क्रैंकशाफ्ट

क्रैंकशाफ्ट एक यांत्रिक घटक है जिसका उपयोग प्रत्यागामी इंजन में पारस्परिक गति को प्रत्यागमनी गति में परिवर्तित करने के लिए किया जाता है। क्रैंकशाफ्ट एक घूर्णन शाफ्ट (मैकेनिकल इंजीनियरिंग) है जिसमें एक या एक से अधिक क्रैंकपिन होते हैं, जो संयोजी छड़ के माध्यम से पिस्टन द्वारा संचालित होते हैं। क्रैंकपिन को रॉड बियरिंग जर्नल भी कहा जाता है, और वे संयोजी छड़ के बड़े सिरे के भीतर घूमते हैं।

अधिकांश आधुनिक क्रैंकशाफ्ट इंजन ब्लॉक में स्थित हैं। वे फोर्जिंग, कास्टिंग (मेटल वर्किंग) या मशीनिंग प्रक्रिया का उपयोग करके स्टील या कच्चा लोहा से बने होते हैं।

डिजाइन
इंजन ब्लॉक के भीतर स्थित क्रैंकशाफ्ट, मुख्य बीयरिंगों के माध्यम से जगह में आयोजित होता है जो क्रैंकशाफ्ट को ब्लॉक के भीतर घुमाने की अनुमति देता है। प्रत्येक पिस्टन की ऊपर-नीचे गति को कनेक्टिंग रॉड्स के माध्यम से क्रैंकशाफ्ट में स्थानांतरित की जाती है। बिजली वितरण को सुगम बनाने और कंपन को कम करने के लिए, गतिपालक चक्र अधिकांशतः क्रैंकशाफ्ट के एक छोर से जुड़ा होता है। क्रैंकशाफ्ट भारी दबाव के अधीन है, कुछ स्थितियों में प्रति सिलेंडर 8.6 टन (19,000 पाउंड) से अधिक है। सिंगल-सिलेंडर इंजन  के लिए क्रैंकशाफ्ट सामान्यतः कई सिलेंडर वाले इंजन की तुलना में सरल डिज़ाइन होते हैं।

बियरिंग्स
क्रैंकशाफ्ट 'मुख्य बियरिंग्स' के कारण इंजन ब्लॉक में घूमने में सक्षम है। चूंकि क्रैंकशाफ्ट प्रत्येक सिलेंडर से बड़े क्षैतिज और मरोड़ वाले बलों के अधीन है, इसलिए ये मुख्य बीयरिंग क्रैंकशाफ्ट के साथ-साथ प्रत्येक छोर पर एक के बजाय विभिन्न बिंदुओं पर स्थित हैं।। मुख्य बीयरिंगों की संख्या समग्र भार कारक और अधिकतम इंजन गति के आधार पर निर्धारित की जाती है। दहन की उच्च शक्तियों के कारण, डीजल इंजनों में क्रैंकशाफ्ट अधिकांशतः प्रत्येक सिलेंडर के बीच और क्रैंकशाफ्ट के दोनों सिरों पर मुख्य बियरिंग का उपयोग करते हैं।

1950 के दशक में सीधे-आठ इंजनों की जगह V8 इंजनों में क्रैंकशाफ्ट का फ्लेक्सिंग एक कारक था, जब इंजन डिजाइनरों ने उच्च संपीड़न अनुपात और उच्च इंजन गति (आरपीएम) का उपयोग करना शुरू किया, तो बाद वाले के लंबे क्रैंकशाफ्ट को अस्वीकार्य मात्रा में फ्लेक्स का सामना करना पड़ा।

पिस्टन आघात
क्रैंकपिन की धुरी और क्रैंकशाफ्ट की धुरी के बीच की दूरी इंजन की आघात लंबाई निर्धारित करती है।

अधिकांश आधुनिक कार इंजनों को ओवर स्क्वायर या अल्पस्ट्रोक के रूप में वर्गीकृत किया जाता है, जिसमें आघात सिलेंडर बोर के व्यास से कम होता है। किसी इंजन के लो-आरपीएम टॉर्क को बढ़ाने का सामान्य तरीका आघात को बढ़ाना है, जिसे कभी-कभी इंजन को "स्ट्रोकिंग" के रूप में जाना जाता है। ऐतिहासिक रूप से, लॉन्ग-आघात इंजन के लिए कम परिक्रमण सीमा थी और बढ़े हुए पिस्टन वेग के कारण उच्च आरपीएम पर कंपन में वृद्धि हुई थी।

क्रॉस-प्लेन और फ्लैट-प्लेन समाकृति
इंजन डिजाइन करते समय, क्रैंकशाफ्ट समाकृति इंजन के फायरिंग क्रम से निकटता से संबंधित होता है।

अधिकांश उत्पादन V8 इंजन (जैसे फोर्ड मॉड्यूलर इंजन और जनरल मोटर्स एलएस इंजन) एक क्रॉस-प्लेन क्रैंक का उपयोग करते हैं जिससे क्रैंक थ्रो को 90 डिग्री की दूरी पर रखा जाता है। चूंकि, कुछ उच्च-प्रदर्शन वाले V8 इंजन (जैसे फेरारी 488)  इसके अतिरिक्त फ्लैट-प्लेन क्रैंक का उपयोग करते हैं, जिससे थ्रो 180°की दूरी पर होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अनिवार्य रूप से दो इनलाइन-चार इंजन क्रैंककेस साझा करते हैं। फ्लैट-प्लेन इंजन सामान्यतः उच्च आरपीएम पर काम करने में सक्षम होते हैं, चूंकि उनके पास दूसरे क्रम के उच्च कंपन होते हैं, इसलिए वे रेसिंग कार इंजनों के लिए बेहतर अनुकूल हैं।

इंजन संतुलन
कुछ इंजनों के लिए इंजन संतुलन को बेहतर बनाने के लिए पिस्टन, कॉनरोड और क्रैंकशाफ्ट के पारस्परिक द्रव्यमान के लिए प्रतिसंतुलन प्रदान करना आवश्यक है। ये प्रतिसंतुलन सामान्यतः क्रैंकशाफ्ट के हिस्से के रूप में डाले जाते हैं, लेकिन कभी-कभी वज्रपात टुकड़े होते हैं।

फ्लाइंग आर्म्स
कुछ इंजनों में, क्रैंकशाफ्ट में सामान्य मध्यवर्ती मुख्य असर के बिना, आसन्न क्रैंक पिन के बीच सीधा संबंध होता है। इन कड़ियों को फ्लाइंग आर्म्स कहा जाता है। इस व्यवस्था का उपयोग कभी-कभी V6 इंजन और V8 इंजनों में किया जाता है, जिससे कि विभिन्न V कोणों का उपयोग करते समय एक समान फायरिंग अंतराल बनाए रखा जा सके, और आवश्यक मुख्य बीयरिंगों की संख्या को कम किया जा सके। फ्लाइंग आर्म्स का नकारात्मक पक्ष यह है कि क्रैंकशाफ्ट की कठोरता कम हो जाती है, जो उच्च आरपीएम या उच्च शक्ति निर्गत पर समस्या पैदा कर सकता है।

प्रतिघूर्णी क्रैंकशाफ्ट
अधिकांश इंजनों में, प्रत्येक संयोजी छड़ एकल क्रैंकशाफ्ट से जुड़ी होती है, जिसके परिणामस्वरूप संयोजी छड़ का कोण अलग-अलग होता है क्योंकि पिस्टन अपने आघात के माध्यम से चलता है। कोण में यह भिन्नता पिस्टन को सिलेंडर की दीवार के खिलाफ धकेलती है, जिससे पिस्टन और सिलेंडर की दीवार के बीच घर्षण होता है। इसे रोकने के लिए, कुछ शुरुआती इंजन - जैसे 1900-1904 लैंचेस्टर इंजन कंपनी फ्लैट-ट्विन इंजन - प्रत्येक पिस्टन को दो क्रैंकशाफ्ट से जोड़ते हैं जो विपरीत दिशाओं में घूम रहे हैं। यह व्यवस्था पार्श्व बलों को रद्द कर देती है और प्रतिभारों की आवश्यकता को कम कर देती है। इस डिजाइन का शायद ही कभी उपयोग किया जाता है, चूंकि समान सिद्धांत बैलेंस शाफ्ट पर लागू होता है, जो कभी-कभी उपयोग किया जाता है।

निर्माण
 फोर्जित क्रैंकशाफ्ट  रोल_फोर्जिंग का उपयोग करके स्टील बार से क्रैंकशाफ्ट बनाए जा सकते हैं। आज, निर्माता अपने हल्के वजन, अधिक कॉम्पैक्ट आयामों और बेहतर अंतर्निहित डंपिंग के कारण फोर्जित क्रैंकशाफ्ट के उपयोग का पक्ष लेते हैं। फोर्जित क्रैंकशाफ्ट के साथ, वैनेडियम माइक्रो-मिश्रित स्टील्स मुख्य रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि इन स्टील्स को अतिरिक्त गर्मी उपचार के बिना उच्च शक्ति तक पहुंचने के बाद एयर-कूल्ड किया जा सकता है, सिवाय असर वाली सतहों की सतह के सख्त होने के। कम मिश्र धातु सामग्री भी उच्च मिश्र धातु स्टील्स की तुलना में सामग्री को सस्ता बनाती है। वांछित गुणों तक पहुँचने के लिए कार्बन स्टील्स को अतिरिक्त ताप उपचार की भी आवश्यकता होती है।

कास्ट क्रैंकशाफ्ट
एक अन्य निर्माण विधि नमनीय से क्रैंकशाफ्ट की ढलाई (मेटलवर्क) करना है। कच्चा लोहा क्रैंकशाफ्ट आज ज्यादातर सस्ते उत्पादन इंजनों में पाए जाते हैं जहां भार कम होता है।

मशीनीकृत क्रैंकशाफ्ट
क्रैंकशाफ्ट को बिलेट से भी, अधिकांशतः उच्च गुणवत्ता वाले निर्वात पुनर्गलन स्टील की एक पट्टी से बनाया जा सकता है। चूंकि फाइबर प्रवाह (कास्टिंग के दौरान उत्पन्न सामग्री की रासायनिक संरचना की स्थानीय असमानताएं) क्रैंकशाफ्ट (जो अवांछनीय है) के आकार का पालन नहीं करता है, यह सामान्यतः उच्च गुणवत्ता वाले स्टील्स के बाद से कोई समस्या नहीं है, जो सामान्यतः फोर्ज करना मुश्किल होता है, हो सकता है उपयोग किया गया। प्रति यूनिट, ये क्रैंकशाफ्ट बड़ी मात्रा में सामग्री के कारण बहुत महंगे होते हैं जिन्हें लैथ और मिलिंग मशीन से हटाया जाना चाहिए, उच्च सामग्री लागत और अतिरिक्त गर्मी उपचार की आवश्यकता होती है। चूंकि, चूंकि किसी महंगे उपकरण की आवश्यकता नहीं है, इसलिए यह उत्पादन विधि छोटे उत्पादन को उच्च-सामने लागत के बिना चलाने की अनुमति देती है।

चीन
चीन में हान राजवंश (202 ईसा पूर्व-220 ईस्वी) के दौरान सबसे पहले हाथ से संचालित क्रैंक (तंत्र) दिखाई दिए। उनका उपयोग रेशम-रीलिंग, गांजा-कताई, कृषि ओसौनी पंखे के लिए, पानी से चलने वाले आटे-सिफ्टर में, हाइड्रोलिक-संचालित धातुकर्म धौंकनी के लिए, और अच्छी तरह से हथचर्खी में किया जाता था। चक्रीय ओसौनी पंखे ने अनाज को भूसी और डंठल से अलग करने की दक्षता को बहुत बढ़ा दिया। चूंकि, ऐसा लगता है कि चीन में वृत्ताकार गति को पारस्परिक गति में परिवर्तित करने की क्रैंक की क्षमता को पूरी तरह से महसूस नहीं किया गया है, और 20 वीं सदी की शुरुआत तक क्रैंक सामान्यतः ऐसी मशीनों से अनुपस्थित था।

यूरोप
5वीं शताब्दी ईसा पूर्व सेल्टिबेरियन स्पेन में उत्केन्द्र रूप से लगे चक्रीय हैंडमिल के हैंडल के रूप में एक क्रैंक दिखाई दिया और अंततः  रोमन साम्राज्य में फैल गया।  दूसरी शताब्दी ईस्वी के एक रोमन लोहे के क्रैंक की खुदाई  ऑगस्टा राउरिका, स्विट्ज़रलैंड में की गई थी। हिएरापोलिस मिल का पेडिमेंट मिल रेस द्वारा संचालित पनचक्की दिखाता है जो गियर ट्रेन के माध्यम से दो फ्रेम आरी से संचालित होता है जो किसी प्रकार की संयोजी छड़ और क्रैंक के माध्यम से ब्लॉक को काटता है। अन्य दो पुरातात्विक रूप से प्रमाणित आरा मिलों के क्रैंक और संयोजी छड़ तंत्र बिना गियर ट्रेन के काम करते थे।   जर्मनी में पानी से चलने वाली संगमरमर आरी का उल्लेख चौथी शताब्दी के उत्तरार्ध के कवि ऑसोनियस ने किया था, लगभग उसी समय, इन मिल प्रकारों को  अनातोलिया के निसा के ग्रेगरी द्वारा भी इंगित किया गया प्रतीत होता है। चक्रीय ग्रिंडस्टोन (सिल बट्टा) जिसे क्रैंक हैंडल द्वारा संचालित किया जाता है, कैरोलिंगियनपांडुलिपि यूट्रेक्ट साल्टर में दिखाया गया है, लगभग 830 की पेन ड्राइंग पुराने प्राचीन मूल में वापस चला जाता है। दसवीं से तेरहवीं शताब्दी तक के विभिन्न कार्यों में पहियों को घुमाने के लिए उपयोग किए जाने वाले क्रैंकों को भी चित्रित या वर्णित किया गया है।

बढ़ई के ब्रेस (उपकरण) में यौगिक क्रैंक का पहला चित्रण 1420 और 1430 के बीच उत्तरी यूरोपीय कला में दिखाई देता है। यौगिक क्रैंक के तेजी से अपनाने का पता अज्ञात जर्मन इंजीनियर के कामों में लगाया जा सकता है, जो हसाइट युद्धों के दौरान सैन्य प्रौद्योगिकी की स्थिति पर लिख रहा था: पहला, कनेक्टिंग-रॉड, क्रैंक पर लगाया गया, फिर से प्रकट हुआ, दूसरा, डबल-यौगिक क्रैंक भी कनेक्टिंग-रॉड्स से लैस होने लगे, और तीसरा, गतिपालक चक्र इन क्रैंकों को 'डेड-स्पॉट' पर लाने के लिए लगाया गया था। 1463 में इटालियन इंजीनियर और लेखक रॉबर्ट वाल्टुरियो द्वारा इस अवधारणा में काफी सुधार किया गया था, जिन्होंने पांच सेटों के साथ एक नाव तैयार की थी, जहां समानांतर क्रैंक सभी कनेक्टिंग-रॉड द्वारा एकल शक्ति स्रोत से जुड़े हुए हैं, एक विचार उनके हमवतन इतालवी चित्रकार जॉर्ज के फ्रांसिस द्वारा भी लिया गया था।

15वीं शताब्दी की शुरुआत में क्रैंक यूरोप में आम हो गया था, जैसा कि सैन्य इंजीनियर कोनराड क्येसर (1366-1405 के बाद) के कार्यों में देखा गया था। क्येसर के बेलिफोर्टिस में दर्शाए गए उपकरणों में घेराबंदी वाले क्रॉसबो को फैलाने के लिए क्रैंक किए गए विंडलैस, पानी उठाने के लिए बाल्टी की क्रैंक वाली श्रृंखला और घंटियों के पहिये में युक्त किए गए क्रैंक सम्मलित हैं। क्येसर ने पानी उठाने के लिए आर्किमिडीज के पेचों को क्रैंक हैंडल से भी सुसज्जित किया, यह नवीनता थी जिसने बाद में पाइप पर चलने की प्राचीन प्रथा को बदल दिया।

पिसानेलो ने एक पानी के पहिये द्वारा संचालित पिस्टन-पंप को चित्रित किया और दो साधारण क्रैंक और दो कनेक्टिंग-रॉड द्वारा संचालित किया।

15वीं सदी में भी क्रैनक्विंस नामक क्रैक्ड रैक-एंड-पिनियन उपकरणों की शुरूआत देखी गई, जो मिसाइल हथियार को फैलाने के दौरान और भी अधिक बल लगाने के साधन के रूप मेंक्रॉसबो के स्टॉक में युक्त किए गए थे। कपड़ा उद्योग में, सूत को घुमाने के लिए क्रैंक वाली रील को पेश किया गया था। इतालवी चिकित्सक गुइडो दा विगेवानो(सी. 1280-1349), एक नए धर्मयुद्ध की योजना बना रहे थे, उन्होंने पैडल बोट और युद्ध कैरिज के लिए चित्रण किया, जो मैन्युअल रूप से मिश्रित क्रैंक और गियर पहियों द्वारा संचालित थे, लिन टाउनसेंड व्हाइट द्वारा शुरुआती क्रैंकशाफ्ट प्रोटोटाइप के रूप में पहचाना गया। 1340 के आस-पास का लुट्रेल साल्टर, एक ग्रिंडस्टोन का वर्णन करता है जिसे दो क्रैंक द्वारा घुमाया गया था, एक इसकी धुरी के प्रत्येक छोर पर, गियर वाली हाथ-चक्की, जो एक या दो क्रैंक के साथ संचालित होती है, 15 वीं शताब्दी में बाद में दिखाई दी।

1480 के आसपास, प्रारंभिक मध्यकालीन रोटरी ग्रिंडस्टोन को ट्रेडल (पदचालित) और क्रैंक तंत्र के साथ सुधारा गया था। 1589 की जर्मन उत्कीर्णन में पहली बार पुश-कार्ट पर लगे क्रैंक दिखाई देते हैं। क्रैंकशाफ्ट का वर्णन लियोनार्डो दा विंची (1452-1519)[52] और डच किसान और पवनचक्की के मालिक द्वारा 1592 में कॉर्नेलिस कॉर्नेलिसून वैन यूटगेस्ट के नाम से किया गया था। उनकी हवा से चलने वाली चीरघर ने पवनचक्की की गोलाकार गति को पीछे और आगे में बदलने की गति आरी को शक्ति प्रदान करती है। कॉर्नेलिसजून को 1597 में अपने क्रैंकशाफ्ट के लिए पेटेंट दिया गया था।

16 वीं शताब्दी के बाद से, मशीन डिजाइन में एकीकृत क्रैंक और कनेक्टिंग रॉड्स के साक्ष्य इस अवधि के तकनीकी ग्रंथों में प्रचुर मात्रा में हो जाते हैं: अगस्टिनो रामेलीकी 1588 की विविध और कलात्मक मशीनें अठारह उदाहरणों को दर्शाती हैं, एक संख्या जो जॉर्ज द्वारा थिएट्रम मैकिनेरम नोवम में उगती है 45 विभिन्न मशीनों के लिए एंड्रियास बॉक्लर। 20वीं सदी की शुरुआत में कुछ मशीनों में क्रैंक पहले आम थे; उदाहरण के लिए, 1930 से पहले के लगभग सभी फोनोग्राफ क्लॉकवर्क मोटर्स द्वारा क्रैंक के साथ घाव किए गए थे। प्रत्यागमनी पिस्टन इंजन रैखिक पिस्टन गति को घूर्णी गति में बदलने के लिए क्रैंक का उपयोग करते हैं। 20वीं शताब्दी की शुरुआत में ऑटोमोबाइल के आंतरिक दहन इंजन सामान्यतः हाथ के क्रैंक से शुरू होते थे। सामान्यतः इलेक्ट्रिक स्टार्टर्स के सामान्य उपयोग में आने से पहले हाथ के क्रैंक से शुरू किए गए थे।

पश्चिमी एशिया
गैर-मैनुअल क्रैंक कई हाइड्रोलिक उपकरणों में प्रकट होता है, जिसका वर्णन बानू मूसा बंधुओं ने अपनी 9वीं शताब्दी की सरल उपकरणों की पुस्तक में किया है। ये स्वचालित रूप से संचालित क्रैंक कई उपकरणों में दिखाई देते हैं, जिनमें से दो में एक क्रिया होती है जो क्रैंकशाफ्ट के समान होती है, इस्माइल अल-जज़ारी के आविष्कार की कई शताब्दियों तक और यूरोप में पांच शताब्दियों में इसकी पहली उपस्थिति का अनुमान है। बानू मूसा द्वारा वर्णित स्वचालित क्रैंक ने पूर्ण घूर्णन की अनुमति नहीं दी होगी, लेकिन इसे क्रैंकशाफ्ट में बदलने के लिए केवल एक छोटे से संशोधन की आवश्यकता थी।

आर्टुकिड्स में अरब इंजीनियर इस्माइल अल-जजारी (1136-1206) ने अपनी दो जल-उठाने वाली मशीनों में घूर्णन मशीन में क्रैंक और संयोजी छड़ प्रणाली का वर्णन किया। लेखक सैली गैंची ने अपने जुड़वां-सिलेंडर पंप तंत्र में क्रैंकशाफ्ट, क्रैंक और दस्ता (मैकेनिकल इंजीनियरिंग) तंत्र दोनों सहित की पहचान की।

यह भी देखें

 * क्रैंकसेट
 * ब्रेस (उपकरण)
 * सांचा
 * कैम इंजन
 * कैंषफ़्ट
 * क्रैंक (तंत्र)
 * क्रैंककेस
 * मरोड़ कंपन # क्रैंकशाफ्ट मरोड़ कंपन
 * पिस्टन गति समीकरण
 * सुरंग क्रैंकशाफ्ट
 * स्कॉच योक
 * दिखावे की परत

बाहरी कड़ियाँ

 * Interactive crank animation https://www.desmos.com/calculator/8l2kvyivqo
 * D & T Mechanisms - Interactive Tools for Teachers (applets) https://web.archive.org/web/20140714155346/http://www.content.networcs.net/tft/mechanisms.htm