ประเภทของเกียร์ โครงสร้าง ฟังก์ชัน และการใช้งาน

เกียร์เป็นส่วนประกอบที่พบบ่อยที่สุดในระบบส่งกำลังแบบกลไก และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์เครื่องจักรกลต่างๆ เพื่อส่งกำลัง เปลี่ยนความเร็วและทิศทาง เกียร์มีหลายประเภท แต่ละประเภทมีโครงสร้างและฟังก์ชันเฉพาะของตัวเอง เหมาะสำหรับสถานการณ์การใช้งานที่แตกต่างกัน บทความนี้จะแนะนำรายละเอียดของเกียร์ประเภททั่วไป รวมถึงลักษณะโครงสร้าง หลักการทำงาน เทคโนโลยีการประมวลผล และการใช้งานในด้านต่างๆ

หลักการพื้นฐานและการจำแนกประเภทของเกียร์

หลักการพื้นฐานของเกียร์

เฟืองเป็นองค์ประกอบทางกลที่ส่งกำลังและการเคลื่อนไหวผ่านฟันเฟืองที่ประกบกัน หลักการทำงานของมันขึ้นอยู่กับการประกบกันของฟันของเฟืองสองตัว ซึ่งส่งแรงบิดและการเคลื่อนที่ผ่านแรงสัมผัสของพื้นผิวฟัน ระบบส่งกำลังเกียร์มีลักษณะเฉพาะที่มีประสิทธิภาพสูง ความแม่นยำสูง และความน่าเชื่อถือสูง และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบกลไกต่างๆ

การจำแนกประเภทของเกียร์

เกียร์สามารถจำแนกได้หลายวิธีตามโครงสร้าง รูปร่าง วัตถุประสงค์ และวิธีการแปรรูป วิธีการจำแนกประเภททั่วไป ได้แก่:

จำแนกตามรูปร่างของเกียร์:

• เกียร์ทรงกระบอก
• เกียร์เอียง
• เกียร์หนอน
• เกียร์ไม่กลม

จำแนกประเภทตามวิธีเฟืองเกียร์:

• เกียร์ตาข่ายภายนอก
• เกียร์ตาข่ายภายใน
• เกียร์และแร็ค

จำแนกตามทิศทางการส่งเกียร์:

• การส่งผ่านเกียร์แกนขนาน
• การส่งผ่านเกียร์แกนตัดกัน
• การส่งผ่านเกียร์แกนเซ

จำแนกตามระดับความแม่นยำของเกียร์:

• เกียร์ที่แม่นยำ
• เกียร์ธรรมดา
• เกียร์ที่มีความแม่นยำต่ำ

ประเภทเกียร์ทั่วไปและคุณลักษณะของมัน

เกียร์ทรงกระบอก

เฟืองทรงกระบอกเป็นเฟืองประเภทที่พบบ่อยที่สุด โดยมีโครงฟันกระจายอยู่บนพื้นผิวทรงกระบอก เหมาะสำหรับการส่งผ่านระหว่างเพลาขนาน

คุณสมบัติโครงสร้าง:

• โปรไฟล์ฟันของเฟืองมักจะมีรูปร่างเป็นม้วน มีประสิทธิภาพการตาข่ายที่ดีและความสามารถในการรับน้ำหนัก
• สามารถออกแบบให้เป็นฟันตรง ฟันเกลียว หรือฟันก้างปลา เพื่อตอบสนองความต้องการการส่งผ่านที่แตกต่างกัน

ประเภท:

• เดือยเกียร์: เส้นฟันขนานกับแกน โครงสร้างเรียบง่าย และการประมวลผลสะดวก แต่แรงตามแนวแกนจะถูกสร้างขึ้นระหว่างการส่งผ่าน
• เกียร์ลาน: เส้นฟันอยู่ที่มุมหนึ่งกับแกน การส่งผ่านมีเสถียรภาพ และความสามารถในการรับน้ำหนักสูง แต่ต้องคำนึงถึงความสมดุลของแรงตามแนวแกน
• เกียร์ก้างปลา: ประกอบด้วยฟันเกลียวด้านซ้ายและขวา ซึ่งสามารถปรับสมดุลแรงตามแนวแกนได้โดยอัตโนมัติ และเหมาะสำหรับการส่งกำลังสูง

พื้นที่ใช้งาน:

• ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งกำลังทางกล เช่น ระบบส่งกำลังของรถยนต์ ตัวลดความเร็วทางอุตสาหกรรม มอเตอร์ ฯลฯ

เกียร์เอียง

เฟืองดอกจอกมีโครงฟันกระจายอยู่บนพื้นผิวทรงกรวย และเหมาะสำหรับการส่งผ่านระหว่างเพลาที่ตัดกัน

คุณสมบัติโครงสร้าง:

• โปรไฟล์ฟันของเฟืองมักจะเป็นรูปฟันม้วนหรือโค้งซึ่งสามารถรับรู้ถึงการส่งผ่านของแกนที่ตัดกันสองแกน
• แรงตามแนวแกนจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างการส่งกำลัง ซึ่งจำเป็นต้องได้รับการสนับสนุนจากตลับลูกปืน

ประเภท:

• เดือยเฟืองบายศรี: เส้นฟันตัดกับแกน โครงสร้างเรียบง่าย แต่สัญญาณรบกวนการส่งผ่านมีขนาดใหญ่
• เกียร์เอียงเกลียว: เส้นฟันมีรูปร่างโค้ง การส่งผ่านราบรื่น เสียงต่ำ และความสามารถในการรับน้ำหนักสูง
• เกียร์เอียงเกลียว: เส้นฟันเป็นเกลียว ประสิทธิภาพการส่งผ่านสูงและเหมาะสำหรับการส่งผ่านที่มีความแม่นยำสูง

พื้นที่ใช้งาน:

• นิยมใช้ในเฟืองท้ายรถยนต์ ระบบบังคับเลี้ยวแบบกลไก ระบบขับเคลื่อนแกนหมุนของเครื่องมือกล ฯลฯ

เกียร์หนอน

เฟืองตัวหนอนเป็นรูปแบบพิเศษของการส่งผ่านเกียร์ ซึ่งประกอบด้วยตัวหนอนและล้อตัวหนอน เหมาะสำหรับการส่งผ่านระหว่างเพลาที่เซ

คุณสมบัติโครงสร้าง:

• ตัวหนอนนั้นคล้ายกับด้าย และล้อตัวหนอนก็คล้ายกับเฟืองทรงกระบอกแบบเกลียว และทั้งสองก็ถูกประกบกันผ่านฟันที่เป็นเกลียว
• อัตราส่วนการส่งผ่านมีขนาดใหญ่และโครงสร้างมีขนาดกะทัดรัด แต่ประสิทธิภาพการส่งผ่านต่ำ และมักใช้เพื่อลดการส่งผ่าน

ประเภท:

• เกียร์หนอนธรรมดา: เหมาะสำหรับการส่งกำลังลดทั่วไป
• เกียร์หนอนแบบเฮลิคอล: การส่งผ่านที่เสถียรยิ่งขึ้นและความสามารถในการรับน้ำหนักที่สูงขึ้น
• เฟืองตัวหนอนฟันโค้งแบบวงกลม: พื้นผิวฟันมีรูปร่างโค้ง มีประสิทธิภาพการส่งผ่านสูง เหมาะสำหรับการส่งสัญญาณที่มีความแม่นยำสูง

พื้นที่ใช้งาน:

• ใช้กันอย่างแพร่หลายในการยกเครื่องจักร ตัวลด กลไกการป้อนเครื่องมือกล ฯลฯ

เกียร์ที่ไม่เป็นวงกลม

เฟืองที่ไม่ใช่วงกลมมีโปรไฟล์ฟันที่ไม่ใช่วงกลมมาตรฐาน และใช้เพื่อให้บรรลุข้อกำหนดการส่งผ่านแบบพิเศษ

คุณสมบัติโครงสร้าง:

• โปรไฟล์ฟันของเฟืองได้รับการออกแบบตามข้อกำหนดการส่งกำลังเฉพาะ และอาจเป็นรูปทรงที่ไม่เป็นวงกลม ทรงรี หรือรูปทรงที่ซับซ้อนอื่นๆ
• อัตราการส่งผ่านจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา และเหมาะสำหรับโอกาสที่ต้องการการส่งผ่านความเร็วแบบแปรผัน

ประเภท:

• เกียร์รูปไข่: ใช้เพื่อให้เกิดการส่งผ่านความเร็วตัวแปรเป็นระยะ
• เกียร์ไฮเปอร์โบลิก: ใช้เพื่อให้ได้การส่งผ่านที่มีความแม่นยำสูง
• เกียร์ความหนาฟันแปรผัน: ใช้เพื่อให้เกิดการส่งข้อมูลที่ไม่สม่ำเสมอ

ฟิลด์แอปพลิเคชัน:

• นิยมใช้ในข้อต่อหุ่นยนต์ เครื่องมือวัดความแม่นยำ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆ

เทคโนโลยีการประมวลผลเกียร์

วิธีการประมวลผลเกียร์เบื้องต้น

มีหลายวิธีในการประมวลผลเกียร์ สามารถเลือกเทคนิคการประมวลผลที่แตกต่างกันได้ตามความต้องการประเภทและความแม่นยำของเฟือง วิธีการประมวลผลทั่วไป ได้แก่:

เฟืองเกียร์:

• การตัดขอบเฟืองใช้สำหรับตัดรูปร่างฟันบนชิ้นงาน เหมาะสำหรับการประมวลผลเฟืองทรงกระบอกเดือย ขดลวด และก้างปลา
• มีประสิทธิภาพและความแม่นยำในการประมวลผลสูงและเป็นหนึ่งในวิธีการประมวลผลเกียร์ที่ใช้บ่อยที่สุด

การสร้างเกียร์:

• การตัดรูปทรงเฟืองใช้สำหรับตัดรูปร่างฟันบนชิ้นงาน เหมาะสำหรับการประมวลผลเฟืองภายในและเฟืองมัลติลิงค์
• มีความแม่นยำในการประมวลผลสูงแต่มีประสิทธิภาพค่อนข้างต่ำ

การกัดเกียร์:

• รูปทรงเฟืองถูกตัดบนชิ้นงานด้วยหัวกัด เหมาะสำหรับการแปรรูปเฟืองจำนวนน้อยหรือเฟืองที่มีรูปร่างซับซ้อน
• มีความแม่นยำในการประมวลผลต่ำแต่มีความยืดหยุ่นสูง

การบดเกียร์:

• เฟืองกราวด์ด้วยล้อเจียรเพื่อปรับปรุงความแม่นยำและคุณภาพพื้นผิวของเฟือง
• เหมาะสำหรับการประมวลผลเกียร์ที่มีความแม่นยำสูง เช่น เกียร์เกียร์ยานยนต์และเกียร์อากาศยาน

เทคโนโลยีการประมวลผลเกียร์ที่ทันสมัย

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีการประมวลผลเกียร์สมัยใหม่ยังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อตอบสนองความต้องการความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพสูง และการประมวลผลรูปร่างที่ซับซ้อน

เครื่องจักรกลซีเอ็นซี:

• การตัดเฉือนเฟืองที่มีความแม่นยำสูงทำได้โดยใช้เครื่องมือกล CNC ซึ่งสามารถสร้างรูปร่างฟันที่ซับซ้อนและเฟืองที่มีความแม่นยำสูงได้
• เทคโนโลยีการตัดเฉือน CNC ผสมผสานกระบวนการหลายอย่าง เช่น การยึดเฟืองเกียร์ การสร้างเฟือง และการเจียรเฟือง เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและความแม่นยำของการตัดเฉือน

การตีขึ้นรูปที่แม่นยำ:

• ช่องเกียร์ผลิตขึ้นผ่านเทคโนโลยีการตีขึ้นรูปด้วยความแม่นยำ ซึ่งช่วยลดค่าเผื่อการตัดเฉือนและปรับปรุงการใช้วัสดุให้ดีขึ้น
• เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากและสามารถลดต้นทุนการผลิตได้อย่างมาก

ผงโลหะวิทยา:

• เฟืองถูกผลิตขึ้นด้วยเทคโนโลยีโลหะวิทยาแบบผงซึ่งมีคุณลักษณะที่มีความแม่นยำสูง ความแข็งแรงสูง และน้ำหนักเบา
• เหมาะสำหรับการผลิตเฟืองขนาดเล็กที่มีความเที่ยงตรงสูง เช่น เฟืองไมโครและเฟืองเครื่องมือที่มีความแม่นยำ

พื้นที่การใช้งานของเกียร์

อุตสาหกรรมยานยนต์

เกียร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมยานยนต์ ครอบคลุมระบบส่งกำลังของรถยนต์เกือบทั้งหมด

เกียร์:

• ใช้ในระบบส่งกำลังของรถยนต์เพื่อให้ได้ระบบส่งกำลังที่ความเร็วต่างกัน
• ต้องการความแม่นยำสูง รับน้ำหนักได้สูง และทนทานต่อการสึกหรอได้ดี

เฟืองท้าย:

• ใช้ในเฟืองท้ายรถยนต์เพื่อให้ได้เฟืองท้ายของล้อ
• มักใช้เฟืองบายศรีซึ่งต้องการความแม่นยำสูงและความน่าเชื่อถือสูง

ระบบบังคับเลี้ยวเกียร์:

• ใช้ในระบบพวงมาลัยรถยนต์เพื่อให้เกิดการส่งผ่านกลไกการบังคับเลี้ยว
• ต้องการความแม่นยำสูงและมีเสียงรบกวนต่ำ มักใช้เฟืองทรงกระบอกแบบเฮลิคอล

สาขาการบินและอวกาศ

ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศมีข้อกำหนดด้านเกียร์ที่สูงมาก โดยต้องมีความแม่นยำสูง ความแข็งแรงสูง และการออกแบบที่มีน้ำหนักเบา

เกียร์เครื่องยนต์:

• ใช้ในเครื่องยนต์อากาศยานเพื่อให้เกิดการส่งกำลังและการควบคุมความเร็ว
• มักทำจากเหล็กกล้าโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงหรือโลหะผสมไททาเนียม และผ่านการตัดเฉือนที่มีความแม่นยำและการบำบัดความร้อน

เกียร์ระบบควบคุมการบิน:

• ใช้ในกลไกการส่งกำลังของระบบควบคุมการบินเพื่อให้ได้การควบคุมที่มีความแม่นยำสูง
• ต้องการความแม่นยำสูง ความน่าเชื่อถือสูง และต้านทานความล้าได้ดี

เกียร์ลงจอด:

• ใช้ในกลไกการหดและขยายของล้อลงจอดเพื่อให้เกิดการขยายและการหมุนของล้อลงจอด
• ต้องใช้ความแข็งแรงสูงและความน่าเชื่อถือสูง มักใช้เฟืองดอกจอกหรือเฟืองตัวหนอน

เครื่องจักรอุตสาหกรรม

เกียร์ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องจักรอุตสาหกรรม สำหรับระบบส่งกำลังและอุปกรณ์อัตโนมัติต่างๆ

เกียร์ทดรอบ:

• ใช้ในตัวลดระดับอุตสาหกรรมเพื่อให้ได้อัตราส่วนการลดสูงและการส่งแรงบิดสูง
• ต้องการความสามารถในการรับน้ำหนักสูงและทนต่อการสึกหรอได้ดี โดยปกติจะใช้เฟืองทรงกระบอกแบบเฮลิคอลหรือเฟืองทรงกระบอกก้างปลา

เกียร์เครื่องมือกล:

• ใช้ในกลไกการส่งผ่านและฟีดของสปินเดิลของเครื่องมือกลเพื่อให้การประมวลผลมีความแม่นยำสูง
• ต้องใช้ความแม่นยำสูงและมีเสียงรบกวนต่ำ โดยปกติจะใช้การเจียรที่มีความแม่นยำ

ข้อต่อหุ่นยนต์เกียร์:

• ใช้ในกลไกการส่งผ่านของข้อต่อหุ่นยนต์เพื่อให้เกิดการควบคุมการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำสูง
• ต้องการความแม่นยำสูง ความน่าเชื่อถือสูง และความต้านทานความล้าที่ดี มักใช้เกียร์ไม่กลมหรือเกียร์ฮาร์มอนิก

อุปกรณ์ทางการแพทย์ใช้

เกียร์ยังมีการใช้งานที่สำคัญในอุปกรณ์ทางการแพทย์และใช้ในระบบส่งกำลังของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำต่างๆ

เกียร์อุปกรณ์การแพทย์:

• ใช้ในกลไกการส่งผ่านของอุปกรณ์ทางการแพทย์เพื่อให้เกิดการควบคุมที่มีความแม่นยำสูง
• ต้องการความแม่นยำสูง ความน่าเชื่อถือสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี มักทำจากสแตนเลสหรืออลูมิเนียมอัลลอยด์

อุปกรณ์วินิจฉัยเกียร์:

• ใช้ในระบบส่งกำลังของอุปกรณ์วินิจฉัยเพื่อให้เกิดการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำสูง
• ต้องใช้ความแม่นยำสูงและมีเสียงรบกวนต่ำ โดยปกติแล้วจะทำการเจียรด้วยความแม่นยำ

อุปกรณ์ฟื้นฟูสมรรถภาพเกียร์:

• ใช้ในกลไกการส่งผ่านของอุปกรณ์ฟื้นฟูสมรรถภาพเพื่อให้เกิดการควบคุมการเคลื่อนไหวที่มีความแม่นยำสูง
• ต้องการความแม่นยำสูง ความน่าเชื่อถือสูง และความต้านทานความล้าที่ดี โดยปกติแล้วจะเป็นเฟืองที่ไม่เป็นวงกลมหรือเฟืองฮาร์มอนิก

แนวโน้มการพัฒนาเกียร์ในอนาคต

การประมวลผลที่มีความแม่นยำสูงและมีประสิทธิภาพสูง

ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง การประมวลผลเกียร์จะพัฒนาไปในทิศทางที่มีความแม่นยำสูงและมีประสิทธิภาพสูง เทคโนโลยีการประมวลผลสมัยใหม่ เช่น เทคโนโลยีการประมวลผล CNC เทคโนโลยีการตีขึ้นรูปที่แม่นยำ และเทคโนโลยีโลหะผง จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการของการประมวลผลรูปร่างที่มีความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพสูง และซับซ้อน

วัสดุน้ำหนักเบาและประสิทธิภาพสูง

ในด้านการบินและอวกาศและรถยนต์ การออกแบบน้ำหนักเบาถือเป็นเทรนด์สำคัญในอนาคต วัสดุประสิทธิภาพสูง เช่น อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่มีความแข็งแรงสูง โลหะผสมไทเทเนียม และวัสดุคอมโพสิต จะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นเพื่อให้ได้เกียร์ที่มีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพสูง

ความฉลาดและระบบอัตโนมัติ

ความชาญฉลาดและระบบอัตโนมัติเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับการผลิตเกียร์ในอนาคต ด้วยการแนะนำอินเทอร์เน็ตเชิงอุตสาหกรรม ข้อมูลขนาดใหญ่ และเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ กระบวนการผลิตเกียร์จะเป็นอัตโนมัติและชาญฉลาด ตัวอย่างเช่น เครื่องมือเครื่อง CNC อัจฉริยะสามารถปรับพารามิเตอร์การประมวลผลตามข้อมูลการประมวลผลได้โดยอัตโนมัติ เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพและคุณภาพการประมวลผล

การผลิตสีเขียว

การผลิตที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเป็นทิศทางการพัฒนาที่สำคัญสำหรับอุตสาหกรรมการผลิตในอนาคต และการผลิตเกียร์ก็ไม่มีข้อยกเว้น การผลิตเกียร์จะบรรลุการพัฒนาที่ยั่งยืนโดยการเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีการประมวลผล ลดการสิ้นเปลืองวัสดุ และลดการใช้พลังงาน ตัวอย่างเช่น การใช้เครื่องมือตัดที่มีประสิทธิภาพและขั้นตอนการประมวลผลที่เหมาะสมสามารถลดเวลาในการตัดและลดการใช้พลังงานได้ ในเวลาเดียวกัน การรีไซเคิลและการนำของเสียที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิตกลับมาใช้ใหม่สามารถลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมได้เช่นกัน

สรุป

เกียร์ซึ่งเป็นส่วนประกอบหลักของระบบส่งกำลังเชิงกล มีการใช้งานที่หลากหลายและมีบทบาทสำคัญ บทความนี้จะแนะนำรายละเอียดเกี่ยวกับประเภท ลักษณะโครงสร้าง เทคโนโลยีการประมวลผล และการใช้งานของเฟืองในด้านต่างๆ ด้วยความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง การผลิตเกียร์จะพัฒนาไปในทิศทางของการผลิตที่มีความแม่นยำสูง ประสิทธิภาพสูง น้ำหนักเบา ชาญฉลาด และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม โดยให้การสนับสนุนอย่างมากต่อความก้าวหน้าของอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องจักร