शक्तिप्रेषण, यांत्रिक व द्रवीय

शक्तिप्रेषण, यांत्रिक व द्रवीय : निरनिराळ्या ऊर्जांपासून जेव्हा प्रत्यक्ष काही कार्य घडविता येते, तेव्हा त्यांस ‘शक्ती’ म्हणतात. मानवनियंत्रित असे प्रत्यक्ष यांत्रिक काम केले, की अभियांत्रिकी भाषेत त्याला ‘शक्ती’ असे म्हणतात. सुरूवातीच्या काळात प्रत्येक कारखान्यातच यांत्रिक शक्ती निर्माण करून तीच प्रत्यक्ष कार्य करणाऱ्या यंत्रांना पुरविण्याची पद्धत होती. एकोणिसाव्या शतकाच्या अखेरीस विद्युत् शास्त्राची बरीच प्रगती होऊन विजेचे कितेही दूरवरच ठिकाणी प्रेषण करणे शक्य झाले. यामुळे मोठ्या ⇨ शक्ति-उत्पादन केंद्रांची स्थापना होऊन तेथे विजेची निर्मिती करण्यास प्रारंभ झाला व या विजेचा वापर करून विद्युत् चलित्रांद्वारे यांत्रिक शक्तीचा पुरवठा विविध यंत्रांना केला जाऊ लागला.

शक्तीची व्याख्या : कार्य करण्याची गती किंवा कार्य करण्याचे कालप्रमाण म्हणजे ‘शक्ती’ होय.

मूलचालक जी शक्ती कार्यासाठी निर्माण करतो, तिचे परिणाम ⇨ अश्वशक्ती किंवा वॉटमध्ये दिले जाते.

१ अश्वशक्ती = ७४६ वॉट १,००० वॉट = १ किलोवॉट

यांत्रिक व विद्युत अभियांत्रिकीत शक्ती वॉटमध्ये देण्याचा प्रघात आहे. जर एक किवॉ. शक्ती एक तास वापरली, तर तिचे परिणाम एक किवॉ. तास असे करतात.

यांत्रिक शक्तिप्रेषण : शक्तीमध्ये काल, प्रेरणा किंवा परिपीडन व वेग यांचा आंतर्भाव असतो. एकच शक्ती अल्पवेगाची मोठी प्रेरणा व उच्च वेगाची लहान प्रेरणा देऊ शकते. एकाच यंत्रात काही ठिकाणी शक्तीचे असे प्रकार हवे असल्यास व एक किंवा अनेक यंत्रांना एकाच मूलचालकापासून शक्ती पुरवावयाची असल्यास, तिच्या प्रेषणासाठी निरनिराळी साधने पुढीलप्रमाणे वापरावी लागतात.

दंड : दंड हे आखूड किंवा लांब, दंडगोलाकार असून ते कार्बनयुक्त पोलादाचे किंवा संमिश्र पोलादाचे बनविलेले असतात. शीघ्रगतीसाठी निकेल, क्रोमिअम किंवा व्हॅनेडिअम धातुमिश्रित कार्बनयुक्त पोलादाचे दंड वापरतात. ते भरीव किंवा पोकळ असतात. कप्प्यांवरील दोर, पट्टे, साखळ्या यांनी दंडाचे घूर्णन होत असल्याने दंडावर परिपीडन (पिळवटणारी) प्रेरणा येते. दंडावर बसविलेल्या दंतचक्रामुळेही हाच परिणाम होतो. तसेच अंगच्या वजनामुळे दंडाला बाक येऊ शकतो. दंड पोकळ ठेवल्यास ते वजनाला हलके होऊन त्यांना सहज बाक येत नाही व ते जास्त परिपीडन प्रेरणेला टिकतात. दंड तीन प्रकारचे असतात. यंत्राबाहेरील प्रेषणदंड, प्रतिदंड आणि यंत्रातील आडवा, उभा किंवा कोनीय यंत्रदंड हे ते प्रकार होत. प्रेषणदंड खूप लांब असून प्रतिदंड तयार करतात. प्रतिदंड व यंत्रदंड अखंड असतात. दंडांना फिरताना अधार देण्यासाठी धारवे किंवा धारवापुंगळ्या बसवितात. ⇨ वंगणक्रियेने त्यांतील घर्षण कमी करतात. [⟶ धारवा].

चावी : पोलादाच्या दंडगोल, चपट्या, निमुळत्या, अर्धवर्तुळाकार आकाराच्या चाव्यांचा वापर प्रेषणदंडावर कप्प्या, युग्मन, क्लच, दंतचक्रे पक्की बसविण्यासाठी करतात. त्यासाठी दंडावर व कप्प्यांच्या युग्मन इत्यादींच्या तुंब्यात चावी गाळे पाडलेले असतात. [⟶ चावी (चक्राची)].

अक्षखाच : शीघ्र गती व अधिक भारासाठी वापरण्यात येणाऱ्या दंडाच्या परिघी पृष्ठावर एकसारख्या अंतरावर लांबीच्या दिशेने प्रक्षेप (उंचवटे) ठेवल्याने अंगच्या अनेक चाव्या निर्माण होतात. या चाव्यांशी जुळत्या खाचा दंतचक्राच्या तुंब्यात पाडलेल्या असल्याने अक्षखाच दंडावर दंतचक्रे हवे त्या ठिकाणी सरकविता येऊन त्याची पकड घट्ट राहते.

युग्मन : दोन दंडांची टोके एकमेकांना जोडण्यासाठी वापरले जाणारे यांत्रिक जोडणीचे हे साधन आहे. याचा उपयोग प्रेषणदंड वाढत्या लांबीचा करण्यासाठी तसेच स्वयंचलित वाहनांमध्ये करतात. युग्मनाचे दृढ युग्मन, नमनशील युग्मन हे दोन प्रमुख प्रकार आहेत.

दृढ युग्मन : जेव्हा जोडले जाणारे दंड अचुकपणे अगदी समरेषेत असतात, तेव्हाच याचा उपयोग केला जातो. यामध्ये दोन भाग (जोडकडी) असून ते चाव्यांनी दंडांच्या टोकांवर घट्ट बसवितात. नंतर ही जोडकडी बोल्टांच्या साहाय्याने एकत्र पक्की जोडतात.

 नमनशील युग्मन : जेव्हा जोडले जाणारे दंड पार्श्विक किंवा कोनीय असम रेषेत असतात, तेव्हा याचा वापर केला जातो. दंडांच्या परिपीडनामध्ये किंवा कोनीय गतीमध्ये होणाऱ्या बदलांमुळे होणारे आघात या युग्मनाने शोषले जातात. लवचीक अशा नमनशील युग्मनात वंगणक्रिया उत्तम असावी लागते, तसेच ते फक्त कमी वेगासाठीच वापरता येऊ शकते.

सर्वकामी सांधा : हा नमनशील युग्मनाचाच प्रकार आहे. जेव्हा जोडले जाणारे दंड मोठ्या फरकाने असमरेषेत असतात, तेव्हा याचा वापर केला जातो. यामध्ये जोडल्या जाणाऱ्या दंडांमधील कोन ३० अंशांपर्यत ठेवता येतो. यासाठी प्रेषण दंडाच्या टोकावर दोन द्विशूली फास पक्के बसवितात. फासांची तोंडे खिळींनी एकमेकांस घट्ट बसवितात. या खिळी एकमेकींशी काटकोनात बसवितात, त्यामुळे कोणत्याही लघुकोनात दंड सर्व दिशांना फिरविता येतात. 

क्लच : यांत्रिक शक्तीच्या प्रेषण मार्गात एकाच रेषेत असलेले चालक व चलित दंड सहज व तात्पुरते जोडण्यासाठी आणि वेगळे करण्यासाठी क्लचचा उपयोग केला जातो. या साधनाचा एक भाग चालक दंडावर आणि दुसरा चलित दंडावर बसवितात. जेव्हा क्लच सांधला जातो, तेव्हा चालक यंत्राला गती मिळते. क्लचचा उपयोग मुख्यत्वेकरून मोटारगाड्या, दाबयंत्रे ट्रॅक्टर व काही यांत्रिक हत्यारे यांत करतात. सामान्यत: एंजिन व चलित यंत्रे जेथे वारंवार जोडावी व अलग करावी लागतात, तेथे क्लचचा उपयोग अपरिहार्य असतो व तो फायदेशीरही ठरतो. स्पष्ट चालनाचा व अस्पष्ट चालनाचा असे क्लचांचे दोन प्रमुख वर्ग आहेत. स्पष्ट चालन वर्गात फारच थोडे प्रकार आहेत तर अस्पष्ट चालन वर्गात शुद्ध यांत्रिक, द्रवीय व विद्युत् चुंबकीय असे उपवर्ग असून अनेक प्रकार आहेत [⟶ क्लच ].

पट्टा, दोर, साखळी : चालक दंडावरून काही अंतरावर असलेल्या चलित दंडावर गतीचे व शक्तीचे प्रेषण करण्यासाठी ही साधने वापरतात. दोन्ही दंडांवर कप्प्या चाव्यांनी पक्क्या बसवून त्यांवर पट्टा चढवितात आणि मग अशा पट्ट्याने शक्तिप्रेषण केले जाते. जेथे दंडांमधील अंतर जास्त असते, तेथे सपाट चपटे पट्टे वापरतात आणि जेव्हा अंतर कमी व वेगाचे गुणोत्तर जास्त असते, तेव्हा इंग्रजी अक्षर व्ही (V) आकाराचा पट्टा वापरावा लागतो [⟶ पट्टा व पट्टाचालन]. दोरांचा वापर दंडांमधील जास्त अंतर व सामान्यत: पुष्कळ शक्ती यांसाठी योग्य असतो. दंडांमधील अंतर पट्ट्याच्या बाबतीत १५ मी.च्या वर जाऊ शकत नाही, तर दोरांच्या बाबतीत ते १०० मी. पर्यंत जाऊ शकते [⟶ दोरचालन]. पट्टा व दोर चालनांत शक्तिप्रेषणाच्या कार्यक्षमतेत घट होते. यात असलेल्या काही त्रुटी साखळीच्या वापराने दूर होतात. मूलचालक दंडावर एक साखळी दंतचक्र पक्के बसवून दुसरे अशाच प्रकारचे दंतचक्र यंत्रदंडावर बसवितात. दोन्ही साखळी दंतचक्रे एका निरंत म्हणजे अंतहीन साखळीने एकमेकांना जोडतात. चालक व चलित दंडांत कितीही अंतर असले, तरी साखळी चालनाने शक्तिप्रेषण करता येते. [⟶ साखळी व साखळी चालन].

दंतचक्रे : दंतचक्रे दंडावर पक्की बसवून त्यायोगे जे शक्तिप्रेषण केले जाते, ते प्रत्यक्ष असून त्याच्या कार्यक्षमतेत घट होत नाही. यात शक्तिप्रेषणाची दिशा, पातळी व गती बदलता येते. [⟶ दंतचक्रे].

वर्म : हा आखूड एकेरी आट्याचा स्क्रू (मळसूत्र) असतो व त्याची जोडणी दंतचक्राशी (वर्मव्हीलशी) केल्याने शक्तीचे प्रेषण आडव्या पातळीतून उभ्या पातळीत किंवा उलट करता येऊन थोडक्या जागेत गती खूपच मंद करता येते.

धारवे : दंड फिरताना आधारासाठी साधे, लोळण व गोलक धारवे वापरतात. [⟶ धारवा].

शक्ती स्क्रू : शक्ती स्क्रूचा उपयोग परिभ्रमी गतीचे परिवर्तन अक्षीय गतीमध्ये करून शक्तिप्रेषण करण्याकरिता होतो. यांच्या योगाने बराच मोठा वेगावपात निर्माण करता येतो व त्यामुळे स्क्रू फिरविण्यासाठी लागणाऱ्या प्रेरणेच्या किती तरी पट अधिक प्रेरणा अक्षीय दिशेने मिळू शकते. यांचा उपयोग स्क्रू (मळसूत्री) जॅक, दाबयंत्र व यांत्रिक हत्यारांत केला जातो.

शृंखला : यांत्रिक शृंखला ही मूळ अवयवांची बनलेली असते. आ. २ मध्ये एक शृंखला रचना दर्शविलेली आहे. १, २, ३, ४, ५ आणि ६ हे या रचनेचे मूळ अवयव आहेत. शृंखला ही अशी असावी लागते की, कोणत्याही मूळ अवयवावरील एका बिंदूंचे चलन ठरावीक दिशेने ठरावीक अंतर झाले, तर दुसऱ्या कोठल्याही मूळ अवयवावरील कोठल्याही बिंदूचे चलन एकाच दिशेने ठरावीकच अंतर होईल. ही दिशा व हे अंतर शृंखला रचना, प्रथम घेतलेला बिंदू व त्याचे चलन यांवर अवलंबून राहील. शृंखलेचा उपयोग तिला लावलेल्या प्रेरणेची दिशा आणि प्रेरणेचे मूल्य/राशी बदलण्यासाठी करता येतो [⟶ शृंखला, यांत्रिक]. आकृतीत दर्शविल्याप्रमाणे मूळ अवयव १ यास ब_१ ही प्रेरणा लावावी, तर मूळ अवयव १ घड्याळ्याच्या काट्याप्रमाणे फिरेल आणि मूळ अवयव ५ बाणाच्या दिशेने सरकेल व ब_२ ही प्रेरणा मूळ अवयव ५ पासून मिळू शकेल.

प्रचक्र : ⇨ अंतर्ज्वलन एंजिनाची गती स्थिर ठेवण्यासाठी भुजादंडावर प्रचक्र बसवितात. ज्या वेळेस एंजिनाची गती वाढून भुजादंडावर जादा ऊर्जा येते, त्या वेळॆस ही जादा गतिज ऊर्जा प्रचक्र शोषून घेते व गतिवाढ रोखते परंतु ज्या वेळॆस भुजदंडावर कमी ऊर्जा येते, त्या वेळेस प्रचक्र शोषून घेतलेली गतिज ऊर्जा पुरवून एंजिनाची गती पडू देत नाही व एंजिनाला धक्के बसत नाहीत. अशा तऱ्हेने प्रचक्र हे ऊर्जा संचायक म्हणून कार्य करते. याप्रमाणेच दाबयंत्रात आणि दाबछिद्रण व कातर यंत्रांत परिपीडन ऊर्जा एकसारखी राखण्यासाठी प्रचक्राचा उपयोग केला जातो. [⟶ प्रचक्र].

 गतिरोधक : एखाद्या वाहनाचा किंवा यंत्राचा वेग कमी करणे किंवा तो थांबविणे अशा कामांसाठी गतिरोधकाचा वापर केला जातो. गतिरोधकांचे अनेक प्रकार व उपप्रकार आहेत. गतिरोधकाच्या कामाच्या माध्यमावरून त्याचे मुख्य प्रकार पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) यांत्रिक, (२) विद्युत्, (३) निर्वात, (४) संपीडित (दाब दिलेल्या) माध्यमाचे व (५) द्रवीय माध्यमाचे. [⟶ गतिरोधक].

कॅम : ही एक विकेंद्री जाड चकती असते. कॅम अक्षाभोवती फिरत असताना त्याच्या परिघाला चिकटून राहणारा दांडा पुढे – मागे सरकविता येतो व त्या दांड्याच्या मदतीने शक्तीचे प्रेषण करता येते. एंजिनामधील झडपा उचलण्याकरिता अशी योजना पुष्कळ ठिकाणी करतात. दाबयंत्रात कॅमने शक्तिप्रेषण केले जाते. [⟶ कॅम].

द्रवीय शक्तिप्रेषण : द्रवीय शक्तिप्रेषणात द्रवामध्ये प्रेरणा किंवा दाब निर्माण करून पश्चाग्र (पुढे-मागे फिरणाऱ्या) किंवा परिभ्रगी गतीने कार्य घडवून आणले जाते. यासाठी विशेषकरून तेल हा द्रव वापरतात. पाण्याचा वापरही काही यंत्रांत केला जातो. द्रायूंची असंपीड्यता (द्रव किंवा वायू सहजपणे दाबले न जाणाचा गुणधर्म) या तत्त्वावर द्रवीय चालन आधारित आहे. द्रवावर प्रेरणा किंवा दाब आल्यास द्रवाचे विस्थापन किंवा स्थलांतर होते. द्रवीय शक्तिप्रेषणाच्या साधनांमध्ये द्रवीय दाबयंत्र, द्रवीय पंप, द्रवीय चलित्र, द्रवशक्ती संचायक, द्रवीय युग्मन, द्रवनियंत्रक झडपा यांचा प्रामुख्याने समावेश होतो. [⟶ द्रविकी].

द्रवीय दाबयंत्र : नेहमी वापरले जाणारे एक दाबयंत्र आ. ३ मध्ये दर्शविले आहे. याचा उपयोग लावलेली प्रेरणा पुष्कळ प्रमाणात वाढवून घेण्यासाठी व जरूर तर लावलेल्या प्रेरणेची दिशा बदलण्यासाठी केला जातो. मुख्यत्त्वेकरून याचा उपयोग लावलेली प्रेरणा (ब_१) शेकडो पटींनी (ब_२) वाढविण्यासाठी केला जातो. [⟶ दाबयंत्र].

द्रवीय पंप, द्रवीय चलित्र : द्रवीय पंपाने यांत्रिक ऊर्जेचे रूपांतर द्रायुऊर्जेत होते. द्रवावर दाब निर्माण झाल्याने दट्ट्या पुढे-मागे हलत असतो. चक्राचा अर्धा वेढा होत असताना द्रव आत खेचला जातो व उरलेला अर्धा वेढा होत असताना द्रव जास्त दाबाने बाहेर फेकला जाते. द्रवीय दंतचक्री पंपात [⟶ पंप] दोन दंतचक्रांच्या दात्यांत तेल खेचले जाऊन त्यांवरील दाब वाढविला जातो. दर फेऱ्यागणिक तेलाची ठरावीक राशी पुरविली जाते. द्रवीय पाती पंपाला द्रवीय चलित्र म्हटले जाते. यामध्ये अक्षीय दिशेने द्रव प्रवेश करतो. या पंपामध्ये एक पंखा (आंतरनोदक) असून त्यास जोडलेल्या दंडाच्या योगाने तो मोठ्या गतीने फिरविला जातो. पंखा फिरल्याने पाण्यास गतिज ऊर्जा प्राप्त होते आणि द्रव आ. ५ मध्ये दाखविल्याप्रमाणे विसर्जित केला जातो. द्रव आत घेण्याची व विसर्जन करण्याची दिशा यांनुसार पंपाच्या रचनेत योग्य तो फरक केला जातो.

द्रवशक्ती संचायक : या यंत्राच्या योगाने ऊर्जा साठवून ठेवता येते व जरूर तेव्हा ती वापरून काम करून घेता येते. आ. ६ मध्ये हे यंत्र दर्शविले आहे. यामध्ये मुख्यत्त्वे एक सिलिंडर असून त्यामध्ये एक दट्ट्या बसविलेला असतो. हा दट्ट्या सिलिंडरात वर-खाली होऊ शकतो. दट्ट्यास मोठे वजन जोडलेले असते आणि ते दट्ट्याबरोबर वर-खाली होऊ शकते. सिलिंडरात पंपाच्या साहाय्याने द्रायू भरून दाब निर्माण केला जातो आणि द्रव भरत राहिले म्हणजे दट्ट्या व दट्ट्यावर जोडलेले वजन वर उचलले जाते आणि त्याची स्थितिज ऊर्जा वाढते. अशा तऱ्हेने पंपाने केलेले कार्य स्थितिज ऊर्जेच्या रूपात साठविले जाते. सिलिंडराचा संबंध चलित यंत्राशी नळीवाटे जोडून दिलेला असतो. या नळीमधील तोटी चालू केली म्हणजे वजन व दट्ट्या खाली सरकतात आणि चलित यंत्रास दाब असलेल्या द्रवाचा पुरवठा होतो व तेथे कार्य होते. जेव्हा पुष्कळशा शक्तीची एकदमच परंतु अधूनमधून आवश्यकता असते, तेव्हा द्रवशक्ती संचायकाचा वापर केला जातो.

द्रवीय युग्मन : याची रचना आ. ७ मध्ये दर्शविली आहे. द्रवीय युग्मनात एकाच कवचामध्ये घूर्णक पंपाचा पंखा (आंतरनोदक) आणि जलचलित यंत्राचा घूर्णक समोरासमोर बसविलेले असतात. या दोन घटकांमध्ये कोणतीही यांत्रिक जोडणी नसते. कवचामधील सर्व जागा कार्यद्रायूने भरलेली असते. पंखा बाह्य प्रेरणेने फिरवला म्हणजे द्रवास गती प्राप्त होते आणि या गतिमान द्रवाने घूर्णक फिरविला जातो. अशा तऱ्हेने पंख्याकडून द्रवाला शक्ती मिळते व द्रवाकडून ती घूर्णकाला मिळते. घूर्णकाला जोडलेल्या कण्यापासून ही शक्ती चलित्र यंत्राला दिली जाते. द्रवीय युग्मनामुळे एरवी बसणाऱ्या धक्क्यांचे शोषण होते.

द्रवीय क्लच : या प्रकारच्या क्लचामध्ये द्रवीय युग्मनाचे तत्त्व उपयोगात आणतात. या क्लचामध्ये दोनच मुख्य भाग असतात. चालक दंडावर बसविलेला भाग म्हणजे बंदिस्त कोशासारखे मोठे पोकळ चाक असते व त्याच्या आतील बाजूस उभ्या कापलेल्या अर्ध्या वाटीच्या आकाराची पात्रे बसविलेली असतात. या पोकळ चाकाच्या आत दुसरे एक लहान चाक असते, ते चालित दंड्यावर बसविलेले असते, या लहान चाकावरही तशाच प्रकारच्या अर्ध्या वाट्या बसविलेल्या असतात. दोन्हीकडील पात्रांमध्ये अगदी थोडे अंतर असते व सर्व कोश जलीय तेलाने भरलेला असतो. द्रवीय क्लच हा स्वयंनियंत्रित स्वरूपाचा आहे. चालक दंडाचा वेग दर मिनिटास सहाशे फेऱ्यांपेक्षा जास्त झाला म्हणजे तेलामध्ये जरूर तितकी दाबप्रेरणा उत्पन्न होते व चलित दंड फिरू लागतो. [⟶ क्लच].

द्रवीय गतिरोधक : हे साधन बहुधा मोटारगाडीची गती रोखण्यासाठी वापरतात. गतिरोधक खंड, गतिरोधक प्रधीच्या (रीमच्या) रोखाने दाबला असता घर्षक अस्तर चाकाच्या कडेवर टेकल्याने गाडी थांबते. हा दाब द्रवीय सिलिंडरामधील दट्ट्या रेटला गेल्याने निर्माण होतो. [⟶ गतिरोधक].

द्रवीय जॅक : हे साधन मोटारगाड्यांची चाके उचलण्यासाठी वापरतात. मुख्य सिलिंडरामध्ये तेल भरलेले असून हातदांड्याने दुय्यम दट्ट्या दुय्यम सिलिंडरात खाली रेटला की, तेलावर अनेक पटींनी दाब निर्माण होतो व त्यामुळे मुख्य दट्ट्या वर सरकून त्यावरील हवे तेवढे वजन उचलू शकतो.

द्रवीय शक्तिप्रेषणाचे फायदे : यांत्रिक शक्तिप्रेषणापेक्षा यात पुष्कळच कमी साधने लागतात. याची रचना सुटसुटीत व सोपी असल्याने देखभालीचा खर्च खूपच वाचतो. आत तेल असल्याने यंत्रातील भागांची वंगणक्रिया आपोआप होऊन त्यांची झीज होत नाही. यंत्राला धक्के न बसता गती उलटसुलट करता येते. विमोचन व सुरक्षा झडपांमुळे यंत्राला हानी पोहोचत नाही. तेलाचे रासायनिक स्थैर्य व असंपीड्यता यांनी उष्णतेला प्रतिबंध होऊन उष्णता निर्माण होत नाही. मात्र द्रवीय प्रेषणयंत्रणेत द्रवाची कुठेच गळती होणार नाही याची दक्षता घ्यावी लागते.

पाहा : कप्पी कॅम दंतचक्र दाबयंत्र दोरचालन द्रविकी पट्टा व पट्टाचालन साखळी व साखळी चालन.

संदर्भ : 1. Chironis, N.P. Mechanism and Mechanical Devices bourcebook, 1991.

           2. Shingley, J.E. Mishke, C.R. Mechanical Engineering Design, 1989.

           3. Shingley, J.E Uicker, J.J. Theory of Machines and Mechanisms, 1995.

कानिटकर, स. ल. दीक्षित, चं. ग.