वर्म गियर ड्राइव: सिद्धांत, प्रकार और उपयोग

यांत्रिक शक्ति संचरण के क्षेत्र में, वर्म गियर ड्राइव अपने अद्वितीय संयोजन के लिए जाने जाते हैं। गैर-समानांतर शाफ्ट अभिविन्यास और उच्च कमी अनुपातवे कम गति, उच्च टॉर्क और कॉम्पैक्ट डिज़ाइन की मांग वाले अनुप्रयोगों के लिए एक आवश्यक समाधान प्रदान करते हैं। लिफ्टों को सुचारू रूप से उठाने से लेकर संगीत वाद्ययंत्रों की सटीक ट्यूनिंग तक, वर्म ड्राइव विश्वसनीय और कुशल गति नियंत्रण को सक्षम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।

1.0वर्म गियर ड्राइव क्या है? परिभाषा और मुख्य घटक

वर्म गियर ड्राइव एक प्रकार की गियर प्रणाली है जिसका उपयोग दो गैर-समानांतर, गैर-प्रतिच्छेदित शाफ्टों (आमतौर पर 90° के कोण पर) के बीच गति और शक्ति संचारित करने के लिए किया जाता है। इसमें दो मुख्य तत्व होते हैं: ड्राइविंग भाग, कीड़ा, और संचालित भाग, कीड़ा पहियागति का स्थानांतरण संपर्क में संयुग्मित दांत सतहों के माध्यम से होता है, जो अनिवार्य रूप से "पेचदार जुड़ाव" पर आधारित एक यांत्रिक प्रवर्धन प्रणाली बनाता है।

2.0वर्म गियर ड्राइव का सिद्धांत: गति में कमी, टॉर्क में वृद्धि, और स्व-लॉकिंग

वर्म गियर ड्राइव का मुख्य लाभ उनकी क्षमता में निहित है एक कॉम्पैक्ट सिस्टम के भीतर बड़ी गति में कमी और टॉर्क प्रवर्धनइस ऑपरेशन को तीन चरणों में समझाया जा सकता है:

• पावर ट्रांसमिशन: हेलिकल एंगेजमेंट
  मोटर या शक्ति स्रोत द्वारा संचालित वर्म घूमता है और उसका कुंडलाकार धागा वर्म व्हील के खांचों पर दबाव डालता है, जिससे पहिया अपनी धुरी पर घूमता है। घूर्णन की दिशा वर्म की लीड दिशा (बाएँ या दाएँ धागे) और उसके घूर्णन इनपुट दोनों पर निर्भर करती है। इसे "दाएँ/बाएँ नियम" का उपयोग करके निर्धारित किया जा सकता है।
• न्यूनीकरण अनुपात और बलाघूर्ण गुणन: ज्यामिति द्वारा परिभाषित
  संचरण अनुपात पूरी तरह से वर्म के स्टार्ट की संख्या (z₁) और वर्म व्हील के दांतों की संख्या (z₂) द्वारा निर्धारित होता है, जो मॉड्यूल या व्यास से स्वतंत्र होता है। सूत्र है:
  $$i = \frac{n_1}{n_2} = \frac{z_2}{z_1}$$
  उदाहरण के लिए, एक सिंगल-स्टार्ट वर्म (z₁ = 1) द्वारा 40-दांतों वाले पहिये (z₂ = 40) को चलाने पर 40:1 का अनुपात बनता है—अर्थात पहिये को एक चक्कर पूरा करने के लिए वर्म को 40 चक्कर लगाने पड़ते हैं। शक्ति संरक्षण (हानि की उपेक्षा) के सिद्धांत के अनुसार, कम गति आनुपातिक टॉर्क गुणन में परिवर्तित हो जाती है, जिससे वर्म ड्राइव लिफ्ट और प्रेस जैसी भारी मशीनों को शक्ति प्रदान कर सकते हैं।

• स्व-लॉकिंग: पीछे की ओर ड्राइविंग को रोकना
  जब वर्म का लीड कोण गियर मेश के घर्षण कोण से छोटा होता है, तो वर्म व्हील वर्म को रिवर्स में नहीं चला सकता। इसे स्व-लॉकिंग प्रभावछोटे लीड एंगल वाले सिंगल-स्टार्ट वर्म्स सेल्फ-लॉकिंग की संभावना ज़्यादा होती है, जिससे वे रिवर्स मोशन प्रिवेंशन (जैसे, मैनुअल होइस्ट, ट्यूनिंग मैकेनिज़्म) की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होते हैं। बड़े लीड एंगल वाले मल्टी-स्टार्ट वर्म्स आमतौर पर सेल्फ-लॉकिंग की सुविधा नहीं देते।

3.0वर्म गियर ड्राइव के मुख्य प्रकार: संरचनात्मक वर्गीकरण

वर्म गियर ड्राइव को वर्म और वर्म व्हील के संरचनात्मक डिज़ाइन के आधार पर वर्गीकृत किया जा सकता है। प्रत्येक प्रकार भार क्षमता, दक्षता और परिशुद्धता आवश्यकताओं के आधार पर अलग-अलग लाभ प्रदान करता है।

समग्र ड्राइव संरचना द्वारा

• नॉन-थ्रोटेड वर्म गियर ड्राइववर्म और वर्म व्हील दोनों में कोई थ्रोट (खांचे) नहीं होते। न्यूनतम संपर्क क्षेत्र वाला सबसे सरल डिज़ाइन, जो बुनियादी कन्वेयर जैसे हल्के-कर्तव्य और कम-सटीकता वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
• सिंगल-थ्रोटेड वर्म गियर ड्राइववर्म व्हील में एक अवतल थ्रोट प्रोफ़ाइल होती है जो वर्म के चारों ओर आंशिक रूप से लिपटी होती है, जिससे गैर-थ्रोटेड प्रकार की तुलना में संपर्क क्षेत्र बढ़ जाता है। यह बेहतर दक्षता और भार क्षमता प्रदान करता है, जिसका उपयोग आमतौर पर उच्च सटीकता की आवश्यकता वाले औद्योगिक सिस्टम, जैसे एक्ट्यूएटर्स और लिफ्टिंग मैकेनिज्म में किया जाता है।
• डबल-थ्रोटेड वर्म गियर ड्राइववर्म और वर्म व्हील दोनों में थ्रोटेड डिज़ाइन (अवतल वर्म और उत्तल व्हील) शामिल हैं। यह विन्यास अधिकतम संपर्क क्षेत्र, उच्चतम भार क्षमता प्रदान करता है, और इसके लिए सटीक निर्माण की आवश्यकता होती है। यह औद्योगिक प्रेस और सटीक मशीन टूल्स जैसे भारी उपकरणों के लिए उपयुक्त है।

वर्म डिज़ाइन द्वारा

• आवरण कृमि (घड़ी का कृमि)वर्म का व्यास केंद्र से सिरों की ओर बढ़ता है, जिससे एक "घड़ी के आकार" का आकार बनता है। इससे वर्म व्हील के साथ संपर्क क्षेत्र बड़ा हो जाता है, जिससे संचरण दक्षता बढ़ जाती है। आमतौर पर मध्यम से भारी भार वाले परिदृश्यों में इसका उपयोग किया जाता है।
• डबल-एनवेलपिंग वर्म (संयुग्मी सतही कृमि): एक एनवेलपिंग वर्म को एक पूर्ण एनवेलपिंग वर्म व्हील के साथ संयोजित करता है। दाँतों की सतहें जुड़ाव के दौरान एकसमान संपर्क बनाए रखती हैं, जिससे मानक एनवेलपिंग वर्म की तुलना में बेहतर भार क्षमता और सटीकता प्राप्त होती है। आमतौर पर उच्च-परिशुद्धता वाले, भारी भार वाले अनुप्रयोगों, जैसे रोबोटिक जोड़ों और हेवी-ड्यूटी रिड्यूसर, में उपयोग किया जाता है।

वर्म व्हील डिज़ाइन द्वारा

• मिल्ड फ्लैट-फेस वर्म व्हील: मिलिंग द्वारा निर्मित, 0° हेलिक्स कोण और समतल दाँतेदार सतह के साथ। जुड़ाव सीमित बिंदुओं पर होता है, जिसके परिणामस्वरूप कम सटीकता और कम लागत होती है। केवल हल्के उपयोगों, जैसे खिलौना ड्राइव, के लिए उपयुक्त।
• हॉब्ड फ्लैट-फेस वर्म व्हीलहॉबिंग द्वारा निर्मित, मिल्ड व्हील्स की तुलना में उच्च पिच सटीकता, चिकनी सतह और बेहतर घिसाव प्रतिरोध प्रदान करता है। मध्यम-भार, सामान्य-परिशुद्धता अनुप्रयोगों, जैसे मानक गियर रिड्यूसर, के लिए उपयुक्त।
• उत्तल कृमि चक्रइसमें एक घुमावदार प्रोफ़ाइल है, जो एक अवतल वर्म (जैसे कि दोहरे गले वाले डिज़ाइन में) के साथ मिलकर "दोहरी नाली जुड़ाव" बनाती है। यह उच्चतम संपर्क अनुपात, सर्वोत्तम दक्षता और अधिकतम भार क्षमता प्रदान करता है, जिससे यह मशीन टूल फ़ीड तंत्र जैसी उच्च-परिशुद्धता, भारी-भरकम प्रणालियों के लिए आदर्श बन जाता है।

4.0वर्म गियर ड्राइव की विनिर्माण प्रक्रियाएँ: परिशुद्धता ही प्रदर्शन को परिभाषित करती है

वर्म और वर्म व्हील की दाँतेदार सतहें संयुग्मित वक्र सतहें होती हैं, जिन्हें उचित मेशिंग सटीकता सुनिश्चित करने के लिए विशेष प्रक्रियाओं और उपकरणों की आवश्यकता होती है। वर्म और वर्म व्हील के निर्माण मार्ग काफी भिन्न होते हैं।

कृमि निर्माण प्रक्रियाएँ
कुंजी है कुंडलित दांतों की सटीकता और स्थिरता बनाए रखना, जिन्हें परिशुद्धता के आधार पर तीन स्तरों में वर्गीकृत किया गया है:

• कम परिशुद्धता (कक्षा 9-12): मिलिंग मशीन पर सीधे डिस्क-प्रकार के कटर (छोटे मॉड्यूल के लिए) या फ़िंगर कटर (बड़े मॉड्यूल के लिए) का उपयोग करके मिलिंग द्वारा उत्पादित। किसी विशेष उपकरण की आवश्यकता नहीं है, यह मैनुअल विंच जैसे हल्के-कर्तव्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
• मध्यम परिशुद्धता (कक्षा 7–8)वर्म हॉब (वर्म व्हील से जुड़ा एक उपकरण) के साथ हॉबिंग द्वारा निर्मित। इस प्रक्रिया में गियर हॉबिंग मशीन पर गति (हॉब रोटेशन और वर्कपीस फीड) उत्पन्न करना शामिल है। उच्च दक्षता और विश्वसनीय सटीकता इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए मुख्यधारा की विधि बनाती है, जैसे कि ऑटोमोटिव स्टीयरिंग वर्म।
• उच्च परिशुद्धता (ग्रेड 4–6): द्वारा उत्पादित हॉबिंग + पीसनाहॉबिंग के बाद, त्रुटियों को ठीक करने और सतह की खुरदरापन (Ra ≤ 0.8 μm) को कम करने के लिए एक विशेष ग्राइंडर पर वर्म ग्राइंडिंग व्हील से फिनिशिंग की जाती है। सटीक मशीन टूल्स और रोबोटिक्स के लिए उपयुक्त।

वर्म व्हील निर्माण प्रक्रियाएँ
वर्म व्हील को वर्म के साथ सटीक संयोजन सुनिश्चित करना चाहिए। इसके लिए दो मुख्य तरीकों का इस्तेमाल किया जाता है:

• इंटीग्रल वर्म व्हीलछोटे आकार के, हल्के काम के अनुप्रयोगों (जैसे, लघु गियरबॉक्स) के लिए, एक ही ब्लैंक को सीधे उसके अंतिम रूप में लगाया जाता है। किसी संयोजन की आवश्यकता नहीं है।
• कम्पोजिट वर्म व्हीलबड़े आकार के, भारी-भरकम कार्यों (जैसे, उठाने वाले उपकरण) के लिए। दो भागों से निर्मित:
  • (1) एक कांस्य गियर रिम, सटीकता के लिए हॉब्ड (और कभी-कभी शेव किया हुआ);
  • (2) एक कच्चा लोहा या स्टील हब, बाहरी व्यास और बोल्ट छेद के लिए एक खराद पर घुमाया गया;
  • (3) हस्तक्षेप फिट या बोल्ट के माध्यम से इकट्ठा, लागत के साथ पहनने के प्रतिरोध को संतुलित करना।

प्रमुख विनिर्माण उपकरण

• मूल प्रसंस्करणगियर मिलिंग मशीन (कम परिशुद्धता वाले वर्म्स), लेथ (हब)।
• कोर प्रोसेसिंगगियर हॉबिंग मशीन (मध्यम/उच्च परिशुद्धता वाले वर्म और व्हील), वर्म व्हील शेविंग मशीन (व्हील फिनिशिंग)।
• उच्च परिशुद्धता प्रसंस्करण: वर्म ग्राइंडर (परिशुद्धता वर्म), हाइड्रोलिक प्रेस (संयुक्त पहियों की असेंबली)।

5.0सामग्री का चयन: घिसाव प्रतिरोध और जब्ती-रोधी प्रदर्शन में संतुलन

वर्म गियर सेट स्थायित्व और एंटी-गैलिंग गुणों को संतुलित करने के लिए "हार्ड-सॉफ्ट पेयरिंग" पर निर्भर करते हैं।

• कृमि सामग्रीउच्च कठोरता और घिसाव प्रतिरोधकता की आवश्यकता होती है। लंबे समय तक चलने वाली दाँत सतहों के लिए आम विकल्पों में 45 स्टील (इंडक्शन हार्डेन्ड, HRC 55–60) और 20CrMnTi (कार्बुराइज़्ड और क्वेंच्ड, HRC 58–62) शामिल हैं।
• वर्म व्हील सामग्री: उच्च घर्षण-रोधी और गैलन-रोधी प्रदर्शन की आवश्यकता होती है। सामान्य विकल्पों में टिन ब्रॉन्ज़ (ZCuSn10Pb1, उच्च गति, भारी-कार्य के लिए), एल्युमिनियम ब्रॉन्ज़ (मध्यम गति, मध्यम-भार के लिए), और कच्चा लोहा (कम गति, हल्के-कार्य के लिए) शामिल हैं। हल्के अनुप्रयोगों में, घर्षण से होने वाली विफलताओं को रोकने के लिए नायलॉन का उपयोग किया जा सकता है।

6.0वर्म गियर ड्राइव के विशिष्ट अनुप्रयोग: उपयोग के मामले द्वारा परिभाषित मूल्य

उनके लिए धन्यवाद कॉम्पैक्ट संरचना, उच्च कमी अनुपात, सुचारू संचालन, और स्व-लॉकिंग क्षमतावर्म गियर ड्राइव का व्यापक रूप से कई क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है:

औद्योगिक अनुप्रयोग

• संवहन और उठानाकन्वेयर (टॉर्क वृद्धि के साथ गति में कमी), लिफ्ट और होइस्ट (सुरक्षा के लिए स्व-लॉकिंग, सुचारू गति नियंत्रण)।
• भारी मशीनरीऔद्योगिक प्रेस (उच्च टॉर्क आउटपुट), मशीन टूल फीड सिस्टम (मशीनिंग सटीकता के लिए उच्च परिशुद्धता गति)।
• विशेष उपकरण: चार पहिया ड्राइव वाहनों में स्थानांतरण मामले (क्रॉस-एक्सिस ट्रांसमिशन), ब्रेकिंग सिस्टम (रिवर्स मोशन को रोकने के लिए स्व-लॉकिंग)।

उपभोक्ता और सटीक अनुप्रयोग

• संगीत वाद्ययंत्र ट्यूनिंगगिटार और वायलिन ट्यूनिंग खूंटे (स्ट्रिंग तनाव को बनाए रखने के लिए स्व-लॉकिंग, सटीक समायोजन)।
• सुरक्षा उपकरण: स्वचालित सुरक्षा दरवाजे (जबरन खोलने से रोकने के लिए स्व-लॉकिंग)।
• रोजमर्रा की मशीनरी: नाव ट्रेलर विंच (टॉर्क गुणन के साथ भारी भार उठाने वाले), मछली पकड़ने वाली रील (एंटी-रिवर्स के साथ चिकनी घुमावदार)।

7.0निष्कर्ष: वर्म गियर ड्राइव के लाभ और सीमाएँ

प्रमुख लाभ:

1. कॉम्पैक्ट रूप में बड़े एकल-चरण कमी अनुपात (10-100)
2. सुचारू और शांत संचालन
3. अंतर्निहित स्व-लॉकिंग क्षमता
4. जटिल प्रतिवर्ती तंत्र के बिना समकोण शाफ्ट व्यवस्था

मुख्य सीमाएँ:

1. दांत की सतहों के बीच उच्च फिसलन घर्षण, जिसके परिणामस्वरूप कम दक्षता होती है (आमतौर पर एकल-प्रारंभ कृमियों के लिए 60-70%)
2. अपेक्षाकृत तेज़ घिसाव, नियमित स्नेहन की आवश्यकता
3. गर्मी उत्पन्न होने और गैलिंग के जोखिम के कारण उच्च गति या उच्च शक्ति वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं है

कुल मिलाकर, वर्म गियर ड्राइव एक क्लासिक का प्रतिनिधित्व करते हैं “प्रदर्शन के लिए दक्षता” व्यापार-बंदयह कम गति, मध्यम से हल्के भार वाले अनुप्रयोगों के लिए एक अपरिहार्य समाधान बना हुआ है, जहां कॉम्पैक्ट डिजाइन, सुरक्षा और विश्वसनीयता महत्वपूर्ण हैं।

 

संदर्भ

www.machinerylubrication.com/Read/1080/worm-gears

en.wikipedia.org/wiki/Worm_drive

www.wmberg.com/resources/blogs/guide-to-worm-gear-drives

www.iqsdirectory.com/articles/gear/worm-gears.html