(Transmission of Motion)
चाक आणि इतर यंत्रांचा शोध लागल्यावर या यंत्रावर आधारित अनेक छोटे-मोठे शोध लागतच राहिले. कारण माणसाची स्वत:चे कष्ट कमी करून अधिक काम करण्याची वृत्ती! चाक आणि आस हे यंत्र वापरायला लागल्यावर ‘चलन’ (मोशन) सुरू झाले आणि हे चलन एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी नेण्याची गरज भासू लागली. आणि यातूनच चलन हस्तांतरणाचे (Transmission of Motion) वेगवेगळे मार्ग शोधले गेले.
चलन हस्तांतरणासाठी मुख्यत्वेकरून तीन उपकरणे वापरतात. १) दंतचक्रे (Gear) २) पट्टा (Belt) आणि ३) साखळी (Chain).
जेव्हा चलन हस्तांतरित होणारे ठिकाण हे चलन उगम होणाऱ्या ठिकाणाच्या अगदी जवळ असेल आणि चलनाचे हस्तांतरण होताना कमीत कमी नुकसान अपेक्षित असेल तेव्हा गिअरचा उपयोग केला जातो.
जेव्हा चलन लांब अंतरावर हस्तांतरित करावयाचे असेल तेव्हा पट्टा किंवा साखळी वापरली जाते. आज आपण या यांत्रिकी उपकरणांविषयी अधिक जाणून घेणार आहोत.
यांत्रिकी उपकरणांची माहिती करून घेण्यासाठी आत्तापर्यंत आपण सुलभ यंत्रे कुठली आहेत आणि ती कशी चालतात, ते बघितले. त्यांचा वापर करून आपल्याला यांत्रिकी फायदा कसा होतो- म्हणजेच कमी श्रमांत जास्त काम कसे करता येते, ते जाणून घेतले. याच सुलभ यंत्रांचा पुढचा आविष्कार म्हणजे गिअर. जिथे जिथे गती आहे, चलन आहे, तिथे तिथे गिअर वापरलेले आपल्याला दिसतील. अगदी उसाचा रस काढणाऱ्या गुऱ्हाळापासून ते बलाढय़ अत्याधुनिक विमानापर्यंत सगळीकडे ही चक्रे चलन आणि बल/ टॉर्क हस्तांतरित करण्यासाठी वापरली जातात.
या यंत्राचा प्रवास इसवी सन पूर्व ३०० वर्षांपासून सुरू झाल्याचे चिनी आणि ग्रीक संस्कृतीत नोंदलेले सापडते. इतक्या प्राचीन काळापासून माणसाच्या विकासाचा प्रमुख भाग असलेली ही यंत्रे नेहमी जोडीने काम करतात. एकमेकात गुंतलेली, परिघावर दाते असलेली ही चक्रे टॉर्क आणि चलन एका चक्राकडून दुसऱ्या चक्राकडे हस्तांतरित करतात. सर्व गिअर हे दांडय़ाला जोडलेले असतात आणि काम करताना एकतर चक्र दांडय़ाला फिरवते किंवा दांडा चक्राला फिरवतो.
चित्र क्र. १ मध्ये दंतचक्राची साधी रचना दाखवली आहे. इतर कुठल्याही सुलभ यंत्राप्रमाणे इथेही भार (फिरणारे दंतचक्र) हलवण्यासाठी बल (फिरवणारे दंतचक्र) दिले जाते आणि तरफेचे तत्त्व वापरून यांत्रिकी फायदा मिळवला जातो. या यंत्राचा यांत्रिकी फायदा काढताना फिरवणाऱ्या चक्रावर असलेली दात्यांची संख्या जर N1 आणि फिरणाऱ्या चक्रावरच्या दात्यांची संख्या जर N2 असेल तर त्यांचा यांत्रिकी फायदा = फिरणाऱ्या चक्रावरील दात्यांची संख्या भागिले फिरवणाऱ्या चक्रावरील दात्यांची संख्या म्हणजे N2/N1 इतका असतो.
गिअरच्या यंत्रणेत काही महत्त्वाचे नियम आहेत.
१. एका प्रतलात असलेले, एकमेकांत अडकलेले दोन गिअर फिरताना विरुद्ध दिशेने फिरतात.
२. हे दोन गिअर जर असमान व्यासाचे असतील आणि लहान गिअरकडून (फिरवणारा गिअर) मोठय़ा गिअरकडे (फिरणारा गिअर) चलन हस्तांतरित होत असेल, तर त्यातून फिरणाऱ्या मोठय़ा गिअरकडून जास्त टॉर्क मिळतो, पण गती कमी होते. जेव्हा स्थिती उलटी असते तेव्हा गती जास्त मिळते, पण टॉर्क कमी मिळतो.
चित्र क्र. २ मध्ये एक प्रातिनिधिक गिअर साखळी दाखवली आहे. जेव्हा एका दांडय़ाचे चलन दुसऱ्या थोडय़ा अंतरावरील दांडय़ाला हस्तांतरित करावयाचे असेल किंवा गती मोठय़ा प्रमाणात कमी करावयाची असेल, तेव्हा अशा गिअर साखळ्या वापरतात. उदाहरणार्थ चित्रामधील गिअर ‘अ’ हा फिरवणारा गिअर आहे आणि गिअर ‘ड’ हा शेवटचा फिरणारा गिअर आहे. मधील गिअर ‘ब’ आणि गिअर ‘क’ हे चलन हस्तांतरित करणारे गिअर आहेत. समजा, गिअर ‘अ’ला दहा दाते आहेत आणि तो १०० rpm (Revolutions per minute) या गतीने फिरतो आहे. गिअर ‘ब’ला ४० दाते असतील तर तो २५ rpm ने फिरेल. गिअर ‘ब’ला १६ दाते असलेला गिअर ‘क’ दांडय़ाने जोडला असल्याने तोही २५ rpm या गतीनेच फिरेल; पण त्याची आणि गिअर ‘ब’ची दिशा गिअर ‘अ’च्या उलटी असेल. जेव्हा गिअर ‘क’ ६४ दाते असलेल्या गिअर ‘ड’ला जोडला जाईल तेव्हा गिअर ‘ड’ गिअर ‘अ’च्याच दिशेने, पण ६.२५ rpm या गतीने फिरू लागेल. आपल्या आसपासची अनेक उपकरणे या प्रकारच्या गिअर साखळ्या वापरून काम करतात. घडय़ाळ आणि उसाचा रस काढणारे यंत्र ही त्याची आपल्याला रोज दिसणारी उदाहरणे.
गिअर जोडय़ांचे अनेक प्रकार आहेत. त्यातील काही मुख्य प्रकार आता बघू.
१) स्पर गिअर- चित्र क्र. ३ मध्ये दाखवलेला हा गिअरचा प्रकार सर्वात जास्त वापरला जातो. जेव्हा गतीमध्ये मोठय़ा प्रमाणातील परिवर्तन हवे असेल तेव्हा सामान्यपणे या प्रकारचे गिअर वापरतात. गिअरच्या अक्षाला आणि मधल्या दांडय़ाला समांतर असलेले सरळ दाते असे याचे स्वरूप असते. या प्रकारच्या यंत्रणेत दात्यांचा पूर्ण पृष्ठभाग एकाच वेळी दुसऱ्या गिअरच्या संपर्कात येत असल्यामुळे जो आघात होतो, त्यामुळे यातून आवाज येण्याचे प्रमाण जास्त असते, तसेच दात्यांवरील प्रतिबल (stress) जास्त असते. चारचाकी गाडीमध्ये आवाज टाळायचा असल्यामुळे तिथे प्रामुख्याने दुसऱ्या प्रकारचे- म्हणजे हेलीकल गिअर वापरतात.
२) हेलीकल गिअर (चित्र क्र. ४)- या प्रकारच्या गिअरमध्ये दाते अक्षाशी कोन करतात. त्यामुळे जेव्हा बाजूच्या गिअरला फिरवतात तेव्हा त्या गिअरवरील दात्यांशी एकाच वेळी संपर्कात न येता टप्प्याटप्प्याने येतात. असा संपर्क होत असल्याने त्यांचा आवाज खूपच कमी असतो. या प्रकारचे गिअर चित्र क्र. ५ मध्ये दाखवलेल्या उसाचा रस काढावयाच्या यंत्रात वापरलेले आपल्याला दिसतात.
गिअरचे इतर प्रकार आणि चलन हस्तांतरणाच्या पट्टय़ा आणि साखळी याविषयी अधिक माहिती घेऊ पुढच्या भागात..
dpdeodhar@gmail.com
