V-Belt Drive Design क्या है? | Step by Step हिंदी में

V-belt drive एक लोकप्रिय belt transmission system है जिसमें trapezoidal cross-section वाली belts व grooved pulleys का उपयोग होता है। V-belt wedge action के कारण flat belt से बेहतर friction प्रदान करता है और compact space में higher power transmit कर सकता है। इस गाइड में हम step-by-step V-belt drive design के practical steps, जरूरी formulas और selection rules हिंदी में समझेंगे।

V-Belt Drive के मुख्य भाग

V-belt (belt section): A, B, C (या SPA, SPB, SPC) जैसे standard sections।
Pulleys: Driver और driven pulley (grooved)।
Idler / Tensioner: Belt tension और tracking के लिये।
Fasteners / joins: आवश्यक होने पर belt splice।

Design करने से पहले जानकारी (Given data)

Required transmitted power, P (kW या HP)
Driver speed, N1 (rpm) और desired driven speed, N2 (rpm)
Service conditions (continuous/intermittent/shock) → service factor
Site environment (temperature, oil, dust) — affects belt life और selection

Step 1 — Speed Ratio और Pulley Diameters चुनना

Speed ratio (i) = N1 / N2 = D2 / D1 (जहाँ D1 = driver pulley dia, D2 = driven pulley dia)। सामान्यत: practical pulley diameter manufacturer के standard tables से लेते हैं।

Step 2 — Belt Speed (V) निकालना

बेल्ट की linear speed V (m/s) निकालने का सामान्य formula:

V = (π × D × N) / 60

यहाँ D (m) pulley diameter और N (rpm) pulley speed है। सामान्यत: V-belt के लिए typical belt speed range लगभग 8–20 m/s होता है (manufacturer से confirm करें)।

Step 3 — Angle of Contact (θ) निकालनाः

Angle of contact (radian) छोटे pulley पर (जब D2 > D1):

θ = π − 2 × arcsin((D2 − D1) / (2C))

जहाँ C = centre distance (m)। बराबर pulleys पर θ = π (180°) होगा।

Step 4 — Friction Relation (T1/T2)

belt के tight and slack side tensions T1 और T2 के बीच relation (belt-pulley friction):

T1 / T2 = e^(μ × θ)

यहाँ μ = coefficient of friction between belt और pulley surface (effective μ for V-belt higher होता है क्योंकि wedge action) और θ radians में angle of contact।

Step 5 — Centrifugal (Centripetal) Tension और Linear Mass

ऊँची गति पर belt पर centrifugal tension आता है, जो effective driving tension को कम करता है।

T_c = m × V²

यहाँ m = belt का linear mass (kg/m) — इसे manufacturer data से लें। वास्तविक driving tension = (T1 − T2) − T_c (कभी-कभी T_c अलग से treat किया जाता है)।

Step 6 — Power Transmitted formula

Power (P) जिसे belt transmit करेगा:

P = (T1 − T2) × V  [W]

यदि P दिया है, और V निकाला जा चुका है, तो (T1 − T2) = P / V। इसके बाद T2 = T1 / e^(μθ) तथा ऊपर के relation से T1 और T2 निकालें — पर ध्यान रखें कि T1 और T2 practical allowable tensions के अंदर होने चाहिए।

Step 7 — Number of belts और Belt Section चुनना

Manufacturer catalogue में प्रत्येक belt section के लिए एक belt की rated power (at given V और conditions) दी रहती है। सामान्य प्रक्रिया:

Required power P_req को service factor (SF) से adjust करें: P_design = P_req × SF (SF ≈ 1.0–1.5; steady →1.0, heavy shock →1.3–1.5)।
Manufacturer की तालिका से चुनी हुई belt section पर power per belt (P_belt at chosen V) देखें।
Number of belts n = ceil(P_design / P_belt).

यदि catalogue न हो, approximate मिला-जुला तरीका: calculate (T1 − T2) per belt allowable (manufacturer rating) और फिर belts की संख्या निकलें।

Step 8 — Belt Length और Centre Distance

Approximate belt length L (m) के लिये standard formula:

L = 2C + (π/2)(D1 + D2) + ((D2 − D1)²) / (4C)

यहाँ D1, D2 pulley diameters (m) और C centre distance (m) हैं। Practical design में C को ऐसा चुनें कि belt पर पर्याप्त angle of lap और tension adjustment के लिये जगह रहे।

Design Checklists (Must-check)

Calculated T1 और T2 manufacturer की allowable tension limits के भीतर हों।
Centrifugal tension T_c की वजह से effective driving tension कम न हो — जरूरत पर more belts add करें।
Angle of lap adequate हो (कम lap → slip risk)।
Belt speed V manufacturer की recommended range में हो (अत्यधिक speed से belt life घटती है)।
Service factor और environment factor apply करें (high ambient temperature, oil, dust)।

साधारण उदाहरण (Quick numerical check)

मान लीजिए: P = 10 kW, driver speed N1 = 1500 rpm, choose driver pulley D1 = 0.20 m →

बेल्ट speed:

V = π × 0.20 × 1500 / 60 ≈ 15.7 m/s

यदि P = 10 kW तो required driving tension difference:

(T1 − T2) = P / V = 10000 / 15.7 ≈ 637 N

अब μ, θ, और catalogue data से verify कर के number of belts और section decide करेंगे — यह सिर्फ illustrate करने के लिए है कि कैसे P→(T1−T2) निकाला जाता है।

Maintenance और Practical Tips

Initial tension सही लगाएं — बहुत ज्यादा tension bearings पर load बढ़ाता है, बहुत कम होने से slip होता है।
Proper alignment (shaft co-axiality) रखें — misalignment से premature wear और noise होता है।
सफाई रखें — oil/grease से belt slip बढ़ता है।
Periodic inspection — cracks, glazing, wear pattern और splice condition check करें।
Manufacturer की таблиके/selection charts हमेशा follow करें — उनके दिए हुए power ratings और tensions सुरक्षित होते हैं।

V-Belt Drive के Advantages और Limitations

Advantages: Compact, high friction, smooth और relatively economical।
Limitations: High temperature या oily environments में life घटती है; very high power के लिए multi-belt या gearbox चाहिए।

निष्कर्ष

V-belt drive design में मुख्य लक्ष्य सही belt section, belt speed, pulley diameters, angle of contact और number of belts निर्धारित करके required power को सुरक्षित तरीके से transmit करना है। ऊपर दिए गए step-by-step procedure और formulas आपको practical design के लिए roadmap देंगे — final selection और rating हमेशा manufacturer catalog और safety factors के अनुसार verify करें।