गियर संचरण: गियर मशीनिंग में फॉर्म कटिंग और जनरेटिंग विधि के सिद्धांत और अनुप्रयोग

01 जनरेटिंग विधि के मूल सिद्धांत

1.1 गणितीय आधार

• एन्वलपिंग सिद्धांत : उपकरणों (जैसे हॉब्स और गियर शेपर्स) के कटिंग एज की गति पथ लगातार वक्रों की एक श्रृंखला बनाता है, और इन वक्रों का एन्वलप सैद्धांतिक गियर दांत प्रोफ़ाइल (उदाहरण के लिए, इनवॉल्यूट, साइक्लॉइड) का निर्माण करता है।
• मेषिंग समीकरण : दांत प्रोफ़ाइल की शुद्धता सुनिश्चित करने के लिए उपकरण और कार्यपृष्ठ के बीच सापेक्ष गति संबंध को पूरा करता है।

1.2 प्रमुख विशेषताएँ

• उच्च सटीकता : जटिल दांत प्रोफ़ाइल (जैसे, इनवॉल्यूट, वृत्ताकार चाप गियर) को मशीन करने में सक्षम।
• उच्च दक्षता : निरंतर कटिंग बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमति देती है।
• मजबूत बहुमुखी प्रतिभा : एक ही उपकरण से विभिन्न दांतों की संख्या वाले गियर को मशीन किया जा सकता है (बशर्ते कि उनका मॉड्यूल समान हो)।

1.3 विशिष्ट जनरेटिंग विधि प्रक्रियाएँ

1.3.1 हॉबिंग

• सिद्धांत : एक हॉब (जो आकृति में वर्म के समान होता है) और गियर ब्लैंक के बीच संलग्न गति का उपयोग करते हुए, अक्षीय फीड के माध्यम से कटिंग पूरी की जाती है।
• गति संबंध : हॉब का घूर्णन (मुख्य कटिंग गति) + कार्यवस्तु का घूर्णन (जनरेटिंग गति) + अक्षीय फीड।
• लाभ : उच्च दक्षता, बड़े पैमाने पर उत्पादन (जैसे, ऑटोमोटिव गियर) के लिए उपयुक्त; इसके द्वारा स्पर गियर, हेलिकल गियर, वर्म गियर आदि को मशीन किया जा सकता है।
• अनुप्रयोग उदाहरण : वायु ऊर्जा गियरबॉक्स में ग्रह गियर और सन गियर की मशीनिंग।

1.3.2 गियर शेपिंग

• सिद्धांत : एक गियर शेपर कटर (आकृति में गियर के समान) का उपयोग करके कार्यवस्तु पर आन्तोद्वारी कटिंग गति की जाती है, जबकि संलग्न अनुपात में घूर्णन किया जाता है।
• गति संबंध : गियर शेपर का ऊर्ध्वाधर आवर्ती कटिंग + कार्यपीस और उपकरण का जनरेटिंग घूर्णन।
• लाभ : आंतरिक गियर और डबल गियर जैसी जटिल संरचनाओं को मशीन किया जा सकता है; दांत की सतह की खुरदरापन मिटाने की तुलना में बेहतर (Ra 0.8–1.6 μm)।
• सीमाएं : मिटाने की तुलना में कम दक्षता; उच्च उपकरण लागत।
• अनुप्रयोग उदाहरण : गियरबॉक्स में आंतरिक गियर रिंग्स और छोटे सटीक गियर का मशीनिंग।

1.3.3 गियर शेविंग

• सिद्धांत : थोड़े दबाव के तहत शेविंग कटर और कार्यपीस एक साथ घूमते हैं, कटर के किनारों की खुरचन क्रिया द्वारा दांत प्रोफाइल की प्रायदशा में सुधार होता है। यह मिटाने या गियर आकार देने के बाद ट्रिमिंग के लिए उपयोग की जाने वाली एक समापन प्रक्रिया है।
• लाभ : दांत प्रोफाइल त्रुटियों को सुधार सकता है और गियर संचरण की चिकनाहट में वृद्धि कर सकता है; मशीनिंग प्रायदशा DIN 6–7 ग्रेड तक पहुंचती है।
• अनुप्रयोग उदाहरण : ऑटोमोटिव गियरबॉक्स गियर की अंतिम मशीनिंग।

1.3.4 गियर ग्राइंडिंग

• सिद्धांत : जनरेटिंग गति के माध्यम से दांत सतह को ग्राइंड करने के लिए एक आकृति प्राप्त ग्राइंडिंग व्हील या वर्म ग्राइंडिंग व्हील का उपयोग करता है, मुख्य रूप से कठोर गियर के समापन के लिए।
• लाभ : अत्यधिक उच्च सटीकता (DIN 3–4 ग्रेड तक); कठोर-दांत-सतह गियर (HRC 58–62) को मशीन कर सकता है।
• सीमाएं : उच्च लागत और कम दक्षता, आमतौर पर उच्च-सटीकता वाले क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।
• अनुप्रयोग उदाहरण : एयरोस्पेस इंजन गियर और पवन ऊर्जा गियरबॉक्स में उच्च-गति स्टेज गियर।

02 रूपांकन कटिंग के मूल सिद्धांत

• उच्च औजार निर्भरता : दांत प्रोफ़ाइल की सटीकता सीधे औजार के आकार की सटीकता पर निर्भर करती है।
• कोई उत्पन्न गति नहीं : मशीनिंग प्रक्रिया गियर मेषिंग का अनुकरण नहीं करती है, केवल औजार और कार्यपीस के बीच सापेक्ष गति पर निर्भर करती है।
• उच्च लचीलापन : गैर-मानक दांत प्रोफ़ाइल (जैसे, वृत्ताकार चाप दांत, आयताकार दांत) की मशीनिंग करने में सक्षम।

2.1 गणितीय आधार

• प्रोफाइलिंग सिद्धांत : उपकरण के कटिंग किनारे का ज्यामितीय आकार गियर दांत के स्थान के साथ पूर्ण रूप से मेल खाता है।
• सूचकांकन गति : दांत-दर-दांत मशीनीकरण सुनिश्चित करने के लिए सूचकांकन उपकरणों (जैसे, विभाजन माथे) का उपयोग करता है ताकि दांतों की पिच एकसमान रहे।

2.2 लाभ और हानियाँ

लाभ

• साधारण सामग्री : सामान्य मिलिंग मशीनों के साथ संभव है।
• एकल-टुकड़ा, छोटे-बैच उत्पादन या मरम्मत के लिए उपयुक्त : अनुकूलन और रखरखाव परिदृश्यों के लिए आदर्श।
• अत्यधिक बड़े मॉड्यूल गियर की मशीनीकरण करने में सक्षम : खनन मशीनरी में उपयोग किए जाने वाले गियर जैसे।

नुकसान

• कम परिशुद्धता : आमतौर पर DIN 9–10 ग्रेड।
• निम्न दक्षता : प्रत्येक दांत के अनुसार मशीनीकरण की आवश्यकता होती है।
• खराब औजार बहुमुखी प्रतिभा : प्रत्येक मॉड्यूल के लिए विशिष्ट औजारों की आवश्यकता होती है।

2.3 विशिष्ट आकार कटिंग प्रक्रियाएँ

2.3.1 गियर मिलिंग

• सिद्धांत : डिस्क मिलिंग कटर या एंड मिल का उपयोग; कटर काटने के लिए घूमता है, और कार्य टुकड़ा विभाजित करने वाले सिर के माध्यम से दांत दर दांत सूचीबद्ध होता है।
• गति संबंध : कटर घूर्णन (मुख्य कटिंग) + कार्य टुकड़े का अक्षीय प्रवेश + सूचीकरण घूर्णन।
• अनुप्रयोग परिदृश्य : स्पर गियर और हेलिकल गियर के सिंगल-पीस और छोटे बैच उत्पादन; बड़े मॉड्यूल गियर (मॉड्यूल ≥20 मिमी) या मरम्मत गियर।
• केस स्टडी : समुद्री रिड्यूसर के लो-स्पीड स्टेज गियर (मॉड्यूल 30, सामग्री: 42CrMo) को एंड मिल + सीएनसी इंडेक्सिंग द्वारा प्रसंस्कृत करना, जिससे दांत की सतह की खुरदरापन Ra 3.2 μm प्राप्त होता है।

2.3.3 गियर ब्रोचिंग

• सिद्धांत : एक पास में पूरे दांत के स्थान को ब्रोच करने के लिए ब्रोच (एक बहु-दांत चरणबद्ध उपकरण) का उपयोग करता है।
• गति संबंध : ब्रोच की रैखिक गति (कटिंग) + स्थिर कार्य वस्तु।
• लाभ : अत्यधिक उच्च दक्षता (प्रति स्ट्रोक एक दांत स्थान पूरा करता है); अपेक्षाकृत उच्च परिशुद्धता (DIN 7 ग्रेड तक)।
• सीमाएं : केवल आंतरिक या बाहरी गियर के बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त; ब्रोच निर्माण लागत अपेक्षाकृत अधिक है, एकल विनिर्देश के बड़े आयतन वाले ऑर्डर के लिए आदर्श।
• अनुप्रयोग उदाहरण : ऑटोमोटिव सिंक्रोनाइज़र रिंग का बड़े पैमाने पर उत्पादन (चक्र समय <10 सेकंड/पीस)।

2.3.3 फॉर्म ग्राइंडिंग

• सिद्धांत : दांत के स्थान के आकार से मेल खाने वाले कंटूर वाले फॉर्म्ड ग्राइंडिंग व्हील का उपयोग कठोर गियर को ग्राइंड करने के लिए करता है।
• गति संबंध : ग्राइंडिंग व्हील का घूर्णन + कार्यवस्तु का सूचकांकन।
• लाभ : उच्च-कठोरता गियर (HRC >60) को मशीन किया जा सकता है; परिशुद्धता DIN 4 ग्रेड तक (दांत प्रोफ़ाइल त्रुटि <5 μm)।
• आवेदन क्षेत्र : एयरोस्पेस इंजन गियर और परिशुद्धता रिड्यूसर गियर का परिष्करण।

03 दोनों विधियों की तुलना और औद्योगिक अनुप्रयोग

उत्पन्न विधि और आकृति कटिंग के बीच तुलना

जनरेटिंग विधि के औद्योगिक अनुप्रयोग

3.1 पवन ऊर्जा गियरबॉक्स

• मांग : उच्च टोक़, लंबी सेवा आयु (≥20 वर्ष)।
• प्रक्रिया संयोजन : हॉबिंग (कच्चा मशीनीकरण) → ऊष्मा उपचार → गियर ग्राइंडिंग (परिष्करण)।