पेंच (सरल मशीन)

For एक बांधनेवाला पदार्थ के रूप में पेंच, see पेंच. For अन्य उपयोग, see पेंच (बहुविकल्पी).

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एक पेंच के संचालन को दर्शाने वाला एनिमेशन। जैसे ही पेंच शाफ्ट घूमता है, अखरोट (हार्डवेयर) शाफ्ट के साथ रैखिक रूप से चलता है। यह एक प्रकार है जिसे सीसे का पेंच कहा जाता है।

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1912 से एक पेंच की कार्रवाई को प्रदर्शित करने के लिए स्कूलों में उपयोग की जाने वाली यंत्र। इसमें एक धागा शाफ्ट होता है जो एक स्थिर माउंट में धागा छेद के माध्यम से होता है। जब दाहिनी ओर क्रैंक घुमाया जाता है, शाफ्ट छेद के माध्यम से क्षैतिज रूप से चलता है।

पेंच एक ऐसा तंत्र है जो घूर्णी गति को रैखिक गति में परिवर्तित करता है, और टोक़ (घूर्णी बल) को एक रैखिक बल में परिवर्तित करता है। यह छह मौलिक सरल यंत्रों में से एक होते है। सामान्य रूप में यह एक बेलनाकार शाफ्ट होता है जिसमें पेचदार खांचे या लकीरें होती हैं जिन्हें बाहर के धागे कहा जाता है। पेंच किसी अन्य वस्तु में एक छेद के माध्यम से निकलना है, छेद के अंदर पेंच के धागे के साथ जाल होता है। जब पेंच के शाफ्ट को स्थिर थ्रेड्स के सापेक्ष घुमाया जाता है, तो पेंच अपने आस-पास के माध्यम के सापेक्ष अपनी धुरी पर चलता है; उदाहरण के लिए लकड़ी के पेंच को घुमाने से वह लकड़ी में बदल जाता है। पेंच तंत्र में, या तो पेंच शाफ्ट एक स्थिर वस्तु में एक थ्रेडेड छेद के माध्यम से घूम सकता है, या एक थ्रेडेड कॉलर जैसे नट एक स्थिर पेंच शाफ्ट के चारों ओर घूम सकता है। ज्यामितीय रूप से, एक पेंच को एक बेलन के चारों ओर लपेटे हुए एक संकीर्ण आनत तल के रूप में देखा जा सकता है।

अन्य साधारण यंत्रों की तरह एक पेंच बल को बढ़ा सकता है, शाफ्ट पर एक छोटा टोक़ एक भार पर एक बड़ा अक्षीय बल लगा सकता है। पिच (पेंच) जितनी छोटी होगी (पेंच के धागों के बीच की दूरी), उतना ही अधिक यांत्रिक लाभ (आउटपुट और इनपुट बल का अनुपात) होगा। धागा फास्टनरों में वस्तुओं को एक साथ रखने के लिए पेंच का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, और पत्रों, विज़, पेंच जैक और प्रेस के लिए पेंच का शीर्ष जैसे उपकरणों में उपयोग किया जाता है।

अन्य तंत्र जो एक ही सिद्धांत का उपयोग करते है, जिन्हें पेंच भी कहा जाता है, आवश्यक नहीं कि शाफ्ट या धागे हों। उदाहरण के लिए, एक पेंचकश एक हेलिक्स के आकार की छड़ है जिसमें एक नुकीला बिंदु होता है, और एक आर्किमिडीज़ का पेंच एक पानी का पंप होता है जो पानी को ऊपर की ओर ले जाने के लिए एक घूमने वाले हेलिक्स कक्ष का उपयोग करता है। सभी पेंचों का सामान्य सिद्धांत यह है कि घूर्णन हेलिक्स रैखिक गति का कारण बन सकता है।

इतिहास

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प्राचीन रोमन जैतून प्रेस में लकड़ी का पेंच

पेंच अंतिम सरल यंत्रों में से एक था जिसका आविष्कार किया गया था। यह पहली बार नव असीरियन काल (911-609) ईसा पूर्व के दौरान मेसोपोटामिया में दिखाई दिया था, और फिर बाद में प्राचीन मिस्र और प्राचीन ग्रीस में दिखाई दिया था।

अभिलेखों से पता चलता है कि पानी के पेंच, या पेंच पंप का पहली बार उपयोग प्राचीन मिस्र में किया गया था, ग्रीक दार्शनिक आर्किमिडीज द्वारा 234 ईसा पूर्व के आसपास आर्किमिडीज पेंच पानी पंप का वर्णन करने से कुछ समय पहले, आर्किमिडीज ने एक यंत्र के रूप में पेंच का सबसे पहला सैद्धांतिक अध्ययन लिखा था, और माना जाता है कि प्राचीन ग्रीस में पेंच का परिचय दिया था। ईसा पूर्व पहली शताब्दी तक पेंच प्रेस और आर्किमिडीज के पेंच के रूप में पेंच का उपयोग किया जाने लगा था।

ग्रीक दार्शनिकों ने पेंच को सरल यंत्रों में से एक के रूप में परिभाषित किया था और इसके (आदर्श) यांत्रिक लाभ की गणना की थी। उदाहरण के लिए, अलेक्जेंड्रिया के हेरोन (52 ईस्वी) ने पेंच को उन पांच तंत्रों में से एक के रूप में सूचीबद्ध किया जो गति में लोड सेट कर सकते थे, इसे एक सिलेंडर के चारों ओर लिपटे एक झुकाव वाले विमान के रूप में परिभाषित किया था, और इसके निर्माण और उपयोगों का वर्णन किया था, जिसमें महिला पेंच धागे काटने के लिए एक नल का वर्णन सम्मलित है।

क्योंकि उनके जटिल पेंचदार आकार को श्रमसाध्य रूप से हाथ से काटना पड़ता था, प्राचीन दुनिया में पेंच का उपयोग केवल कुछ यंत्रों में सधि के रूप में किया जाता था। पेंच काटने वाला खराद विकसित होने के बाद, पेंच फास्टनरों का उपयोग केवल 15वीं शताब्दी में घड़ियों में किया जाता था। इस समय के आसपास ड्रिलिंग और चलती सामग्री (पानी के अतिरिक्त) पर पेंच भी स्पष्ट रूप से लागू किया गया था, तब बरमा (ड्रिल) और ड्रिल की छवियां यूरोपीय चित्रों में दिखाई देने लगीं थी। पेंच सहित सरल यंत्रों का पूर्ण गतिशील सिद्धांत, इतालवी वैज्ञानिक गैलीलियो गैलीली द्वारा 1600 में ले मेकैनिके (यांत्रिकी पर) में तैयार किया गया था।

लीड और पिच

File:Lead and pitch in screws.png

लीड और पिच सिंगल-प्रारंभ पेंच में समान होते है, लेकिन एकाधिक-प्रारंभ पेंच में भिन्न होते है

पेंच के धागों की महीनता या खुरदरापन को दो निकट संबंधित मात्राओं द्वारा परिभाषित किया जाता है:

*लीड को अक्षीय दूरी (पेंच की धुरी के समानांतर) के रूप में परिभाषित किया गया है, पेंच शाफ्ट के एक पूर्ण क्रांति (360°) में यात्रा करता है। दर्पण पेंच के यांत्रिक लाभ को निर्धारित करता है, दर्पण जितना छोटा होगा, यांत्रिक लाभ उतना ही अधिक होगा।

• पिच को आसन्न धागे के शिखर के बीच अक्षीय दूरी के रूप में परिभाषित किया गया है।

अधिकांश पेंच में, जिन्हें "सिंगल प्रारंभ" पेंच कहा जाता है, जिनके चारों ओर एक ही पेंचदार धागा लिपटा होता है, लेड और पिच बराबर होते है। वे केवल "एकाधिक प्रारंभ" पेंच से भिन्न होते है, जिनमें कई आपस में जुड़े धागे होते है। इन शिकंजे में दर्पण पिच के गुणनफल के बराबर होता है। एकाधिक-प्रारंभ पेंच का उपयोग तब किया जाता है जब किसी दिए गए आवर्तन के लिए एक बड़ी रैखिक गति वांछित होती है, उदाहरण के लिए बोतलों पर पेंच कैप और बॉलपॉइंट कलम।

स्वेच्छाचारिता

File:Screw thread handedness.png

दाएं हाथ और बाएं हाथ के पेंच धागे

पेंच के धागे का हेलिक्स दो संभावित दिशाओं में मुड़ सकता है, जिसे स्वेच्छाचारिता रूप में जाना जाता है। अधिकांश पेंच धागे उन्मुख होते है जिससे कि जब ऊपर से देखा जाए, तो पेंच शाफ्ट दर्शक से दूर चला जाता है (पेंच कड़ा हो जाता है) जब दक्षिणावर्त दिशा में घुमाया जाता है। इसे दाहिने हाथ (आरएच) धागे के रूप में जाना जाता है, क्योंकि यह दाहिने हाथ की पकड़ के नियम का पालन करता है। जब दाहिने हाथ की उंगलियां घुमाव की दिशा में शाफ्ट के चारों ओर घुमाई जाती है, तो अंगूठा गति की दिशा में इंगित करता है। विपरीत दिशा में उन्मुख धागे को लेफ्ट-हैडेड (एलएच) के रूप में जाना जाता है।

सामान्य परिपाटी के अनुसार, पेंच धागे के लिए दायां हाथ डिफ़ॉल्ट मनमानी होता है। इसलिए, अधिकांश धागा भागों और फास्टनरों में दाहिने हाथ के धागे होते है। दाएं हाथ के धागे मानक क्यों बन गए, इसकी एक व्याख्या यह है कि दाएं हाथ के व्यक्ति के लिए, दाएं हाथ के पेंच को पेचकस से कसना बाएं हाथ के पेंच को कसने की तुलना में आसान होता है, क्योंकि यह हाथ की मजबूत मांसप्रस्तुती का उपयोग करता है। चूंकि अधिकांश लोग दाएं हाथ के होते है, दाएं हाथ के धागे धागा फास्टनरों पर मानक बन जाते है।

एकल में पेंच सधि अपवाद होता है, वे दाएं या बाएं हाथ के हो सकते है, जिसके आधार पर यह अधिक लागू होता है। कुछ अन्य छात्राओं में बाएं हाथ के ध्वनिपट्टिका का भी उपयोग किया जाता है:

• जहां एक शाफ्ट के घूमने से एक पारंपरिक दाएं हाथ का नट अतिरिक्त प्रस्तुति (यांत्रिक) के कारण कसने से ढीला हो जाता है। उदाहरणों में सम्मलित है:
  • साइकिल पर साइकिल पेडल
  • बाएं हाथ का पेंच एक गोलाकार आरी ब्लेड या बेंच ग्राइंडर व्हील को पकड़े हुए है।
• कुछ उपकरणों में जिनके दोनों सिरों पर धागे होते है, जैसे टर्नबकल और हटाने योग्य पाइप खंड। इन भागों में एक दाएं हाथ का और एक बाएं हाथ का धागा होता है, जिससे टुकड़ा घुमाने से एक ही समय में दोनों धागे कस जाते है या ढीले हो जाते है।
• खतरनाक गलत संपर्क को रोकने के लिए कुछ गैस होती है। उदाहरण के लिए गैस वेल्डिंग में ज्वलनशील गैस आपूर्ति लाइन बाएं हाथ के धागों से जुड़ी होती है, इसलिए इसे गलती से ऑक्सीजन की आपूर्ति के साथ स्विच नहीं किया जाता है, जो दाएं हाथ के धागों का उपयोग करता है।
• उन्हें जनता के लिए अनुपयोगी बनाने के लिए (इस प्रकार चोरी को हतोत्साहित करने के लिए), कुछ रेलवे और मेट्रो स्टेशनों में बाएं हाथ के प्रकाश बल्बों का उपयोग किया जाता है।
• कहा जाता है कि ताबूत के ढक्कन पारंपरिक रूप से बाएं हाथ के शिकंजे से पकड़े जाते थे।

पेच धागे

Main articles: पेच धागा and मीट्रिक धागा

विभिन्न प्रयोजनों के लिए नियोजित पेंचों में धागे के विभिन्न आकार का उपयोग किया जाता है। पेंच धागे को मानकीकृत किया जाता है जिससे कि विभिन्न निर्माताओं द्वारा बनाए गए पुर्जे सही ढंग से मिल सकें।

धागा कोण

Main article: धागा कोण

धागा कोण सम्मलित कोण है, जिसे धागा के दो असर वाले चेहरों के बीच अक्ष के समानांतर एक अनुभाग में मापा जाता है। अक्षीय भार बल और सामान्य असर वाली सतह के बीच का कोण लगभग धागा कोण के आधे के बराबर होता है, इसलिए धागा कोण का पेंच के घर्षण और दक्षता के साथ-साथ पहनने की दर और ताकत पर बहुत प्रभाव पड़ता है। धागा कोण जितना बड़ा होगा, लोड संचालन और सामान्य सतह के बीच का कोण उतना ही बड़ा होगा, इसलिए दिए गए लोड को समर्थन करने के लिए धागे के बीच सामान्य बल बड़ा होता है। इसलिए, धागा कोण बढ़ने से पेंच का घर्षण और घिसाव बढ़ जाता है।

भार बल द्वारा क्रिया किए जाने पर बाहर की ओर मुड़ी हुई धागा धारक सतह, अखरोट पर एक दीप्तिमान (बाहरी) बल भी लागू करता है, जिससे तन्यता तनाव होता है। यह दीप्तिमान फटने वाला बल बढ़ते धागा कोण के साथ बढ़ता है। यदि अखरोट सामग्री की तन्य ऊर्जा अपर्याप्त होती है, तो बड़े धागा कोण वाले अखरोट पर अत्यधिक भार अखरोट को विभाजित कर सकता है।

धागा कोण का धागे की ताकत पर भी प्रभाव पड़ता है, बड़े कोण वाले धागों की जड़ उनके आकार की तुलना में चौड़ी होती है और मजबूत होती है।

File:Screw thread forms.png

पेंच धागे के मानक प्रकार: (ए) वी, (बी) अमेरिकन नेशनल, (सी) ब्रिटिश स्टैंडर्ड, (डी) स्क्वायर, (ई) एक्मे, (एफ) बट्रेस, (जी) नक्कल

धागे के प्रकार

धागे फास्टनरों में, बड़ी मात्रा में घर्षण स्वीकार्य होता है और सामान्यतः फास्टनर को खोलने से रोकने के लिए आवश्यक होता है। इसलिए फास्टनरों में उपयोग होने वाले धागों में सामान्यतः 60° का बड़ा धागा कोण होता है:

• (ए) वी धागा
  Main article: स्वयं टैप करने वाला पेंच
  - इनका उपयोग स्वयं टैप करने वाला पेंच जैसे लकड़ी के पेंच और शीट धातु पेंच में किया जाता है, जिसमें छेद को काटने के लिए तेज धार की आवश्यकता होती है, और जहां यह सुनिश्चित करने के लिए अतिरिक्त घर्षण की आवश्यकता होती है कि पेंच स्थिर रहे, जैसे सेट पेंच और समायोजन पेंच, और जहां पिरोया हुआ पाइप जोड़ कसा होता है।
• (बी) अमेरिकी नागरिक
  Further information: नेशनल पाइप धागा
  - इसे लगभग समान एकीकृत धागा मानक से बदल दिया जाता है। इसमें वी धागा के समान 60° धागा कोण होता है लेकिन सपाट जड़ के कारण मजबूत होता है। बोल्ट, नट और विभिन्न प्रकार के फास्टनरों में उपयोग किया जाता है।
• (सी) मीट्रिक धागा
  Main article: मीट्रिक धागा
  - ये धागे आईएसओ और डीआईएन मानकों के लिए निर्दिष्ट और सामान्य होते है।
• (डी) व्हिटवर्थ या ब्रिटिश मानक
  Main article: ब्रिटिश मानक व्हिटवर्थ
  - यूनिफाइड धागा मानक द्वारा प्रतिस्थापित बहुत समान ब्रिटिश मानक होता है।

यंत्र सधि जैसे लीड पेंच या जैकपेंच में, इसके विपरीत, घर्षण को कम किया जाता है। इसलिए छोटे कोण वाले धागे का उपयोग किया जाता है:

• (ङ) चौकोर धागा
  Main article: चौकोर धागा
  - यह 0 ° धागा कोण के साथ सबसे मजबूत और सबसे कम घर्षण धागा होता है, और अखरोट को फोड़ने की ऊर्जा लागू नहीं करता है। चूंकि इसे बनाना कठिन है, किनारों को काटने की आवश्यकता के कारण एकल बिंदु काटने के उपकरण की आवश्यकता होती है। इसका उपयोग उच्च-लोड अनुप्रयोगों जैसे कि जैकपेंच और लीड पेंच में किया जाता है, लेकिन इसे ज्यादातर एक्मे धागा द्वारा बदल दिया जाता है। एक छोटे 5° धागा कोण के साथ एक संशोधित वर्ग धागा कभी-कभी इसके अतिरिक्त उपयोग किया जाता है, जो कि निर्माण के लिए सस्ता होता है।
• '(एफ) एक्मे धागा'
  Main article: एक्मे धागा
  - इसके 28° धागा कोण के साथ इसमें स्क्वायर धागा की तुलना में अधिक घर्षण होता है, लेकिन निर्माण करना आसान होता है और इसे पहनने के लिए समायोजित करने के लिए विभाजित अखरोट के साथ उपयोग किया जाता है। यह व्यापक रूप से लेथ जैसी यंत्रों में वीज़, सी क्लैंप, वाल्व, कैंची जैक और लीड पेंच में उपयोग किया जाता है।
• (जी) बटन धागा
  Main article: बटन धागा
  - इसका उपयोग उच्च-लोड अनुप्रयोगों में किया जाता है जिसमें लोड बल केवल एक दिशा में लगाया जाता है, जैसे पेंच जैक। धारक सतह के 0° कोण के साथ यह वर्गाकार धागे जितना ही कुशल होता है लेकिन मजबूत और निर्माण में आसान होता है।
• (ज) अंगुली का धागा
  Main article: अंगुली का धागा
  - एक चौकोर धागे के समान जिसमें कोनों को नुकसान से बचाने के लिए गोल किया जाता है, यह भी इसे उच्च घर्षण देता है। कम ऊर्जा वाले अनुप्रयोगों में इसे शीट स्टॉक से रोलिंग (धातु कार्य) द्वारा सस्ते में निर्मित किया जाता है। इसका उपयोग प्रकाश बल्ब और सॉकेट में किया जाता है।

उपयोग

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एक पेंच वाहक बल्क सामग्री को स्थानांतरित करने के लिए घूर्णन हेलीकल पेंच ब्लेड का उपयोग करता है।

• इसकी स्व-लॉकिंग संपत्ति के कारण पेंच का व्यापक रूप से धागा फास्टनरों में वस्तुओं या सामग्रियों को एक साथ रखने के लिए उपयोग किया जाता है: लकड़ी का पेंच, शीट धातु पेंच, स्टड और बोल्ट और नट।

• स्व-लॉकिंग संपत्ति अन्य अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला में पेंच के उपयोग के लिए भी महत्वपूर्ण है, जैसे कॉर्कपेंच, पेंच टॉप कंटेनर ढक्कन, धागा पाइप जोड़, वाइस, सी-क्लैंप और पेंच जैक।
• वर्म गियर, लेड पेंच, बॉल पेंच और रोलर पेंच में पावर स्थानांतरण करने के लिए पेंच का उपयोग यंत्रों में सधि के रूप में भी किया जाता है। उनकी कम दक्षता के कारण, पेंच सधि का उपयोग संभवतः ही कभी उच्च ऊर्जा को ले जाने के लिए किया जाता है, लेकिन अधिक बार कम ऊर्जा में नियोजित किया जाता है।
• आर्किमिडीज के पेंच, बरमा (ड्रिल), और पेंच कन्वेयर में सामग्री को स्थानांतरित करने के लिए घूर्णन पेंचदार पेंच ब्लेड या कक्षों का उपयोग किया जाता है।
• माइक्रोमीटर (उपकरण) बड़ी त्रुटिहीनता के साथ लंबाई मापने के लिए एक त्रुटिहीन कैलिब्रेटेड पेंच का उपयोग करता है।

पेंच संचालक, चूंकि यह नाम पेंच साझा करता है, उपरोक्त प्रकार के पेंच से बहुत भिन्न भौतिक सिद्धांतों पर काम करता है, और इस लेख की जानकारी इस पर लागू नहीं होती है।

दूरी बदली

रैखिक दूरी $d\,$ एक पेंच शाफ्ट से चलता है जब इसे कोण के माध्यम से घुमाया जाता है तो $\alpha \,$ डिग्री प्राप्त होता है:

$d=l{\frac {\alpha }{360^{\circ }}}\,$

जहाँ $l\,$ पेंच का नेतृत्व होता है।

एक साधारण यंत्र के दूरी अनुपात को उस दूरी के अनुपात के रूप में परिभाषित किया जाता है जिस पर लागू बल और लोड चलता है। एक पेंच के लिए यह वृत्ताकार दूरी डी का अनुपात है_inशाफ्ट के किनारे पर एक बिंदु रैखिक दूरी d तक जाता है_outशाफ़्ट चलता है। यदि r शाफ्ट की त्रिज्या है, तो एक चक्कर में पेंच की रिम पर एक बिंदु 2πr की दूरी तय करता है, जबकि इसका शाफ्ट लीड दूरी द्वारा रैखिक रूप से चलता है। तो दूरी अनुपात है:

${\mbox{distance ratio}}\equiv {\frac {d_{in}}{d_{out}}}={\frac {2\pi r}{l}}\,$

घर्षण रहित यांत्रिक लाभ

File:House Jack 2.5 tons.jpg

एक पेंच जैक। जब शीर्ष पर छेद में एक बार डाला जाता है और मुड़ता है तो यह भार बढ़ा सकता है

पेंच के यांत्रिक लाभ एमए को अक्षीय आउटपुट बल एफ के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है_outघूर्णी बल एफ के भार पर शाफ्ट द्वारा लागू किया गया_inहै। इसे घुमाने के लिए शाफ्ट के रिम पर लगाया जाता है। बिना घर्षण वाले पेंच के लिए (जिसे एक आदर्श पेंच भी कहा जाता है), ऊर्जा के संरक्षण से, इनपुट बल द्वारा पेंच पर किए गए कार्य को पेंच द्वारा भार बल पर किए गए कार्य के बराबर होता है:

$W_{in}=W_{out}\,$

कार्य उस बल के गुणनफल के बराबर होता है जिस दूरी से वह कार्य करता है, इसलिए पेंच के एक पूर्ण चक्कर में किया गया कार्य है $W_{in}=2\pi rF_{in}\,$ और भार पर किया गया कार्य है $W_{out}=lF_{out}\,$. तो पेंच का आदर्श यांत्रिक लाभ दूरी अनुपात के बराबर है:

${\mathrm{M}\mathrm{A}}_{ideal}\equiv <!--\; \equiv \; -->\frac{}{}$