रोलर पेंच

रोलर स्क्रू, जिसे प्लैनेटरी रोलर स्क्रू या सैटेलाइट रोलर स्क्रू के रूप में भी जाना जाता है, एक कम-घर्षण स्पष्ट स्क्रू-टाइप एक्ट्यूएटर है। जो घूर्णी गति र्रैखिक गति देने वाला परिवर्तित करने के लिए यांत्रिक उपकरण है या इसके विपरीत। प्लैनेटरी रोलर स्क्रू का उपयोग कई इलेक्ट्रो-मैकेनिकल लीनियर रैखिक एक्ट्यूएटर्स में एक्चुएटिंग मैकेनिज्म के रूप में किया जाता है। इसकी जटिलता के कारण रोलर स्क्रू एक अपेक्षाकृत महंगा एक्ट्यूएटर है ( गेंद पेंच की तुलना में अधिक परिमाण के क्रम में), किन्तु उच्च-परिशुद्धता, उच्च-गति, भारी-भार, लंबे जीवन और भारी-के लिए उपयुक्त हो सकता है। अनुप्रयोगों का उपयोग करें।

रोलर पेंच तंत्र सामान्यतः विनिर्माण और एयरोस्पेस जैसे विभिन्न उद्योगों में गति/स्थिति प्रणाली में सम्मिलित होते हैं।

संचालन का सिद्धांत

File:Roller Screw Timing.gif

मानक रोलर पेंच समय

रोलर स्क्रू एक रैखिक एक्ट्यूएटर मैकेनिकल एक्ट्यूएटर है। जो बॉल स्क्रू के समान होता है। जो रोलर्स को गेंदों के अतिरिक्त नट और स्क्रू के बीच लोड ट्रांसफर तत्वों के रूप में उपयोग करता है। रोलर्स को सामान्यतः थ्रेड किया जाता है। किन्तु रोलर स्क्रू प्रकार के आधार पर इसे ग्रूव भी किया जा सकता है। किसी दिए गए वॉल्यूम के अन्दर बॉल स्क्रू की तुलना में अधिक प्रभाव बिंदु प्रदान करते हुए रोलर स्क्रू किसी दी गई भार क्षमता के लिए अधिक कॉम्पैक्ट हो सकते हैं। जबकि कम से मध्यम गति पर समान दक्षता (75% -90%) प्रदान करते हैं और उच्च गति पर अपेक्षाकृत उच्च दक्षता बनाए रखते हैं। स्थिति स्पष्टता, लोड रेटिंग, कठोरता, गति, त्वरण और जीवनकाल के संबंध में रोलर स्क्रू बॉल स्क्रू को पार कर सकते हैं। मानक रोलर स्क्रू एक्ट्यूएटर्स 130 टन बल से ऊपर गतिशील लोड रेटिंग प्राप्त कर सकते हैं (केवल हायड्रॉलिक सिलेंडर द्वारा सिंगल-यूनिट एक्ट्यूएटर क्षमता से अधिक)।

विशिष्ट ग्रहीय रोलर स्क्रू के तीन मुख्य तत्व स्क्रू शाफ्ट, नट और ग्रहीय रोलर होते हैं। पेंच, एक पिच के साथ शाफ्ट (पेंच) घूमते.2सी पिच.2सी और प्रारम्भिक पेंच का धागा सामान्यतः नट के आंतरिक धागे के समान होता है। रोलर्स संपर्क में स्पिन करते हैं और पेंच और नट के बीच कम घर्षण संचरण तत्वों के रूप में काम करते हैं। रोलर्स में सामान्यतः उत्तल फ्लैक्स के साथ सिंगल-स्टार्ट थ्रेड होता है जो स्क्रू और नट के साथ रोलर्स के संपर्कों पर घर्षण को सीमित करता है। रोलर्स सामान्यतः पेंच की परिक्रमा करते हैं। जैसे वे घूमते हैं (गियर सूर्य और ग्रह के प्रकार से) और इस प्रकार ग्रहीय या उपग्रह रोलर्स के रूप में जाने जाते हैं। घूमते स्क्रू या बॉल स्क्रू के समान नट के घूमने से स्क्रू घूमता है और स्क्रू के घूमने से नट भी घूमता है।

किसी दिए गए स्क्रू व्यास और धागे की मात्रा के लिए अधिक रोलर्स उच्च स्थिर भार क्षमता के अनुरूप होते हैं। किन्तु आवश्यक नहीं कि यह उच्च गतिशील भार क्षमता के लिए हो। बैकलैश (इंजीनियरिंग) को नष्ट करने के लिए प्रीलोडेड स्प्लिट नट्स और डबल नट्स उपलब्ध हैं।

ग्रहीय रोलर पेंच प्रकार

कार्ल ब्रूनो स्ट्रैंडग्रेन ने रोलर स्क्रू के कुछ प्रारम्भिक प्रभावी रूपों को विकसित किया और फरवरी 1942 में नाइस फ्रांस में पेटेंट के लिए आवेदन किया। फ्रेंच पेटेंट 888.281 अगस्त 1943 में प्रदान किया गया और उसी वर्ष दिसंबर में प्रकाशित हुआ। पहला वाणिज्यिक रोलर स्क्रू 1949 में उनकी जानकारी में प्रारूपित और निर्मित किया गया था और इसे नैरो गेज लोकोमोटिव पर लगाया गया था। जो उत्तरी फ्रांस की कोयला खदान में संचालित होता था। इसके बाद की इकाइयों का उत्पादन किया गया और मशीन-टूल्स पर लगाया गया और 1955 में विमान पर प्रारम्भ किया गया। उस समय कार्ल ब्रूनो स्ट्रैंडग्रेन ने एक नए पेटेंट के लिए आवेदन किया। जिसमें विस्तृत गणना और विस्तृत निर्माण विचार सम्मिलित थे। जिसके लिए उन्हें 1954 में इस प्रकार के "स्क्रू-थ्रेडेड मैकेनिज्म" के लिए अमेरिकी पेटेंट से सम्मानित किया गया था। और "नट और स्क्रू डिवाइस" और 1965 में रोलर स्क्रू।

रोलर स्क्रू प्रकार को नट और स्क्रू के सापेक्ष रोलर्स की गति से परिभाषित किया जाता है। व्यावसायिक रूप से उपलब्ध चार प्रकार के रोलर स्क्रू मानक, उल्टे, रीसर्क्युलेटिंग और बियरिंग रिंग हैं।

डिफरेंशियल रोलर स्क्रू सामान्यतः मानक और रीसर्क्युलेटिंग प्रकार के वेरिएंट भी व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। डिफरेंशियल रोलर स्क्रू, थ्रेड्स या ग्रूव्स के फ्लैंक एंगल्स और कॉन्टैक्ट पॉइंट्स को अलग करके रोलर्स और स्क्रू के बीच रोटेशनल स्पीड रेशियो को संशोधित करते हैं। इस प्रकार डिफरेंशियल रोलर स्क्रू, स्क्रू के प्रभावी घूमते को बदल देते हैं। विलियम जे. रोन्ट्री को 1968 में डिफरेंशियल रोलर नट के लिए अमेरिकी पेटेंट प्राप्त हुआ।

मानक ग्रहीय रोलर पेंच

File:Screw-Threaded Mechanism.jpg

लीगैंण्ड के साथ मानक रोलर स्क्रू (1954) के लिए पेटेंट ड्राइंग।

मानक प्लैनेटरी रोलर स्क्रू को नॉन-रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू के रूप में भी जानते हैं। नट के सापेक्ष रोलर के अक्षीय गति की कमी और रोलर्स को नट के लिए गियरिंग मानक प्रकार के रोलर स्क्रू को निश्चित करते हैं।

नट और स्क्रू में समान बहु-प्रारंभिक धागे होते हैं। रोलर्स में नट थ्रेड से मिलान करने वाले कोण के साथ सिंगल-स्टार्ट थ्रेड होता है। मिलान किए गए थ्रेड कोण रोलर्स स्पिन के रूप में नट और रोलर के बीच अक्षीय गति को रोकता है। नट असेंबली में स्पेसर रिंग और रिंग गियर सम्मिलित हैं। जो रोलर्स को पोजीशन और गाइड करते हैं। स्पेसर रिंग्स, जो रिंग गियर्स के अन्दर घूमती हैं, में समान दूरी पर छेद होते हैं। जो रोलर्स के चिकने धुरी सिरों (स्टड) के लिए रोलिंग बैरिंग के रूप में कार्य करते हैं। रिंग गियर रोलर्स के सिरों के पास गियर दांतों को उलझाकर स्क्रू अक्ष के बारे में रोलर्स की कताई और कक्षा का समय तय करता है। स्पेसर के छल्ले रोलर्स की कक्षा के साथ एकसमान में पेंच के साथ धुरी पर घूमते हैं। स्पेसर रिंग नट के सापेक्ष घूमते हैं। रिटेनिंग रिंग द्वारा अक्षीय रूप से सुरक्षित होते हैं क्योंकि वे नट की तुलना में कम आवृत्ति (कोणीय वेग) पर स्क्रू के चारों ओर घूमते हैं।

विन्यास

मानक रोलर स्क्रू को सामान्यतः स्क्रू व्यास (सामान्यतः 3.5 मिमी - 200 मिमी से लेकर) और पिच (स्क्रू) घूमते.2C पिच.2C और स्टार्ट (1 मिमी - 62 मिमी) द्वारा पहचाना जाता है। स्क्रू की थ्रेडिंग (3 - 6 स्टार्ट) या तो रोल्ड (कम क्षमता) या ग्राउंड (उच्च क्षमता) होती है। नट और रोलर्स के व्यास (7 - 14 मात्रा में) पेंच व्यास और लीड के सरल कार्य हैं।

जहाँ:

$s_{d}$ प्रभावी पेंच व्यास या पिच (पेंच) व्यास है।

$r_{d}$ प्रभावी रोलर व्यास है।

$n_{d}$ व्यास के अंदर प्रभावी नट है।

$t$ धागा नट और पेंच पर प्रारम्भ होता है।

$l$ पेंच लीड है।

$p$ रोलर थ्रेड पिच (स्क्रू)#घूमते, पिच और स्टार्ट है

निम्नलिखित संबंध मानक और उल्टे रोलर स्क्रू पर लागू होते हैं:

मानक रोलर स्क्रू के सामान्य विन्यास

$n_{d}={\frac {s_{d}t}{t-2}}$	$\therefore$	नट से स्क्रू गियर अनुपात
		$(n_{d}:s_{d})=1:{\frac {t}{t-2}}$
$r_{d}={\frac {s_{d}}{t-2}}$	$\therefore$	रोलर से स्क्रू गियर अनुपात
		$(r_{d}:s_{d})=1:t-2$
$r_{d}={\frac {n_{d}}{t}}$	$\therefore$	रोलर से नट गियर अनुपात
		$(r_{d}:n_{d})=1:t$
$r_{d}={\frac {n_{d}-s_{d}}{2}}$
$p={\frac {l}{t}}$	$\therefore$	रोलर थ्रेड पिच का अनुपात
		पेंच लीड $(p:l)=1:t$

उदाहरण के लिए, यदि-

स्क्रू: 30 मिमी व्यास, 20 मिमी घूमते, 5 स्टार्ट थ्रेड

तब-

रोलर्स: 10 मिमी व्यास के रोलर्स, 4 मिमी थ्रेड पिच

नट: 50 मिमी प्रभावी व्यास।

उलटा रोलर पेंच

उल्टे ग्रहों के रोलर स्क्रू को रिवर्स रोलर स्क्रू के रूप में भी जाना जाता है। स्क्रू के सापेक्ष रोलर के अक्षीय गति की कमी और रोलर्स को स्क्रू करने के लिए गियरिंग ग्रहों के रोलर स्क्रू के उल्टे प्रकार के निश्चित हैं। इस प्रकार के रोलर स्क्रू को मानक रोलर स्क्रू के साथ-साथ विकसित किया गया था।

उल्टे रोलर स्क्रू मानक रोलर स्क्रू के समान सिद्धांतों पर काम करते हैं, इसके अतिरिक्त कि नट और स्क्रू का कार्य रोलर्स के संबंध में उलट जाता है। रोलर्स नट के अन्दर अक्षीय रूप से चलते हैं। जो स्क्रू शाफ्ट के घूमने की पूरी सीमा को समायोजित करने के लिए बढ़ाया जाता है। स्क्रू शाफ्ट का थ्रेडेड भाग रोलर्स की थ्रेडेड लंबाई तक सीमित है। स्क्रू शाफ्ट का गैर-थ्रेडेड भाग एक चिकनी या गैर-बेलनाकार आकार का हो सकता है। रिंग गियर को स्क्रू शाफ्ट के थ्रेडेड भाग के ऊपर और नीचे गियर के दांतों से बदल दिया जाता है।

रोलर्स के नट और स्क्रू के संबंधों के व्युत्क्रम के अतिरिक्ति उल्टे रोलर स्क्रू के कॉन्फ़िगरेशन और संबंध मानक रोलर स्क्रू से मिलते जुलते हैं।

रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू

लीगैण्ड के साथ केज रहित रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू पेटेंट ड्राइंग (2006)।

रीसर्क्युलेटिंग प्रकार के प्लैनेटरी रोलर स्क्रू को रिसाइकिलिंग रोलर स्क्रू के रूप में भी जाना जाता है। एक पुनरावर्ती रोलर स्क्रू न्यूनतम थ्रेड घूमते का उपयोग करके बहुत उच्च स्तर की स्थिति स्पष्टता प्रदान कर सकता है। स्क्रू के बारे में एक कक्षा के बाद रीसेट होने तक रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू के रोलर्स नट के अन्दर अक्षीय रूप से चलते हैं। रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू रिंग गियर्स का उपयोग नहीं करते हैं। कार्ल ब्रूनो स्ट्रैंडग्रेन को 1965 में रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू के लिए अमेरिकी पेटेंट से सम्मानित किया गया था।

स्क्रू और नट में बहुत हल्का सा समान सिंगल- या टू-स्टार्ट थ्रेड हो सकते हैं। रीसर्क्युलेटिंग रोलर्स ग्रूव्ड होते हैं (थ्रेडेड के अतिरिक्त)। इसलिए वे नट और स्क्रू के थ्रेड्स के साथ स्पिनिंग एंगेजमेंट के समय अक्षीय रूप से चलते हैं। स्क्रू के चारों ओर एक कक्षा पूरी करने के बाद थ्रेड के एक घूमते द्वारा ऊपर या नीचे शिफ्ट होते हैं। नट असेंबली में सामान्यतः एक स्लॉटेड केज और कैम रिंग सम्मिलित होते हैं। केज रोलर्स को लम्बी स्लॉट्स में आकर्षित करता है और रोलर्स के रोटेशन और अक्षीय गति की अनुमति देते हुए रोलर्स को समान रूप से फैलाता है। कैम रिंग्स में नट की दीवार में अक्षीय खांचे के साथ संरेखित कैमरों का विरोध होता है। जब रोलर नट की एक कक्षा पूरी करता है। तो इसे खांचे में छोड़ दिया जाता है, नट और पेंच से अलग हो जाता है और कैम के बीच नट असेंबली के अक्षीय मध्य बिंदु (स्क्रू के घूमते के बराबर दूरी से स्थानांतरण) के बीच धकेल दिया जाता है। जिससे कि वह अपनी प्रारंभिक स्थिति में वापस आ गया और नट और पेंच के लिए फिर से जुड़ गया। रोलर एक बार फिर से पेंच की परिक्रमा कर सकता है।

2006 में चार्ल्स सी. कॉर्नेलियस और शॉन पी. लॉलर को केज-लेस रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू तन्त्र के लिए पेटेंट प्राप्त हुआ। पारंपरिक रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू तन्त्र की प्रकार रोलर्स जब नट की दीवार में एक अक्षीय खांचे पर आते हैं। तो स्क्रू से अलग हो जाते हैं। यह प्रणाली इस बात में भिन्न है कि रोलर्स लगातार नट से लगे रहते हैं और नट के अक्षीय खांचे के साथ लगाया जाता है। नट के अक्षीय खांचे में गैर-पेचदार धागे रोलर को उसकी अक्षीय प्रारंभिक स्थिति (एक कक्षा के पूरा होने के बाद) में लौटाते हैं। रोलर्स (रोलर एक्सल) के विपरीत सिरों पर गैर-परिपत्र संपीड़न रिंग या कैम रिंग, रोलर्स और नट के बीच निरंतर दबाव संचालित करते हैं, रोलर रोटेशन को सिंक्रनाइज़ करते हैं और रोलर्स को नट के अक्षीय खांचे में धकेलते हैं। रिंग गियर्स और रोलर केज की कमी, केज-लेस रीसर्क्युलेटिंग रोलर स्क्रू अपेक्षाकृत कुशल हो सकते हैं और परिणामस्वरूप कुछ स्क्रू शाफ्ट व्यास के लिए उच्च गतिशील क्षमता की अनुमति देते हैं।

प्रभाव रिंग रोलर पेंच

लीगैण्ड के साथ स्पाइराकॉन रोलर स्क्रू (1986) के लिए पेटेंट ड्राइंग।

1986 में ओलिवर साड़ी को बियरिंग रिंग रोलर स्क्रू के लिए पेटेंट से सम्मानित किया गया था, जिसे सामान्यतः इसके ट्रेडमार्क स्पाइराकॉन द्वारा संदर्भित किया जाता है। यह प्रकार रोलर्स की कक्षा को नट असेंबली के रोटेशन से मिलता जुलता है। एक्चुएटर में अन्य प्रकारों की तुलना में अधिक लोड ट्रांसफर तत्व होते हैं। बियरिंग रिंग और थ्रस्ट बैरिंग, किन्तु घटक भागों का निर्माण अपेक्षाकृत सरल होता है (जैसे गियरिंग दांत को समाप्त किया जा सकता है)।

ऊपर दिए गए अन्य रोलर स्क्रू प्रकारों में भार को नट से रोलर्स के माध्यम से स्क्रू (या रिवर्स ऑर्डर में) में स्थानांतरित किया जाता है। इस प्रकार के एक्चुएटर में थ्रस्ट बियरिंग और स्वतंत्र रूप से घूमने वाला आंतरिक रूप से ग्रूव्ड बियरिंग रिंग ट्रांसफर लोड रोलर्स और नट के बीच होता है।

स्क्रू में मल्टी-स्टार्ट थ्रेड होता है। रोलर्स और इनकैप्सुलेटिंग रोटेटिंग रिंग समान रूप से ग्रूव्ड हैं, थ्रेडेड नहीं हैं। इसलिए दोनों के बीच कोई अक्षीय गति नहीं है। नट असेंबली में नॉन-रोटेटिंग स्पेसर रिंग्स द्वारा कैप्ड एक बेलनाकार हाउसिंग सम्मिलित है। स्पेसर के छल्ले में समान दूरी पर छेद होते हैं। जो रोलर्स के चिकने धुरी सिरों (स्टड) के लिए रोटरी बियरिंग के रूप में कार्य करते हैं। स्पेसर रिंग और बियरिंग रिंग के बीच रोलर-टाइप थ्रस्ट बियरिंग दोनों के बीच अक्षीय भार को स्थानांतरित करते समय प्रभाव वाली रिंग के मुक्त रोटेशन की अनुमति देता है।

रोलर्स नट असेंबली के "धागे" के रूप में कार्य करते हैं। जिससे उनके कक्षीय संयम के कारण घूर्णन पेंच की अक्षीय गति होती है। स्क्रू रोटेशन रोलर्स को स्पिन करता है। जो प्रभाव वाली रिंग को स्पिन करता है और रास्ते में लोड-प्रेरित घर्षण को समाप्त करता है।

टिमोथी ए एरहार्ट को 1996 में रैखिक एक्ट्यूएटर के लिए अमेरिकी पेटेंट से सम्मानित किया गया था। जिसमें एक विपरीत प्रभाव वाले रिंग रोलर स्क्रू को प्रभावी ढंग से सम्मिलित किया गया था। स्क्रू शाफ्ट की लंबाई और ग्रूव्ड रोलर्स से मिलान करने के लिए ग्रूव किया जाता है। जो शाफ्ट के साथ यात्रा करता है। पेंच शाफ्ट यात्रा की लंबाई के लिए प्रभाव वाली अंगूठी लम्बी और आंतरिक रूप से पिरोया गया है। नट असेंबली हाउसिंग और सीलबंद एंड रिंग एक्ट्यूएटर असेंबली के बाहरी भाग का निर्माण करती है।

यह भी देखें

• गेंद पेंच
• लीड का पेंच
• र्रैखिक गति देने वाला