ഗിയർ ട്രെയിനുകളുടെ പ്രവർത്തനം
ഒരു മെക്കാനിക്കൽ സിസ്റ്റത്തിൽ ഭ്രമണ ചലനവും ടോർക്കും ഒരു ഷാഫ്റ്റിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് മാറ്റുന്നതിനാണ് ഗിയർ ട്രെയിനുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത്. ലളിതമായ ഗിയർ ട്രെയിനുകളിൽ (Simple gear trains) ഓരോ ഷാഫ്റ്റിലും ഒരു ഗിയർ വീതം മാത്രമായിരിക്കും ഉണ്ടാകുക. എന്നാൽ കോമ്പൗണ്ട് ഗിയർ ട്രെയിനുകളിൽ (Compound gear trains) ഒരേ ഷാഫ്റ്റിൽ തന്നെ ഒന്നിലധികം ഗിയറുകൾ ഘടിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടാകും. ഇത് കുറഞ്ഞ സ്ഥലപരിധിക്കുള്ളിൽ വലിയ തോതിലുള്ള സ്പീഡ് റിഡക്ഷൻ അല്ലെങ്കിൽ സ്പീഡ് ഇൻക്രീസ് സാധ്യമാക്കുന്നു.
ഈ ഗിയർ റേഷ്യോ കാൽക്കുലേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് ഉപയോക്താക്കൾക്ക് ഒന്ന് മുതൽ ആറ് വരെയുള്ള എക്സ്റ്റേണൽ ഗിയർ സ്റ്റേജുകൾ നിർമ്മിച്ച് വിശകലനം ചെയ്യാൻ സാധിക്കും. ഇൻപുട്ട് ഷാഫ്റ്റിൽ നിന്ന് ആരംഭിക്കുന്ന ഭ്രമണ ചലനം ഓരോ സ്റ്റേജിലൂടെയും കടന്നുപോകുമ്പോൾ ഉണ്ടാകുന്ന മാറ്റങ്ങൾ ഈ ഉപകരണം കൃത്യമായി കണക്കാക്കുന്നു.
ഗിയർ റേഷ്യോ കണക്കാക്കുന്ന രീതി
ഗിയർ ട്രെയിനിലെ റിഡക്ഷൻ റേഷ്യോ കണക്കാക്കുന്നത് ഡ്രിവൺ ഗിയറിലെ പല്ലുകളുടെ എണ്ണത്തെ ഡ്രൈവർ ഗിയറിലെ പല്ലുകളുടെ എണ്ണം കൊണ്ട് ഹരിച്ചാണ്. ഇതിനെ താഴെ പറയുന്ന സമവാക്യം ഉപയോഗിച്ച് സൂചിപ്പിക്കാം:
iₖ = (z_(driven,k)) / (z_(driver,k))
ഇവിടെ z എന്നത് പല്ലുകളുടെ എണ്ണത്തെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഒന്നിലധികം സ്റ്റേജുകളുള്ള ഒരു കോമ്പൗണ്ട് ഗിയർ സിസ്റ്റത്തിൽ ആകെ റേഷ്യോ കണക്കാക്കാൻ ഓരോ സ്റ്റേജിലെയും റേഷ്യോകൾ തമ്മിൽ ഗുണിക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്:
i = ∏ iₖ
കണക്കാക്കി കിട്ടുന്ന ആകെ ഗിയർ റേഷ്യോയുടെ മൂല്യം ഒന്നിനേക്കാൾ കൂടുതൽ ആണെങ്കിൽ അത് വേഗത കുറയ്ക്കലിനെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഈ മൂല്യം കൃത്യം ഒന്ന് ആണെങ്കിൽ അത് "ഡയറക്ട് റേഷ്യോ" ആണ്. ഒന്നിനേക്കാൾ കുറവാണെങ്കിൽ അത് വേഗത വർദ്ധനവിനെ കാണിക്കുന്നു.
ഐഡ്ലർ ഗിയറുകളുടെ സ്വാധീനം
ഒരു ഡ്രൈവർ ഗിയറിനും ഡ്രിവൺ ഗിയറിനും ഇടയിൽ ഘടിപ്പിക്കുന്ന ഗിയറുകളെയാണ് ഐഡ്ലർ ഗിയറുകൾ (Idler gears) എന്ന് വിളിക്കുന്നത്. ഇവ പ്രധാനമായും രണ്ട് ഷാഫ്റ്റുകൾ തമ്മിലുള്ള അകലം ക്രമീകരിക്കാനും ഭ്രമണ ദിശ മാറ്റാനും മാത്രമാണ് സഹായിക്കുന്നത്.
ഒരു ഐഡ്ലർ ഗിയറിന്റെ പല്ലുകളുടെ എണ്ണം ആകെ ഗിയർ റേഷ്യോയുടെ അളവിനെ ബാധിക്കുന്നില്ല, കാരണം അത് കണക്കുകൂട്ടലുകളിൽ പരസ്പരം ഇല്ലാതായിപ്പോകുന്നു. അതിനാൽ, ഒരു ഐഡ്ലർ ഗിയർ മറ്റൊരു ഗിയറുമായി ഷാഫ്റ്റ് പങ്കിട്ട് ഒരു കോമ്പൗണ്ട് സ്റ്റേജ് രൂപീകരിക്കാത്തപക്ഷം, അതിനെ കാൽക്കുലേറ്ററിൽ ഒരു പ്രത്യേക റിഡക്ഷൻ സ്റ്റേജായി ചേർക്കേണ്ടതില്ല.
എഫിഷ്യൻസിയും പവർ നഷ്ടവും
ഗിയറുകൾ പരസ്പരം മെഷ് ചെയ്ത് തിരിയുമ്പോൾ ഘർഷണം, ഓയിൽ ചർണിംഗ്, ബെയറിംഗുകളിലെ പ്രതിരോധം എന്നിവ കാരണം പവർ നഷ്ടം (Power loss) ഉണ്ടാകുന്നു. ഓരോ ഗിയർ ജോഡിയുടെയും മെഷ് എഫിഷ്യൻസി ശതമാനത്തിൽ രേഖപ്പെടുത്തുന്നു. ആകെ എഫിഷ്യൻസി കണക്കാക്കാൻ ഓരോ സ്റ്റേജിലെയും എഫിഷ്യൻസികൾ തമ്മിൽ ഗുണിക്കുകയാണ് ചെയ്യുന്നത്:
η = ∏ ηₖ
ഈ എഫിഷ്യൻസി നഷ്ടങ്ങൾ സിസ്റ്റത്തിന്റെ ഔട്ട്പുട്ട് ടോർക്കിനെയും ഔട്ട്പുട്ട് പവറിനെയും കുറയ്ക്കുന്നു. എന്നാൽ ഇത് ഗിയറുകളുടെ ഭ്രമണ വേഗതയെ (RPM) യാതൊരു തരത്തിലും ബാധിക്കുന്നില്ല. കൈനമാറ്റിക് സ്പീഡ് റേഷ്യോ പല്ലുകളുടെ എണ്ണത്തെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ എഫിഷ്യൻസി കുറഞ്ഞാലും ഔട്ട്പുട്ട് സ്പീഡ് മാറുകയില്ല.
ഡിസൈൻ ആവശ്യകതകളും സർവീസ് ഫാക്ടറും
വ്യത്യസ്ത മെഷീനുകളുടെ പ്രവർത്തന സ്വഭാവം അനുസരിച്ച് ഗിയർബോക്സുകൾക്ക് താങ്ങേണ്ടി വരുന്ന ലോഡിൽ വ്യത്യാസമുണ്ടാകാം. ഇതിനായി ഡിസൈൻ ഘട്ടത്തിൽ ഒരു ഡിസൈൻ / സർവീസ് ഫാക്ടർ ഉപയോഗിക്കുന്നു. നിർമ്മാതാക്കളുടെ മാർഗ്ഗനിർദ്ദേശങ്ങൾ അനുസരിച്ച് 1 മുതൽ 10 വരെയുള്ള ഒരു മൂല്യമാണ് ഇതിനായി തിരഞ്ഞെടുക്കുന്നത്.
ആവശ്യമായ മിനിമം റേറ്റഡ് ടോർക്ക് കണക്കാക്കാൻ താഴെ പറയുന്ന സമവാക്യം ഉപയോഗിക്കുന്നു:
T_(rated) = T_(load) × K_(service)
ഇവിടെ T_(load) എന്നത് ഔട്ട്പുട്ട് വർക്കിംഗ് ലോഡും K_(service) എന്നത് സർവീസ് ഫാക്ടറുമാണ്. കണക്കാക്കിയ ഔട്ട്പുട്ട് ടോർക്ക് ഈ മിനിമം റേറ്റഡ് ടോർക്കിനേക്കാൾ കൂടുതലാണെങ്കിൽ സിസ്റ്റത്തിന് ആവശ്യമായ ടോർക്ക് മാർജിൻ ഉണ്ടെന്ന് ഉറപ്പാക്കാം.
കൈനമാറ്റിക് കണക്കുകൂട്ടലുകളുടെ പരിധികൾ
ഈ ഉപകരണം നൽകുന്നത് ഫിക്സഡ്-ആക്സിസ് എക്സ്റ്റേണൽ-ഗിയർ കൈനമാറ്റിക്സും പവർ എസ്റ്റിമേറ്റും മാത്രമാണ്. പ്ലാനറ്ററി, ഇന്റേണൽ, വേം ഗിയറുകൾ, അല്ലെങ്കിൽ ബെൽറ്റ്, ചെയിൻ ഡ്രൈവുകൾ എന്നിവ ഇതിന്റെ പരിധിയിൽ വരുന്നതല്ല.
പല്ലുകളുടെ എണ്ണവും വേഗതയും മാത്രം കണക്കാക്കി ഒരു ഗിയർബോക്സിന്റെ സുരക്ഷിതത്വം പൂർണ്ണമായി വിലയിരുത്താൻ കഴിയില്ല. യഥാർത്ഥ ഡിസൈനുകളിൽ താഴെ പറയുന്ന ഘടകങ്ങൾ കൂടി പരിശോധിക്കേണ്ടതുണ്ട്:
- ഗിയർ മോഡ്യൂൾ അല്ലെങ്കിൽ ഡയമെട്രൽ പിച്ച്
- പ്രഷർ ആംഗിൾ, പ്രൊഫൈൽ ഷിഫ്റ്റ്, അണ്ടർകട്ട്
- ഫേസ് വിഡ്ത്ത്, ഗിയർ നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്ന മെറ്റീരിയൽ
- ടൂത്ത്-റൂട്ട് ബെൻഡിംഗ് (Tooth-root bending), കോൺടാക്റ്റ് സ്ട്രെസ് (Contact stress)
- ഫറ്റീഗ് ലൈഫ്, ബാക്ക്ലാഷ്
- ഷാഫ്റ്റുകൾ, കീകൾ, ബെയറിംഗുകൾ, ഹൗസിംഗ് സ്റ്റിഫ്നസ്
- ലൂബ്രിക്കേഷൻ, താപനില, പ്രവർത്തന സമയത്തുണ്ടാകുന്ന ഷോക്ക്
ഈ പരിശോധനകൾക്കായി KHK ഗിയർ കണക്കുകൂട്ടൽ റഫറൻസ്, പ്രസിദ്ധീകരിച്ച ഗിയർ-എഫിഷ്യൻസി റഫറൻസ്, Boston Gear സെലക്ഷൻ ഗൈഡ് തുടങ്ങിയ സാങ്കേതിക ഉറവിടങ്ങൾ പരിശോധിക്കാവുന്നതാണ്.
ഡാറ്റാ പ്രൈവസി
ഈ കാൽക്കുലേറ്ററിൽ നിങ്ങൾ നൽകുന്ന ഗിയർ പല്ലുകൾ, സ്പീഡ്, ടോർക്ക്, ലോഡ് തുടങ്ങിയ എല്ലാ വിവരങ്ങളും നിങ്ങളുടെ ഉപകരണത്തിൽ പ്രാദേശികമായി (locally) മാത്രമാണ് കണക്കാക്കുന്നത്. ഈ വിവരങ്ങൾ യാതൊരു കാരണവശാലും ബാഹ്യ സെർവറുകളിലേക്ക് അപ്ലോഡ് ചെയ്യപ്പെടുന്നില്ല.
പതിവായി ചോദിക്കുന്ന ചോദ്യങ്ങൾ (FAQ)
ഗിയർ റേഷ്യോ ഏത് രീതിയിലാണ് കണക്കാക്കുന്നത്?
ഈ പേജ് റിഡക്ഷൻ റേഷ്യോ ആണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്: ഡ്രിവൺ പല്ലുകളെ ഡ്രൈവർ പല്ലുകൾ കൊണ്ട് ഹരിക്കുന്നത്, ഇത് ഇൻപുട്ട് സ്പീഡിനെ ഔട്ട്പുട്ട് സ്പീഡ് കൊണ്ട് ഹരിക്കുന്നതിന് തുല്യമാണ്. 20 പല്ലുകളുള്ള ഡ്രൈവർ 60 പല്ലുകളുള്ള ഗിയറിനെ തിരിക്കുമ്പോൾ അത് 3:1 ആണ്: ഓരോ മൂന്ന് ഇൻപുട്ട് തിരിയലുകൾക്കും ഔട്ട്പുട്ട് ഒരു തവണ തിരിയുന്നു. 1-ൽ താഴെയുള്ള മൂല്യങ്ങൾ വേഗത വർദ്ധനവിനെ കാണിക്കുന്നു. ചില കാറ്റലോഗുകൾ ഇതിന്റെ വിപരീത മൂല്യം സ്പീഡ് റേഷ്യോ ആയി പ്രസിദ്ധീകരിക്കുന്നു, അതിനാൽ ആ അവ്യക്തത ഒഴിവാക്കാൻ ഈ പേജ് ഔട്ട്പുട്ട്/ഇൻപുട്ട് സ്പീഡ് പ്രത്യേകം കാണിക്കുന്നു.
ഒരു ഐഡ്ലർ ഗിയർ ആകെ റേഷ്യോയിൽ മാറ്റം വരുത്തുമോ?
ഒരു ഡ്രൈവർ ഗിയറിനും ഡ്രിവൺ ഗിയറിനും ഇടയിലുള്ള ഒരൊറ്റ ഐഡ്ലർ ഗിയർ ഭ്രമണ ദിശയും ഷാഫ്റ്റ് അകലവും മാറ്റുന്നു, എന്നാൽ അതിന്റെ പല്ലുകളുടെ എണ്ണം ആകെ റേഷ്യോയുടെ അളവിൽ നിന്ന് ഇല്ലാതാകുന്നു. ഇത് മറ്റൊരു ഗിയറുമായി ഷാഫ്റ്റ് പങ്കിടുകയും യഥാർത്ഥത്തിൽ അടുത്ത കോമ്പൗണ്ട് സ്റ്റേജ് രൂപീകരിക്കുകയും ചെയ്യാത്തപക്ഷം ഇവിടെ മറ്റൊരു റിഡക്ഷൻ സ്റ്റേജായി ചേർക്കരുത്.
എന്തുകൊണ്ടാണ് എഫിഷ്യൻസി ടോർക്കിൽ മാറ്റം വരുത്തുകയും എന്നാൽ കണക്കാക്കിയ RPM-ൽ മാറ്റം വരുത്താതിരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നത്?
ഘർഷണം, ഓയിൽ ചർണിംഗ്, ബെയറിംഗുകൾ എന്നിവ പവർ ഉപയോഗിക്കുമ്പോഴും കൃത്യമായി മെഷ് ചെയ്യുന്ന ഗിയറുകൾ അവയുടെ കൈനമാറ്റിക് സ്പീഡ് റേഷ്യോ നിലനിർത്തുന്നു. അതിനാൽ നഷ്ടപ്പെടുന്ന പവർ, അതേ പല്ലുകളുടെ എണ്ണത്തിലുള്ള വേഗതയിൽ ലഭ്യമായ ഔട്ട്പുട്ട് ടോർക്ക് കുറയുന്നതായി കാണപ്പെടുന്നു. ഓരോ മെഷിനും അളന്നതോ നിർമ്മാതാവ് റേറ്റുചെയ്തതോ ആയ എഫിഷ്യൻസി നൽകുക; 100% എന്നത് ഒരു അനുയോജ്യമായ താരതമ്യത്തിന് മാത്രമാണ് ഉപയോഗപ്രദമാകുന്നത്.
സർവീസ്-ഫാക്ടർ ഫലം ഒരു ഗിയർ സേഫ്റ്റി ഫാക്ടർ ആണോ?
അല്ല. പ്രാഥമിക തിരഞ്ഞെടുപ്പിനായി ഇത് വർക്കിംഗ് ലോഡിനെ ഒരു മിനിമം ടോർക്ക് റേറ്റിംഗിലേക്ക് ഗുണിക്കുക മാത്രമാണ് ചെയ്യുന്നത്. ഒരു യഥാർത്ഥ ഗിയർ റേറ്റിംഗ് ഡ്യൂട്ടി സൈക്കിൾ, ഷോക്ക്, മെറ്റീരിയൽ, ജോമെട്രി, ടൂത്ത് ബെൻഡിംഗ്, കോൺടാക്റ്റ് സ്ട്രെസ്, ആയുസ്സ്, ലൂബ്രിക്കേഷൻ, താപനില, ഷാഫ്റ്റുകൾ, ബെയറിംഗുകൾ, ഹൗസിംഗ് എന്നിവയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. ബാധകമായ സ്റ്റാൻഡേർഡിൽ നിന്നോ നിർമ്മാതാവിന്റെ പട്ടികയിൽ നിന്നോ ഫാക്ടർ തിരഞ്ഞെടുക്കുക, തുടർന്ന് ആ റേറ്റിംഗുകൾക്കെല്ലാം എതിരായി ഒരു യഥാർത്ഥ ഗിയർബോക്സ് പരിശോധിക്കുക.