เกียร์เฮลิคอล

โดยทั่วไปแล้ว เกียร์ทดรอบแบบเกลียวประกอบด้วยเฟืองสองตัว เฟืองทั้งสองมีฟันที่ตัดแล้วและสอดเข้าหากัน เฟืองทั้งสองทำงานร่วมกันเพื่อส่งแรงบิดและความเร็ว เกียร์ทดรอบประเภทนี้ใช้ในงานหลากหลายประเภท

หลักการทำงาน

นอกจากจะมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่าแล้ว เฟืองเกลียวยังมีข้อดีหลายประการเหนือกว่าเฟืองตรง ประการแรก เฟืองเกลียวให้การทำงานที่ราบรื่นกว่า การสั่นสะเทือนน้อยกว่า และระดับเสียงต่ำกว่า นอกจากนี้ยังสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่าเฟืองตรง เฟืองเหล่านี้ถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมแปรรูปอาหาร อุตสาหกรรมพลาสติก และอุตสาหกรรมน้ำมัน
คุณสมบัติสำคัญอีกประการหนึ่งของเฟืองเกลียวคือการขบกันของฟันเฟืองอย่างราบรื่นและค่อยเป็นค่อยไป ซึ่งช่วยให้การทำงานราบรื่นยิ่งขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทำงานภายใต้ภาระหนัก กระบวนการนี้ช่วยลดแรงกระแทกและการคลายตัว และยังช่วยลดการสึกหรออีกด้วย
นอกจากนี้ มุมเกลียวเป็นตัวแปรที่สามารถปรับได้เพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งาน โดยปกติมุมจะเป็นซ้ายหรือขวา และสามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามมุมมอง
เฟืองเกลียวมักใช้ในระบบขับเคลื่อนเฟืองแบบปิด เช่น สายพานลำเลียง พัดลม และลิฟต์ เฟืองเกลียวให้การทำงานที่ราบรื่นกว่า ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความเงียบ อย่างไรก็ตาม เฟืองเกลียวมีประสิทธิภาพในการส่งกำลังน้อยกว่าเฟืองตรง
ความเค้นสัมผัสสัมพัทธ์ (RCS) ที่คำนวณได้สำหรับเฟืองเกลียวจะคล้ายกับของเฟืองตรง อย่างไรก็ตาม ปริมาตร Vi ซึ่งเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับเกลียว จะแตกต่างกัน ปริมาตรนี้ถูกกำหนดให้เป็นปริมาตรทั้งหมดของช่องเกลียว ซึ่งคำนวณโดยการอินทิเกรตตามความกว้างของหน้าตัด ปริมาตรของช่องทั่วไปจะมีขนาดใหญ่กว่าปริมาตรของช่องเกลียวที่ไม่มีเกลียว
นอกจากนี้ อัตราส่วนการสัมผัสยังลดลง เนื่องจากฟันเฟืองทั้งสองไม่ขนานกัน ฟิล์มน้ำมันหนาช่วยป้องกันไม่ให้ฟันเฟืองสัมผัสกัน ฟิล์มนี้ยังช่วยระบายความร้อนให้กับพื้นผิวฟันเฟืองอีกด้วย
ค่าตัวประกอบการใช้งาน (Service Factor) คือตัวเลขที่คำนึงถึงสภาวะการใช้งานของเกียร์ โดยปกติจะเป็นอัตราส่วนระหว่างแรงบิดสูงสุดและแรงบิดที่เกิดขึ้นจริง

ประสิทธิภาพ

ในการทดสอบระบบเกียร์ครั้งล่าสุด ได้มีการทดสอบเกียร์เชิงพาณิชย์จำนวน 13 รุ่นอย่างละเอียด โดยวัดประสิทธิภาพที่แรงบิดและกำลังไฟฟ้าปกติ แผนภูมิประสิทธิภาพที่นำเสนอในบทความนี้แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพของเกียร์แต่ละรุ่นค่อนข้างใกล้เคียงกัน
ประสิทธิภาพของเกียร์ขึ้นอยู่กับจำนวนฟันเฟืองและอัตราส่วนระหว่างฟันเฟือง ยิ่งอัตราส่วนต่ำ ประสิทธิภาพยิ่งสูง
ประสิทธิภาพยังได้รับผลกระทบจากแรงบิดโหลดด้วย ยิ่งแรงบิดโหลดสูง ประสิทธิภาพก็จะยิ่งต่ำลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบเกียร์ที่มีอัตราทดสูง
การสูญเสียพลังงานยังได้รับผลกระทบจากอัตราส่วนการสัมผัสและการทับซ้อนด้วย สำหรับเกียร์ที่มีอัตราส่วนสูง ความแตกต่างระหว่างประสิทธิภาพตามแคตตาล็อกและประสิทธิภาพตามแบบจำลองจะมากกว่าเกียร์ที่มีอัตราส่วนต่ำ โชคดีที่การปรับปรุงด้านการหล่อลื่นกำลังช่วยลดช่องว่างนี้ลง
เกียร์ทดรอบแบบเกลียวเป็นเกียร์ทดรอบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในอุตสาหกรรม มันถ่ายทอดการเคลื่อนที่ระหว่างการจัดเรียงแบบขนานและมีเสียงรบกวนน้อยกว่าเกียร์ทดรอบแบบธรรมดา เกียร์เหล่านี้เข้ากันอย่างนุ่มนวลและราบรื่น จึงสึกหรอน้อยกว่า นอกจากนี้ยังช่วยให้สามารถรับกำลังได้มากขึ้นอีกด้วย
แม้ว่าเฟืองเกลียวจะใช้งานได้ดี แต่ก็มีราคาแพงกว่าเฟืองแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม การประหยัดต้นทุนในระยะยาวอาจมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงควรพิจารณาข้อดีของเกียร์ทดรอบแบบเฟืองเกลียวก่อนเลือกใช้เกียร์ทดรอบสำหรับงานของคุณ
เมื่อเปรียบเทียบประสิทธิภาพของเกียร์ทดรอบแบบเกลียวกับเกียร์ทดรอบแบบหนอน เกียร์ทดรอบแบบหนอนมีประสิทธิภาพมากกว่า อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างของประสิทธิภาพนั้นไม่มากเท่ากับเกียร์ทดรอบประเภทอื่นๆ
ประสิทธิภาพของเกียร์ทดรอบแบบเกลียวได้รับผลกระทบจากความเร็วของเฟืองด้วยเช่นกัน เกียร์ทดรอบต้องมีการหล่อลื่นตลับลูกปืนอย่างเพียงพอ นอกจากนี้ การพิจารณาพื้นที่ที่ต้องการในระบบส่งกำลังก็มีความสำคัญเช่นกัน

แอปพลิเคชัน

เกียร์ทดรอบแบบเกลียวมีการใช้งานอย่างแพร่หลายและถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมหลายประเภท ตัวอย่างเช่น อุตสาหกรรมการพิมพ์ อุตสาหกรรมยาง อุตสาหกรรมพลาสติก อุตสาหกรรมซีเมนต์ อุตสาหกรรมเครื่องจักรกลหนัก และอุตสาหกรรมเคมี
เกียร์ทดรอบแบบเกลียวใช้สำหรับสายพานลำเลียงและลิฟต์ด้วยเช่นกัน มีความทนทานสูงและสามารถรับน้ำหนักได้มากกว่า อีกทั้งยังเงียบกว่าเกียร์ทดรอบแบบตรง และยังใช้ในระบบส่งกำลังของรถยนต์หลายประเภทอีกด้วย
เกียร์ทดรอบแบบเกลียวส่งกำลังระหว่างเพลาคู่ขนานสองตัว เป็นทางเลือกที่ดีแทนเกียร์ตรง มีขนาดกะทัดรัด ลดการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวน มีความทนทานสูง และสามารถใช้งานได้กับเพลาที่ไม่ขนานกัน
การใช้งานที่พบได้บ่อยที่สุดคือในอุตสาหกรรมยานยนต์ เกียร์ทดรอบแบบเกลียว (Helical gearboxes) ยังใช้ในอุตสาหกรรมอื่นๆ อีกด้วย มีประโยชน์มากในลิฟต์ สายพานลำเลียง และงานอุตสาหกรรมหนักอื่นๆ นอกจากนี้ยังช่วยลดความเร็วได้อย่างมีประสิทธิภาพ และนิยมใช้ในระบบควบคุมอัตโนมัติ รวมถึงในอุตสาหกรรมเหมืองแร่และอุตสาหกรรมปูนซีเมนต์ด้วย
เกียร์ทดรอบแบบเกลียวสามารถผลิตได้โดยมีการดัดแปลงหลายรูปแบบ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญเพราะบางอุตสาหกรรมอาจต้องการเกียร์ทดรอบที่แตกต่างกัน
เฟืองเกลียวมีจำนวนฟันมากกว่า ทำให้สึกหรอน้อยกว่า และมีเสียงรบกวนน้อยกว่าเฟืองตรง ความสามารถในการสร้างแรงผลักสูงทำให้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความเร็วสูง นอกจากนี้ยังสามารถกระจายภาระไปยังหลายแกนได้ และยังใช้ในงานที่ต้องรับแรงกระแทกและการสั่นสะเทือนสูงอีกด้วย
เกียร์ทดรอบแบบเฟืองเกลียวมีประสิทธิภาพการทำงานสูงกว่าเกียร์ทดรอบแบบเฟืองตรง อย่างไรก็ตาม ต้นทุนการผลิตเกียร์ทดรอบแบบเฟืองเกลียวสูงกว่าเกียร์ทดรอบแบบเฟืองตรง
เกียร์ทดรอบแบบเกลียวยังมีข้อดีในการส่งกำลังระหว่างเพลาที่ทำมุมฉากกันได้ นอกจากนี้ยังสามารถทำงานร่วมกับเกียร์แกนไขว้ ซึ่งช่วยลดแรงกระแทกได้

การเปลี่ยนแปลง

เกียร์ทดรอบแบบเกลียวมีหลายรูปแบบวางจำหน่ายในตลาดสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในระบบส่งกำลังของรถยนต์และอุตสาหกรรมอื่นๆ เกียร์ทดรอบแบบเกลียวเงียบกว่าเกียร์ทดรอบแบบธรรมดา อีกทั้งยังทนทานและมีประสิทธิภาพสูง อย่างไรก็ตาม เกียร์ทดรอบแบบเกลียวอาจทำให้เกิดแรงเสียดทานและการสึกหรอสูงกว่า
เฟืองเกลียวทำจากฟันที่บิดรอบตัวเฟืองทรงกระบอกเป็นมุม มุมที่ฟันเฟืองถูกตัดเรียกว่ามุมเกลียว มุมเกลียวสามารถปรับได้เพื่อให้เข้ากับเฟืองและสภาพแวดล้อมโดยรอบ
มุมเกลียวยังเป็นตัวกำหนดแรงตามแนวแกนที่เฟืองสร้างขึ้นด้วย มุมเกลียวที่ใหญ่ขึ้นจะสร้างแรงตามแนวแกนมากขึ้น แรงตามแนวแกนที่เพิ่มขึ้นนี้จะต้องถูกดูดซับโดยแบริ่ง มุมแรงดันยังมีผลโดยตรงต่อแรงปกติและรัศมีความโค้งของฟันเฟืองด้วย
เฟืองเกลียวสามารถติดตั้งได้ทั้งแบบขนานหรือแบบไขว้ เฟืองเกลียวที่ต่อแบบขนานต้องมีระยะห่างของฟันและมุมแรงดันที่เท่ากันจึงจะทำงานได้อย่างถูกต้อง เฟืองเกลียวที่ต่อแบบไขว้สามารถทำงานได้เงียบและราบรื่นกว่าเฟืองตรง แต่ก็สามารถใช้ในการส่งแรงบิดที่สูงกว่าได้เช่นกัน
เฟืองเกลียวมีทั้งแบบเกลียวเดี่ยวและเกลียวคู่ เฟืองเกลียวเดี่ยวผลิตด้วยเครื่องมือและอุปกรณ์เดียวกับเฟืองตรง แต่ต่างจากเฟืองตรงตรงที่เฟืองเกลียวเดี่ยวมีพื้นที่สัมผัสมากกว่า และเหมาะสำหรับระบบขับเคลื่อนที่ต้องการความแม่นยำสูง
เฟืองเกลียวคู่ หรือที่เรียกว่าเฟืองก้างปลา ผลิตโดยการเซาะร่องระหว่างฟันสองซี่ สามารถลดแรงตามแนวแกนและยังใช้เพื่อรองรับน้ำหนักบรรทุกสูงได้อีกด้วย
เฟืองเกลียวมักใช้ในการส่งกำลังในระดับต่ำ นอกจากนี้ยังเป็นทางเลือกในการเชื่อมต่อเพลาแบบขนานและไม่ขนานกัน และยังใช้ในงานที่มีความเร็วสูงอีกด้วย

รัศมีปลายเครื่องมือ

ในบรรดาพารามิเตอร์มากมายที่ใช้ในการออกแบบเกียร์ทดรอบแบบเกลียว รัศมีปลายฟันอาจเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด แม้ว่าจะเป็นเพราะเป็นพารามิเตอร์ที่เข้าใจยากที่สุดก็ตาม วิธีที่ดีที่สุดในการประมาณเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเกียร์ทดรอบแบบเกลียวคือการใช้โปรไฟล์อ้างอิงของฟันเป็นพื้นฐานในการคำนวณ ขั้นตอนที่คล้ายกันนี้ใช้ในการคำนวณมุมเกลียว ปลายเครื่องมือที่เล็กเกินไปจะทำให้ฟันมีส่วนที่เว้าเข้าไป ซึ่งเป็นปัญหาหากคุณมีเกียร์ที่มีจำนวนฟันมากและต้องการลดโอกาสที่ฟันจะเสียหาย
สำหรับผู้ที่ชื่นชอบเฟือง มีเครื่องมือและกระบวนการสำหรับเกียร์ทดรอบแบบเกลียวมากมาย โดยขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางปลายฟันเฟืองเป็นเพียงหนึ่งในนั้น โชคดีสำหรับผู้ที่ชื่นชอบการออกแบบเฟือง เพราะเกียร์ทดรอบแบบเกลียวมีอะไรมากกว่าที่เห็น ตัวอย่างเช่น ฟันเฟืองเกลียวเป็นพื้นผิวสามมิติ ดังนั้นรูปร่างและหน้าที่ของมันจึงสามารถคำนวณได้ทางคณิตศาสตร์หรือเชิงตัวเลข
นอกจากปลายฟันเฟืองที่เคลื่อนที่ได้อย่างไม่แน่นอนแล้ว ชุดเกียร์เกลียวยังเป็นผลผลิตจากกระบวนการผลิตอีกด้วย สาเหตุหลักคือการเบี่ยงเบนของโปรไฟล์ ซึ่งเป็นระยะห่างระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวเฟืองกับเส้นอ้างอิงของเครื่องมือตัด แม้ว่าผู้ออกแบบเฟืองอาจเลือกที่จะมองข้ามปัญหานี้ แต่โดยทั่วไปแล้วถือเป็นปัจจัยในการออกแบบเพื่อประโยชน์ในการเพิ่มอัตราส่วนการสัมผัสให้สูงสุด ซึ่งหมายความว่าฟันเฟืองต้องสามารถทนต่อแรงบิดของชุดเฟืองแต่ละตัวได้
เฟืองเกลียวเป็นชุดรูปทรงเรขาคณิต และวิธีที่ดีที่สุดในการออกแบบเฟืองคือการลดความแข็งแรงในการดัดงอของฟันให้น้อยที่สุด ในขณะที่เพิ่มความแข็งแกร่งในการดัดงอของฟันให้มากที่สุด เพื่อทำเช่นนั้น คุณต้องจำกัดความหนาของปลายฟัน โดยปกติแล้วจะทำได้โดยการออกแบบรูปทรงของฟันให้เข้ากับรูปทรงของฟันของเฟืองที่ต้องการแทนที่

แก้ไขโดย CX 2023-10-25