🛠️ Unit 2 – Design of Simple Machine Parts

2.1 Cotter Joint

What is a Cotter Joint?

A Cotter Joint is a simple fastening device used to connect two rods under axial tensile or compressive forces.
It consists of a cotter (a flat wedge-shaped piece), two rods with slots, and a gib or key to prevent rotation.
Used in connecting the piston rod to the crosshead of a steam engine, tie rods, and other mechanical parts.

Parts of Cotter Joint

Sleeve: Surrounds and supports the joint.
Spigot: The part inserted into the sleeve.
Cotter: A wedge-shaped piece inserted through slots in rods and sleeve to lock them.
Gib: Prevents cotter rotation (optional).

Working Principle

The cotter wedges the two rods and sleeve firmly, transmitting force from one rod to the other.
The force acts axially, either in tension or compression.

Types of Cotter Joints

Socket and Spigot Joint – one rod has a socket, the other a spigot.
Double Cotter Joint – uses two cotters for better strength.
Universal Cotter Joint – allows angular movement.

Diagram


  [Rod 1]====[Spigot]---|| Cotter ||---[Sleeve]====[Rod 2]

(Diagram shows two rods joined by a cotter wedge passing through matching slots.)

Design Considerations

The cotter should be strong enough to resist shear and crushing stresses.
Dimensions of cotter, sleeve, and rods must be designed according to load.
Fit should be tight but allow easy assembly/disassembly.

Example Numerical

Design a cotter joint to connect two rods subjected to an axial tensile load of 10 kN.
Given: Allowable shear stress = 40 MPa, crushing stress = 60 MPa.
Find cotter dimensions.

(Step-by-step calculations can be added here.)

Q&A

Q1: What is the function of the cotter in a cotter joint?
A: To lock two rods firmly and transmit axial force.

Q2: Name the types of cotter joints.
A: Socket and Spigot, Double Cotter, Universal Cotter.

Q3: What stresses should be considered in cotter design?
A: Shear and crushing stresses.

2.1 कॉटर जॉइंट (Cotter Joint)

कॉटर जॉइंट क्या है?

कॉटर जॉइंट एक सरल जोड़ है जो दो रॉड्स को आपस में जोड़ने के लिए इस्तेमाल होता है, जो मुख्य रूप से एक्सियल टेंशन या कंप्रेशन के अधीन होते हैं।
इसमें एक कॉटर होता है, जो एक सपाट वेज (कुनो) के आकार का होता है, और दो रॉड्स में स्लॉट होते हैं।
कॉटर को स्लॉट में डालकर रॉड्स को मजबूती से जोड़ा जाता है।
यह भाप इंजन में पिस्टन रॉड को क्रॉसहेड से जोड़ने या अन्य मशीन पार्ट्स में उपयोग किया जाता है।

कॉटर जॉइंट के भाग

स्लीव (Sleeve): जोड़ को घेरता है और सपोर्ट करता है।
स्पिगॉट (Spigot): वह भाग जो स्लीव के अंदर फिट होता है।
कॉटर (Cotter): वेज के आकार का हिस्सा जो स्लॉट्स में डाला जाता है।
गिब (Gib): कॉटर को घूमने से रोकता है (ऐच्छिक)।

कार्य सिद्धांत

कॉटर वेज की तरह काम करता है, दो रॉड्स और स्लीव को मजबूती से जोड़ता है।
यह एक्सियल फोर्स (तान या दबाव) को एक रॉड से दूसरे रॉड तक पहुँचाता है।

कॉटर जॉइंट के प्रकार

सॉकेट और स्पिगॉट जॉइंट – एक रॉड में सॉकेट और दूसरे में स्पिगॉट होता है।
डबल कॉटर जॉइंट – दो कॉटर का उपयोग, मजबूत जोड़ के लिए।
यूनिवर्सल कॉटर जॉइंट – कोणीय मूवमेंट की अनुमति देता है।

चित्र (Diagram)


[रॉड 1]====[स्पिगॉट]---|| कॉटर ||---[स्लीव]====[रॉड 2]

डिज़ाइन में ध्यान देने वाली बातें

कॉटर को शियर और क्रशिंग तनाव को सहने के लिए मजबूत होना चाहिए।
कॉटर, स्लीव और रॉड के आयाम लोड के अनुसार डिज़ाइन किए जाने चाहिए।
फिटिंग तंग होनी चाहिए पर असेंबल और डिसअसेंबल करना आसान होना चाहिए।

उदाहरण प्रश्न

10 kN के एक्सियल टेंशन लोड के लिए कॉटर जॉइंट डिज़ाइन करें।
अनुमत शियर तनाव = 40 MPa, क्रशिंग तनाव = 60 MPa।
कॉटर के आयाम निकालिए।

(यहाँ चरण-दर-चरण गणना दी जा सकती है।)

प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: कॉटर जॉइंट में कॉटर का कार्य क्या है?
उत्तर: कॉटर दो रॉड्स को मजबूती से जोड़ता है और एक्सियल फोर्स ट्रांसमिट करता है।

प्रश्न 2: कॉटर जॉइंट के प्रकार बताइए।
उत्तर: सॉकेट और स्पिगॉट, डबल कॉटर, यूनिवर्सल कॉटर।

प्रश्न 3: कॉटर डिज़ाइन में किन तनावों का ध्यान रखना चाहिए?
उत्तर: शियर और क्रशिंग तनाव।

2.2 Knuckle Joint

What is a Knuckle Joint?

A Knuckle Joint is a mechanical joint used to connect two rods which are subjected to tensile forces.
It allows a small angular movement between the rods, unlike a cotter joint.
Commonly used in linkages, cranes, and railway couplings.

Components of a Knuckle Joint

Eye – A circular hole in one rod where the knuckle pin fits.
Knuckle Pin – A pin that passes through the eye and the fork end to hold the rods together.
Fork End – The other rod end is fork-shaped to hold the knuckle pin.
Collar – Keeps the pin in position and prevents axial movement.

Working Principle

The tensile load is transferred from one rod to another through the knuckle pin.
The design allows angular motion between rods, useful in dynamic mechanical systems.

Diagram


 Rod 1 (Eye end) o---[Knuckle Pin]---|| Fork end of Rod 2 ||

Design Considerations

The knuckle pin must resist shear stress and bending stress.
The eye and fork ends must be strong enough to withstand tensile forces.
Proper fit to allow movement but avoid excessive play.

Example Numerical

Design a knuckle joint to carry a tensile load of 20 kN.
Given allowable shear stress = 50 MPa, and allowable tensile stress = 70 MPa.
Calculate dimensions of pin, eye, and fork.

Q&A

Q1: What type of load does a knuckle joint mainly carry?
A: Tensile load with some angular movement allowed.

Q2: Name the main parts of a knuckle joint.
A: Eye, knuckle pin, fork end, and collar.

Q3: What stresses are important in the design of a knuckle joint?
A: Shear stress on the pin and tensile stress on the eye and fork ends.

2.2 नक्ल जॉइंट (Knuckle Joint)

नक्ल जॉइंट क्या है?

नक्ल जॉइंट दो रॉड्स को जोड़ने वाला एक यांत्रिक जोड़ है जो मुख्य रूप से तान (tensile) बलों के अधीन होते हैं।
यह छोटी कोणीय गति (angular movement) की अनुमति देता है, जो कॉटर जॉइंट में संभव नहीं होती।
इसका उपयोग सामान्यतः लिंकज, क्रेन और रेलवे कपलिंग में होता है।

नक्ल जॉइंट के भाग

आई (Eye): एक रॉड का सिरा जिसमें छेद होता है जहाँ नक्ल पिन फिट होती है।
नक्ल पिन (Knuckle Pin): एक पिन जो आई और फोर्क एंड के बीच फिट होती है और रॉड्स को जोड़ती है।
फोर्क एंड (Fork End): दूसरे रॉड का हिस्सा जो फोर्क के जैसा होता है, नक्ल पिन को पकड़ता है।
कॉलर (Collar): नक्ल पिन को अपनी जगह पर रखने और अक्षीय गति को रोकने का काम करता है।

कार्य सिद्धांत

तानी हुई लोड नक्ल पिन के माध्यम से एक रॉड से दूसरे रॉड तक पहुंचती है।
यह डिज़ाइन रॉड्स के बीच कोणीय गति की अनुमति देता है, जो गतिशील यांत्रिक सिस्टम के लिए जरूरी है।

चित्र (Diagram)


रॉड 1 (आई एंड) o---[नक्ल पिन]---|| रॉड 2 का फोर्क एंड ||

डिज़ाइन में ध्यान देने वाली बातें

नक्ल पिन को शियर तनाव और बेंडिंग तनाव सहने में सक्षम होना चाहिए।
आई और फोर्क एंड को ताने हुए बलों को सहने के लिए मजबूत होना चाहिए।
फिट ऐसा हो कि हिलने-डुलने की अनुमति हो पर ढील न हो।

उदाहरण प्रश्न

20 kN के तानी हुए लोड के लिए नक्ल जॉइंट डिज़ाइन करें।
अनुमत शियर तनाव = 50 MPa, अनुमत तान तनाव = 70 MPa।
पिन, आई और फोर्क के आयाम निकालिए।

प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: नक्ल जॉइंट मुख्य रूप से किस प्रकार के बल को सहन करता है?
उत्तर: तानी हुए बल (tensile load) को, जिसमें थोड़ी कोणीय गति भी संभव है।

प्रश्न 2: नक्ल जॉइंट के मुख्य भाग कौन-कौन से हैं?
उत्तर: आई, नक्ल पिन, फोर्क एंड, और कॉलर।

प्रश्न 3: नक्ल जॉइंट के डिज़ाइन में किन तनावों का ध्यान रखना चाहिए?
उत्तर: पिन पर शियर तनाव और आई एवं फोर्क पर तान तनाव।

2.3 Turnbuckle

What is a Turnbuckle?

A Turnbuckle is a mechanical device used to adjust the tension or length of ropes, cables, tie rods, and other tension members.
It consists of a body with two threaded eye bolts (or hooks) screwed into it from each end, one with right-hand threads and the other with left-hand threads.
By rotating the body, the effective length between the two ends can be increased or decreased without twisting the attached parts.

Components of a Turnbuckle

Body (Frame): The central piece with internal threads.
Eye bolts or Hook bolts: Threaded rods that screw into the body on opposite ends with opposite threads.
Nuts (optional): Sometimes used to lock the bolts in place.

Working Principle

When the turnbuckle body is rotated, both threaded bolts move either closer or farther apart simultaneously.
This action tightens or loosens the connected rods or cables without having to rotate the cables themselves.
Widely used in structural applications like tensioning cables in bridges, guy wires in towers, and bracing systems.

Diagram


[Eye bolt]----<Threaded Body>----[Eye bolt]
(One RH thread)               (One LH thread)

Design Considerations

Threads should be strong enough to carry the applied tensile load safely.
Material selection should consider corrosion resistance if used outdoors.
The body and bolts should be designed for the maximum expected tensile force.
Provision for locking nuts or other devices to prevent loosening due to vibrations.

Example Numerical

Design a turnbuckle to carry a tensile load of 25 kN.
Allowable shear stress in the threads = 60 MPa.
Calculate the diameter of the bolts and thickness of the body.

Q&A

Q1: What is the main use of a turnbuckle?
A: To adjust the length or tension of cables or rods under tensile load.

Q2: How does a turnbuckle change the tension without twisting the cable?
A: By having opposite threads on each bolt and rotating the central body, the bolts move simultaneously inward or outward.

Q3: What are the important design factors in a turnbuckle?
A: Thread strength, material selection, maximum tensile load, and locking mechanisms.

2.3 टर्नबकल (Turnbuckle)

टर्नबकल क्या है?

टर्नबकल एक यांत्रिक उपकरण है जिसका उपयोग रस्सी, केबल, टाई रॉड आदि के तनाव (tension) या लंबाई को समायोजित करने के लिए किया जाता है।
इसमें एक बॉडी (मध्य भाग) होती है, जिसमें दोनों ओर दो थ्रेडेड बोल्ट लगे होते हैं — एक दाएँ हाथ का थ्रेड और दूसरा बाएँ हाथ का थ्रेड।
जब बॉडी को घुमाया जाता है, तो दोनों बोल्ट एक साथ नजदीक या दूर हो जाते हैं, जिससे जुड़े हुए भागों को बिना घुमाए उनकी लंबाई या तनाव बदला जा सकता है।

टर्नबकल के भाग

बॉडी (Body): केंद्रीय हिस्सा जिसमें अंदर थ्रेड होते हैं।
आई बोल्ट या हुक बोल्ट: थ्रेडेड रॉड्स जो बॉडी के दोनों सिरों में उलटे थ्रेड्स के साथ फिट होते हैं।
नट्स (Optional): कभी-कभी बोल्ट को लॉक करने के लिए उपयोग किए जाते हैं।

कार्य सिद्धांत

जब टर्नबकल बॉडी को घुमाया जाता है, तो दोनों थ्रेडेड बोल्ट एक साथ अंदर या बाहर बढ़ते या घटते हैं।
इस क्रिया से जुड़े हुए केबल या रॉड का तनाव या लंबाई बदली जा सकती है बिना केबल को घुमाए।
इसका उपयोग पुलों के केबल, टावर के गाई वायर, और ब्रेसेस में तनाव नियंत्रित करने के लिए किया जाता है।

चित्र (Diagram)


[आई बोल्ट]----<थ्रेडेड बॉडी>----[आई बोल्ट]  
(दायाँ थ्रेड)               (बायाँ थ्रेड)

डिज़ाइन में ध्यान देने योग्य बातें

थ्रेड्स को लगने वाले तन्यता बल को सुरक्षित रूप से सहने के लिए मजबूत होना चाहिए।
यदि बाहर इस्तेमाल हो रहा है, तो सामग्री को जंग-रोधी होना चाहिए।
बॉडी और बोल्ट अधिकतम अपेक्षित तन्यता बल के लिए डिज़ाइन किए जाने चाहिए।
कंपन से ढीला होने से रोकने के लिए लॉकिंग नट्स या अन्य उपकरण होने चाहिए।

उदाहरण प्रश्न

25 kN तन्यता लोड के लिए टर्नबकल डिज़ाइन करें।
थ्रेड्स में अनुमत शियर तनाव = 60 MPa।
बोल्ट का व्यास और बॉडी की मोटाई निकालिए।

प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: टर्नबकल का मुख्य उपयोग क्या है?
उत्तर: केबल या रॉड की लंबाई या तनाव को समायोजित करने के लिए।

प्रश्न 2: टर्नबकल कैसे केबल को घुमाए बिना तनाव बदलता है?
उत्तर: दोनों सिरों के बोल्ट में उल्टे थ्रेड होते हैं, बॉडी घुमाने पर बोल्ट एक साथ अंदर या बाहर चलते हैं।

प्रश्न 3: टर्नबकल के डिज़ाइन में किन बातों का ध्यान रखा जाता है?
उत्तर: थ्रेड की ताकत, सामग्री का चयन, अधिकतम तन्यता बल, और लॉकिंग व्यवस्था।

2.4 Design of Levers

What is a Lever?

A lever is a simple machine used to amplify force or change its direction.
It consists of a rigid bar that rotates around a fixed point called the fulcrum.
By applying force at one point, a lever helps to move a load at another point with less effort.

Types of Levers Based on Effort, Load, and Fulcrum Position

First-Class Lever:
- Fulcrum is located between the effort and load.
- Example: See-saw, crowbar.
Second-Class Lever:
- Load is between the effort and fulcrum.
- Example: Wheelbarrow, nutcracker.
Third-Class Lever:
- Effort is between the load and fulcrum.
- Example: Tweezers, human arm.

Design Considerations of Levers

Strength: The lever must withstand the applied forces without failure.
Material: Typically made of steel or cast iron for good strength and durability.
Dimensions: Length of arms and cross-sectional area must be designed to handle bending moments.
Stress: Analyze bending stress and shear stress in the lever.
Factor of Safety: Use an appropriate factor of safety to ensure reliability.

Types of Levers in This Unit

2.4.1 Hand/Foot Lever

Commonly used in tools and machines for manual operation.
Designed to provide mechanical advantage by increasing the effort arm length.

2.4.2 Bell Crank Lever

An L-shaped lever used to change the direction of force.
Often used in linkages and mechanical systems where space constraints exist.

Basic Formula for Lever Design

Moment = Force × Distance
For equilibrium:
$\text{Effort} \times \text{Effort Arm} = \text{Load} \times \text{Load Arm}$
Bending stress, $\sigma = \frac{M \times y}{I}$
where:
$M$ = bending moment,
$y$ = distance from neutral axis,
$I$ = moment of inertia.

Diagram


Load (W) -----> |------- Fulcrum (F) --------| Effort (E)
                <------ Effort Arm (l1) ------> <--- Load Arm (l2) --->

Example Numerical

A hand lever is 1.2 m long with effort applied at one end and load at 0.3 m from fulcrum.
Calculate the effort needed to lift a load of 600 N.

Q&A

Q1: What is the main function of a lever?
A: To amplify the input force and move a load with less effort.

Q2: Name the three classes of levers.
A: First-class, second-class, and third-class levers.

Q3: What material is commonly used to make levers?
A: Steel or cast iron.

2.4 लीवर का डिज़ाइन

लीवर क्या है?

लीवर एक सरल मशीन है जो बल को बढ़ाने या उसकी दिशा बदलने के लिए उपयोग की जाती है।
यह एक कठोर छड़ी होती है जो एक निश्चित बिंदु पर घूमती है जिसे फुलक्रुम (Fulcrum) कहा जाता है।
लीवर की मदद से एक बिंदु पर बल लगाकर दूसरे बिंदु पर भार को कम बल से उठाया या हिलाया जा सकता है।

लीवर के प्रकार (Effort, Load, Fulcrum के आधार पर)

पहला वर्ग लीवर (First-Class Lever):
- फुलक्रुम, प्रयास और भार के बीच होता है।
- उदाहरण: झूला (see-saw), क्रोबार (crowbar)।
दूसरा वर्ग लीवर (Second-Class Lever):
- भार प्रयास और फुलक्रुम के बीच होता है।
- उदाहरण: ठेला (wheelbarrow), नट क्रैकर।
तीसरा वर्ग लीवर (Third-Class Lever):
- प्रयास, भार और फुलक्रुम के बीच होता है।
- उदाहरण: पिनसेट (tweezers), मानव हाथ।

लीवर डिज़ाइन में ध्यान देने योग्य बातें

मजबूती: लीवर को लगे हुए बलों को बिना टूटे सहना चाहिए।
सामग्री: सामान्यतः स्टील या कास्ट आयरन का उपयोग किया जाता है।
आयाम: लीवर की लंबाई और क्रॉस-सेक्शन क्षेत्र को मोड़ने वाले बल के अनुसार डिजाइन किया जाना चाहिए।
तनाव: लीवर में बेंडिंग तनाव और शीयर तनाव का विश्लेषण करें।
सुरक्षा कारक: विश्वसनीयता के लिए उपयुक्त सुरक्षा कारक का उपयोग करें।

इस यूनिट में लीवर के प्रकार

2.4.1 हैंड / फुट लीवर

सामान्यत: टूल्स और मशीनों में मैनुअल ऑपरेशन के लिए उपयोग होता है।
यह प्रयास भुजा (Effort arm) की लंबाई बढ़ाकर यांत्रिक लाभ प्रदान करता है।

2.4.2 बेल क्रैंक लीवर (Bell Crank Lever)

एक L-आकार का लीवर जो बल की दिशा बदलता है।
लिंकेज और यांत्रिक प्रणालियों में उपयोग होता है जहाँ जगह कम हो।

लीवर डिज़ाइन का मूल सूत्र

मोमेंट = बल × दूरी
संतुलन के लिए:
$\text{प्रयास} \times \text{प्रयास भुजा} = \text{भार} \times \text{भार भुजा}$
बेंडिंग तनाव, $\sigma = \frac{M \times y}{I}$
जहाँ:
$M$ = बेंडिंग मोमेंट,
$y$ = न्यूट्रल एक्सिस से दूरी,
$I$ = मोमेंट ऑफ इनर्शिया।

चित्र (Diagram)


भार (W) -----> |------- फुलक्रुम (F) --------| प्रयास (E)
                <------ प्रयास भुजा (l1) ------> <--- भार भुजा (l2) --->

उदाहरण प्रश्न

एक हैंड लीवर 1.2 मीटर लंबा है जिसमें फुलक्रुम पर भार 0.3 मीटर दूरी पर है।
600 N के भार को उठाने के लिए आवश्यक प्रयास की गणना करें।

प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: लीवर का मुख्य कार्य क्या है?
उत्तर: लगाये गए बल को बढ़ाना और कम प्रयास से भार को हिलाना।

प्रश्न 2: लीवर के तीन प्रकार कौन से हैं?
उत्तर: पहला वर्ग, दूसरा वर्ग, और तीसरा वर्ग लीवर।

प्रश्न 3: लीवर बनाने के लिए सामान्यतः कौन सी सामग्री इस्तेमाल होती है?
उत्तर: स्टील या कास्ट आयरन।

2.5 Arm of Pulley

What is a Pulley?

A pulley is a simple machine used to change the direction of force and lift heavy loads easily.
It consists of a wheel with a groove around its edge, over which a rope or belt passes.

Arm of Pulley

The arm of pulley refers to the radius or the distance from the center of the pulley to the point where the load or effort acts.
It plays an important role in determining the torque generated by the force applied on the pulley.

Importance of Arm of Pulley

Torque ( $T$ ) produced by the pulley is the product of force ( $F$ ) and the arm length ( $r$ ):
$T = F \times r$
A larger arm length (radius) means more torque can be generated with the same force, making it easier to lift heavy loads.
The arm length also affects the mechanical advantage of the pulley system.

Design Considerations

The arm of pulley must be strong enough to withstand the torque without bending or failing.
Material selection is crucial to ensure durability and strength.
Dimensions should be designed based on the maximum expected load and torque.

Diagram


          Effort (F)
             ↓
      -------------------
     |                   |  ← Pulley rim (arm length = r)
      -------------------
            ⬤ Center (Pulley shaft)

Example Numerical

A pulley has a radius of 0.5 m. Calculate the torque when a force of 200 N is applied tangentially to the rim.

Question & Answers

Q1: What is the function of the arm of a pulley?
A: It determines the torque produced by the force applied on the pulley.

Q2: How does increasing the arm length affect the pulley’s torque?
A: Increasing the arm length increases the torque, making it easier to lift loads.

Q3: What should be considered while designing the arm of a pulley?
A: Strength, material, and dimension based on expected load and torque.

2.5 पुली का आर्म

पुली क्या है?

पुली एक सरल मशीन है जिसका उपयोग बल की दिशा बदलने और भारी वस्तु को आसानी से उठाने के लिए किया जाता है।
इसमें एक पहिया होता है, जिसके किनारे पर एक नाली होती है, जिसमें रस्सी या बेल्ट फिसलती है।

पुली का आर्म क्या होता है?

पुली का आर्म उस दूरी को कहते हैं जो पुली के केंद्र से उस बिंदु तक होती है जहाँ भार या प्रयास लग रहा होता है।
इसे पुली की त्रिज्या (radius) भी कहा जाता है।
आर्म की लंबाई पुली पर लगने वाले बल से बनने वाले टॉर्क (घूर्णन बल) को प्रभावित करती है।

पुली के आर्म का महत्त्व

टॉर्क (T) बल (F) और आर्म की लंबाई (r) के गुणनफल के बराबर होता है:
$T = F \times r$
यदि आर्म लंबा होगा तो कम बल से ज्यादा टॉर्क मिलेगा और भारी वस्तुएं उठाना आसान होगा।
आर्म की लंबाई पुली के यांत्रिक लाभ (Mechanical Advantage) को भी प्रभावित करती है।

डिज़ाइन में ध्यान देने योग्य बातें

आर्म को इतना मजबूत बनाना चाहिए कि वह लगने वाले टॉर्क को बिना मुड़े या टूटे सह सके।
सामग्री (material) का चयन भी मजबूती और टिकाऊपन के लिए आवश्यक है।
डिज़ाइन करते समय अधिकतम भार और टॉर्क को ध्यान में रखें।

चित्र (Diagram)


          प्रयास (F)
             ↓
      -------------------
     |                   |  ← पुली का किनारा (आर्म की लंबाई = r)
      -------------------
            ⬤ केंद्र (पुली शाफ्ट)

उदाहरण

एक पुली का त्रिज्या 0.5 मीटर है। यदि 200 न्यूटन बल पुली के किनारे पर लगाया जाए तो टॉर्क की गणना करें।

प्रश्न उत्तर

प्रश्न 1: पुली के आर्म का कार्य क्या है?
उत्तर: यह उस बल से बनने वाले टॉर्क को निर्धारित करता है जो पुली पर लग रहा होता है।

प्रश्न 2: आर्म की लंबाई बढ़ाने से टॉर्क पर क्या प्रभाव पड़ता है?
उत्तर: टॉर्क बढ़ जाता है जिससे भारी वस्तुएं उठाना आसान हो जाता है।

प्रश्न 3: पुली के आर्म के डिज़ाइन में किन बातों का ध्यान रखना चाहिए?
उत्तर: मजबूती, सामग्री और भार व टॉर्क के अनुसार सही आयाम।

2.6 Antifriction Bearings

🔧 What are Antifriction Bearings?

Antifriction bearings are mechanical components used to reduce friction between moving parts—especially between a rotating shaft and its supporting housing.
They support radial and axial loads while allowing smooth rotation.
The most common type: Ball Bearings and Roller Bearings.

2.6.1 Classification of Bearings

2.6.1.1 Sliding Contact Bearings

In sliding bearings, the shaft slides over the bearing surface.
Friction is higher compared to rolling bearings.
Examples: Bush bearings, journal bearings.
Requires lubrication.

2.6.1.2 Rolling Contact Bearings

These bearings use rolling elements like balls or rollers between the shaft and housing.
Friction is very low due to rolling action.
Common types:
- Ball Bearings
- Cylindrical Roller Bearings
- Tapered Roller Bearings

2.6.2 Terminology of Ball Bearings

Understanding these terms is essential while designing/selecting a bearing:

2.6.2.1 Life-Load Relationship

The life of a bearing is the number of revolutions (or hours) it will run before failure due to fatigue.
Life is inversely proportional to the applied load:
$L \propto \frac{1}{F^3}$
Where:
- $L$ = Life of bearing
- $F$ = Applied load

2.6.2.2 Basic Static Load Rating (C₀)

The static load a bearing can support without permanent deformation.
It is the maximum load under which the bearing can operate at rest or very slow speeds.

2.6.2.3 Basic Dynamic Load Rating (C)

It is the constant load that a group of identical bearings can endure for a rating life of 1 million revolutions.
Used in calculating bearing life.

2.6.2.4 Limiting Speed

The maximum speed at which the bearing can operate safely without overheating or damage.
Depends on:
- Lubrication
- Bearing type
- Load

2.6.3 Selection of Ball Bearings Using Manufacturer’s Catalogue

To select a bearing:
- Know the load and speed of your application.
- Determine required bearing life.
- Use catalog data to select a bearing with:
  - Sufficient dynamic load rating (C)
  - Suitable dimensions and speed limits
Catalogs also provide:
- Bearing type
- Load capacities
- Limiting speeds
- Bore and outside diameters

📝 Diagram of Ball Bearing:


   -----------------------------------
  |         Outer Ring               |
  |  -----------------------------   |
  | |      Balls (Rolling)        |  |
  | |-----------------------------|  |
  |         Inner Ring               |
   -----------------------------------
            Bearing Cage

✅ Questions & Answers

Q1. What is the main function of antifriction bearings?
A1. To reduce friction and support radial/axial loads during rotation.

Q2. Name two types of rolling contact bearings.
A2. Ball bearings and roller bearings.

Q3. What is Basic Dynamic Load Rating?
A3. It’s the constant load a bearing can carry for a rating life of 1 million revolutions.

Q4. What is the Limiting Speed of a bearing?
A4. It is the maximum speed at which a bearing can safely operate.

Q5. What is the difference between sliding and rolling bearings?
A5. Sliding bearings have more friction; rolling bearings use balls or rollers to reduce friction.

2.6 एंटी-फ्रिक्शन बेयरिंग्स (Antifriction Bearings)

🔧 एंटी-फ्रिक्शन बेयरिंग्स क्या होती हैं?

एंटी-फ्रिक्शन बेयरिंग्स वे यांत्रिक उपकरण होते हैं जो किसी घूर्णन करने वाले शाफ्ट और उसके सहायक हाउसिंग के बीच के घर्षण को कम करते हैं।
यह रोटेशन को स्मूथ बनाने के साथ-साथ रेडियल और एक्सियल लोड को सपोर्ट करती हैं।
सबसे सामान्य प्रकार: बॉल बेयरिंग्स और रोलर बेयरिंग्स।

2.6.1 बेयरिंग्स का वर्गीकरण

2.6.1.1 स्लाइडिंग कॉन्टैक्ट बेयरिंग्स (Sliding Contact Bearings)

इनमें शाफ्ट सीधे बेयरिंग की सतह पर स्लाइड करता है।
घर्षण अधिक होता है।
उदाहरण: बुश बेयरिंग्स, जर्नल बेयरिंग्स।
लुब्रिकेशन (ग्रीस/तेल) की आवश्यकता होती है।

2.6.1.2 रोलिंग कॉन्टैक्ट बेयरिंग्स (Rolling Contact Bearings)

इनमें बॉल्स या रोलर्स का प्रयोग होता है जो घर्षण को बहुत कम कर देते हैं।
सामान्य प्रकार:
- बॉल बेयरिंग्स
- सिलेंड्रिकल रोलर बेयरिंग्स
- टेपर रोलर बेयरिंग्स

2.6.2 बॉल बेयरिंग्स की शब्दावली

बेयरिंग डिज़ाइन और चयन के लिए नीचे दी गई टर्म्स को जानना आवश्यक है:

2.6.2.1 लाइफ-लोड रिलेशनशिप (Life-Load Relationship)

बेयरिंग की लाइफ वह समय है जब तक वह फेल हुए बिना कार्य करती है।
यह लोड के विपरीत अनुपात में होती है:
$L \propto \frac{1}{F^3}$
जहाँ,
$L$ = लाइफ,
$F$ = अप्लाइड लोड।

2.6.2.2 बेसिक स्टैटिक लोड रेटिंग (C₀)

अधिकतम स्थैतिक लोड जो बेयरिंग स्थिर अवस्था में सह सकती है बिना डिफॉर्म हुए।

2.6.2.3 बेसिक डायनामिक लोड रेटिंग (C)

ऐसा लगातार लोड जिसे बेयरिंग 10 लाख (1 मिलियन) रोटेशन तक झेल सकती है।

2.6.2.4 लिमिटिंग स्पीड (Limiting Speed)

वह अधिकतम गति जिस पर बेयरिंग सुरक्षित रूप से कार्य कर सकती है।
यह निम्न पर निर्भर करती है:
- लोड
- लुब्रिकेशन
- बेयरिंग का प्रकार

2.6.3 मैन्युफैक्चरर की कैटलॉग से बॉल बेयरिंग का चयन

चयन करते समय ध्यान दें:

आवश्यक लोड और गति को जानें।
आवश्यक लाइफ कैलकुलेट करें।
कैटलॉग में से ऐसे बेयरिंग का चयन करें जिसमें:
- उचित डायनामिक लोड रेटिंग (C) हो
- उपयुक्त डायमेंशन और स्पीड लिमिट हो

📌 बॉल बेयरिंग का चित्र


   -----------------------------------
  |         बाहरी रिंग (Outer Ring)  |
  |  -----------------------------   |
  | |      बॉल्स (Rolling)        |  |
  | |-----------------------------|  |
  |         आंतरिक रिंग (Inner)      |
   -----------------------------------
            बेयरिंग केज (Cage)

✅ प्रश्न उत्तर

प्र.1: एंटी-फ्रिक्शन बेयरिंग का मुख्य कार्य क्या है?
उ: घर्षण को कम करना और रोटेशन के दौरान लोड को सपोर्ट करना।

प्र.2: रोलिंग कॉन्टैक्ट बेयरिंग्स के दो प्रकार बताइए।
उ: बॉल बेयरिंग्स और रोलर बेयरिंग्स।

प्र.3: बेसिक डायनामिक लोड रेटिंग क्या होती है?
उ: वह लोड जो बेयरिंग 10 लाख रोटेशन तक झेल सकती है।

प्र.4: बेयरिंग की लिमिटिंग स्पीड क्या होती है?
उ: अधिकतम गति जिस पर बेयरिंग सुरक्षित रूप से चल सकती है।

प्र.5: स्लाइडिंग और रोलिंग बेयरिंग्स में क्या अंतर है?
उ: स्लाइडिंग में घर्षण अधिक होता है, रोलिंग में कम।

2. DESIGN OF SIMPLE MACHINE PARTS

🛠️ Unit 2 – Design of Simple Machine Parts

2.1 Cotter Joint

What is a Cotter Joint?

Parts of Cotter Joint

Working Principle

Types of Cotter Joints

Diagram

Design Considerations

Example Numerical

Q&A

2.1 कॉटर जॉइंट (Cotter Joint)

कॉटर जॉइंट क्या है?

कॉटर जॉइंट के भाग

कार्य सिद्धांत

कॉटर जॉइंट के प्रकार

चित्र (Diagram)

डिज़ाइन में ध्यान देने वाली बातें

उदाहरण प्रश्न

प्रश्न उत्तर

2.2 Knuckle Joint

What is a Knuckle Joint?

Components of a Knuckle Joint

Working Principle

Diagram

Design Considerations

Example Numerical

Q&A

2.2 नक्ल जॉइंट (Knuckle Joint)

नक्ल जॉइंट क्या है?

नक्ल जॉइंट के भाग

कार्य सिद्धांत

चित्र (Diagram)

डिज़ाइन में ध्यान देने वाली बातें

उदाहरण प्रश्न

प्रश्न उत्तर

2.3 Turnbuckle

What is a Turnbuckle?

Components of a Turnbuckle

Working Principle

Diagram

Design Considerations

Example Numerical

Q&A

2.3 टर्नबकल (Turnbuckle)

टर्नबकल क्या है?

टर्नबकल के भाग

कार्य सिद्धांत

चित्र (Diagram)

डिज़ाइन में ध्यान देने योग्य बातें

उदाहरण प्रश्न

प्रश्न उत्तर

2.4 Design of Levers

What is a Lever?

Types of Levers Based on Effort, Load, and Fulcrum Position

Design Considerations of Levers

Types of Levers in This Unit

2.4.1 Hand/Foot Lever

2.4.2 Bell Crank Lever

Basic Formula for Lever Design

Diagram

Example Numerical

Q&A

2.4 लीवर का डिज़ाइन

लीवर क्या है?

लीवर के प्रकार (Effort, Load, Fulcrum के आधार पर)

लीवर डिज़ाइन में ध्यान देने योग्य बातें

इस यूनिट में लीवर के प्रकार

2.4.1 हैंड / फुट लीवर

2.4.2 बेल क्रैंक लीवर (Bell Crank Lever)

लीवर डिज़ाइन का मूल सूत्र

चित्र (Diagram)

उदाहरण प्रश्न

प्रश्न उत्तर

2.5 Arm of Pulley

What is a Pulley?

Arm of Pulley

Importance of Arm of Pulley

Design Considerations

Diagram