यंत्र – १

यंत्र-१:  एखादे भौतिक कार्य  ( उदा. ,  विहिरीतून पाणी काढणे) वेगाने व सुलभपणे करणारी रचना अशी यंत्राची व्याख्या करता येईल. यंत्र चालविण्यासाठी लागणारी ऊर्जा ही मनुष्य ,  इतर प्राणी ,  वीज अथवा अन्य साधनांपासून घेतलेली असते. या व्यापक व्याख्येत तरफ ,  कप्पी ,  उतरण ,  स्क्रू यांसारख्या प्राथमिक रचनांपासून शिवणयंत्र ,  सायकल ,  सूत कातण्याची व विणण्याची यंत्रे ,  लेथ ,  विविध प्रकारची एंजिने ,  मोटारगाडी ,  विमान या सर्वांचा समावेश होतो.

   यंत्राची रचना आखताना त्यापासून काही निश्चित कार्य अपेक्षित असते आणि त्यासाठी यंत्र चालविताना ऊर्जा पुरवावी लागते. यंत्रातील निरनिराळ्या यंत्रणांच्यामुळे  ( घटकांमुळे) योग्य दाब ,  प्रेरणा व गती यंत्राच्या उद्दिष्टासाठी निर्माण करणे हे प्रत्येक यंत्र रचनेचे सूत्र असते. यंत्रातील प्रत्येक यंत्रणेचा दुसऱ्या यंत्रणेशी निश्चित संबंध असतो. याचे महत्त्वाचे नियम खालीलप्रमाणे आहेत.

   तरफ , रहाट यांसारख्या यंत्राचा उद्देश विशिष्ट मूल्याची प्रेरणा उपयोगात आणून कार्यासाठी जास्त प्रेरणा मिळविण्याचा असतो. यातूनच यांत्रिक लाभ मिळतो. यंत्रापासून कार्य करण्यासाठी उपलब्ध होणारी प्रेरणा  ( प्रदान प्रेरणा) आणि यंत्राला पुरविलेली प्रेरणा  ( आदान प्रेरणा) यांच्या गुणोत्तराला यांत्रिक लाभ म्हणतात.

  हा लाभ अशा यंत्रांच्या बाबतीत १ पेक्षा जास्त असतो. कोणत्याही यंत्रात घर्षण टाळता येत नाही. रहाटासारख्या गती    असलेल्या यंत्रात आदान प्रेरणेने केलेल्या कार्यापैकी काही अंश घर्षणामुळे फुकट जातो. यामुळे आदान प्रेरणेने केलेले म्हणजेच खर्ची पडलेले कार्य  ( आदान कार्य) हे यंत्रापासून उपलब्ध होणाऱ्या उपयुक्त कार्यापेक्षा  ( प्रदान कार्य) नेहमीच जास्त असते. प्रदान कार्य व आदान कार्य यांच्या गुणोत्तराला यंत्राची कार्यक्षमता म्हणतात.

   वरील कारणाने कोणत्याही यंत्राची कार्यक्षमता नेहमीच १ पेक्षा कमी असते. सामान्यतः   या कार्यक्षमतेला १०० ने गुणून ती टक्क्यांमध्ये देण्याची प्रथा आहे. [कार्यक्षमतेच्या व्याख्येकरिता कार्य या राशीऐवजी ऊर्जा ,  शक्ती इ. राशीही वापरण्यात येतात  ⟶ कार्यक्षमता ,  यंत्राची] .

    सूत कातण्याच्या चरख्यामध्ये कमी वेगाने फिरणाऱ्या चाकाने सूत कातावयाची चाती जास्त वेगाने फिरते  पण तेथे मिळणारी प्रेरणा कमी असते. तेव्हा कोणत्याही यंत्रामुळे उपयुक्त प्रेरणा व गती यांपैकी एकच वाढविता येते. दोन्ही लाभ एकाच वेळी मिळत नाहीत.

    मनुष्याला जी शारीरिक प्रेरणा उपयोगात आणता येते ती मर्यादित आहे. या मर्यादित प्रेरणेवर जड दगड हलविणे ,  पाणी उपसणे ,  जमीन नांगरणे वगैरे कामे कमी श्रमात करता यावीत यासाठी मनुष्याला प्राथमिक अवस्थेत ज्या रचना सुचल्या त्यांत यंत्रविद्येचे मूळ आहे. लांब काठी व टेकू यांचा उपयोग करून जी तरफ बनते तीमुळे थोडी प्रेरणा लावून जड दगड उचलता येतो. हाच दगड उंच जागी न्यावयाचा असल्यास तो सरळ उचलण्याऐवजी ⇨ उतरण    करून तीवरून नेणे सोपे जाते. विहिरीतून पाणी काढताना ते सरळ दोराने उचलण्याऐवजी कप्पीच्या साहाय्याने दोर खाली खेचून उचलणे सुलभ होते. यात प्रेरणेची दिशा बदलून फायदा होतो. विहिरीवरील रहाटामध्ये कप्पी व तरफ या यंत्रणा एकत्रित झालेल्या आहेत. अशा साध्या रचनांचा वापर प्रथम ईजिप्तमध्ये झाला असे दिसते. पिरॅमिडासारखी आजही प्रचंड वाटणारी बांधकामे मनुष्यबळाला साध्या यंत्रणांची जोड देऊन चार-पाच हजार वर्षांपूर्वी झाली. जुन्या यंत्रविद्येचा उगम सुमेरिया ,  पर्शिया ,  चीन येथेही झाला असावा. यानंतरची यंत्रविद्येची वाढ ग्रीक व रोमन साम्राज्यात इ. स. पू. तिसऱ्या शतकानंतर झाली. ग्रीसमध्ये इ. स. पू. दुसऱ्या शतकात स्क्रूचा शोध लागला आणि यामुळे थोडी प्रेरणा लावून मोठा दाब निर्माण करता येऊ लागला. या यंत्राचा उपयोग मद्यनिर्मितीत दाक्षाचा रस काढण्यासाठी होत असे. रोमन साम्राज्याच्या अस्तानंतर सु. हजार वर्षांत यंत्रविद्येत फारशी प्रगती झालेली आढळून येत नाही.

 यंत्रणा व नवी यंत्रे यांचा परस्परांशी महत्त्वाचा संबंध आहे. दातेरी चाकामुळे एका आसापासून प्रेरणा व गती दुसऱ्या आसाला निश्चित पटीत देणे शक्य झाले. भुजांच्या शोधामुळे वर्तुळाकार गतीचे सरळ रेषीय गतीत अथवा त्याच्या उलट रूपांतर करता येऊ लागले. यंत्रणांच्या नवीन कल्पनांची सतत भर पडत आली आहे. ⇨ तरफ ,  भुजा ,  ⇨ कॅम ,  दट्ट्या ,  ⇨ प्रचक्र ,  ⇨ क्लच ,  ⇨ बोल्ट व नट ,  ⇨ आस ,  चाव्या [ ⟶ चावी  ( चक्राची)] ,  चाकाला गती देणारे पट्टे [ ⟶ पट्टा व पट्टाचालन] ,  वेगवेगळ्या दात्यांची चाके [ ⟶ दंतचक्र] , शृं खला [ ⟶ शृंखला ,  यांत्रिक] ,  गोलक धारवा [ ⟶ धारवा] ,  ⇨ स्प्रिंग अशा विविध यंत्रणांच्या शोधामुळे एकापाठोपाठ अनेक वेगवेगळ्या क्रिया यंत्राद्वारे करता येऊ लागल्या.  

   इ. स. पंधराव्या शतकानंतर यूरोपमध्ये धान्य दळणे व पाणी उपसणे यांसाठी पाण्याच्या प्रवाहाचा उपयोग करणाऱ्या पाणचक्क्या व वाऱ्यावर चालणाऱ्या पवनचक्क्या प्रचारात येऊ लागल्या. यांशिवाय सूतकताईच्या व विणकामाच्या यंत्रांत सुधारणा होत होत्या. या सर्व यंत्रांचे भाग मुख्यत्वे लाकडाचे बनविलेले असत व धातूंचा उपयोग मर्यादित होता. अठराव्या शतकानंतर झालेली यंत्रविद्येची सर्वांगीण प्रगती हे औद्योगिक क्रांतीचे मूळ होते ,  असे म्हणता येईल. मोठ्या प्रमाणावर खाणीतून कोळसा काढण्यासाठी कोळसा वर खेचणारी व पाणी उपसणारी यंत्रे संशोधिली गेली. या प्रगतीला वाफेच्या एंजिनाच्या शोधाने मोठा वेग आला. कोळशाच्या उष्णतेने तयार केलेली वाफ व तीवर चालणारे एंजिन यांच्याद्वारे इतर यंत्रांना हवी तेवढी ऊर्जा व गती देता येऊ लागली. एकोणिसाव्या शतकात ⇨ अंतर्ज्वलन-एंजिना  चा आणि विद्युत्‌ निर्मितीचा व तिच्या उपयोगांचा शोध लागला आणि यामुळे यंत्रांच्या नवनवीन कल्पनांना व उपयोगांना प्रचंड चालना मिळाली. या यंत्रांची विभागणी खालीलप्रमाणे करता येईल.  

 ( १) वीज हे आजच्या जीवनातील ऊर्जेचे महत्त्वाचे स्वरूप आहे. कोळसा ,  खनिज तेल ,  हवेचा प्रवाह ,  गतिमान पाणी अथवा युरेनियम ही ऊर्जेची प्राथमिक रूपे होत. यांतील ऊर्जा रूपांतरित करून गती निर्माण   करणारी वाफेचे टरबाइन ,  जल टरबाइन ,  पवनचक्र ,  अंतर्ज्वलन-एंजिन ही मूलचालकांची उदाहरणे होत. या मूलचालक यंत्रांच्या गतीमुळे विद्युत्‌ निर्मिती करता येते.  ( २) या मूलचालकांच्या द्वारे प्राप्त   झालेली   कोणची तरी ऊर्जा वाहतुकीच्या साधनांना दिली जाते. वाहतुकीची मुख्य यंत्रे म्हणजे आगगाडी ,  मोटारगाडी ,  दुचाकी वाहने ,  जहाज ,  विमान ही होत.  ( ३) यंत्रांचा तिसरा प्रकार म्हणजे वस्तूंच्या   निर्मितीसाठी   लागणारी यंत्रे. कागद ,  कापड ,  साखर इत्यादींची यंत्रसामग्री या वर्गात येते.  ( ४) छपाई ,  शिवणकाम ,  कपडे धुणे इत्यादींसाठी वापरण्यात येणाऱ्या यंत्रांना कार्यकारी यंत्रे म्हणता येईल. वरील सर्व यंत्रे   बनविण्यासाठी   लोखंड ,  पोलाद , ॲ ल्युमिनियम इ. धातू व मिश्रधातू यांपासून लहान मोठे व योग्य आकाराचे आस ,  कप्प्या ,  स्क्रू ,  दंतचक्रे वगैरे अनेक भाग लागतात. हे भाग कमी वेळात व अचूक मापाचे बनविण्यासाठी   लेथ ,  छिद्रण   यंत्र ,  कर्तन यंत्र यांसारखी अनेक ⇨ यांत्रिक हत्यारे    वापरण्यात येतात.

 यंत्राचा प्राथमिक उद्देश उत्पादनाचा वेग वाढविणे व त्यातील मनुष्याच्या श्रमाचा भाग कमी करणे हा असला ,  तरी यंत्र चालविण्यासाठी मनुष्य व त्याचे कौशल्य यांची जरूरी असे. एकाच यंत्रात अनेक क्रियांचा   अंतर्भाव विविध यंत्रणांच्या वापरामुळे वाढत गेला आणि त्या प्रमाणात यंत्र चालविण्यातील मनुष्याचा भाग कमी कमी होत गेला. यंत्रविद्या विसाव्या शतकात इतकी प्रगत झाली आहे की ,  कोणतीही क्रिया करणे वा वस्तू   बनविणे यांसाठी स्वयंचलित यंत्र बनविता येते. असे यंत्र योग्य प्रकारे चालले आहे की नाही हे पाहण्यापुरतीच माणसाची जरूरी आतापर्यंत होती. यातही आता बदल होत असून यंत्राद्वारे निर्माण होणाऱ्या वस्तूचा   आकार ,  आकारमान ,  तापमान वगैरे अनेक मापे इलेक्ट्रॉनीय उपकरणांच्या साहाय्याने नियंत्रित करता येतात व निर्मितीच्या प्रक्रियेत काही चूक होत असेल ,  तर देखरेख करणाऱ्या संगणकाच्या साहाय्याने यंत्राच्या   कार्यात योग्य तो फरक करता येतो. चालकाशिवाय चालविल्या जाणाऱ्या आगगाड्या ,  कारखान्यातील काही स्वयंचलित उत्पादन प्रक्रिया इत्यादींचा वापर १९७५ नंतर वाढला आहे. [ ⟶ स्वयंचालन] .

 यंत्राचे मूलघटक :  यंत्रापासून जे कार्य अपेक्षित असते ते करण्यासाठी यंत्रातील वेगवेगळ्या भागांच्या हालचाली ,  वेग तसेच त्यांवर येणारे भार ,  दाब हे विशिष्ट पद्धतीने  निर्माण  करण्यासाठी ज्या यांत्रिक रचना वापरल्या जातात ,  त्यांना यंत्राचे मूलघटक किंवा यंत्रणा म्हणतात. अशा प्रत्येक यंत्रणेचे यंत्रातील स्थान विवक्षित असते आणि ती यंत्रणा एकीकडून मिळणारी गती ,  ऊर्जा ,  दाब वा प्रेरणा यंत्रातील दुसऱ्या यंत्रणेला इष्ट तऱ्हेने देते. या अर्थाने तरफ ,  कप्पी ,  स्क्रू ही प्राथमिक यंत्रे आजच्या यंत्रांच्या संदर्भात मूलघटक होतात. जसजशा नवीन यंत्रणा शोधल्या गेल्या तसतशा यंत्राने होणाऱ्या कामाच्या प्रकारात ,  वेगात व अचूकतेत सुधारणा होत गेल्या. उदा. ,  गोलक धारव्याच्या शोधामुळे मोटारगाडी ,  सायकल यांसारख्या वाहनांचे वेग शक्य झाले. या मूलघटकांची विभागणी चल व अचल अशा दोन वर्गांत करता येते. अचल मूलघटकांत बोल्ट व नट ,  रिव्हेट ,  चावी ,  वॉशर ,  यंत्र उभारण्याचा सांगाडा ,  एंजिनातील सिलिंडर ,  झाकण इ. भाग येतात. यंत्रातील हलणारे भाग योग्य ताकदीने एकत्र ठेवणे हे अचल मूलघटकांचे कार्य असते. या दृष्टीने यंत्राचा आराखडा करताना या मूलघटकांवर येणारे भार ,  ताण इत्यादींचा विचार करावा लागतो. चल मूलघटकांत तरफ ,  दंतचक्र ,  दंतपट्टी ,  स्क्रू ,  कप्पी ,  चाक ,  आस ,  कॅम ,  यांत्रिक शृंखला ,  गती देणारा पट्टा ,  स्प्रिंग ,  दट्ट्या ,  गोलक धारवा ,  प्रचक्र ,  गतिरोधक  ( ब्रेक) इत्यादींचा समावेश होतो. या यंत्रणांच्या गतीच्या नियमांच्या शास्त्राला ‘गतिकी’ असे म्हणतात [ ⟶ यामिकी] .

   अचल मूलघटकांपैकी बोल्ट व नट हे उतरण या तत्त्वाचे एक रूप होय. बोल्ट व नट यांच्या साहाय्याने यंत्राचे वेगवेगळे भाग हवी तितकी प्रेरणा लावून जोडता व पुन्हा सोडविता येतात. वेगवेगळ्या कामांसाठी सोईचे असे बोल्ट व नट यांच्या आट्यांचे अनेक प्रकार व आकार उपयोगात आहेत. अगदी लहान घड्याळापासून ते मोठ्या यंत्रापर्यंत यांचा वापर करण्यात येतो. यंत्रातील दोन भाग एकमेकांना पक्के जोडण्याचे साधन म्हणजे रिव्हेट. रिव्हेट हे लोखंड अथवा इतर नरम अवस्थेतील धातूपासून बनविले जातात. फिरणाऱ्या आसावर चाक ,  कप्पी यांसारखे भाग पक्के धरून ठेवण्यासाठी चावी वापरली जाते. यंत्रातील एका फिरणाऱ्या आसापासून लांब अंतरावर असलेला दुसरा आस फिरविण्यासाठी सपाट कप्प्या व त्यांना जोडणारा सपाट कातडी वा कॅनव्हासाचा पट्टा यांचा उपयोग केला जातो. पट्टा व चाक यांच्यातील घर्षणांमुळे एका आसाची गती दुसऱ्या आसाला मिळते. आता वापरात असलेल्या सुधारित कप्प्यांना इंग्रजी व्ही  ( V )  आकाराची खाच असते व त्यांना जोडणारा रबरी वा कॅनव्हास पट्टाही व्ही आकाराचा असतो. ही रचना सपाट पट्ट्यापेक्षा जास्त शक्ती देते व आटोपशीर राहते. विजेच्या चलित्राने  ( मोटरीने) यंत्राला गती देण्यासाठी या पट्ट्या ं चा प्रामुख्याने वापर होतो. दंतचक्र हे मूलतः चाक व तरफ या यंत्रणांचे एकीकरण आहे. एका आसावर बसविलेले दंतचक्र ,  त्यात गुंतलेल्या दुसऱ्या आसावरील दंतचक्राला फिरविते आणि त्यामुळे दुसऱ्या आसाची गती दात्यांच्या व्यस्त प्रमाणात वाढते अगर कमी होते. मोटारगाडी ,  दुचाकी वाहने ,  लेथसारखी यंत्रे यांत अनेक दंतचक्रे बसवून वेगवेगळ्या गती मिळतात. या उपयोगामुळे दंतचक्रांचे विविध प्रकार  ( उदा. ,  शंकू ,  सर्पिल ,  मळसूत्री इ.) विकसित झाले आहेत आणि त्यांच्या उत्पादनासाठी स्वतंत्र यंत्रे उपलब्ध आहेत. यंत्रातील एका भागाच्या सरळ रेषीय वा वर्तुळाकार गतीपासून दुसऱ्या भागास सरळ रेषीय वा वर्तुळाकार अशी कोणतीही गती द्यावयाची असेल ,  तर विशिष्ट आकार दिलेल्या कॅमाचा उपयोग करतात. अंतर्ज्वलन-एंजिनातील हवा आत-बाहेर जाणाऱ्या झपडांची योग्य वेळी उघडझाप करण्यासाठी अथवा यंत्रातील एखादी यंत्रणा बंद वा सुरू करण्यासाठी कॅमाचा उपयोग होतो. यंत्रणेतील एका बिंदूपाशी होत असलेली गती दुसऱ्या बिंदूपाशी विशिष्ट पद्धतीने देण्यासाठी यांत्रिक शृंखलांचा उपयोग होतो. यामध्ये कमी-जास्त लांबीचे दांडे एकमेकांना सरकत्या खिळींनी जोडलेले असतात. यंत्राचे रेखाचित्र काढण्याच्या फलकावर अशी यंत्रणा वापरण्यात येते. यंत्राच्या एका आसाची वर्तुळाकार गती दुसऱ्या आसाला पाहिजे तेव्हा देता अथवा बंद करता यावी यासाठी क्लचाचा वापर करतात. ही गती क्लचाच्या दोन्ही आसांवरील जवळ येणाऱ्या भागांत जास्त घर्षण देणाऱ्या पदार्थाचा वापर करून व या भागांवर स्प्रिंग अथवा इतर साधनाच्या साहाय्याने दाब निर्माण करून मिळविली जाते. आसावर वेगाने फिरणाऱ्या प्रचक्रामध्ये ऊर्जा साठविली जाते व त्यामुळे आसाच्या गतीच्या बदलाला विरोध होतो. अशा प्रचक्राचा उपयोग अंतर्ज्वलन-एंजिनाचा वेग स्थिर ठेवण्यासाठी होतो. धातूच्या पत्र्यावर दाब देऊन त्याला आकार देण्याचे काम करणाऱ्या ⇨ दाबयंत्रा वरही असे वेगाने फिरणारे प्रचक्र असते. पत्र्यावर दाब देण्याकरिता लागणारी अतिरिक्त ऊर्जा प्रचक्रामधून मिळते आणि दाबयंत्र चालविण्यासाठी कमी शक्तीचे विद्युत्‌ चलित्र वापरता येते. यंत्र हे वेगाने हलणाऱ्या वा फिरणाऱ्या यंत्रणांचा समुच्चय असते. तेव्हा परस्परांच्या संपर्कात असणाऱ्या प्रत्येक दोन हलणाऱ्या भागांतील घर्षण कमीत कमी ठेवणे ,  हे यंत्राची चाल व त्याचे उपयुक्त आयुष्य या दृष्टीने महत्त्वाचे ठरते. यासाठी धारवे व वंगण यांचा उपयोग करतात. वंगणशास्त्र ही यंत्रविद्येची स्वतंत्र शाखा मानली जाते. जर्नल धारवे कथिल ,  जस्त ,  शिसे ,  तांबे अशा मऊसर धातूंच्या मिश्रधातूपासून बनवितात. त्यामुळे कठीण आसाची झीज कमी होते. धारवा या मूलघटकात गोलक धारव्याच्या शोधामुळे फार मोठी सुधारणा झाली. आस व त्यावर फिरणारे चाक यांमध्ये गोलक धारव्यांचा अंतर्भाव केला म्हणजे स्थिर आसावर गोलक व चाक फिरतात. यामुळे आस व चाक यांच्यातील घर्षण साध्या धारव्यापेक्षा  १ /१०  अथवा त्याहून कमी होते. गोलकांना लावलेले वंगण दीर्घकाल टिकते आणि धारव्याचा आकार आटोपशीर होतो. सायकलचे चाक हे याचे एक उदाहरण होय. विद्युत्‌ चलित्र ,  पंखा ,  स्कूटर ,  मोटारगाडी अशा सर्व वेगवान यंत्रांत यांचा मोठ्या प्रमाणावर उपयोग करतात. गोलकाऐवजी शंकूच्या आकाराचे फिरते भाग असलेले लाट  ( रोलर) धारवे जास्त वजन पेलू शकतात. पोलाद अथवा इतर धातूची लवचिक तार गुंडाळून तिची स्प्रिंग बनविता येते आणि तिला कमीअधिक प्रेरणा लावली असता तिची लांबी कमीजास्त होते. यंत्रातील भागाला स्प्रिंग जोडली म्हणजे तो भाग प्रेरणा लावून पाहिजे तेव्हा सरकविता येतो आणि प्रेरणा काढून घेतली की ,  तो पूर्वस्थितीला येतो. यंत्र हवे तेव्हा थांबविण्यासाठी गतिरोधकाची योजना केलेली असते. यात गती कमी करण्याकरिता घर्षणाचा उपयोग करतात. सायकलमध्ये रबराचा तुकडा चाकावर घासतो ,  तर आगगाडीत प्रत्येक चाकावर याकरिता एक लोखंडी तुकडा बसविलेला असतो [ ⟶  गतिरोधक] .

  वर वर्णन केलेले व इतर विविध यंत्रघटक सुलभतेने वापरता यावेत यासाठी प्रत्येक घटकाचे आकार ,  आकारमान ,  बल ,  उपयोगाच्या मर्यादा वगैरे गुणधर्म आंतरराष्ट्रीय विचारविनिमयाने निश्चित केलेले आहेत.   ⇨ भारतीय मानक संस्था यंत्रघटकांची अशी मानके  ( प्रमाणभूत गुणधर्म) ठरविण्याचे काम करते आणि त्यासंबंधीची माहिती प्रसृत करते. यंत्रघटकांमध्ये नव्या कल्पनांची सतत भर पडत आहे. प्लॅस्टिकासारखे वेगळे   गुणधर्म असलेले पदार्थ उपलब्ध झाल्याने नवनव्या रचना शक्य होत आहेत. एखाद्या नवीन कल्पनेचे सूक्ष्म विश्लेषण केले असता असे आढळून येते की ,  वर उल्लेख केलेल्या मूलभूत कल्पनांचाच उपयोग तीत वेगळ्या   पद्धतीने केलेला असतो.

यंत्रसामग्री  : एखाद्या वस्तूच्या निर्मितीमधील अथवा एखाद्या कार्यातील अनेक क्रिया एकापाठोपाठ एक करण्यासाठी अनेक यंत्रांच्या केलेल्या एकसूत्री विशिष्ट मांडणीला यंत्रसामग्री म्हणता येईल. एकोणिसाव्या शतकात वस्तूवरील प्रत्येक क्रियेसाठी वेगळे यंत्र असे आणि ती वस्तू एका यंत्राकडून दुसऱ्या क्रियेसाठी दुसऱ्या यंत्राकडे नेली जात असे. यामुळे जागा ,  वेळ व मजुरी यांचा अपव्यय होई. विसाव्या शतकात यंत्रविषयक ज्ञानातील वाढ ,  मूलघटकांचे सुधारित प्रकार व त्यांच्या बनावटीत आलेली अचूकता ,  यंत्रात ठिकठिकाणी विद्युत्‌ चलित्रे वापरण्याने गती हवी तशी बदलता येण्याची क्षमता ,  विजेवर चालणारी विविध मापक व नियंत्रक साधने वगैरे सुधारणा होत राहिल्या. यामुळे प्रत्येक क्रियेकरिता स्वतंत्र यंत्र वापरण्याऐवजी वस्तूच्या निर्मितीतील अनेक क्रिया एकापाठोपाठ एक करण्यासाठी यंत्रसामग्री बनवून उत्पादनाचा वेग वाढविणे व खर्च कमी करणे लाभदायक ठरू लागले. उदाहरणांनी ही प्रगती स्पष्ट होईल. माणसाच्या शक्तीवर चालणारे छपाई यंत्र प्रथम उपयोगात आले. विजेच्या शक्तीवर चालणारे मोठे छपाईचे यंत्र ही पुढची पायरी होय. वर्तमानपत्र छापणाऱ्या आजच्या चक्रीय गतीच्या मुद्रण यंत्रावर कागदाचे रीळ एकदा चढविले की ,  संपूर्ण वर्तमानपत्र अनेक रंगांत छापून ,  पाने कापली जाऊन त्यांच्या घड्या पडेपर्यंत सर्व क्रिया एकापाठोपाठ होतात. बिस्किटासारख्या मोठ्या प्रमाणावरील उत्पादनात पीठ ,  साखर व इतर घटक एकत्र मळणे ,  मिश्रणाची पोळी लाटणे ,  बिस्किटाचा आकार कापणे ,  ठसा उमटविणे ,  भट्टीत भाजणे व आवेष्टन करणे या क्रिया एकापाठोपाठ होण्यासाठी विविध यंत्रांची सुसूत्र मांडणी केलेली असते. लोखंड ,  पोलाद यांसारख्या उत्पादनात ऊर्जेचा खर्च बराच मोठा असतो. पूर्वीच्या पद्धतीत खनिजापासून बीड ,  लोखंड ,  नंतर पोलाद ,  नंतर त्यापासून विविध छेदा च्या  तुळया ,  रूळ अशा वस्तू तयार करण्याच्या क्रिया स्वतंत्रपणे होत आणि त्यामुळे प्रत्येक वेळी लोखंड तापविण्यासाठी ऊर्जा खर्च करावी लागे. आता खनिजापासून लोखंडाचा रस तयार झाल्यावर शेवटच्या प्रत्येक प्रत्यक्ष वस्तूपर्यंत शक्य तितक्या क्रिया एकापाठोपाठ करून ऊर्जेची मोठी बचत केली जाते. यासाठी सर्व यंत्रसामग्रीचा आराखडा एकसूत्री कार्याच्या दृष्टीने करावा लागतो. अशा यंत्रसामग्रीत वस्तूवर होणारी प्रक्रिया योग्य पद्धतीने होत आहे की नाही यासाठी वस्तूचे तापमान ,  आकारमान वगैरे स्वयंचलित मापकांनी मोजले जाऊन दर्शक तबकडीवर दिसण्याची सोय असते. प्रत्येक यंत्र व्यवस्थित काम देत आहे की नाही हे कळण्यासाठी त्याचा फिरण्याचा वेग ,  वंगणाचा दाब इ. सतत मोजले जातात. एकूण यंत्रसामग्री नीट चालत आहे की नाही हे पाहण्यासाठीच फक्त देखरेख करणाऱ्या माणसाची जरूरी असते. १९७५ सालानंतर यंत्राच्या कार्यपद्धतीत इलेक्ट्रॉनीय नियंत्रक व ⇨ सूक्ष्मप्रक्रियक    यांच्या वाढत्या उपलब्धतेमुळे नवीन बदल होत आहे. सूक्ष्मप्रक्रियकात यंत्रसामग्री योग्य प्रकारे चालण्यासाठी आवश्यक असणाऱ्या माहितीची नोंद असते व प्र त्यक्ष  क्रिया कशी चालली आहे याची मूळ नोंदीशी सतत तुलना होत असते. क्रियेत काही फरक झालेला असेल ,  तर यंत्राच्या कार्यात सतत योग्य बदल आपोआप होत राहतो. जर काही फेरफार योग्य मर्यादेच्या पलीकडे गेले ,  तरच धोकासूचक इशारे देऊन यंत्र बंद होते. ही सर्व तांत्रिक प्रगती अशा अवस्थेला पोहोचलेली आहे की ,  कोणतीही प्रक्रिया पूर्णपणे स्वयंचलित करणारी यंत्रसामग्री बनविणे शक्य आहे. यंत्रसामग्रीची आवश्यकता प्रामुख्याने उत्पादन खर्च कमी करण्यासाठी असते आणि मोठ्या प्रमाणावर वस्तूचे उत्पादन करावयाचे असेल ,  तरच अशी स्वयंचलित यंत्रे आर्थिक दृष्ट्या लाभदायक ठरू शकतात.

    यंत्राचा अभिकल्प  :  एखाद्या वस्तूवर इष्ट ती प्रक्रिया करण्यासाठी योजावयाच्या यंत्राची कार्यपद्धती व त्यासाठी लागणारे वेगवेगळे मूलघटक ठरविणे ,  त्यांचे परस्परसंबंध निश्चित करणे ,  मूलघटकांची रेखाचित्रे बनवून यंत्रनिर्मितीचा संपूर्ण आराखडा तयार करणे आणि त्याप्रमाणे प्रत्यक्ष यंत्ररचना बनवून ती कार्यप्रवण करणे याला यंत्राचा अभिकल्प म्हणतात.

   असा अभिकल्प समाधानकारक होण्यासाठी कामाची पुढीलप्रमाणे आखणी करणे उपयुक्त होते  :

( १) ज्या वस्तूवर प्रक्रिया करावयाची त्या वस्तूचे संबंधित गुणधर्म माहीत करून घेणे. ज्या क्रिया यंत्राने करावयाच्या त्यांचे सखोल विवरण.  

( २) तशा पद्धतीच्या यंत्रासंबंधीची संदर्भ साहित्यातील माहिती व इतर उत्पादकांनी प्रसिद्ध केलेली माहितीपत्रके यांचा अभ्यास.  

( ३) त्या प्रकारची प्रचलित यंत्रे पाहून त्यांच्या कार्याचे सूक्ष्म अवलोकन व दोषांचे पृथःकरण .  

( ४) यंत्रातून अपेक्षित असलेले उत्पादन ,  ते चालविण्यास लागणारी ऊर्जा ,  स्वयंचालनाचे प्रमाण व उत्पादन खर्च यांचे अंदाज. या सर्व माहितीवरून यंत्राचा ढोबळ आराखडा प्रथम ठरविला जातो. या आराखड्यावरून वस्तूवर प्रक्रिया करण्यासाठी लागणारे वेगवेगळे मूलघटक ,  त्यांचा परस्परसंबंध ,  मूलघटकातील प्रत्येक भागावर येणारे दाब ,  ताण ,  कंपने ,  गती यांवरून प्रत्येक भागाचा आकार व आकारमान ,  ते बनविण्यासाठी उपयुक्त धातू वा इतर पदार्थ हा तपशील ठरतो आणि त्याच वेळी घटकांचे आराखडेही तयार केले जातात. यंत्रात एखादी नवीन कल्पना उपयोगात आणावयाची असेल ,  तर त्यासंबंधी शक्य असल्यास वेगळे प्रयोग करून समाधानकारक अनुभव मिळाल्यानंतरच त्या कल्पनेचा मुख्य यंत्रात अंतर्भाव करणे इष्ट ठरते. वरील सर्व कामे झाल्यानंतर यंत्राचा पक्का आराखडा तयार केला जातो. कोणतेही यंत्र व्यवस्थित चालण्यासाठी आराखडा आखताना पुढील बाबींकडे विशेष लक्ष द्यावे लागते  :  यंत्रातील सर्व भागांचे बल पुरेसे असले पाहिजे आणि त्यांची मापे व जुळणी अचूक पाहिजे. यासाठी मानकाला अनुसरून प्रत्येक भागाच्या मापसुटी  ( भागातील चालू शकणारा फेरबदल) ठरवून त्या भागाच्या आराखड्यावर नमूद कराव्या लागतात. विद्युत्‌ चलित्र ,  नियंत्रक साधने ,  मापनाची उपकरणे इ. विकत घ्यावयाच्या भागांचा तपशील ठरवावा लागतो. वेगाने हलणाऱ्या वा फिरणाऱ्या भागांना योग्य वंगण मिळण्याची व्यवस्था आवश्यक आहे. अनेक वेळा यंत्र चालू असताना काही भागांच्या कंपनांनी यंत्राच्या कार्यात दोष निर्माण होतो व तो टाळण्यासाठी योग्य उपाययोजना केली पाहिजे. यंत्र चालविणाऱ्या माणसाला अपघात होऊ नये यासाठी योग्य संरक्षण दक्षता आवश्यक आहे. यंत्रामुळे प्रदूषण होऊ न देणे व यंत्र चालविण्यासाठी कमीत कमी ऊर्जा वापरली जाणे महत्त्वाचे आहे. यंत्र बाजारात विकले जाण्यासाठी त्याची उत्पादकता ,  कार्यक्षमता ,  किंमत ,  आकर्षक बाह्य आकार ,  चालविण्यातील सुलभता ,  मजबूत बांधणी ही अंगे पण महत्त्वाची ठरतात. या सर्व दृष्टिकोनांतून आराखडा योग्य ठरल्यावर यंत्राच्या प्रत्यक्ष उत्पादनाला सुरुवात केली जाते.

 संपूर्ण यंत्राची उभारणी करताना त्याच्या अनेक उपजुळण्यांची  ( उदा. ,  मोटारगाडीतील दंतचक्र पेटी) स्वतंत्र चाचणी करणे शक्य असेल ,  तर ती केल्यानंतरच मुख्य यंत्राच्या उभारणीत त्यांचा अंतर्भाव केला जातो. यंत्रात बसविलेला प्रत्येक भाग हा आराखड्याप्रमाणे आहे की नाही हे तपासणे आवश्यक असते आणि या सर्व गोष्टींवर मुख्य अभियंत्याचे नियंत्रण असावे लागते. पूर्ण यंत्र उभारल्यानंतर ते चालवून त्याच्या चाचण्या घेतल्या जातात व आढळून आलेले दोष दूर केल्यानंतरच यंत्राचा अभिकल्प पूर्ण होतो.

   यंत्राचा अभिकल्प करण्यासाठी भौतिकी ,  रसायनशास्त्र ,  यामिकी ,  पदार्थाचे बल ,  यंत्राचे मूलघटक ,  कंपने ,  वंगण व्यवस्था ,  ऊर्जा ,  विद्युत्‌ शास्त्र ,  इलेक्ट्रॉनिकी ,  मापन व नियंत्रण करणारी उपकरणे ,  स्वयंचालनासाठी सूक्ष्मप्रक्रियक इ. शाखांचे ज्ञान आवश्यक असते. अभिकल्पाला जबाबदार असा एक मुख्य अभियंता असला ,  तरी एकाच व्यक्तीला सर्व विषयांचे सखोल ज्ञान असणे कठीण असते. यासाठी संबंधित विषयां तील तज्ञ व्यक्तींचा एक समूह मुख्य अभियंत्याला अभिकल्पात मदत करतो. यंत्राच्या अभिकल्पातील अनेक फेरबदल तपासून पहाण्यासाठी संगणकाचा वाढत्या प्रमाणात उपयोग होत आहे. यंत्ररचनेतील संशोधन म्हणजे नवीन कल्पनांचा विकास असतो. वाफेच्या एंजिनातील उणिवा जाणवल्यामुळे वाफेच्या टरबाइनाची कल्पना सुचली. अशा नवीन कल्पनांचे सूक्ष्म विवरण ,  त्यांच्यातील दोषांचे निराकरण व यशस्वी यंत्र बनविणे या गोष्टी संपूर्णपणे संशोधकाच्या कल्पकतेवर व मगदुरावर अवलंबून राहतात.  

  पहा  :  तंत्रविद्या   साधी यंत्रे   स्वयंचालन.  

  संदर्भ  : 1. Creamer, R. H. Machine Design, Reading, Mass., 1976.

             2. Dobrovolsky, V. and others, Machine Elements, Moscow.

             3. Fairs, J. M. Keown, R. M. Mechanism, New York, 1960.

             4. Ham, C. W. and others, Mechanics of Machinery, New York, 1958.

             5. Myatt, D. J. Machine Design, New York, 1962.

             6. Morrison, J. L. M. Crossland, B. Introduction to Mechanics of Machines, London, 1964.

             7. Phelan, R. M. Fundamentals of Mechanical Design. New York, 1970.

             8. Shingley, J. E. Mechanical Engineering Design, New York, 1976.

             9. Shingley, J. E. Theory of Machines, New York. 1961.

           10. Tutlle, S. B. Mechanisms for Engineering Design, New York, 1967.

  जोशी ,  त्रिं. ना.   वैद्य ,  ज. शि. 

  दीक्षित ,  चं. ग.   कुलकर्णी ,  प्रि. ख.  

“