2025-11-14
เฟือง ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของการส่งกำลังเชิงกล ทำหน้าที่เป็น “ข้อต่อ” ภายในระบบอุตสาหกรรม รับผิดชอบในการส่งกำลัง ควบคุมความเร็ว และเปลี่ยนทิศทาง ภายในตระกูลเฟืองขนาดใหญ่ เฟืองตรง เฟืองเฉียง และเฟืองบาก เป็นสามประเภทที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยแต่ละประเภทมีความโดดเด่นด้วยการออกแบบโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ แม้ว่าดูเหมือนจะเป็น ‘ล้อที่มีฟัน’ ทั้งหมด แต่ก็มีความแตกต่างอย่างมากในด้านประสิทธิภาพการส่งกำลัง ความสามารถในการรับน้ำหนัก และเสถียรภาพในการทำงาน การเลือกเฟืองส่งผลโดยตรงต่อขีดจำกัดประสิทธิภาพของอุปกรณ์เชิงกล
ลักษณะเฉพาะของเฟืองตรงคือฟันจะขนานกับแกนของเฟือง โดยมีพื้นผิวฟันแบนและโปรไฟล์ฟันแบบ involute การออกแบบโครงสร้างนั้นเรียบง่ายอย่างน่าทึ่ง การผลิตต้องใช้การตัดตามแนวแกนโดยใช้เครื่อง hobbing หรือ shaping gear ซึ่งช่วยลดความจำเป็นในการปรับมุมที่ซับซ้อน โครงสร้างที่ตรงไปตรงมานี้ช่วยลดความซับซ้อนในการผลิตเฟือง ลดต้นทุน และช่วยให้มีความต้องการความแม่นยำที่ค่อนข้างผ่อนคลายเกี่ยวกับการวัดระยะศูนย์กลางระหว่างการติดตั้ง เป็นสมาชิกที่ ‘สากล’ ที่สุดของตระกูลเฟือง
เฟืองกระบอกสูบแบบเกลียวมีฟันเอียงทำมุมเกลียวเฉพาะ (โดยทั่วไป 8°–20°) เทียบกับแกน ทำให้เกิดพื้นผิวฟันแบบเกลียว การออกแบบที่เอียงนี้ไม่ได้เป็นเพียงส่วนเกินเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการส่งกำลังในเชิงโครงสร้างโดยการเพิ่มความยาวสัมผัสของฟัน ในระหว่างการตัดเฉือน จะต้องปรับมุมเครื่องมือตามมุมเกลียว และต้องออกแบบเฟืองทั้ง ‘มือซ้าย’ และ ‘มือขวา’ เพื่อต้านทานแรงตามแนวแกน ดังนั้น ทั้งความซับซ้อนในการผลิตและต้นทุนจึงสูงกว่าเฟืองตรง
ฟันของเฟืองบากกระจายไปตามพื้นผิวรูปกรวย โดยมีทิศทางฟันชี้จากจุดยอดไปยังฐาน เมื่อเฟืองสองตัวประกบกัน แกนของเฟืองจะตัดกันที่ 90° (หรือมุมอื่นๆ) คุณสมบัติโครงสร้างที่โดดเด่นที่สุดอยู่ที่ความสามารถในการ ‘ส่งกำลังเชิงพื้นที่’ – ไม่เพียงแต่ส่งกำลังเท่านั้น แต่ยังเปลี่ยนทิศทางการส่งกำลังอีกด้วย ในระหว่างการตัดเฉือน จะต้องมั่นใจว่าโปรไฟล์ฟันรูปกรวยประกบกันอย่างแม่นยำ ซึ่งต้องการความแม่นยำของเครื่องมือกลที่สูงเป็นพิเศษ ทำให้เป็นประเภทที่ท้าทายที่สุดในการผลิตในบรรดาเฟืองสามชนิด
การใช้ประโยชน์จากความเรียบง่ายและต้นทุนต่ำ เฟืองกระบอกสูบตรงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในเครื่องจักรทั่วไปที่ไม่จำเป็นต้องทำงานได้อย่างราบรื่น ตัวอย่าง ได้แก่ กลไกการส่งกำลังในเครื่องซักผ้าและพัดลมไฟฟ้า เครื่องลดขนาดเล็ก เครื่องมือช่าง (เช่น ประแจและกระปุกเกียร์) รวมถึงเครื่องจักรกลการเกษตรและอุปกรณ์อุตสาหกรรมเบาที่ทำงานด้วยความเร็วปานกลางถึงต่ำภายใต้ภาระเบา ในภาคยานยนต์ เฟืองตรงเคยถูกนำมาใช้ในเกียร์ส่งกำลังความเร็วต่ำ แต่ส่วนใหญ่ถูกแทนที่ด้วยเฟืองเกลียวเนื่องจากปัญหาเรื่องเสียงรบกวน
เนื่องจากความราบรื่นที่ความเร็วสูงและความสามารถในการรับน้ำหนักที่มาก เฟืองกระบอกสูบแบบเกลียวจึงกลายเป็นตัวเลือกหลักสำหรับเครื่องจักรระดับไฮเอนด์ ตัวอย่าง ได้แก่: ระบบส่งกำลังยานยนต์ (เกียร์ความเร็วสูง) เพลาข้อเหวี่ยงเครื่องยนต์ เกียร์บ็อกซ์กังหันลม ไดรฟ์แกนเครื่องมือกล และระบบพลังงานของรถไฟความเร็วสูงและเรือเดินสมุทร ภายในอุปกรณ์อุตสาหกรรมสำหรับงานหนัก เช่น เครื่องจักรทำเหมืองและเครื่องลดขนาดโรงงานโลหะวิทยา เฟืองเกลียวตอบสนองความต้องการในการส่งกำลังภายใต้สภาวะการทำงานที่ซับซ้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ข้อได้เปรียบหลักของเฟืองบากอยู่ที่ความสามารถในการ ‘ส่งกำลังแบบบังคับเลี้ยว’ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องเปลี่ยนทิศทางการส่งกำลัง ตัวอย่าง ได้แก่: เฟืองท้ายรถยนต์ (ช่วยให้การส่งกำลังตั้งฉากระหว่างล้อซ้ายและขวา) เกียร์บ็อกซ์หลักของเฮลิคอปเตอร์ (แปลงกำลังเครื่องยนต์แนวนอนเป็นกำลังโรเตอร์แนวตั้ง) กลไกการป้อนเครื่องมือกล ระบบบังคับเลี้ยวในเครื่องจักรก่อสร้าง (เช่น รถขุดและเครน) และกลไกการส่งกำลังในลิฟต์และบันไดเลื่อน
หลักการสำคัญในการเลือกประเภทเฟืองคือ ‘การจับคู่การใช้งาน’:
สำหรับการใช้งานที่เรียบง่าย ต้นทุนต่ำ ความเร็วปานกลางถึงต่ำ ภาระเบา พร้อมทิศทางการส่งกำลังแบบขนาน: ให้ความสำคัญกับเฟืองตรง
สำหรับการใช้งานความเร็วสูง ภาระหนัก เสียงรบกวนต่ำ พร้อมทิศทางการส่งกำลังแบบขนาน: เลือกใช้เฟืองเกลียว
เมื่อต้องเปลี่ยนทิศทางการส่งกำลัง (เช่น ไดรฟ์แนวตั้ง) และรองรับภาระปานกลางถึงหนัก: เฟืองบากเป็นสิ่งจำเป็น
นอกจากนี้ ปัจจัยเสริมควรได้รับการพิจารณา:
- สำหรับอุปกรณ์ที่ต้องการประสิทธิภาพเป็นพิเศษ (เช่น ระบบขับเคลื่อนยานยนต์พลังงานใหม่) เฟืองตรงหรือเฟืองเกลียวพิสูจน์แล้วว่าเหมาะสมกว่า
- เมื่อข้อจำกัดด้านพื้นที่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนแปลงทิศทาง (เช่น ข้อต่อหุ่นยนต์) เฟืองบากเป็นตัวเลือกเดียวที่เป็นไปได้
ติดต่อเราตลอดเวลา
