วิธีการเปรียบเทียบเฟืองเดือยชนิดต่างๆ

เมื่อเปรียบเทียบเฟืองเดือยชนิดต่างๆ มีข้อควรพิจารณาที่สำคัญหลายประการ ข้อควรพิจารณาหลักๆ ได้แก่ การใช้งานทั่วไป เส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟือง และวงกลมส่วนเพิ่ม ในที่นี้เราจะมาดูแต่ละปัจจัยเหล่านี้โดยละเอียด บทความนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจว่าเฟืองเดือยแต่ละชนิดสามารถทำอะไรให้คุณได้บ้าง ไม่ว่าคุณจะต้องการใช้กับมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องจักรกลก่อสร้าง การเลือกเฟืองที่เหมาะสมจะทำให้งานง่ายขึ้นและประหยัดเงินในระยะยาว

การใช้งานทั่วไป

เฟืองตรงมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในเครื่องบิน รถไฟ และจักรยาน นอกจากนี้ยังใช้ในเครื่องบดลูกบอลและเครื่องบดหิน คุณสมบัติความเร็วสูง-แรงบิดต่ำทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานหลากหลายประเภท รวมถึงเครื่องจักรในอุตสาหกรรม ต่อไปนี้คือการใช้งานทั่วไปบางส่วนของเฟืองตรง แม้ว่าเฟืองตรงโดยทั่วไปจะเงียบ แต่ก็มีข้อจำกัดอยู่บ้าง
ระบบส่งกำลังแบบเฟืองตรงอาจเป็นแบบภายนอกหรือแบบเสริม ชุดเกียร์เหล่านี้ได้รับการรองรับด้วยตัวเรือนด้านหน้าและด้านหลัง ทำหน้าที่ส่งกำลังไปยังชุดอุปกรณ์เสริม ซึ่งจะทำให้เครื่องจักรเคลื่อนที่ต่อไป ความเร็วในการขับเคลื่อนโดยทั่วไปอยู่ระหว่าง 5000 ถึง 6000 รอบต่อนาที หรือ 20,000 รอบต่อนาทีสำหรับเครื่องระบายอากาศแบบแรงเหวี่ยง ด้วยเหตุนี้ เฟืองตรงจึงมักใช้ในเครื่องจักรขนาดใหญ่ หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเฟืองตรง โปรดชมวิดีโอต่อไปนี้
ระยะห่างระหว่างฟันและระยะห่างเชิงเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองตรงเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญ ระยะห่างเชิงเส้นผ่านศูนย์กลาง หรืออัตราส่วนของจำนวนฟันต่อระยะห่างระหว่างฟัน มีความสำคัญในการกำหนดระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเฟืองตรงสองตัว ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเฟืองตรงสองตัวคำนวณได้โดยการบวกรัศมีของวงกลมพิตช์แต่ละวง ส่วนเพิ่มหรือรูปทรงของฟัน คือความสูงที่ฟันยื่นออกมาเหนือวงกลมพิตช์ นอกจากระยะห่างระหว่างฟันแล้ว ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเฟืองตรงสองตัวยังวัดในแง่ของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของเฟืองทั้งสองด้วย
คุณสมบัติสำคัญอีกอย่างของเฟืองตรงคือความสามารถในการทำงานที่ความเร็วต่ำ มันสามารถสร้างกำลังได้มากแม้ในความเร็วต่ำ อย่างไรก็ตาม หากการควบคุมเสียงไม่ใช่สิ่งสำคัญ เฟืองเกลียวจะเหมาะสมกว่า เฟืองเกลียวมีฟันเรียงตัวในทิศทางตรงกันข้ามกับแกน ทำให้เงียบกว่า แต่เมื่อพิจารณาถึงระดับเสียงแล้ว เฟืองเกลียวจะทำงานได้ดีกว่าในสถานการณ์ที่ความเร็วต่ำ

การก่อสร้าง

การผลิตเฟืองเดือยเริ่มต้นด้วยการตัดชิ้นงานเฟือง ชิ้นงานเฟืองทำจากแท่งเหล็กรูปทรงคล้ายชิ้นพาย และอาจมีขนาด รูปร่าง และน้ำหนักที่แตกต่างกันไป กระบวนการตัดต้องใช้แม่พิมพ์เพื่อสร้างรูปทรงเรขาคณิตของเฟืองที่ถูกต้อง จากนั้นชิ้นงานเฟืองจะถูกป้อนเข้าไปในเครื่องกลึงอย่างช้าๆ จนกระทั่งได้รูปทรงและขนาดที่ต้องการ ในกระบวนการผลิตจะใช้ชิ้นงานเฟืองเหล็กที่เรียกว่าแท่งเฟืองเดือย
เฟืองตรงประกอบด้วยสองส่วน คือ รูตรงกลางและรูนำร่อง ส่วนเพิ่ม (addendum) คือวงกลมที่วิ่งไปตามจุดนอกสุดของฟันเฟืองตรง เส้นผ่านศูนย์กลางโคน (root diameter) คือเส้นผ่านศูนย์กลางที่ฐานของช่องว่างฟัน ระนาบที่สัมผัสกับพื้นผิวพิทช์เรียกว่ามุมแรงดัน (pressure angle) เส้นผ่านศูนย์กลางทั้งหมดของเฟืองตรงเท่ากับส่วนเพิ่มบวกกับส่วนลด (dedendum)
วงกลมพิทช์ (Pitch circle) คือวงกลมที่เกิดจากฟันเฟืองเรียงกันเป็นแถว โดยมีเส้นแบ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของแต่ละฟันเป็นเส้นตรง วงกลมพิทช์กำหนดระยะห่างระหว่างเฟืองสองตัวที่ขบกัน ระยะห่างระหว่างศูนย์กลาง (Center distance) คือระยะห่างระหว่างเฟืองทั้งสอง เส้นผ่านศูนย์กลางของวงกลมพิทช์เป็นปัจจัยสำคัญในการกำหนดระยะห่างระหว่างศูนย์กลางของเฟืองเดือยสองตัวที่ประกบกัน ระยะห่างระหว่างศูนย์กลางคำนวณได้โดยการบวกรัศมีของวงกลมพิทช์ของแต่ละเฟืองเข้าด้วยกัน ความสูงของฟันเหนือวงกลมพิทช์เรียกว่า เดเดนดัม (Dedendum)
ปัจจัยอื่นๆ ที่ต้องพิจารณาในกระบวนการออกแบบ ได้แก่ วัสดุที่ใช้ในการผลิต การเคลือบผิว และจำนวนฟัน ในบางกรณี เฟืองสำเร็จรูปมาตรฐานอาจเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุด มันจะตอบสนองความต้องการใช้งานของคุณและเป็นทางเลือกที่ราคาถูกกว่า เฟืองจะไม่ทนทานหากไม่ได้รับการหล่อลื่นอย่างเหมาะสม มีวิธีการหล่อลื่นเฟืองตรงหลายวิธี รวมถึงตลับลูกปืนไฮโดรไดนามิกและเฟืองแบบติดตั้งในตัว

วงกลมเพิ่มเติม

เส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์และวงกลมแอดเดนดัมเป็นสองมิติที่สำคัญของเฟืองตรง เส้นผ่านศูนย์กลางเหล่านี้คือเส้นผ่านศูนย์กลางโดยรวมของเฟือง และวงกลมพิทช์คือวงกลมที่อยู่รอบโคนของช่องว่างฟันเฟือง ปัจจัยแอดเดนดัมเป็นฟังก์ชันของวงกลมพิทช์และค่าแอดเดนดัม ซึ่งก็คือระยะรัศมีระหว่างด้านบนของฟันเฟืองกับวงกลมพิทช์ของเฟืองคู่ประกบ
ระนาบพิทช์ (Pitch surface) คือด้านขวาของวงกลมพิทช์ (Pitch circle) ในขณะที่วงกลมราก (Root circle) กำหนดช่องว่างระหว่างด้านข้างของฟันเฟืองทั้งสองข้าง ระยะเดเดนดัม (Dedendum) คือระยะห่างระหว่างด้านบนของฟันเฟืองกับวงกลมพิทช์ และเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ (Pitch diameter) และวงกลมแอดเดนดัม (Addendum circle) คือระยะห่างในแนวรัศมีสองระยะระหว่างวงกลมทั้งสองนี้ ผลต่างระหว่างระนาบพิทช์และวงกลมแอดเดนดัมเรียกว่าระยะห่าง (Clearance)
จำนวนฟันในเฟืองเดือยต้องไม่น้อยกว่า 16 ซี่ เมื่อมุมแรงดันอยู่ที่ 20 องศา อย่างไรก็ตาม เฟืองที่มี 16 ซี่ก็ยังสามารถใช้งานได้หากความแข็งแรงและอัตราส่วนการสัมผัสอยู่ในขีดจำกัดที่ออกแบบไว้ นอกจากนี้ ยังสามารถป้องกันการกัดเซาะใต้ฟันได้โดยการปรับเปลี่ยนรูปทรงและแก้ไขส่วนเพิ่มของฟัน อย่างไรก็ตาม ยังสามารถลดความยาวของส่วนเพิ่มได้โดยการใช้การแก้ไขเชิงบวก แต่สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ การกัดเซาะใต้ฟันอาจเกิดขึ้นได้ในเฟืองเดือยที่มีวงกลมส่วนเพิ่มเป็นลบ
อีกแง่มุมที่สำคัญของเฟืองตรงคือการขบกันของฟันเฟือง ด้วยเหตุนี้ เฟืองตรงมาตรฐานจึงมีวงกลมอ้างอิงสำหรับการขบกันเรียกว่า วงกลมพิทช์ (Pitch Circle) ส่วนระยะห่างระหว่างศูนย์กลาง คือระยะห่างระหว่างแกนกลางของเฟืองทั้งสอง สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจคำศัพท์พื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับระบบเฟืองก่อนเริ่มการคำนวณ อย่างไรก็ตาม สิ่งสำคัญคือต้องจำไว้ว่าสามารถทำให้เฟืองตรงขบกันได้โดยใช้วงกลมอ้างอิงเดียวกัน

เส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์

ในการกำหนดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟืองตรง จำเป็นต้องระบุประเภทของระบบขับเคลื่อน ประเภทของตัวขับ และประเภทของเครื่องจักรที่ถูกขับเคลื่อน นอกจากนี้ยังต้องกำหนดค่าเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟืองที่ต้องการด้วย ยิ่งขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟืองเล็กเท่าไร แรงกดสัมผัสบนเฟืองตัวเล็กก็จะยิ่งน้อยลง และอายุการใช้งานก็จะยิ่งยาวนานขึ้น ฟันเฟืองตรงผลิตขึ้นโดยใช้กระบวนการที่ง่ายกว่าฟันเฟืองประเภทอื่นๆ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟืองตรงมีความสำคัญเพราะเป็นตัวกำหนดมุมแรงดัน ความลึกในการทำงาน และความลึกทั้งหมดของฟันเฟือง
อัตราส่วนระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์และจำนวนฟันเรียกว่าพิทช์เส้นผ่านศูนย์กลาง (DIAMETRAL PITCH) ฟันจะวัดในระนาบแกน รัศมีฟิลเลต์ (FILLET RADIUS) คือส่วนโค้งที่เกิดขึ้นที่ฐานของฟันเฟือง ฟันแบบเต็มความลึก (FULL DEPTH TEETH) คือฟันที่มีความลึกในการทำงานเท่ากับ 2.000 หารด้วยพิทช์เส้นผ่านศูนย์กลางปกติ เส้นผ่านศูนย์กลางดุม (HUB diameter) คือเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของดุม ระยะยื่นของดุม (HUB projection) คือระยะที่ดุมยื่นออกมาจากหน้าเฟือง
โดยทั่วไปแล้ว เฟืองเดือยแบบเมตริกจะระบุด้วยระยะพิทช์เชิงเส้นผ่านศูนย์กลาง (Diametral Pitch) ซึ่งก็คือจำนวนฟันต่อหนึ่งนิ้วของเส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมพิทช์ โดยทั่วไปจะวัดเป็นนิ้วผกผัน ระนาบปกติจะตัดกับพื้นผิวฟัน ณ จุดที่ระบุระยะพิทช์ ในเฟืองเกลียว เส้นนี้จะตั้งฉากกับทรงกระบอกพิทช์ นอกจากนี้ ทรงกระบอกพิทช์โดยปกติจะตั้งฉากกับเกลียวจากด้านนอก
โดยทั่วไปแล้ว ระยะห่างระหว่างฟันของเฟืองตรงจะระบุเป็นมิลลิเมตรหรือนิ้ว ร่องลิ่มคือร่องที่กลึงบนเพลาเพื่อให้ลิ่มพอดีกับร่องลิ่มของเพลา ในระนาบปกติ ระยะห่างระหว่างฟันจะระบุเป็นนิ้ว ระยะห่างระหว่างฟันแบบอินโวลูต หรือระยะห่างระหว่างฟันตามเส้นผ่านศูนย์กลาง คืออัตราส่วนของจำนวนฟันต่อเส้นผ่านศูนย์กลางหนึ่งนิ้ว แม้ว่าอาจดูซับซ้อน แต่เป็นการวัดที่สำคัญในการทำความเข้าใจระยะห่างระหว่างฟันของเฟืองตรง

วัสดุ

ข้อได้เปรียบหลักของเฟืองตรงคือความสามารถในการลดความเค้นดัดที่ฟันเฟืองไม่ว่าจะรับภาระเท่าใดก็ตาม เฟืองตรงทั่วไปมีหน้ากว้าง 20 มม. และจะเสียหายเมื่อรับแรง 3000 นิวตัน ซึ่งมากกว่าความแข็งแรงคราของวัสดุมาก ต่อไปนี้คือคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ทำเฟืองตรง ความแข็งแรงของเฟืองขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัสดุนั้น ๆ หากต้องการทราบว่าวัสดุใดเหมาะสมกับเครื่องจักรของคุณมากที่สุด ให้ทำตามขั้นตอนต่อไปนี้
วัสดุที่ใช้กันทั่วไปสำหรับเฟืองตรงคือเหล็ก มีเหล็กหลายชนิด รวมถึงเหล็กดัดและเหล็กกล้าไร้สนิม เหล็ก S45C เป็นเหล็กที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุดและมีปริมาณคาร์บอน 0.45% เหล็กชนิดนี้หาได้ง่ายและใช้ในการผลิตเฟืองเกลียว เฟืองตรง และเฟืองตัวหนอน ความต้านทานการกัดกร่อนทำให้เป็นวัสดุที่นิยมใช้สำหรับเฟืองตรง ต่อไปนี้คือข้อดีและข้อเสียของเหล็ก
เฟืองเดือยทำจากโลหะ พลาสติก หรือวัสดุผสม ข้อดีหลักของเฟืองเดือยโลหะคืออัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก มันเบากว่าเหล็กประมาณหนึ่งในสามและทนต่อการกัดกร่อน ในขณะที่อลูมิเนียมมีราคาแพงกว่าเหล็กและสแตนเลส แต่ก็ขึ้นรูปได้ง่ายกว่า การออกแบบทำให้ปรับแต่งให้เหมาะสมกับการใช้งานได้ง่าย ความอเนกประสงค์ของมันทำให้สามารถใช้งานได้ในแทบทุกการใช้งาน ดังนั้น หากคุณมีความต้องการเฉพาะ คุณสามารถหาเฟืองเดือยที่เหมาะสมกับความต้องการของคุณได้อย่างง่ายดาย
การออกแบบเฟืองตรงมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพการทำงาน ดังนั้น การเลือกวัสดุที่เหมาะสมและการวัดขนาดที่แม่นยำจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง นอกจากจะมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพแล้ว การวัดขนาดยังมีความสำคัญต่อคุณภาพและความน่าเชื่อถืออีกด้วย ดังนั้น ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมจึงจำเป็นต้องคุ้นเคยกับคำศัพท์ที่ใช้ในการอธิบายวัสดุและชิ้นส่วนของเฟือง นอกจากนี้ การมีความเข้าใจที่ดีเกี่ยวกับวัสดุและการวัดขนาดของเฟืองยังจำเป็นต่อการรับประกันว่าการผลิตและการสั่งซื้อมีความถูกต้องแม่นยำ

แก้ไขโดย CX 2023-10-18