“เฟือง” มีกี่ประเภทและการใช้งานต่าง ๆ ที่ควรรู้
เมื่อพูดถึงอุปกรณ์เครื่องกลที่ช่วยลดการทำงาน ช่วยผ่อนแรง ทำให้เกิดการทำงานเชิงกลในอุตสาหกรรมต่าง ๆ สิ่งนั้นก็คือ ❝เฟือง (Gear)❞ เป็นชิ้นส่วนหนึ่งของเครื่องจักร หลายคนคงนึกถึงรูปแบบของเฟืองเป็นลักษณะจานแบนรูปวงกลม เป็นอุปกรณ์ที่มีความแข็งแรงสูงและปลอดภัย ซึ่งเฟืองมีหลากหลายประเภทด้วยกัน แต่ละประเภทลักษณะเป็นแบบไหนและใช้งานแบบไหนบ้าง?
วันนี้ KACHA จะพาทุกคนไปทำความรู้จักกับเฟืองให้มากขึ้นกันดีกว่า . . .
เฟืองคืออะไร?
เป็นชิ้นส่วนเครื่องกลมีรูปร่างเป็นจานแบนรูปวงกลม ตรงขอบมีลักษณะเป็นแฉก เรียกว่าฟันเฟือง ซึ่งสามารถนำไปประกบกับเฟืองอีกตัวหนึ่ง เมื่อเฟืองตัวแรกหมุน เฟืองตัวที่สองจะหมุนในทิศทางตรงกันข้าม เกิดเป็นระบบส่งกำลังขึ้น โดยความเร็วรอบของเฟืองที่สองจะขึ้นกับอัตราส่วนจำนวนฟันเฟืองของตัวแรกเทียบกับตัวที่สอง ซึ่งอัตราส่วนนี้สามารถปรับให้เกิดเป็นความได้เปรียบเชิงกลได้
ด้วยคุณลักษณะนี้ จึงทำให้เฟืองสามารถนำมาใช้ส่งผ่านแรงหมุน ปรับความเร็วแรงหมุนและทิศทางการหมุนในเครื่องจักรได้ โดยระบบเฟืองหรือระบบส่งกำลังนี้ มีความสามารถคล้ายคลึงกับระบบสายพาน แต่ดีกว่าตรงที่ระบบเฟืองจะไม่สูญเสียพลังงานไปกับการยืดหดและการลื่นไถลของสายพานนั่นเอง
เฟืองมีกี่ประเภท?
เราสามารถแบ่งเฟืองที่ใช้ในอุตสาหกรรมนั้น ได้เป็น 8 ประเภท ดังนี้
1. เฟืองเกลียวสกรู (Spiral Gears)
นิยมใช้ในระบบเฟืองส่งกำลังของรถยนต์หรือเครื่องจักรที่ต้องการเปลี่ยนมุมในการส่งกำลัง เป็นเฟืองเกลียวที่ใช้ส่งกำลังระหว่างเพลาที่ทำมุมกัน 90 องศา การใช้งานเฟืองชนิดนี้ส่วนมากจะใช้ในการเปลี่ยนทิศทางในการส่งกำลังของเพลา เฟืองเกลียวสกรูจะถูกนำไปใช้กับชุดเฟืองที่มีการทดรอบมาก การสึกหรอจะเกิดขึ้นค่อนข้างมากเนื่องจากลักษณะการเคลื่อนที่ส่งกำลังของเฟืองจะมีลักษณะในการลื่นไถล (Sliding Contact) ระหว่างผิวของฟันเฟืองคู่ที่ใช้ส่งกำลัง ไม่เหมาะที่จะใช้กับระบบส่งกำลังที่มีกำลังมาก ๆ
2. เฟืองตัวหนอน (Worm Gears)
เฟืองตัวหนอนประกอบด้วย 2 ชิ้นส่วนคือ ล้อตัวหนอน (Worm Wheel) และตัวเฟือง (Worm Gear) เป็นเฟืองที่มีการทำงานแบบ Self-locking คือ ทำงานในรูปแบบการหมุน แนวเพลาขับและเพลาตามของเฟืองตัวหนอนจะทำมุมกันที่มุมฉาก 90 องศา เฟืองตัวหนอนทำงานเสียงเงียบและมีแรงสั่นสะเทือนเกิดขึ้นน้อย
- ข้อดี คือสามารถใช้กับอัตราการทดเฟืองที่มากขึ้นและเสียงในการทำงานเงียบ
- ข้อเสีย คือการสูญเสียพลังงานที่สูงและเกิดแรงกระทำบนตัวหนอนที่สูงไม่แพ้กัน
3. เฟืองดอกจอก (Bevel Gears)
มักถูกนำไปใช้งานในยานพาหนะทั้งทางบกและทางน้ำ เช่น ยานยนต์โดยเฉพาะในระบบส่งกำลังและขับเคลื่อน รถแทรกเตอร์ ใช้ในระบบเฟืองส่งกำลังของเรือ เป็นต้น ลักษณะของเฟืองดอกจอกจะมีรูปทรงคล้ายกับกรวย เป็นเฟืองสองตัวที่ขบกัน ใช้สำหรับส่งกำลังจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลาหนึ่ง มุมระหว่างเพลาทำมุมกันที่ 90 องศา
- ข้อดี คือเหมาะกับการใช้ในอัตราทดของเฟืองที่มีมาก ๆ ประสิทธิภาพในการใช้งานและการส่งถ่ายกำลังสูง เสียงเงียบ และเฟืองแบบเฉียงถูกออกแบบให้อัตราการทดมีมากกว่า จึงแข็งแรงและทนทานมากกว่าเฟืองดอกจอกแบบตรง
- ข้อเสีย คือเฟืองดอกจอกแบบเฉียงจะประกอบยาก เมื่อเวลาทำงานจริงแล้วต้องการปรับเปลี่ยนมุมก็ยิ่งยากและเพลาทำงานหนักจากการกระแทกสูง จึงต้องเลือกตลับลูกปืน ที่มีความทนทานสูงเช่นกัน
4. เฟืองเฉียง (Helical Gears)
มีลักษณะคล้ายเฟืองตรง แต่ลักษณะแนวของฟันเฟืองจะไม่ขนานกับเพลาแต่จะทำมุมเฉียง โดยอาจะเอียงไปด้านซ้ายหรือด้านขวาขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งานหรือการออกแบบของผู้ผลิต ในการใช้งานเฟืองเฉียงจะใช้เป็นคู่ ฟันเฟืองหนึ่งจะเอียงไปทางซ้ายและอีกฟันเฟืองหนึ่งจะเอียงไปทางขวาในมุมที่เท่ากัน จุดเด่นของเฟืองเฉียงคือสามารถรับ Load ได้มากกว่าเฟืองตรงที่มีขนาดเท่ากัน การที่ฟันเฟืองมีลักษณะเอียงจึงทำให้ความยาวของฟันเฟืองยาวกว่าและพื้นที่หน้าสัมผัสของฟันมีมากกว่าเฟืองตรง เสียงในขณะทำงานของเฟืองเฉียงจะเงียบกว่าเฟืองตรง เนื่องจากการขบกันของเฟืองจะกระทำอย่างนิ่มนวลกว่า เพราะมุมที่เฉียงของฟันเฟืองทำให้เกิดการเหลื่อม (Overlap) กันของฟันเฟืองขณะหมุน
- ข้อดี คือการทำงานเงียบ เสียงน้อย ทำงานอย่างราบลื่นและต่อเนื่อง
- ข้อเสีย คือประสิทธิภาพในการทำงานค่อนข้างต่ำ การสูญเสียพลังงานมีสูงเกิดจากการลื่นไถลที่มากขึ้น
5. เฟืองเฉียงก้างปลา (Herringbone Gears)
เฟืองก้างปลาถูกพัฒนามาจากเฟืองเฉียง มีลักษณะของฟันเฟืองที่เฉียงเข้าหากันในมุมที่เท่ากัน ทำให้ช่วยลดแรงรุน (Trust) ด้านข้างขณะทำงานได้ซึ่งแรงรุนจะมีค่าเท่ากับศูนย์ เฟืองก้างปลาขณะทำงานจะมีเสียงเงียบ สามารถรับ Load ได้มากกว่าเฟืองตรง ขณะทำงานเกิดแรงสั่นสะเทือนน้อยกว่าเฟืองตรง ข้อดีของเฟืองชนิดก้างปลาคือ เฟืองจะเลื่อนออกจากกันไม่ได้
6. เฟืองวงแหวน (Internal Gears)
จะมีลักษณะคล้ายเฟืองตรงคือมีลักษณะเป็นวงกลมแต่ฟันเฟืองจะอยู่ด้านในของวงกลม มีเฟืองคู่กันขนาดเล็กกว่าขบกันอยู่ด้านใน โดยปกติของเฟืองวงแหวนแล้วเฟืองตัวเล็ก (Pinion Gear) ที่อยู่ด้านในจะทำหน้าที่เป็นตัวขับ เช่น เป็นเฟืองสำหรับปั๊มน้ำมันเครื่องของเครื่องยนต์ โดยที่เฟืองตัวเล็กที่อยู่ภายในเป็นตัวขับส่วนตัวใหญ่จะหมุนในลักษณะการเยื้องศูนย์เพื่อดูดน้ำมันเครื่องส่งไปใช้งาน
7. เฟืองสะพาน (Rack Gears)
ในหนึ่งชุดของเฟืองสะพานจะประกอบด้วย 2 ส่วนคือ ส่วนที่เป็นเฟืองขับลักษณะเป็นวงกลม และ ส่วนที่เป็นเฟืองสะพานมีลักษณะเป็นแท่งยาวตรง โดยฟันเฟืองทั้ง 2 ส่วนวางขบกันอยู่ การทำงานของเฟืองสะพานคือ จะใช้ในการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ จากการเคลื่อนที่แบบหมุนหรือเชิงมุมให้เป็นการเคลื่อนที่แบบเส้นตรงหรือแบบกลับไปกลับมา เฟืองสะพานถูกนำไปใช้งานในการส่งถ่ายกำลังในเครื่องจักรกล การส่งถ่ายกำลังในระบบบังคับเลี้ยวของรถยนต์ ใช้กับเครื่องพิมพ์หรือเครื่อง Plot ขนาดใหญ่ หรือใช้ในอุตสาหกรรมหุ่นยนต์ ใช้ในเครื่องกลึงยันศูนย์ที่ช่วยให้แท่นเลื่อนเคลื่อนที่ ซ้าย-ขวา หรือใช้ในเครื่องเจาะเพื่อเคลื่อนเพลาเครื่องเจาะให้ขึ้น-ลงได้นั่นเอง
- ข้อดี คือเมื่อใช้งานร่วมกับเฟืองตรงหรือเฟืองแบบตัวเล็ก ก็จะทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบเชิงเส้นได้ทันที และมีการติดตั้งรูมาเป็นจำนวนมากและจัดเรียงกันมา จึงทำให้เลือกใช้งานได้อย่างหลากหลาย ไม่ว่าจะรูด้านข้าง ด้านใน หรือรูเจาะคว้าน ที่เป็นไปตามการใช้งานแต่ละแบบ
- ข้อเสีย คือเฟืองจะไม่สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง เพราะต้องเคลื่อนที่ไปเรื่อยๆ และจะต้องไปจบที่ปลายสะพานอยู่ตลอดอีกด้วย
8. เฟืองตรง (Spur Gears)
เป็นเฟืองที่นิยมใช้กันมากที่สุด เนื่องจากสามารถหาซื้อได้ง่าย มีประสิทธิภาพการทำงานที่สูงและง่ายในการประกอบ ไม่มีแรงรุน (Trust) ที่เกิดขึ้นในแนวแกน (No Axial Force) ในขณะที่ทำงาน และหน้ากว้างของเฟืองตรงสามารถเพิ่มได้เพื่อให้เกิดผิวสัมผัสที่มากขึ้น จะช่วยลดการสึกหรอให้น้อยลงได้ เฟืองตรงเป็นเฟืองที่มีโครงสร้างง่ายไม่สลับซับซ้อน มีลักษณะเฉพาะคือฟันของเฟืองจะเป็นแนวขนานไปกับรูเพลา มักถูกนำมาใช้ในระบบส่งกำลัง
- ข้อดี คือประสิทธิภาพในการใช้งานสูง ประกอบง่าย ซี่ฟันจัดวางในแนวนอนก็พร้อมใช้งาน และสูญเสียพลังงานต่ำเพราะแรงลื่นไถลมีน้อย
- ข้อเสีย คือเวลาใช้งานแล้วรอบเริ่มเร็วจะเสียงดังมาก ใช้งานแบบคู่ขนานได้เท่านั้น และความแข็งแรงก็ค่อนข้างน้อยกว่าเฟืองชนิดอื่น
🤔 วิธีการผลิตเฟืองเป็นแบบไหนกัน?
การผลิตเฟืองมีกรรมวิธีในการผลิตที่หลากหลายรูปแบบ เช่น การปั๊มขึ้นรูป การทำโมลด์พลาสติก การหล่อ การตัดเลเซอร์และการแปรรูปด้วยเครื่องจักร เป็นต้น ซึ่งการที่ผู้ผลิตจะผลิตเฟืองเพื่อใช้ในด้านอุตสาหกรรมจำเป็นต้องคำนึงถึงชนิดของเฟือง จำนวนที่ผลิตและต้นทุนที่ใช้ในการผลิตเฟือง เพื่อให้เกิดการใช้งานที่คุ้มค่าและประหยัดมากที่สุด
ในปัจจุบันมีวัสดุที่ใช้ในการผลิตเฟืองมีหลากหลายชนิด หลายรูปแบบขึ้นอยู่กับการใช้งาน วิศวกรที่เป็นผู้ออกแบบเฟืองสามารถเลือกใช้วัสดุได้หลากหลาย เช่น อะลูมิเนียม, ไม้, พลาสติก, ไททาเนียม, แมกนีเซียม, ทองแดง, ทองเหลือง, เหล็กหล่อ, เหล็กเหนียว รวมไปถึงการนำวัสดุต่าง ๆ มาผสมกันเพื่อผลิตเฟืองได้
องค์ประกอบนการเลือกวัสดุเพื่อผลิตเฟืองมีดังนี้
|
|
|
|
|
|
|
👉 การหล่อลื่นอุณหภูมิในการทำงานและความเร็วในการหมุน เป็นปัจจัยสำคัญที่สามารถช่วยเพิ่มมูลค่าของกระบวนการผลิตและวัสดุที่ใช้ เช่น มีการปรับเปลี่ยนสภาพผิวของเฟืองเพื่อเพิ่มความทนทาน เนื่องจากการทำงานในที่ที่มีอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องมีการใช้วัสดุในการผลิตเฟืองที่มีความทนทานมากกว่าการทำงานในอุณหภูมิปกติ
จะเห็นได้ว่าเฟืองแต่ละชนิดมีการทำงานและมีความแตกต่างกันอยู่ ดังนั้นควรศึกษาให้ดีเพื่อนำไปเลือกใช้งานตามความเหมาะสม หวังว่าบทความนี้จะทำให้หลาย ๆ คนได้เข้าใจถึงความหมายของเฟืองกันมากขึ้นด้วย 🥰
ที่มา : Kacha
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น