การวัดขนาดเฟืองดอกจอกที่ไม่แม่นยำส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานลดลง เกิดความเสียหายก่อนกำหนด และต้องเสียค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมสูงในงานเครื่องจักรกล ขนาดที่ไม่เที่ยงตรงและการเบี่ยงเบนจากมาตรฐานเฟืองส่งผลให้การทำงานมีเสียงดัง ประสิทธิภาพการส่งกำลังลดลง และปัญหาการจัดแนวที่อาจทำให้สายการผลิตหยุดชะงักได้
ขนาดและมุมที่สำคัญของเฟืองดอกจอก
เฟืองดอกจอกเป็นชิ้นส่วนเชิงกลที่ซับซ้อน ซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยขนาดและมุมที่สำคัญหลายประการ
ก. การตรวจสอบขนาดพื้นฐานอย่างละเอียด
มิติสำคัญหลายประการกำหนดรูปทรงโดยรวมและขนาดของเฟืองดอกจอก:
- เส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์: เส้นผ่านศูนย์กลางนี้วัดที่ปลายส้นเท้า เฟืองดอกจอก จำนวนฟันเฟือง หมายถึงขนาดที่แท้จริงของเฟือง และเป็นพารามิเตอร์พื้นฐานสำหรับการคำนวณและการออกแบบเฟือง
- มุมกรวยพิทช์มุมกรวยพิทช์ (Pitch Cone Angle) คือมุมที่กรวยพิทช์ทำกับแกนของเฟือง มุมนี้กำหนดทิศทางของฟันเฟืองและกำหนดว่าเฟืองจะขบกับเฟืองตัวเล็กอย่างไร
- ภาคผนวกและคำชี้แจงส่วนเพิ่ม (addendum) คือความสูงของฟันเฟืองเหนือกรวยพิทช์ (pitch cone) ในขณะที่ส่วนลด (dedendum) คือความลึกใต้กรวยพิทช์ ทั้งสองส่วนนี้รวมกันกำหนดความลึกทั้งหมดของฟันเฟือง โดยทั่วไปแล้ว ส่วนเพิ่มและส่วนลดจะถูกกำหนดตามสัดส่วนของโมดูลเฟือง
- ความกว้างหน้าความกว้างหน้าฟัน หมายถึงขนาดของฟันเฟืองที่วัดตามแนวเส้นกำเนิดกรวยพิทช์จากโคนฟันถึงปลายฟัน ความกว้างหน้าฟันมีผลต่อความแข็งแรงและความสามารถในการรับน้ำหนักของฟันเฟือง โดยทั่วไปแล้ว ฟันเฟืองที่มีความกว้างหน้าฟันมากกว่าจะสามารถส่งแรงบิดได้มากขึ้น
- ระยะห่างของกรวยระยะกรวยแสดงถึงความยาวจากจุดยอดของกรวยพิทช์ไปยังกึ่งกลางหน้าของเฟืองดอกจอก เป็นมิติสำคัญสำหรับการกำหนดตำแหน่งของเฟืองเทียบกับเฟืองตัวเล็กที่ประกบกันระหว่างการประกอบ
- ระยะห่างของจุดยอดระยะจุดยอด (Vertex distance) คือระยะที่วัดระยะห่างจากแกนของเฟืองไปยังจุดยอดของกรวยพิทช์ (pitch cone apex) ซึ่งช่วยในการระบุจุดประกบกันตามทฤษฎีระหว่างเฟือง
B. มุมเฟืองดอกจอกที่สำคัญ
นอกเหนือจากมิติเชิงเส้นแล้ว มุมหลายมุมก็มีความสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของเฟืองดอกจอก:
- มุมหน้ามุมระหว่างเส้นกำเนิดของหน้ากรวยและแกนของเฟือง มุมนี้เป็นตัวกำหนดมุมของปลายด้านนอกของฟันเฟืองเทียบกับแกนหมุน
- มุมขอบมุมขอบซึ่งวัดระหว่างเส้นกำเนิดกรวยด้านนอกและแกนเฟือง จะกำหนดความลาดชันของปลายด้านในของฟันเฟืองที่อยู่ใกล้กับจุดยอดมากที่สุด
- มุมเพิ่มเติมนี่คือค่าเชิงมุมที่เทียบเท่ากับส่วนเพิ่ม ซึ่งกำหนดความสูงของฟันในเชิงมุมจากมุมหน้าตัดไปยังขอบด้านนอก
- มุมเดเดนดัม: ในทำนองเดียวกัน มุมเดเดนดัม (dedendum angle) วัดความลึกเชิงมุมของฟันจากเส้นพิทช์ (pitch line) ลงไปยังรากฟัน
ค. ปฏิกิริยาต่อต้าน
ระยะคลายตัว (Backlash) หมายถึงช่องว่างหรือระยะขยับระหว่างฟันของเฟืองสองตัวที่ขบกัน ระยะคลายตัวเล็กน้อยนั้นจำเป็นเพื่อรองรับการหล่อลื่น ความคลาดเคลื่อนในการผลิต และการขยายตัวเนื่องจากความร้อน อย่างไรก็ตาม ระยะคลายตัวที่มากเกินไปอาจทำให้เกิดเสียงดัง การสั่นสะเทือน และการวางตำแหน่งที่ไม่แม่นยำ โดยทั่วไปแล้ว ระยะคลายตัวจะวัดที่จุดที่ขบกันแน่นที่สุดโดยใช้เครื่องมือเฉพาะ หรือโดยการประเมินระยะขยับเชิงมุมโดยที่เฟืองถูกยึดไว้กับที่
ง. โมดูล
โมดูลของเฟืองเป็นหน่วยมาตรฐานที่ใช้ระบุขนาดฟันเฟือง โดยกำหนดเป็นอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางพิทช์ต่อจำนวนฟันเฟือง ในเฟืองดอกจอก โมดูลมักจะระบุไว้ที่ปลายด้านส้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการผลิต ตัวเลขโมดูลที่มากขึ้นจะสอดคล้องกับฟันเฟืองที่ใหญ่และหยาบกว่า ในขณะที่เฟืองที่มีพิทช์ละเอียดกว่าจะมีโมดูลที่เล็กกว่า
ขั้นตอนการวัดเฟืองดอกจอกทีละขั้นตอน
ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมเครื่องมือและอุปกรณ์ที่จำเป็น
ในการวัดเฟืองดอกจอกอย่างแม่นยำ คุณจะต้องใช้เครื่องมือต่อไปนี้:
- เวอร์เนียร์คาลิเปอร์หรือไมโครมิเตอร์สำหรับวัดความหนา ความลึก และเส้นผ่านศูนย์กลางของฟันเฟือง
- ไม้โปรแทรกเตอร์แบบเอียงสำหรับวัดมุมเอียงและมุมโคนต้นไม้
- เวอร์เนียร์คาลิเปอร์วัดฟันเฟือง สำหรับวัดความหนาของฟันเฟืองที่ความลึกเฉพาะเจาะจง
- แผ่นฐานและเกจวัดความสูงสำหรับตรวจสอบการเบี่ยงเบนของเฟืองและระยะการติดตั้ง
ขั้นตอนที่ 2: วัดเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว
วิธีการวัดเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว:
- วางเฟืองดอกจอกบนแผ่นพื้นผิวโดยให้ด้านหลังคว่ำลง
- วางเกจวัดความสูงให้ตั้งฉากกับแผ่นพื้นผิว และจัดตำแหน่งปลายวัดให้ตรงกับเส้นพิทช์บนด้านข้างของฟันเฟือง
- ตั้งค่ามาตรวัดความสูงเป็นศูนย์ที่ตำแหน่งนี้
- หมุนเฟือง 180 องศา แล้ววัดความสูงที่เส้นพิทช์ที่สอดคล้องกันบนด้านตรงข้ามของฟันเฟือง
- ระยะห่างระหว่างเกลียวคำนวณได้จากการบวกค่าความสูงทั้งสองเข้าด้วยกัน
ทำซ้ำขั้นตอนนี้กับฟันเฟืองหลายๆ ซี่รอบๆ เฟือง เพื่อให้แน่ใจว่ามีความสม่ำเสมอและตรวจสอบปัญหาการเบี่ยงเบนที่อาจเกิดขึ้น
ขั้นตอนที่ 3: วัดความหนาของฟัน
วิธีการวัดความหนาของฟัน:
- ใช้เวอร์เนียร์คาลิเปอร์วัดฟันเฟือง โดยวางเวอร์เนียร์คาลิเปอร์ให้ตรงกับเส้นพิทช์
- วัดความหนาของฟันตรงแนวร่องฟัน โดยระมัดระวังอย่าให้รูปทรงของฟันเสียหาย
- ทำการวัดซ้ำในฟันเฟืองหลายๆ ซี่ โดยสังเกตความแตกต่างที่พบ
อีกทางเลือกหนึ่งคือ สามารถใช้เวอร์เนียร์คาลิเปอร์หรือไมโครมิเตอร์มาตรฐานในการวัดความหนาของเส้นเอ็นบริเวณโคนฟันได้
ขั้นตอนที่ 4: วัดแรงดันและมุมรากฟัน
วิธีการวัดมุมเหล่านี้:
- วางไม้โปรแทรกเตอร์แบบเอียงลงบนกรวยระยะห่างของเฟือง โดยจัดแนวขอบของไม้โปรแทรกเตอร์ให้ตรงกับด้านข้างของฟันเฟือง
- อ่านค่ามุมแรงกดโดยตรงจากมาตราส่วนของไม้โปรแทรกเตอร์ ณ จุดสัมผัสกับรูปทรงของฟัน
- ปรับตำแหน่งไม้โปรแทรกเตอร์ให้ตรงกับแนวรากฟันเพื่อวัดมุมรากฟัน
ตรวจสอบว่ามุมที่วัดได้ตรงกับพารามิเตอร์การออกแบบเฟืองที่ระบุไว้
ขั้นตอนที่ 5: ตรวจสอบความคลาดเคลื่อนของเฟือง
การเบี่ยงเบนของเฟือง หมายถึงความแปรผันของรูปทรงเรขาคณิตของเฟืองขณะหมุนรอบแกน วิธีตรวจสอบการเบี่ยงเบนของเฟือง:
- ติดตั้งเฟืองดอกจอกบนแกนหรือเพลาที่รองรับด้วยบล็อกรูปตัววีบนแผ่นฐาน
- วางเครื่องวัดความเที่ยงตรงแบบหน้าปัด โดยให้หัววัดสัมผัสกับด้านหลังของเฟืองใกล้กับเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก
- ค่อยๆ หมุนเฟือง โดยสังเกตค่าการอ่านตัวบ่งชี้รวม (TIR) บนหน้าปัด
- เปรียบเทียบค่า TIR ที่วัดได้กับค่าความคลาดเคลื่อนที่ระบุไว้สำหรับการเบี่ยงเบนของแกนหมุน
ทำซ้ำขั้นตอนนี้ที่ด้านหน้าของเฟืองและที่เส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว เพื่อประเมินความคลาดเคลื่อนของเฟืองอย่างครบถ้วน
ขั้นตอนที่ 6: ตรวจสอบระยะห่างในการติดตั้ง
ระยะการติดตั้งคือตำแหน่งตามแนวแกนของเฟืองดอกจอกเทียบกับเฟืองคู่ประกบ วิธีการตรวจสอบระยะการติดตั้ง:
- วางเฟืองดอกจอกบนแผ่นพื้นผิวโดยให้ด้านหน้าคว่ำลง
- ใช้เกจวัดความสูงวัดระยะห่างจากแผ่นฐานถึงด้านหลังของเฟือง ณ รัศมีระยะการติดตั้งที่กำหนด
- เปรียบเทียบค่าที่วัดได้กับระยะการติดตั้งที่ออกแบบไว้ของเฟือง
ข้อควรพิจารณาเฉพาะสำหรับเฟืองดอกจอกชนิดต่างๆ
ก. เฟืองดอกจอกตรง
เฟืองดอกจอกตรงมีฟันที่ตรงและเป็นรูปกรวย เมื่อทำการวัด เฟืองดอกจอกตรงโปรดให้ความสำคัญกับพารามิเตอร์ต่อไปนี้:
- ระยะพิทช์: วัดระยะพิทช์ที่ระยะห่างจากกรวยด้านหลัง ซึ่งเป็นจุดที่เฟืองขบกับเฟืองตัวเล็ก ใช้เวอร์เนียร์คาลิเปอร์หรือไมโครมิเตอร์เพื่อการวัดที่แม่นยำ
- ความหนาของฟันเฟือง: ตรวจสอบความหนาของฟันเฟืองที่หน้าตัดปกติ โดยวัดที่วงกลมพิตช์มาตรฐาน เครื่องมือที่นิยมใช้ในการวัดนี้คือเวอร์เนียร์วัดฟันเฟือง
- ระยะห่างจากด้านหลังของกรวย: นี่คือระยะห่างจากจุดศูนย์กลางของกรวยถึงด้านหลังของเฟือง เป็นขนาดที่สำคัญซึ่งส่งผลต่อการจัดเรียงเฟือง วัดโดยใช้ไมโครมิเตอร์วัดความลึกหรือเครื่องวัดพิกัด (CMM)
- มุมหน้าเฟือง: มุมที่เกิดจากกรวยพิทช์กับด้านหลังของเฟืองเรียกว่ามุมหน้าเฟือง สามารถวัดได้ด้วยไม้โปรแทรกเตอร์แบบเอียงหรือเครื่องวัดพิกัดสามมิติ (CMM) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าตรงกับมุมที่กำหนดไว้ในการออกแบบ
ข. เฟืองดอกจอกเกลียว
เฟืองดอกจอกเกลียวมีฟันโค้งที่เรียงตัวตามแนวทแยงมุมบนพื้นผิวของกรวย ขนาดสำคัญที่ต้องตรวจสอบสำหรับเฟืองดอกจอกเกลียว ได้แก่:
- มุมเกลียวเฉลี่ย: นี่คือมุมระหว่างร่องฟันและส่วนประกอบของกรวยระยะพิทช์ที่ผ่านกึ่งกลางของร่องฟัน วัดที่ระยะกรวยเฉลี่ย ควรใช้เครื่องทดสอบเฟืองดอกจอกเกลียวที่มีหัวแบ่งเพื่อการวัดที่เชื่อถือได้
- มุมแรงดัน: มุมแรงดันใน เฟืองดอกจอกเกลียว มุมแรงดันจะวัดที่จุดกึ่งกลาง โดยกำหนดให้เป็นมุมระหว่างเส้นตั้งฉากกับพื้นผิวฟันเฟืองและระนาบสัมผัสกับพื้นผิวพิทช์ การวัดมุมแรงดันอย่างแม่นยำต้องใช้เครื่องมือพิเศษบนเครื่องวัดเฟือง
- ระยะห่างจากจุดยอดของเกลียวถึงเฟืองตัวใหญ่: นี่คือระยะห่างในระนาบแกนระหว่างจุดยอดของเกลียวกับเฟืองตัวใหญ่ เฟืองตัวใหญ่คือเฟืองดอกจอกเกลียวสองตัวที่ประกบกัน สามารถวัดระยะนี้ได้โดยตรงโดยใช้ไมโครมิเตอร์วัดความลึก
ค. เฟืองไฮปอยด์และเฟืองเบเวลซีโรล
เฟืองไฮปอยด์และเฟืองซีรอลเป็นเฟืองดอกจอกเกลียวชนิดพิเศษ เฟืองไฮปอยด์จะมีระยะห่างระหว่างแกนของเฟืองตัวเล็กและเฟืองตัวใหญ่ ในขณะที่เฟืองซีรอลไม่มีระยะห่าง เมื่อทำการวัดเฟืองประเภทนี้ ให้พิจารณาสิ่งต่อไปนี้:
- ระยะจากปลายฟันถึงยอดฟัน: เช่นเดียวกับเฟืองดอกจอกแบบเกลียว ขนาดนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการประกอบและการทำงานที่ถูกต้อง ใช้เกจวัดความลึกเพื่อวัดระยะห่างจากปลายส้นฟันถึงยอดฟัน
- การเยื้องศูนย์: สำหรับเฟืองไฮปอยด์ แกนของเฟืองตัวเล็กจะเยื้องศูนย์อยู่เหนือหรือใต้แกนของเฟืองตัวใหญ่ การเยื้องศูนย์นี้ส่งผลต่อการสัมผัสของฟันเฟืองและต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง สามารถวัดได้ด้วยเครื่องทดสอบเฟืองไฮปอยด์ที่จำลองตำแหน่งการทำงานของเฟืองตัวใหญ่และเฟืองตัวเล็ก
- มุมเกลียว: ทั้งเฟืองไฮปอยด์และเฟืองเซรอลมีฟันโค้งเป็นเกลียว มุมเกลียวจะถูกกำหนดที่จุดกึ่งกลางสำหรับเฟืองประเภทนี้ เช่นเดียวกับเฟืองดอกจอกเกลียว ให้ใช้เครื่องทดสอบเฟืองดอกจอกเกลียวที่มีหัวแบ่งเพื่อวัดพารามิเตอร์นี้
