तंत्र (इंजीनियरिंग)

अभियांत्रिकी में, तंत्र वह मशीन है जो इनपुट बलों और गतिविधि को आउटपुट बलों और गतिविधि के वांछित सेट में परिवर्तित कर देती है। तंत्र में सामान्यतः चलायमान घटक होते हैं जिनमें निम्नलिखित सम्मिलित हो सकते हैं:
 * गियर और गियर ट्रेन;
 * बेल्ट ड्राइव और चेन ड्राइव;
 * तंत्र और कैम फॉलोवर;
 * लिंकेज (यांत्रिकी);
 * घर्षण उपकरण, जैसे ब्रेक या अवरोधक;
 * संरचनात्मक घटक जैसे फ्रेम, फास्टनर, बियरिंग्स, स्प्रिंग्स, या स्नेहक;
 * विभिन्न मशीन तत्व, जैसे स्प्लिन, पिन या चाबियां।

जर्मन वैज्ञानिक फ्रांज रेलॉक्स ने 'मशीन' को प्रतिरोधी निकायों के संयोजन के रूप में परिभाषित किया है ताकि उनके माध्यम से प्रकृति की यांत्रिक शक्तियों को निश्चित गति के साथ काम करने के लिए बाध्य किया जा सके। इस संदर्भ में, 'मशीन' के उनके उपयोग की व्याख्या सामान्यतः 'तंत्र' के अर्थ में की जाती है।

बल और गति का संयोजन शक्ति (भौतिकी) को परिभाषित करता है, और एक तंत्र बलों और गति के वांछित सेट को प्राप्त करने के लिए शक्ति का प्रबंधन करता है।

एक तंत्र सामान्यतः एक बड़ी प्रक्रिया का एक टुकड़ा होता है, जिसे यांत्रिक प्रणाली या मशीन (यांत्रिक) के रूप में जाना जाता है। कभी-कभी एक पूरी मशीन को एक तंत्र के रूप में संदर्भित किया जा सकता है; ऑटोमोबाइल में स्टीयरिंग, या एक घड़ी का घुमावदार तंत्र इसका बेहतर उदाहरण है हालाँकि, सामान्यतः कई तंत्रों के एक सेट को मशीन कहा जाता है।

गतिज जोड़े
आर्किमिडीज के समय से पुनर्जागरण तक, तंत्र (उत्तोलक) को लीवर, पुली, पेंच, पहिया और धुरी, वेज (यांत्रिकी डिवाइस), और झुका हुआ समतल जैसी सरल मशीनों से निर्मित माना जाता था। रुलेक्स निकायों पर केंद्रित है, जिन्हें लिंक कहा जाता है, और इन निकायों के बीच के कनेक्शन, जिन्हें किनेमेटिक युग्म (kinematic pairs) या समायोजन कहा जाता है।

तंत्र की गति का अध्ययन करने के लिए तथा इसके साथ ज्यामिति का उपयोग करने के लिए, इसकी कड़ियों को कठोर पिंड के रूप में प्रतिरूपित किया जाता है। इसका तात्पर्य यह है कि एक लिंक में बिंदुओं के बीच की दूरी को परिवर्तित नहीं किया जाता है क्योंकि तंत्र चलायमान रहता है - अर्थात् लिंक फ्लेक्स नहीं करता है। इस प्रकार, दो जुड़े हुए कड़ियों में बिंदुओं के बीच सापेक्ष संचलन को उन गतिज युग्मों के परिणाम के रूप में माना जाता है जो उनसे संयुग्मित होते हैं।

कीनेमेटिक जोड़े, या जोड़ों को दो लिंक के बीच आदर्श अवरोध प्रदान करने के लिए माना जाता है, जैसे कि शुद्ध घुमाव के लिए एकल बिंदु की बाधा, या शुद्ध स्लाइडिंग के लिए एक रेखा की बाधा, साथ ही फिसलन के बिना शुद्ध रोलिंग और फिसलन के साथ बिंदु संपर्क कील (यांत्रिक उपकरण) कठोर लिंक और किनेमेटिक जोड़े की एक असेंबली के रूप में तैयार किया गया है।

लिंक और जोड़
रुलेक्स ने लिंक कीनेमेटिक जोड़े के बीच आदर्श कनेक्शन को संदर्भित करते हुए अपना तथ्य दिया। उन्होंने दो कड़ियों के बीच लाइन संपर्क के साथ उच्च जोड़े और कड़ियों के बीच क्षेत्र संपर्क के साथ निचले जोड़े के बीच अंतर प्रदर्शित किया। दर्शाता है कि जोड़े बनाने के कई तरीके हैं जो इस सरल मॉडल में सुमेलित नहीं होते हैं।

निचली जोड़ी: निचली जोड़ी एक आदर्श जोड़ है जिसका तत्वों की जोड़ी के बीच सतही संपर्क होता है, जैसा कि निम्नलिखित प्रकरणों में होता है:
 * एक उल्टी जोड़ी, या संयुग्मी जोड़ के लिए आवश्यक है कि गतिमान पिंड में एक रेखा स्थिर पिंड में एक रेखा के साथ सह-रैखिक बनी रहे, और गतिमान पिंड (निश्चित निकाय) में इस रेखा के लम्बवत समतल को समान लंब तल के साथ संपर्क बनाए रखना चाहिए। यह लिंक्स के सापेक्ष संचलन पर पांच प्रतिबंध लगाता है, जो इस जोड़ी को एक डिग्री की स्वतंत्रता देता है।
 * एक प्रिज्मीय जोड़, या स्लाइडर, के लिए आवश्यक है कि गतिमान पिंड में एक रेखा स्थिर पिंड में एक रेखा के साथ सह-रैखिक बनी रहे, और गतिमान पिंड में इस रेखा के समानांतर एक तल को स्थिर में एक समान समानांतर तल के साथ संपर्क बनाए रखना चाहिए। तन। यह लिंक्स के सापेक्ष संचलन पर पांच प्रतिबंध लगाता है, जो इस जोड़ी को एक डिग्री की स्वतंत्रता प्रदान करता है।
 * एक बेलनाकार जोड़ के लिए आवश्यक है कि गतिमान पिंड में एक रेखा स्थिर पिंड में एक रेखा के साथ सहरेखीय रहे। यह एक उल्टे जोड़ और एक स्लाइडिंग जोड़ को संयुग्मित करता है। इस जोड़ में स्वतंत्रता की दो डिग्री हैं।
 * एक गोलाकार जोड़, या गोलाकार पिंड के जोड़ के लिए आवश्यक है कि गतिमान पिंड का एक बिंदु स्थिर पिंड के एक बिंदु के साथ संपर्क बनाए रखे। इस जोड़ में स्वतंत्रता की तीन डिग्री हैं।
 * एक तलीय जोड़ के लिए आवश्यक है कि गतिमान पिंड में एक तल निश्चित पिंड में एक तल के साथ संपर्क बनाए रखे। इस जोड़ में स्वतंत्रता की तीन डिग्री हैं।
 * एक पेंच जोड़, या पेचदार जोड़ में केवल एक डिग्री की स्वतंत्रता होती है क्योंकि फिसलने और घूर्णी गति धागे के हेलिक्स कोण से संबंधित होती हैं।

उच्चतर जोड़े: सामान्यतः उच्च जोड़ी एक बाधा है जिसके लिए तात्विक सतहों के बीच एक रेखा या बिंदु संपर्क की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, एक कैम और उसके फॉलोवर के बीच संपर्क एक उच्च जोड़ी है जिसे 'कैम जॉइंट' कहा जाता है। इसी तरह, दो गीयर के मेशिंग टीथ बनाने वाले इनवॉल्व कर्व्स के बीच संपर्क कैम जॉइंट्स होते हैं।

किनेमेटिक आरेख
एक कीनेमेटिक आरेख मशीन घटकों को एक कंकाल आरेख में कम कर देता है जो जोड़ों पर जोर देता है और सरल ज्यामितीय तत्वों के लिंक को कम करता है। तंत्र के लिंक को किनारों के रूप में और जोड़ों को ग्राफ़ के कोने के रूप में प्रदर्शित करके इस आरेख को ग्राफ़ (असतत गणित) के रूप में भी संरेखित किया जा सकता है। कीनेमेटिक आरेख का यह संस्करण मशीन डिजाइन की प्रक्रिया में कीनेमेटिक संरचनाओं की गणना करने में प्रभावी प्रमाणित हुआ है। इस डिजाइन प्रक्रिया में एक महत्वपूर्ण विचार लिंक और जोड़ों के प्रणाली की स्वतंत्रता (यांत्रिकी) की डिग्री है, जो कि चेबिशेव-ग्रुबलर-कुट्ज़बैक आधार प्रणाली का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है।

प्लानर मैकेनिज्म
जबकि एक यांत्रिक प्रणाली में सभी तंत्र त्रि-आयामी हैं, उनका विश्लेषण समतल ज्यामिति का उपयोग करके किया जा सकता है यदि व्यक्तिगत घटकों के गतिविधि को बाधित किया जाता है जिससे सभी बिंदु प्रक्षेपवक्र समानांतर हों या एक समतल से श्रृंखला कनेक्शन में हों। इस प्रकरण में सिस्टम को प्लानर मैकेनिज्म कहा जाता है। प्लानर तंत्र का गतिज विश्लेषण विशेष यूक्लिडियन समूह SE (3) के सबसेट का उपयोग करता है, जिसमें SE द्वारा निरूपित प्लानर रोटेशन और अनुवाद सम्मिलित हैं।

समूह SE त्रि-आयामी है, जिसका अर्थ है कि समतल में किसी पिंड की प्रत्येक स्थिति को तीन मापदंडों द्वारा परिभाषित किया गया है। पैरामीटर प्रायः एम में एक समन्वय फ्रेम की उत्पत्ति के x और y निर्देशांक होते हैं, f को एक समन्वय फ्रेम की उत्पत्ति से मापा जाता है, और कोण f में x-अक्ष से एम में x-अक्ष तक मापा जाता है। यह प्रायः यह कहते हुए वर्णित किया जाता है कि समतल के किसी निकाय में स्वतंत्रता (यांत्रिकी) की तीन डिग्री होती है।

किसी शुद्ध रोटेशन और एक स्लाइडर के रैखिक अनुवाद को SE के उपसमूहों के साथ पहचाना जा सकता है, और दो जोड़ों को प्लानर तंत्र के एक डिग्री-ऑफ-फ्रीडम जोड़ों को परिभाषित करता है। स्लाइडिंग और घूर्णित संपर्क में दो सतहों द्वारा गठित कैम जॉइंट दो डिग्री-ऑफ-फ्रीडम जॉइंट है।

गोलाकार तंत्र
किसी तंत्र का निर्माण करना संभव है जैसे कि सभी घटकों में बिंदु प्रक्षेपवक्र किसी निश्चित बिंदु के चारों ओर संकेंद्रित गोलाकार पथ में होते हैं। इसका एक सरल उदाहरण गिंबल जाइरोस्कोप है। इन उपकरणों को गोलाकार तंत्र कहा जाता है। कोर वाले जोड़ों के साथ लिंक को जोड़कर गोलाकार तंत्र का निर्माण किया जाता है, जैसे कि प्रत्येक कोर की धुरी एक ही बिंदु से गुजरती है। यह बिंदु संकेंद्रित गोलाकार गोले का केंद्र बन जाता है। इन तंत्रों की गति त्रि-आयामी अंतरिक्ष में घूर्णन के समूह SO(3) द्वारा विशिष्ट है। गोलाकार तंत्र के अन्य उदाहरण अंतर (यांत्रिक उपकरण) और रोबोटिक कलाई हैं।

घूर्णन समूह SO(3) त्रिविमीय संरचना है। किसी स्थानिक घुमाव को निर्दिष्ट करने वाले तीन मापदंडों का एक उदाहरण यूलर कोण हैं। रोल, पिच और यव कोण एक समतल के अभिविन्यास को परिभाषित करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

स्थानिक तंत्र
एक तंत्र जिसमें एक निकाय सामान्य स्थानिक गति के माध्यम से चलता है, एक स्थानिक तंत्र कहलाता है। एक उदाहरण आरएसएसआर लिंकेज है, जिसे चार-बार लिंकेज के रूप में देखा जा सकता है जिसमें कपलर लिंक के कोर वाले जोड़ों को रॉड के सिरे से परिवर्तित कर दिया जाता है, जिसे गोलाकार जोड़ या बॉल जोड़ भी कहा जाता है। रॉड सिरों ने आरएसएसआर लिंकेज के इनपुट और आउटपुट क्रैंक को इस बिंदु पर गलत तरीके से संरेखित करने दिया कि वे अलग-अलग समतलों में स्थित हैं, जिससे युग्मक लिंक एक सामान्य स्थानिक गति में चलता है। रोबोटिक भुजा, स्टीवर्ट मंच और ह्यूमनॉइड रोबोट भी स्थानिक तंत्र के उदाहरण हैं।

बेनेट का लिंकेज एक स्थानिक अतिप्रतिबंधित तंत्र का एक उदाहरण है, जो चार कोर वाले जोड़ों से निर्मित होता है।

यूक्लिडियन समूह SE (3) छह-आयामी है, जिसका अर्थ यह है कि अंतरिक्ष में किसी पिंड की स्थिति को छह मापदंडों द्वारा परिभाषित किया गया है। तीन पैरामीटर निश्चित फ्रेम के सापेक्ष चलायमान संदर्भ फ्रेम की उत्पत्ति को परिभाषित करते हैं। तीन अन्य पैरामीटर निश्चित फ्रेम के सापेक्ष चलायमान फ्रेम के उन्मुखीकरण को परिभाषित करते हैं।

लिंकेज


एक लिंकेज (यांत्रिकी) जोड़ों से जुड़े लिंक का संग्रह है। सामान्यतः लिंक संरचनात्मक तत्व होते हैं और जोड़ गतिविधि की अनुमति देते हैं। शायद सबसे उपयोगी उदाहरण प्लानर फोर-बार लिंकेज है। हालाँकि, कई और विशेष संबंध हैं:
 * वाट का लिंकेज एक चार-बार लिंकेज है जो अनुमानित सीधी रेखा उत्पन्न करता है। भाप इंजन के लिए उनके डिजाइन के संचालन के लिए यह महत्वपूर्ण था। पहियों के सापेक्ष निकाय के साइड-टू-साइड गतिविधि को रोकने के लिए यह लिंकेज वाहन निलंबन में भी दिखाई देता है।
 * वाट के लिंकेज की सफलता ने इसी तरह के अनुमानित स्ट्रेट-लाइन लिंकेज के डिजाइन का नेतृत्व किया, जैसे कि होकेन लिंकेज होकेन लिंकेज और चेबीशेव लिंकेज।
 * पीयूसेलियर-लिपकिन लिंकेज एक रोटरी इनपुट से एक वास्तविक स्ट्रेट-लाइन आउटपुट उत्पन्न करता है।
 * सारस लिंकेज एक स्थानिक लिंकेज है जो एक रोटरी इनपुट से सीधी-रेखा की गति उत्पन्न करता है।
 * द क्लान लिंकेज और थियो जानसन हाल ही के आविष्कार हैं जो दिलचस्प चलायमान की गति प्रदान करते हैं। वे क्रमशः छह-बार लिंकेज और आठ-बार लिंकेज हैं।

अनुवर्ती तंत्र
अनुवर्ती तंत्र अनुवर्ती तत्वों से जुड़े कठोर निकायों की एक श्रृंखला है। इन तंत्रों के कई लाभ हैं, जिनमें कम-गणना, जोड़ों के बीच कम ढलान (भागों के बीच अंतराल के कारण कोई परजीवी गति नहीं) सम्मिलित हैं। ), ऊर्जा भंडारण, कम रखरखाव (उन्हें स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है और कम यांत्रिक घिसाव होता है), और निर्माण में आसान होती है। फ्लेक्सर एसर (फ्लेक्सर जोड़ों के रूप में भी जाना जाता है) अनुपालन तंत्र का एक सबसेट है जो एक बल के आवेदन पर ज्यामितीय रूप से अच्छी तरह से परिभाषित गति (रोटेशन) उत्पन्न करता है।

कैम और फॉलोवर तंत्र


एक कैम और कैम फॉलोवर मैकेनिज्म दो विशेष आकार के लिंक के सीधे संपर्क से बनता है। ड्राइविंग लिंक को कैम कहा जाता है और जो लिंक उनकी सतहों के सीधे संपर्क के माध्यम से संचालित होता है उसे फॉलोवर कहा जाता है। कैम और कैम फॉलोवर की संपर्क सतहों का आकार तंत्र की गति को निर्धारित करता है। सामान्यतः एक कैम और फॉलोवर मैकेनिज्म की ऊर्जा को कैम से फॉलोवर में स्थानांतरित किया जाता है। कैमशाफ्ट घूमता है और कैम प्रोफ़ाइल के अनुसार, फॉलोवर ऊपर और नीचे चलता है। आजकल थोड़े अलग तरह के कैम फॉलोवर भी उपलब्ध हैं, जिनमें फॉलोवर से कैम में एनर्जी स्थानांतरित होती है। इस प्रकार के कैम और फॉलोवर मैकेनिज्म का मुख्य लाभ यह है कि फॉलोवर आंशिक रूप से स्थानांतरित होता है और 70% बल के साथ कैम को छह गुना अधिक परिधि लंबाई में घुमाने में मदद करता है।

गियर्स और गियर ट्रेनें


खांचेदार पहियों से संपर्क करने के बीच रोटेशन के संचरण का पता यूनान के एंटीकाइथेरा तंत्र और चीन के दक्षिण-नुकीले रथ से लगाया जा सकता है। पुनर्जागरण वैज्ञानिक जॉर्ज एग्रीकोला के चित्र बेलनाकार दांतों वाली गियर ट्रेनों को दिखाते हैं। सम्मिलित गियर के कार्यान्वयन से एक मानक गियर डिज़ाइन प्राप्त हुआ जो एक स्थिर गति अनुपात प्रदान करता है। गियर और गियर ट्रेनों की कुछ महत्वपूर्ण विशिष्टएं हैं:
 * मेटिंग गियर्स के पिच सर्कल का अनुपात गियर अनुपात और गियर सेट के यांत्रिक लाभ को परिभाषित करता है।
 * एपिकाइक्लिक गियरिंग सघन पैकेज में उच्च गियर रिडक्शन प्रदान करता है।
 * गैर-परिपत्र गियर के लिए गियर दांत डिजाइन करना संभव है, इसके बाद भी गैर-गोलाकार, बल आघूर्ण को सुचारू रूप से संचारित करता है।
 * चेन ड्राइव और बेल्ट (यांत्रिकी) के गति अनुपात की गणना गियर अनुपात की तरह ही की जाती है।

तंत्र संश्लेषण
एक विशेष गतिविधि और बल संचरण को प्राप्त करने के लिए तंत्र का डिज़ाइन कीनेमेटिक संश्लेषण के रूप में जाना जाता है। यह ज्यामितीय तकनीकों का एक सेट है जो एक आवश्यक यांत्रिक गतिविधि और बिजली संचरण करने के लिए लिंकेज, कैम और फॉलोवर तंत्र और गियर ट्रेनों के आयाम उत्पन्न करता है।

यह भी देखें

 * गियर ट्रेन
 * लिंकेज (यांत्रिकी)
 * मशीन (यांत्रिक)
 * यांत्रिक प्रणाली
 * यांत्रिक घड़ी
 * मशीनों की रूपरेखा
 * आभासी कार्य
 * हॉबरमैन तंत्र
 * चलित पुर्ज़े

बाहरी कड़ियाँ

 * Balanced hinge-lever mechanism
 * Machines and Mechanisms Wiki
 * Kinematic Models for Design Digital Library (KMODDL) collections of movies and photos of hundreds of mechanism models
 * A six-bar straight-line linkage in the collection of रुलेक्स models at Cornell University
 * Animations of a variety of mechanisms
 * Example of a six-bar function generator that computes the angle for a given range
 * A variety of linkage animations
 * A variety of six-bar linkage designs
 * Animation of a spherical deployable mechanism