อดีตและปัจจุบันของเกียร์

เกียร์เป็นส่วนประกอบทางกลแบบฟันเฟืองที่สามารถประกบกัน และการนำไปใช้ในระบบส่งกำลังทางกลและสาขาเครื่องจักรทั้งหมดแพร่หลายอย่างมาก หลังจากอ่านบทความในวันนี้ คุณจะเข้าใจถึงอดีตและปัจจุบันของเกียร์ต่างๆ

ในช่วงต้น 350 ปีก่อนคริสตกาล อริสโตเติล นักปรัชญาชาวกรีกโบราณผู้โด่งดังได้บันทึกอุปกรณ์ต่างๆ ไว้ในเอกสารของเขา ประมาณ 250 ปีก่อนคริสตกาล นักคณิตศาสตร์ อาร์คิมิดีสยังบรรยายถึงการใช้เครื่องยกกับหนอนผ้าโพกหัวในวรรณกรรมของเขาด้วย อุปกรณ์จากก่อนยุคทั่วไปยังคงได้รับการเก็บรักษาไว้ในซากปรักหักพังของ Hatra ในอิรักในปัจจุบัน

ประวัติศาสตร์ของเกียร์ในประเทศจีนก็มีมายาวนานเช่นกัน ตามบันทึกทางประวัติศาสตร์ มีการใช้เกียร์แล้วในจีนโบราณระหว่าง 400 ถึง 200 ปีก่อนคริสตกาล เกียร์ทองสัมฤทธิ์ที่ขุดพบในมณฑลซานซี ประเทศจีน เป็นเกียร์ที่เก่าแก่ที่สุดที่ค้นพบจนถึงปัจจุบัน ซึ่งสะท้อนให้เห็นถึงความสำเร็จทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีในสมัยโบราณและมีศูนย์กลางอยู่ที่กลไกเกียร์ เป็นตัวอย่างที่สำคัญ ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ 15 ระหว่างยุคเรอเนซองส์ของอิตาลี เลโอนาร์โด ดา วินชี นักคณิตศาสตร์ผู้มีชื่อเสียงได้ทิ้งร่องรอยที่ลบไม่ออกในประวัติศาสตร์ของเทคโนโลยีเกียร์ตลอดจนในวัฒนธรรมและศิลปะ หลังจากผ่านไปกว่า 500 ปี อุปกรณ์ในปัจจุบันยังคงรักษาต้นแบบของภาพร่างของเขาไว้

จนกระทั่งปลายศตวรรษที่ 17 ผู้คนเริ่มศึกษารูปร่างของฟันเฟืองที่สามารถส่งการเคลื่อนไหวได้อย่างถูกต้อง ในศตวรรษที่ 18 หลังการปฏิวัติอุตสาหกรรมในยุโรป การใช้งานระบบเกียร์เริ่มแพร่หลายมากขึ้น ครั้งแรกกับเกียร์ไซโคลลอยด์ จากนั้นด้วยเกียร์แบบม้วน จนกระทั่งต้นศตวรรษที่ 20 เมื่อเกียร์แบบม้วนได้รับตำแหน่งที่โดดเด่นในการใช้งาน ต่อมาได้มีการพัฒนาเกียร์ประเภทอื่นๆ มากมาย เช่น เกียร์เปลี่ยนเกียร์ เกียร์โค้งวงกลม เฟืองดอกจอก และเฟืองเกลียว

เทคโนโลยีเกียร์สมัยใหม่ได้บรรลุเป้าหมายสำคัญดังต่อไปนี้: โมดูลัสเกียร์ตั้งแต่ 0.004 ถึง 100 มิลลิเมตร; เส้นผ่านศูนย์กลางเกียร์ตั้งแต่ 1 มิลลิเมตรถึง 150 เมตร กำลังส่งไฟฟ้าสูงถึง 100,000 กิโลวัตต์; ความเร็วในการหมุนสูงถึง 100,000 รอบต่อนาที และความเร็วรอบข้างสูงสุดถึง 300 เมตรต่อวินาที

ในระดับสากล อุปกรณ์เกียร์ส่งกำลังกำลังพัฒนาไปสู่การย่อขนาด ความเร็วสูง และการทำให้เป็นมาตรฐาน การใช้เกียร์พิเศษ การพัฒนาอุปกรณ์เกียร์ดาวเคราะห์ และการวิจัยและพัฒนาอุปกรณ์เกียร์ที่มีการสั่นสะเทือนต่ำและมีเสียงรบกวนต่ำ ถือเป็นคุณลักษณะบางประการในการออกแบบเกียร์

เกียร์มีหลายประเภท และวิธีการจำแนกประเภทที่พบบ่อยที่สุดจะขึ้นอยู่กับแกนของเฟือง โดยทั่วไปจะแบ่งออกเป็นสามประเภท: แกนขนาน แกนตัด และ交错轴

เฟืองแกนขนาน: รวมถึงเฟืองเดือย เฟืองเกลียว เฟืองภายใน แร็ค และแร็คเกลียว ฯลฯ

เฟืองแกนตัดกัน: รวมถึงเฟืองดอกจอกตรง เฟืองดอกจอกเกลียว และเฟืองดอกจอกศูนย์องศา ฯลฯ

เฟืองแกนตัดกัน: รวมถึงเฟืองไฮออยด์ เฟืองตัวหนอน และเฟืองดอกจอก ฯลฯ

การประกบกันของคู่เกียร์แกนขนานและที่ตัดกันนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะมีการกลิ้ง โดยมีการเลื่อนสัมพัทธ์น้อยมาก ดังนั้นจึงมีประสิทธิภาพสูง เฟืองเกลียวแกนที่ตัดกันและเฟืองตัวหนอนซึ่งสร้างการหมุนผ่านการเลื่อนแบบสัมพัทธ์เพื่อให้เกิดการส่งกำลัง ได้รับผลกระทบอย่างมากจากแรงเสียดทาน และประสิทธิภาพการส่งผ่านของพวกมันนั้นต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเกียร์อื่น ประสิทธิภาพของเกียร์หมายถึงประสิทธิภาพการส่งผ่านภายใต้สภาวะการประกอบปกติ หากการติดตั้งไม่ถูกต้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากระยะการประกอบของเฟืองดอกจอกไม่ถูกต้อง ทำให้เกิดข้อผิดพลาดที่จุดแยกกรวย ประสิทธิภาพจะลดลงอย่างมาก

01 เกียร์แกนขนาน

เดือยเกียร์

เฟืองทรงกระบอกที่มีฟันขนานกับแกน เนื่องจากผลิตได้ง่าย จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบส่งกำลัง

ชั้นวางของ

ฟันเฟืองเชิงเส้นที่ประกบกับเฟืองเดือย ถือได้ว่าเป็นกรณีพิเศษที่เส้นผ่านศูนย์กลางวงกลมพิทช์ของเฟืองเดือยมีขนาดใหญ่อย่างไม่จำกัด

เกียร์ภายใน

เฟืองที่มีฟันกลึงอยู่ด้านในของวงแหวน ประกบกันด้วยเฟืองเดือย ส่วนใหญ่ใช้ในกลไกการส่งผ่านเกียร์ของดาวเคราะห์และข้อต่อเกียร์

เกียร์เฮลิคอล

เฟืองทรงกระบอกมีฟันเป็นรูปเกลียว เนื่องจากมีความแข็งแรงและการทำงานที่นุ่มนวลกว่าเฟืองตรง จึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลาย แรงขับในแนวแกนถูกสร้างขึ้นระหว่างการส่งกำลัง

Helical Racks เฟืองรูปทรงแถบที่ประกบกันกับเฟืองเกลียว เฟืองเกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ใหญ่ไม่จำกัด

เฟืองก้างปลา เฟืองประกอบด้วยเฟืองเกลียวสองตัวที่มีเกลียวซ้ายและขวารวมกัน มีข้อดีตรงที่ไม่สร้างแรงขับในทิศทางตามแนวแกน

เฟืองดอกจอกตรง เฟืองดอกจอกที่มีฟันขนานกับเส้นสร้างของกรวยพิตช์ ในบรรดาเฟืองดอกจอกนั้นผลิตได้ค่อนข้างง่ายและมีการใช้งานในระบบส่งกำลังที่หลากหลาย

เฟืองดอกจอกแบบเกลียว เฟืองดอกจอกที่มีฟันโค้งและมุมเกลียว แม้ว่าการผลิตจะยากกว่าเฟืองดอกจอกแบบตรง แต่ก็ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในฐานะเฟืองที่มีความแข็งแรงสูงและมีเสียงรบกวนต่ำ

เกียร์ซีโรล เบเวล

เฟืองดอกจอกโค้งที่มีมุมเกลียวเป็นศูนย์องศา เนื่องจากมีลักษณะเฉพาะของเฟืองดอกจอกทั้งแบบตรงและแบบโค้ง แรงที่ผิวฟันจึงเหมือนกับของเฟืองดอกจอกแบบตรง

เฟืองตัวหนอนทรงกระบอก เฟืองตัวหนอนทรงกระบอกหมายถึงการรวมกันของเฟืองตัวหนอนทรงกระบอกและเฟืองตัวหนอนที่ประกบกัน คุณสมบัติหลักคือการทำงานที่ราบรื่นและความสามารถในการบรรลุอัตราการส่งข้อมูลขนาดใหญ่ด้วยคู่เดียว แต่มีข้อเสียคือประสิทธิภาพต่ำ

Intersecting Axis Helical Gears ชื่อของเฟืองตัวหนอนทรงกระบอกเมื่อส่งระหว่างแกนที่ตัดกัน สามารถใช้ในสถานการณ์ที่มีคู่เฟืองเกลียวหรือเฟืองเกลียวที่มีเฟืองเดือย การทำงานราบรื่น แต่เหมาะสำหรับงานน้ำหนักเบาเท่านั้น

Face Gears เฟืองรูปทรงจานที่สามารถประกบกับเฟืองเดือยหรือเฟืองเกลียวได้ ใช้สำหรับการส่งผ่านระหว่างแกนตั้งฉากและแกนตัดกัน

เฟืองตัวหนอนดรัม การรวมกันของเฟืองตัวหนอนรูปดรัมและเฟืองตัวหนอนที่ประกบกัน แม้ว่าการผลิตจะยากกว่า แต่ก็สามารถรับน้ำหนักได้มากเมื่อเทียบกับเฟืองตัวหนอนทรงกระบอก

Hypoid Gears เฟืองทรงกรวยสำหรับการส่งผ่านระหว่างแกนที่ตัดกัน ทั้งเฟืองขนาดใหญ่และขนาดเล็กได้รับการประมวลผลแบบเยื้องศูนย์ คล้ายกับเฟืองบายศรีแบบเกลียว และหลักการของการประกบนั้นซับซ้อนมาก