5 ข้อควรรู้ก่อนใช้ เฟืองสะพาน (Rack Gear)
สารบัญ
เฟืองสะพาน (Rack Gear) เป็นอีกหนึ่งอุปกรณ์ที่นักออกแบบเครื่องจักรเลือกใช้งานกันเฟืองสะพานคืออะไร แล้วทำไมต้องใช้เฟืองสะพาน, เฟืองสะพานมีกี่แบบ รวมไปถึงตัวอย่างการเลือกใช้ ทั้งหมดนี้หาคำตอบได้ใน บทความนี้
เฟืองสะพาน คือ อะไร
เฟืองสะพานหรือ Rack Gear คือเฟืองชนิดหนึ่งมีฟันเฟืองเรียงกันเป็นเส้นตรงทำหน้าที่เปลี่ยนการเคลื่อนที่ตามแนวแกนหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น เฟืองสะพานจะใช้งานร่วมกับเฟืองขับหรือ Pinion Gear โดยการส่งกำลังในลักษณะการหมุนจากมอเตอร์หรือชุดต้นกำลังผ่านเฟืองขับไปยังเฟืองสะพานเพื่อให้อุปกรณ์คลื่อนที่เป็นเส้นตรง เรียกการทำงานของชุดเฟืองนี้ว่า Rack and Pinion
ทำไมต้องใช้ เฟืองสะพาน
ระบบเฟืองสะพานมีความสำคัญในหลายๆอุตสาหกรรมมีทั้งที่ใช้ในเครื่องจักรขนาดเล็กจนถึงเครื่องจักรขนาดใหญ่ เมื่อเปรียบเทียบกับระบบที่ใช้ในการเคลื่อนที่อื่นๆเช่น ระบบสายพานลำเลียง(Belt Conveyor) หรือ ระบบบอลสกรู(Ball Screws) จะพบว่าระบบเฟืองสะพานหรือ Rack and Pinion มีข้อดีในหลายๆด้านเช่น สามารถใช้งานที่ต้องการความเร็วในการเคลื่อนที่และมีแรงกระทำสูงๆได้ มีความแม่นยำด้านตำแหน่งสูง สามารถเคลื่อนที่ได้ระยะทางยาวโดยไม่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของชุดต้นกำลัง อายุการใช้งานยาวนาน การติดตั้งไม่ซับซ้อน ใช้งานได้ในที่เปิดโล่งหรือไม่ต้องมีอุปกรณ์ครอบปิด รวมถึงอะไหล่สามารถหาได้ง่ายและราคาไม่แพง เป็นต้น
ส่วนประกอบของเฟืองสะพาน
เฟืองสะพานประกอบด้วยส่วนฐานเฟืองมีทั้งแบบที่เป็นสี่เหลี่ยมและแบบที่เป็นเพลากลม (Round Rack Gear) วัสดุที่นิยมใช้เช่น เหล็ก สแตนเลส ทองเหลือง หรือพลาสติกวิศวกรรม เป็นต้น ส่วนฟันเฟืองเกิดจากการนำฐานเฟืองไปทำการกัดร่องฟัน นิยมกำหนดขนาดฟันตามค่าโมดูล (Module) และส่วนจุดยึด ซึ่งมีหลายรูปแบบให้เลือกใช้งาน เช่น แบบเจาะทำเกลียวที่ตัวฐานเฟืองสามารถทำได้ทั้งด้านตรงข้ามหรือด้านข้างของฟันเฟือง แบบเจาะทะลุด้านข้างฐานเฟืองหรือมีการคว้านรูเพื่อฝังหัวโบลท์ (Counter Bore) เป็นต้น
ประเภทของ เฟืองสะพาน มีอะไรบ้าง
เฟืองสะพานแบ่งเป็น 3 ประเภทตามลักษณะฟันเฟือง
1.เฟืองสะพานแบบฟันตรง ( Straight Teeth)
เฟืองสะพานแบบฟันตรงมีลักษณะแนวแกนฟันขนานกับแนวแกนหมุนของเฟืองขับ (Pinion) เป็นเฟืองสะพานชนิดแรกๆที่ถูกคิดค้นขึ้น
ข้อดีของเฟืองสะพานแบบฟันตรง
อุปกรณ์สามารถหาได้ทั่วไปตามท้องตลาด ติดตั้งง่าย เหมาะกับการใช้งานที่ไม่ต้องการความแม่นยำสูง
ข้อเสียของเฟืองสะพานแบบฟันตรง
ค่าแบล็คแลช (Backlash)ระหว่างฟันเฟืองสูง ประสิทธิภาพในการส่งกำลังต่ำกว่าเฟืองสะพานชนิดอื่น เกิดเสียงรบกวนขณะเคลื่อนที่และเกิดการสึกหรอของฟันเฟืองได้ง่ายจึงต้องการการหล่อลื่นเพื่อยืดอายุการใช้งาน
2.เฟืองสะพานแบบฟันเฉียง (Helical Teeth)
ลักษณะฟันของเฟืองสะพานแบบฟันเฉียงส่วนใหญ่จะเอียงประมาณ 15-25 องศา มีทั้งที่เฉียงไปทางซ้ายและทางขวา โดยในการเลือกใช้งานถ้าใช้เฟืองสะพานที่ฟันเฉียงไปทางขวาจะต้องเลือกเฟืองขับหรือ Pinion ที่ฟันเฉียงไปทางซ้ายเพื่อให้เกิดการขบกัน นิยมใช้กับการเคลื่อนที่ของเครื่องจักรประเภทที่ต้องการความแม่นยำสูง เช่น CNC หรือ Robot เป็นต้น
ข้อดีของเฟืองสะพานแบบฟันเฉียง
ค่าแบล็คแลช (Backlash)ระหว่างฟันเฟืองต่ำ เสียงที่เกิดจากการเคลื่อนที่ค่อนข้างเงียบ ประสิทธิภาพการในส่งกำลังและความแม่นยำในการเคลื่อนที่สูงกว่าเฟืองสะพานแบบฟันตรง เนื่องด้วยฟันที่เฉียงทำให้พื้นที่ผิวสัมผัสขณะขบกันมีค่ามากขึ้น จึงสามารถรับแรงได้มากกว่าเฟืองแบบฟันตรงด้วยเช่นกัน
ข้อเสียของเฟืองสะพานแบบฟันเฉียง
เฟืองขับหรือ Pinionและเฟืองสะพานที่มีองศาการเอียงของฟันต่างกันจะไม่สามารถใช้ด้วยกันได้ อีกทั้งยังต้องการการหล่อลื่นขณะใช้งาน
3.เฟืองสะพานแบบฟันใช้กับโรลเลอร์ (Roller Pinion Teeth)
เฟืองสะพานประเภทนี้จะมีลักษณะโปรไฟล์ของร่องฟันที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับเฟืองโรลเลอร์ (Roller Pinion) โดยฟันของเฟืองโรลเลอร์ในแต่ละฟันจะสามารถหมุนได้อย่างอิสระเนื่องจากมีแบริ่งรองรับ ขณะเกิดการขบจะทำให้ลดการเสียดสีของจุดที่เกิดการสัมผัสกันซึ่งส่งผลให้การเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น
ข้อดีของเฟืองสะพานแบบฟันใช้กับโรลเลอร์
ค่าแบล็คแลช (Backlash)ต่ำมากหรือสามารถประมาณค่าเป็น 0 (Zero Backlash) การเสียดสีที่เกิดจากการขบของฟันต่ำจึงช่วยให้การเคลื่อนที่มีความต่อเนื่อง แม่นยำและเงียบมากกว่าเฟืองสะพานประเภทอื่น ประสิทธิภาพการส่งกำลังสูงถึง 99% อายุการใช้งานยาวนาน บางยี่ห้อที่ความเร็วต่ำกว่า 0.5 เมตร/วินาทีสามารถใช้งานได้โดยไม่ต้องการการหล่อลื่นจากภายนอก
ข้อเสียของเฟืองสะพานแบบฟันใช้กับโรลเลอร์
ราคาอุปกรณ์สูงกว่าเฟืองสะพานประเภทอื่น
ตัวอย่างการใช้งาน เฟืองสะพาน
- ใช้ในระบบขับคลื่อนของเครื่องจักรประเภท CNC โดยส่วนใหญ่จะใช้เฟืองสะพานแบบฟันเฉียงหรือเฟืองสะพานแบบใช้กับเฟืองโรลเลอร์ เพื่อต้องการความแม่นยำในการเคลื่อนที่และหยุดตรงตำแหน่งตามค่าพารามิเตอร์ของโปรแกรม เครื่องCNC ที่พบได้บ่อยเช่น Router Cutting ,Laser Cutting ,Milling เป็นต้น
- ใช้ในระบบเลี้ยวของรถยนต์ โดยเมื่อหมุนพวงมาลัยกำลังจะถูกส่งผ่านแกนหมุนมายังชุด Rack and Pinion ซึ่งเชื่อมต่อกับระบบลูกสูบไฮดรอลิคหรือระบบมอเตอร์ไฟฟ้า เมื่อเฟืองสะพานเคลื่อนที่จะทำให้เกิดการเลื่อนของลูกสูบหรือการขับของมอเตอร์และส่งแรงไปบังคับให้ล้อเกิดการเลี้ยว
- ใช้ในสว่านแท่นเจาะ(Drilling Machine) สว่านแท่นที่พบได้ทั่วไปจะติดตั้งเฟืองสะพานแบบฟันตรงแนบไปกับเสาเครื่องเจาะเพื่อใช้ปรับเลื่อนตำแหน่งของโต๊ะงาน
- ใช้ในระบบเปิด-ปิดของประตูรั้วตามบ้านหรือโรงงาน
จบไปแล้วนะครับสำหรับบทความ “5 ข้อควรรู้ก่อนใช้เฟืองสะพาน” เพื่อนๆ คงจะได้รับความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเฟืองสะพานไม่มากก็น้อย ในบทความถัดไปเราไปดูกันครับว่า เราจะหาระยะติดตั้งที่เหมาะสมของ เฟืองตรงกับเฟืองสะพานทำอย่างไร แล้วพบกันใหม่กับบทความที่น่าสนใจในสัปดาห์หน้า สวัสดีครับ
