เกียร์ทดรอบ (Gear Reducer) คืออะไร

เกียร์ทดรอบ (Gear Reducer) คือ อุปกรณ์ส่งกำลังชนิดหนึ่งที่ใช้ระบบเฟือง (Gear) เป็นกลไกหลักในการเปลี่ยนแปลงความเร็วรอบการหมุนให้ช้าลงทำให้ได้แรงบิดหรือทอร์ค (Torque) ที่สูงขึ้น ซึ่งระบบเกียร์ทดมักจะใช้งานร่วมกับมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์เพื่อใช้เป็นต้นกำลังนั่นเอง โดยเกียร์ทดรอบสามารถพบได้ทั้งอุตสาหกรรมขนาดเล็กจนถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่หรืออุปกรณ์ทั่วไปในชีวิตประจำวัน

ส่วนประกอบของเกียร์ทดรอบ

เกียร์ทดรอบแต่ล่ะประเภทอาจจะมีรูปร่างและรูปแบบเฟืองภายในที่ดูแตกต่างกันแต่มักจะมีส่วนประกอบหลักๆที่คล้ายๆกัน ดังนี้

เกียร์ทดรอบที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมมีอะไรบ้าง

เกียร์ทดถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม เช่น ระบบสายพานลำเลียง (Conveyer) ระบบเครื่องจักรอัตโนมัติ (Automation) ระบบเครื่องเคลื่อนย้าย (Transfer) เป็นต้น เกียร์ทดที่นิยมใช้จะมีทั้งแบบที่เป็นยูนิตเกียร์ทดอย่างเดียว (Gear Reducer Unit) และแบบที่มีมอเตอร์ไฟฟ้าติดตั้งมาด้วย Gear Reducer Motor นอกจากนี้การออกแบบเกียร์ทดสมัยใหม่มักจะมีการใช้เฟืองต่างชนิดกันมาทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพสูงขึ้นและตอบโจทย์การใช้งานในหลายรูปแบบ โดยเราสามารถแบ่งประเภทเกียร์ทดตามลักษณะเฟืองที่ใช้ได้ดังนี้

1.เกียร์ทดแบบเฟืองตัวหนอน (Worm Gear Reducer)

เป็นรูปแบบเกียร์ทดที่สามารถพบเห็นได้ทั่วไปตามโรงงานอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่ลักษณะการทดจะมีแค่เฟืองตัวหนอนที่ต่อกับเพลาขาเข้าและเฟืองตามที่ต่อกับเพลาขาออกเท่านั้น สาเหตุที่ทำให้เกียร์ทดแบบนี้เป็นที่นิยมใช้ได้แก่ มีส่วนประกอบที่ไม่ซับซ้อนสามารถบำรุงรักษาได้ง่าย มีอัตราทดและขนาดการรับแรงบิดให้เลือกหลากหลาย สามารถดัดแปลงการใช้งานได้หลายรูปแบบ ติดตั้งง่าย รวมถึงราคาไม่สูง เป็นต้น

2. เกียร์ทดแบบเฟืองเฉียงผสมเฟืองดอกจอก (Helical-Bevel Gear Reducer)

เกียร์ทดแบบนี้ จะผสมระหว่างเฟืองเฉียง(Helical Gear)และเฟืองดอกจอกแบบเกลียว (Spiral ฺBevel gear) โดยแนวเพลาขาเข้าและพลาขาออกจะทำมุม 90 องศา เหมาะกับการใช้งานในที่แคบ มีอัตราทดให้เลือกหลายค่า เพลาขาออกมีทั้งแบบที่เป็นเพลาตัน (Solid Shaft) และ เพลารูกลวง(Hollow Shaft)

3. เกียร์ทดแบบเฟืองเฉียงผสมเฟืองไฮปอยด์ (Helical-Hypoid Gear Reducer)

การใช้เฟืองเฉียง(Helical Gear)ผสมเฟืองไฮปอยด์ (Hypoid Gear)จะมีลักษณะการติดตั้งและการใช้งานคล้ายกับเกียร์ทดแบบเฟืองเฉียงผสมเฟืองดอกจอกแบบเกลียว ต่างกันที่ตำแหน่งศูนย์กลางเฟืองขับของเฟืองไฮปอยด์จะอยู่ต่ำกว่าแนวศูนย์กลางของเฟืองตาม ซึ่งที่อัตราทดรอบสูงและความเร็วต่ำจะให้ประสิทธิภาพและการประหยัดพลังงานที่สูงกว่า

4.เกียร์ทดแบบเฟืองเฉียง (Helical Gear Reducer)

เป็นเกียร์ทดอีกแบบที่นิยมใช้ตั้งแต่งานเบาจนถึงงานหนัก จุดเด่นหลักๆของการใช้เฟืองเฉียง (Helical Gear) คือสามารถทดเฟืองได้มากกว่า 1ชุด (Stage) หรือสามารถเพิ่มจำนวนการทดเพื่อให้ได้ความเร็วรอบที่ต่ำมากๆ หมายถึงแรงบิดที่ได้ก็จะสูงมาก แต่สิ่งที่ตามมาคือขนาดและน้ำหนักของห้องเกียร์ที่ใหญ่ตามไปด้วย

5.เกียร์ทดแบบเฟืองดาวเคราะห์ (Planetary Gear Reducer)

หลักการทำงาน คือ เพลาขาเข้าจะต่อกับเฟืองตรงกลางเรียกว่าเฟืองพระอาทิตย์ (Sun Gear) ซึ่งเฟืองนี้ก็จะไปขับเฟืองรอบนอกอาจจะมี 3-4 ตัวเรียกว่าเฟืองดาวเคราะห์ (Planetary Gear) ให้เกิดการเคลื่อนที่เป็นวงรอบเฟืองพระอาทิตย์และเฟืองวงแหวน (Ring Gear)ซึ่งอยู่กับที่ โดยเฟืองดาวเคราะห์ทั้งหมดจะเชื่อมต่ออยู่กับตัวส่งกำลัง (Planetary carrier) ทำหน้าที่ส่งกำลังไปสู่เพลาขาออกนั่นเอง เนื่องจากมีการสัมผัสของฟันเฟือง3-5 จุดจึงสามารถรับแรงกระแทกและแรงบิดสูงๆได้ดี เกียร์ทดประเภทนี้มักใช้ในงานที่ต้องการรอบการหมุนที่ต่ำๆแรงบิดที่สูงๆ มีขนาดกระทัดรัด ประสิทธิภาพการส่งกำลังสูง มีให้เลือกใช้ตั้งแต่ขนาดเล็กจนถึงขนาดใหญ่ สามารถติดตั้งได้หลายรูปแบบ

6. เกียร์ทดแบบเฟืองไซโคล (Cyclo Gear Reducer)

เป็นเกียร์ทดที่มีกลไกการขับเคลื่อนที่ดูแปลกและซับซ้อน มีความคล้ายคลึงกับเกียร์ทดแบบเฟืองดาวเคราะห์ แต่จะใช้หลักการเคลื่อนที่แบบไซคลอยด์ (Cycloid) เพื่อให้เกิดการหมุน เกียร์ทดประเภทนี้ให้แรงบิดสูง แต่มีขนาดที่กะทัดรัด สามารถรับแรงกระชาก(Shock load) ได้ถึง 500% ของ Load ปกติ และยังรองรับการใช้งานหนักที่ต้องทำงานตลอด 24 ชั่วโมงต่อวันได้ดีอีกด้วย

หลักในการเลือกใช้งานเกียร์ทดรอบ

การเลือกใช้เกียร์ทดจำเป็นต้องพิจารณาปัจจัยที่มีผลต่อการใช้งานดังนี้

1. พื้นที่ที่ต้องการต่อใช้งาน – ควรเลือกประเภทเกียร์ทดให้เหมาะสมกับพื้นที่การติดตั้ง เช่นพื้นที่แคบควรเลือกแบบที่มีขนาดกระทัดรัด
2. ลักษณะหรือทิศทางการติดตั้ง – ควรเลือกลักษณะหรือทิศทางการติดตั้งเกียร์ทดให้เหมาะกับอุปกรณ์ที่ต้องการต่อใช้งาน เช่น เกียร์ทดบางแบบใช้ต่อกับแกนเพลาที่ขนานกับแนวราบ บางแบบใช้ต่อกับแกนเพลาที่ขนานกับแนวดิ่งหรือบางแบบติดตั้งได้ทั้ง 2 แนว เป็นต้น
3. ขนาด (Size)ของเกียร์ทด – ผู้ผลิตจะกำหนดการเลือกเกียร์ทดจากขนาด (Size) ซึ่งค่าที่ต่างกันแสดงถึงขนาดเพลาและขนาดห้องเกียร์ที่ต่างกันด้วย เช่น Size 40 ,50 ,100
4. อัตราทด (Ratio)- สำหรับเกียร์ทดประเภทที่ไม่ได้ติดตั้งมอเตอร์มาในตัว (Gear Reducer Unit) มักจะบอกเสปคเป็นค่าอัตราทดมาให้เลือกใช้งาน เช่น อัตราทด 1:20 ,1:50 ,1:100
5. ความเร็วรอบ (Revolutions/RPM) ที่ต้องการใช้งาน – ก่อนจะเลือกเกียร์ทดจะต้องรู้ก่อนว่าต้องการความเร็วรอบเท่าไหร่ ซึ่งหาได้จากการคำนวณความเร็วรอบตามรูปแบบของอุปกรณ์หรือเครื่องจักรนั้นๆ
6. แรงบิด (Torque) ที่ต้องการใช้งาน – ก่อนจะเลือกเกียร์ทดต้องรู้ก่อนว่าแรงบิดที่ต้องใช้เพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์หรือเครื่องจักรคือเท่าไหร่ ซึ่งควรจะเผื่อค่าความปลอดภัย (Safety Factor) รวมถึงค่าประสิทธิภาพของเกียร์ทด (Efficiency) ในการคำนวณแรงบิดไว้ด้วย
7. อุปกรณ์ป้องกันความเสียหาย – ในการออกแบบที่มีการใช้งานเกียร์ทดบางครั้งต้องการเพียงความเร็วรอบขาออกช้าๆ แต่สิ่งที่ตามมาคือแรงบิดที่ออกมาด้วยมีค่าสูงมาก อาจมากกว่าแรงบิดที่ต้องการใช้งานจริงหลายเท่า ซึ่งถ้าอุปกรณ์หรือเครื่องจักรที่มาต่อใช้งานเกียร์ทดเกิดการติดขัด แต่เกียร์ทดไม่หยุดหมุนก็อาจทำให้เกิดความเสียหายต่ออุปกณ์หรือเครื่องจักรได้ ดังนั้นจึงต้องมีการติดตั้งอุปกรณ์ป้องกันความเสียหายเช่น Torque Limiter เป็นต้น