Design of Machine Elements MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Design of Machine Elements - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

व्याख्या:

थकान परीक्षण और S-N वक्र

परिभाषा: थकान परीक्षण एक विधि है जिसका उपयोग चक्रीय भार स्थितियों के तहत किसी पदार्थ के स्थायित्व और जीवनकाल का निर्धारण करने के लिए किया जाता है। यह भविष्यवाणी करने में महत्वपूर्ण है कि समय के साथ बार-बार होने वाले प्रतिबल या विकृति के अधीन होने पर कोई पदार्थ कैसे व्यवहार करेगा। S-N वक्र, जिसे वोहलर वक्र के रूप में भी जाना जाता है, एक चित्रमय निरूपण है जो प्रतिबल आयाम (S) और विफलता के चक्रों की संख्या (N) के बीच संबंध को दर्शाता है।

कार्य सिद्धांत: थकान परीक्षण के दौरान, एक नमूना सामग्री को विफलता होने तक बार-बार चक्रीय भार के अधीन किया जाता है। प्रतिबल आयाम और विफलता के चक्रों की संख्या दर्ज की जाती है। इस डेटा का उपयोग तब S-N वक्र को आलेखित करने के लिए किया जाता है, जहाँ x-अक्ष लघुगणकीय पैमाने पर विफलता के चक्रों की संख्या (N) का प्रतिनिधित्व करता है, और y-अक्ष प्रतिबल आयाम (S) का प्रतिनिधित्व करता है।

सही विकल्प विश्लेषण:

सही विकल्प है:

विकल्प 2: चक्रों की संख्या और प्रतिबल आयाम

यह विकल्प थकान परीक्षण में S-N वक्र का सही वर्णन करता है। S-N वक्र विफलता के चक्रों की संख्या (N) और प्रतिबल आयाम (S) के बीच संबंध को दर्शाता है। वक्र आम तौर पर प्रदर्शित करता है कि सामग्री की सहनशीलता सीमा या थकान सीमा कैसे निर्धारित की जाती है, जो वह प्रतिबल स्तर है जिसके नीचे सामग्री विफल हुए बिना अनंत संख्या में चक्रों को सहन कर सकती है।

S-N वक्र इंजीनियरों और डिजाइनरों के लिए सामग्री के थकान व्यवहार को समझने और मोटर वाहन, एयरोस्पेस और संरचनात्मक इंजीनियरिंग जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों में चक्रीय भार के अधीन घटकों की विश्वसनीयता और सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है।

सिद्धांत:

रिवेटेड जोड़ में, प्लेट का तनन प्रतिरोध रिवेट छिद्रों के बीच बचे शुद्ध अनुप्रस्थ काट क्षेत्र के आधार पर निर्धारित किया जाता है।

\( P_t = (\text{शुद्ध क्षेत्रफल}) \times \sigma_t \)

दो रिवेट के बीच शुद्ध क्षेत्रफल = \( (p - d) \cdot t \)

दिया गया है:

\( p \) = रिवेट की पिच (mm)

\( d \) = रिवेट छिद्र का व्यास (mm)

\( t \) = प्लेट की मोटाई (mm)

\( \sigma_t \) = प्लेट सामग्री का अनुमेय तनन प्रतिबल (N/mm²)

गणना:

\( P_t = (p - d) \times t \times \sigma_t \)

सिद्धांत:

हम बोल्ट के आवश्यक कोर व्यास को निर्धारित करने के लिए एक फलैन्ज कपलिंग में टॉर्क संचरण और अपरूपण प्रतिबल सिद्धांतों का उपयोग करते हैं।

दिया गया है:

• टॉर्क, \( T = 30 \, \text{N-m} = 30 \times 10^3 \, \text{N-mm} \)
• बोल्टों की संख्या, \( n = 4 \)
• बोल्ट वृत्त की त्रिज्या, \( R = 30 \, \text{mm} \)
• अनुमेय अपरूपण प्रतिबल, \( \tau = 30 \, \text{MPa} = 30 \, \text{N/mm}^2 \)

चरण 1: प्रति बोल्ट अपरूपण बल की गणना

टॉर्क बोल्टों पर अपरूपण बलों के माध्यम से संचारित होता है। प्रत्येक बोल्ट पर अपरूपण बल \( F \) है:

\( T = F \times R \times n \)

\( F = \frac{T}{R \times n} = \frac{30 \times 10^3}{30 \times 4} = 250 \, \text{N} \)

चरण 2: अपरूपण बल को अपरूपण प्रतिबल से संबंधित करना

प्रत्येक बोल्ट पर अपरूपण प्रतिबल \( \tau \) इस प्रकार दिया गया है:

\( \tau = \frac{F}{A} \)

जहाँ \( A = \frac{\pi d^2}{4} \) बोल्ट कोर (व्यास \( d \)) का अनुप्रस्थ काट क्षेत्रफल है।

मान प्रतिस्थापित करने पर:

\( 30 = \frac{250}{\frac{\pi d^2}{4}} \)

\( 30 = \frac{1000}{\pi d^2} \)

चरण 3: कोर व्यास के लिए हल करना

\( d^2 \): के लिए पुनर्व्यवस्थित करने पर:

\( d^2 = \frac{1000}{30 \pi} = \frac{100}{3 \pi} \)

वर्गमूल लेने पर:

\( d = \left( \frac{100}{3 \pi} \right)^{1/2} \, \text{mm} \)

संप्रत्यय:

जब एक तनन-भारित प्लेट में एक छेद मौजूद होता है, तो छेद के पास तनाव एकाग्रता होती है। अधिकतम प्रतिबल की गणना इस प्रकार की जाती है:

\( \sigma_{\text{max}} = K_t \cdot \frac{P}{A} \), जहाँ K_t सैद्धांतिक तनाव एकाग्रता कारक है।

दिया गया है:

भार, P = 10 kN = 10,000 N

प्लेट की चौड़ाई, w = 60 मिमी

मोटाई, t = 10 मिमी

तनाव एकाग्रता कारक, K_t = 2.5

गणना:

नाममात्र प्रतिबल, \( \sigma = \frac{10000}{60 \cdot 10} = 16.67 \, \text{MPa} \)

अधिकतम प्रतिबल, \( \sigma_{\text{max}} = 2.5 \cdot 16.67 = 41.67 \, \text{MPa}\)

निकटतम विकल्प 50 MPa है

संप्रत्यय:

एक रिवेटेड जोड़ की दक्षता जोड़ की शक्ति (फाड़ने, अपरूपण या क्रशिंग शक्ति का न्यूनतम) का बिना छेद वाली ठोस प्लेट की शक्ति से अनुपात है।

दिया गया है:

प्लेट की मोटाई, t = 10 मिमी

रिवेट का व्यास, d = 20 मिमी

रिवेट की पिच, p = 50 मिमी

प्लेट में अनुमेय तनन प्रतिबल = 150 MPa

रिवेट में अनुमेय अपरूपण प्रतिबल = 100 MPa

रिवेट में अनुमेय क्रशिंग प्रतिबल = 200 MPa

π = 3.14

गणना:

प्लेट की फाड़ने की शक्ति, \( P_t = (p - d) \times t \times \sigma_t = (50 - 20) \times 10 \times 150 = 45000~N \)

रिवेट की अपरूपण शक्ति, \( P_s = \frac{\pi}{4} \times d^2 \times \tau = \frac{3.14}{4} \times 20^2 \times 100 = 31400~N \)

रिवेट की क्रशिंग शक्ति, \( P_c = d \times t \times \sigma_c = 20 \times 10 \times 200 = 40000~N \)

जोड़ की शक्ति फाड़ने, अपरूपण और क्रशिंग में से न्यूनतम है: \( P = \min(45000, 31400, 40000) = 31400~N \)

ठोस प्लेट (बिना रिवेट छेद के) की शक्ति, \( P_{solid} = p \times t \times \sigma_t = 50 \times 10 \times 150 = 75000~N \)

जोड़ की दक्षता, \( \eta = \frac{P}{P_{solid}} \times 100 = \frac{31400}{75000} \times 100 = 41.86\% \)

वर्णन:

वर्णन:

वी-बेल्ट:

• वी बेल्ट शक्ति संचारित करने के लिए कपड़े की रस्सियों के साथ रबर का बना होता है और यह एक सुरक्षात्मक परत से आवृत्त होता है। 
• रस्सियाँ चालक से चालन पुली तक बल संचारित करती है, जिससे शक्ति संचारित होती है। 
• वी बेल्ट का प्रयोग व्यापक रूप से उनकी शक्ति प्रसारण क्षमता के कारण उद्योग और स्वचालित वाहनों में किया जाता है। 
• बेल्ट के पत्ती की तरह वाली आकृति पुली के साथ संपर्क के क्षेत्रफल को बढ़ाती है जिससे घर्षण अधिक बढ़ता है, जो इसे फिसलन के बिना अधिक शक्ति का वहन करने में सक्षम बनाती है। 

वी बेल्ट वाला अनुप्रस्थ-काट

• A, B, C, D, और E नामक वी बेल्ट वाले अनुप्रस्थ काट के विभिन्न प्रकार हैं (बेल्ट की चौड़ाई के आधार पर)। 
• ये बेल्ट निर्माताओं द्वारा निर्मित मानक आकार हैं। 

• जैसे-जैसे हम A से E तक बढ़ते हैं, वी बेल्ट चालक द्वारा प्रसारित शक्ति बढ़ती है। इसलिए E - प्रकार वाले अनुप्रस्थ काट के साथ वी-बेल्ट चालक का प्रयोग भारी कर्तव्य मशीन में किया जाता है।

Additional Information

वी बेल्ट को समतल बेल्ट की तुलना में अधिक वरीयता दी जाती है, जिसके कारण निम्न हैं। 

• संचारित शक्ति खांचेदार पुली में किलक क्रिया के कारण अधिक होती है।
• उच्चतम वेग अनुपात (10 तक) प्राप्त किया जा सकता है। 
• वी-बेल्ट चालक अधिक जटिल, स्थिर, और आघात अवशोषक होता है। 
• वी बेल्ट चालक धनात्मक होता है क्योंकि फिसलन नगण्य होता है। 
• साफ़ और किसी भी स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है। 
• वे 94 - 98 % दक्षता के औसत के साथ दक्ष-प्रदर्शन वाले होते हैं। 

स्पष्टीकरण:

क्लच:

क्लच एक यांत्रिक उपकरण है जो प्रचालक की इच्छा से शक्ति पारेषण प्रणाली के शेष हिस्से से शक्ति के स्रोत को जोड़ने या वियोजित करने के लिए उपयोग किया जाता है। क्लच डिजाइन ने दो सिद्धांतों की मदद ली, जो निम्नानुसार हैं।

स्पष्टीकरण:

बेअरिंग और जर्नल के बीच स्नेहक की मोटाई परत के अनुसार स्लाइडिंग संपर्क बेअरिंग निम्नानुसार हैं।

व्याख्या:

पुली का क्राउनन​

• एक समतल बेल्ट चालन के पुली की रिम पुली से बेल्ट को फिसलने से रोकने के लिए थोड़ा उठा होता है। 
• क्राउनन एक शंक्वाकार सतह या उत्तल सतह के रूप में हो सकता है। 
• सामान्यतौर पर यदि पुली दो बराबर शंकु या उत्तल सतह का बना होता है, तो बेल्ट में ढलान से उछलने की प्रवृत्ति होगी और पुली के मध्य-तल पर इसके केंद्रीय-रेखा के साथ संचालित होगा।

​

बेल्ट ड्राइव

• बेल्ट ड्राइव शक्ति संचरण का सबसे आम तरीका है।
• बेल्ट चमड़े, सूती, रबड़ और सिंथेटिक सामग्री से बने होते हैं।

बेल्ट पांच प्रकार के होते हैं:

1. चपटे बेल्ट
2. V - बेल्ट और बहु V - बेल्ट
3. रिब्ड बेल्ट
4. टूथ या टाइमिंग बेल्ट

V - बेल्ट ड्राइव

• V - बेल्ट ड्राइव का उपयोग आमतौर पर तब किया जाता है जब शाफ्ट के बीच की दूरी फ्लैट बेल्ट ड्राइव के लिए बहुत कम होती है।
• बेल्ट और खांचे के किनारे घिरनी में होने वाले वेज की कार्रवाई के कारण, V बेल्ट के फिसलने की संभावना कम होती है, इसलिए अधिक शक्ति का संचरण किया जा सकता है।

वी-बेल्ट ड्राइव के लाभ

• यह संक्षिप्त होता है, इसलिए सीमित स्थान में इसकी स्थापना संभव है
• इसका उपयोग तब किया जाता है जब ड्राइव और संचालित घिरनी के बीच केंद्रीय दूरी कम होती है।
• कम कंपन और शोर
• भार में उतार चढ़ाव के विरुद्ध मोटर की रक्षा करता है और इसे अधिकता से बचाता है आसान प्रतिस्थापन और रखरखाव

संकल्पना:

वॉशर:

• वॉशर एक छिद्र (विशेष रूप से मध्य में) वाला एक पतला प्लेट (विशेष रूप से डिस्क-की आकृति का) होता है जिसका उपयोग सामान्यतौर पर स्क्रू या नट जैसे एक चूड़ीकृत कीलक के भार को वितरित करने के लिए किया जाता है।
• वॉशर का उपयोग एक बड़े क्षेत्र पर क्लैंपिंग दबाव को वितरित करने और सतह की खराबी को रोकने के लिए किया जाता हैं। वे बोल्ट शीर्ष और नट के लिए एक संवर्धित बेयरिंग सतह भी प्रदान करते हैं।

वॉशर के प्रकार:

आरेख: लॉक वॉशर

धारणा:

जब घर्षण बल ब्रेक लगाने में लागू बल की मदद करता है तो इस प्रकार के ब्रेक को स्वयं सक्रिय ब्रेक कहा जाता है।

स्वयं सक्रिय ब्रेक वह है जिसमें Fr के कारण बलाघूर्ण F के कारण बलाघूर्ण को समर्थित करता है।

गणना:

F के कारण बलाघूर्ण दक्षिणावर्त है। F_r = μRN के कारण बलाघूर्ण दक्षिणावर्त है। तो, यह एक स्वयं सक्रिय ब्रेक है।

दक्षिणावर्त दिशा पर विचार करें

∑M_pivot = 0

F × ℓ - R_N × a + μ R_N × b = 0

जब पहिया एक दक्षिणावर्त दिशा में घूमता है तो हम देख सकते हैं कि घर्षण ब्रेक लगाने में लागू बल की मदद कर रहा है। इसलिए इसे स्वयं सक्रिय ब्रेक कहा जाता है।

वर्णन:

प्रतिबल एकाग्रता का अपचयन:

हालाँकि प्रतिबल एकाग्रता के प्रभाव को पूर्ण रूप से हटाना संभव नहीं है, लेकिन प्रतिबल एकाग्रता को कम करने की विधियां हैं। वे निम्न हैं:

तनाव सदस्य में अतिरिक्त कटाव और छिद्र:

एकल कटाव के परिणामस्वरूप प्रतिबल एकाग्रता की उच्च डिग्री होती है। प्रभाव को तीन विधियों द्वारा कम किया जाता है:

• कई कटाव का प्रयोग 
• अतिरिक्त छिद्रों को ड्रिल करना 
• अवांछनीय पदार्थ का निष्कासन

वंकन में सदस्यों के लिए पट्टिका त्रिज्या, अध:कर्तन और कटाव:

शाफ़्ट में ड्रिल किये गए अतिरिक्त छिद्र:

वॉशर का संयोजन:

साधारण वॉशर पतले कुंडलाकार आकृति वाले धात्विक डिस्क होते हैं। इसका कार्य निम्न हैं:

• क्लैंप किये गए भागों की सतह के बड़े क्षेत्रफल पर भार को वितरित करना। 
• यह बड़े निकासी छिद्रों पर बेयरिंग सतह प्रदान करता है। 

व्याख्या:

वर्ग और समलम्ब चूड़ी सामान्यतौर उपयोग किए जाने वाली चूड़ी हैं।

वर्गाकार चूड़ी: इस चूड़ी में फ्लैंक चूड़ी के अक्ष के लंबवत होते हैं। इसका उपयोग गति या शक्ति को प्रेषित करने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए फ्लाई प्रेस, पेंच जैक, वाइस हैंडल, क्रॉस-स्लाइड और यौगिक सर्पी इत्यादि।

समलम्ब चूड़ी: इन चूड़ी में एक प्रोफ़ाइल होता है जो ना तो वर्गाकार और ना ही V चूड़ी रूप में होता है और यह समलम्ब का एक रूप होता है। समलम्ब चूड़ी के विभिन्न रूप एक्मे चूड़ी, बटरेस चूड़ी, सॉ-टूथ चूड़ी, वार्म चूड़ी हैं

• एक्मे चूड़ी: इसमें 29° का एक समाविष्ट कोण होता है। इन्हें खराद लीड पेंच में उपयोग किया जाता है।
• सहायक चूड़ी: इस चूड़ी में एक फ्लैंक चूड़ी के अक्ष के लंबवत होता है और अन्य फ्लैंक 45° पर होता है। इन चूड़ी का उपयोग पॉवर प्रेस, बढ़ईगीरी वाईस, बंदूक ब्रीच, शाफ़्ट आदि में किया जाता है।
• जोड़ चूड़ी: जोड़ चूड़ी का आकार समलम्ब नहीं होता है, लेकिन यह एक गोलाकार में होता है। इसके अनुप्रयोग सीमित होते हैं। इसका उपयोग वाल्व स्पिंडल, रेलवे कैरिज युग्मन, नली संपर्क इत्यादि के लिए किया जाता है।