई भी बाद में आश्चर्य नहीं चाहता। सहिष्णुता स्टैक-अप पर भी ध्यान देने की आवश्यकता होती है। अधिकांश दुकानों को तब परेशानी होती है जब विनिर्देश IT5 ग्रेड से नीचे चले जाते हैं, क्योंकि उन्हें विशेष मशीनों की आवश्यकता होती है जो बस चीजों को धीमा कर देती हैं। और जहां संभव हो, घटकों को मानकीकृत करना न भूलें। हाल ही में हमने जिन स्वचालित निर्माण सेटअप्स को देखा है, उनमें मॉड्यूलर दृष्टिकोण ने लीड टाइम में लगभग 30% तक की कमी की है।

स्वामित्व की कुल लागत: बैच आकार, लीड टाइम और सेवा योग्यता के खिलाफ विनिर्देश उपयुक्तता का मूल्यांकन

लागतों को देखते समय, केवल इकाई मूल्य पर ही न रुकें। रखरखाव की आवश्यकता, स्पेयर पार्ट्स की उपलब्धता की सुगमता और संभावित बाधा—ये सभी बातें महत्वपूर्ण हैं। लगभग 50 इकाइयों से कम के छोटे उत्पादन के लिए, अक्सर महंगी सामग्री पर अतिरिक्त खर्च करने की तुलना में आसानी से रखरखाव योग्य डिज़ाइन चुनना अधिक उचित होता है। यहाँ मॉड्यूलर बेयरिंग हाउसिंग बहुत उपयुक्त हैं क्योंकि वे तकनीशियनों को सब कुछ अलग किए बिना घटकों को बदलने की सुविधा देते हैं। ऊष्मीय विचारों को स्नेहन की आवश्यकता की आवृत्ति के अनुरूप होना चाहिए। ठंडक प्रणाली को अतिरंजित करने से प्रारंभिक लागत में लगभग 25% की वृद्धि होती है, लेकिन उपकरण के जीवन को ज्यादा बढ़ाता नहीं है। यह जांच लें कि सेवा मैनुअल पूर्ण हैं या नहीं, क्योंकि अपूर्ण दस्तावेजीकरण उद्योग की हालिया रिपोर्टों के अनुसार प्रति मशीन पहले वर्ष के समर्थन खर्च को लगभग 18,000 डॉलर तक बढ़ा सकता है। साथ ही यह सुनिश्चित करें कि विनिर्देश विभिन्न उत्पादन आकारों के लिए उपयुक्त हों। बैच आकार लगभग 200 इकाइयों से कम होने पर कस्टम फिक्स्चर महंगे होने लगते हैं, जिससे वे कई संचालन के लिए अव्यावहारिक हो जाते हैं।