เฟือง อุปกรณ์เครื่องกลวิเศษ ที่ช่วยลดการทำงาน ช่วยผ่อนแรง ทำให้เกิดการทำงานเชิงกล

เฟือง (Gear) เป็นอุปกรณ์เครื่องกลแบบง่ายชนิดหนึ่งที่ใช้ในการรับส่งกำลัง ซึ่งการทำงานของเฟืองจะเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อมีเฟืองสองตัวประกับเข้าหากัน เมื่อทำให้ฟันเฟืองตัวแรกหมุน เฟืองอีกตัวที่ประกบเข้าคู่กับเฟืองตัวแรกจะหมุนไปในทิศทางตรงกันข้ามจึงทำให้เกิดความได้เปรียบทางเชิงกลได้ โดยการใช้อัตราส่วนของจำนวนฟันเฟืองตัวที่สองเปรียบเทียบกับฟันเฟืองตัวแรก เฟืองมีลักษณะเป็นทรงกลมแบบคล้ายจาน ส่วนที่เรียกว่าฟันเฟืองจะเป็นแฉกที่ขอบของเฟืองโดยรอบ

ชนิดของเฟือง

เฟืองที่ใช้ในอุตสาหกรรมแบ่งออกเป็น 8 ชนิด ดังนี้

1. เฟืองตรง (Spur Gears)

ในบรรดาเฟืองแต่ละชนิด เฟืองตรงเป็นเฟืองที่ได้รับความนิยมในการใช้งานมากที่สุดในอุตสาหกรรม โดยนิยมนำมาใช้กับการทำงานของระบบส่งกำลัง เช่น ใช้ในการเกษตรโดยมีการทดลองเครื่องจักรกลที่มีความเร็วรอบต่ำ ใช้ในเครื่องกลึงเพื่อทดลองการเดินกลึงแบบอัตโนมัติ เป็นต้น ซึ่งเฟืองตรงจะใช้ในการส่งกำลังการหมุนจากเพลาหนึ่งไปยังอีกเพลาหนึ่งและมีลักษณะแบบมีฟันขนานเข้ากับแกนหมุน ข้อดีของเฟืองตรงคือ มีประสิทธิภาพในการทำงานสูง ในขณะที่ใช้งานจะไม่ทำให้แนวแกนมีความแรงมากเกินไปและบริเวณหน้ากว้างของเฟืองตรงทำให้เกิดผิวสัมผัสมากขึ้น ซึ่งช่วยลดปริมาณการสึกหรอได้น้อยลง

2. เฟืองสะพาน (Rack Gears)

เฟืองสะพานมีลักษณะเป็นแท่งตรงยาว โดยมีฟันเฟืองอยู่ด้านบนสบกับฟันเฟืองตัวที่อยู่ด้านล่าง ส่วนแท่งของฟันเฟืองสามารถหมุนกลับได้ประมาณ 90 องศา ฟันเฟืองสะพานมีหน้าที่ในการเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ในการหมุนแบบทำมุม ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่แบบกลับไปกลับมาหรือเรียกอีกแบบว่า การเคลื่อนที่เชิงเส้น — ไชยเจริญเทคเรารับผลิตเฟืองตามแบบ

3. เฟืองวงแหวน (Internal Gears)

เฟืองวงแหวน เป็นเฟืองตรงชนิดหนึ่งที่มีลักษณะทรงกลมคล้ายกับเฟืองตรง โดยตัวของฟันเฟืองจะอยู่ด้านบนของวงกลม ซึ่งต้องใช้เฟืองที่มีขนาดเล็กกว่าสบกันอยู่ด้านในเฟืองวงแหวน มีการออกแบบเพื่อใช้อัตราทดได้มากน้อยขึ้นอยู่กับขนาดของเฟืองด้านนอกสัมพันธ์แล้วเฟืองตัวด้านใน ซึ่งเฟืองวงแหวนโดยปกติจะมีเฟืองตัวเล็กที่อยู่ด้านในทำหน้าที่เป็นตัวขับแรงอัตราทด ตัวอย่างเช่น อัตราทดจะมากขึ้นก็ต่อเมื่อเฟืองตัวเล็กที่อยู่ข้างในมีขนาดเล็กกว่าเฟืองด้านนอก ส่วนอัตราทดน้อยจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อเฟืองตัวด้านในมีขนาดใหญ่หรือใกล้เคียงกับเฟืองด้านนอก แต่เฟืองตัวในจะไม่ใหญ่กว่าเฟืองตัวนอก

4. เฟืองเฉียง (Helical Gears)

เฟืองเฉียง เป็นเฟืองส่งกำลังที่มีลักษณะเป็นฟันเฉียงซึ่งทำมุมเข้ากับแกนหมุนคล้ายกับเฟืองตรง แต่ลักษณะของฟันเฟืองจะไม่เป็นคู่ขนานกับเพลา เพราะมีการทำมุมเฉียงที่แตกต่างกัน ซึ่งฟันเฟืองอาจจะมีการเอียงไปด้ายซ้ายหรือขวาก็ได้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ลักษณะเด่นของเฟืองเฉียงคือ มีการทำงานที่ใช้เสียงเบากว่าเฟืองตรงที่ค่อนข้างจะเสียงดัง

5. เฟืองเฉียงก้างปลา (Herringbone Gears)

เฟืองเฉียงก้างปลา เป็นเฟืองที่มีลักษณะคล้ายกับเฟืองตรง แต่ต่างกันตรงที่ฟันเฟืองจะเอียงสลับกันจนมีรูปร่างเหมือนฟันปลา ข้อดีของเฟืองชนิดนี้คือ ตัวเฟืองจะไม่สามารถเลื่อนออกจากกันได้ มีแรงสั่นสะเทือนน้อยเกิดขึ้นในขณะที่ทำงานเมื่อเทียบกับเฟืองตรงและสามารถรับภาระได้มากกว่าเฟืองตรงอีกด้วย

6. เฟืองดอกจอก (Bevel Gears)

เฟืองดอกจอก ใช้สำหรับส่งกำลังตัดกันจากเพลาหนึ่งไปอีกเพลาหนึ่ง ลักษณะของเฟืองจะเป็นแบบตัดฟันเฟือง ซึ่งมุมระหว่างเพลาทั้งสองเพลาจะเป็นมุมที่มีเส้นศูนย์กลางอยู่ระหว่างการตัดกัน โดยความห่างระหว่าง 2 เพลาจะทำมุมราวๆ 90 องศา ซึ่งการใช้งานเฟืองดอกจอกจำเป็นต้องมีมุมระหว่างเพลามากกว่าหรือน้อยกว่า 90 องศา

7. เฟืองตัวหนอน (Worm Gears)

เฟืองตัวหนอน เป็นเฟืองชุดที่ประกอบไปด้วยเฟืองและเกลียวตัวหนอน ซึ่งเป็นเครื่องกลอุตสาหกรรมที่มีรูปแบบของการทำงานโดยใช้การหมุน ซึ่งมีแนวเพลาขับและเพลาตามทำเป็นมุมฉากที่ 90 องศา เนื่องจากเฟืองตัวหนอนมีการส่งถ่ายกำลังในลักษณะแบบการลื่นไถลจากเฟืองขับไปที่เฟืองตาม ทำให้การทำงานของเฟืองชนิดนี้มีความเงียบและมีแรงสั่นสะเทือนเพียงเล็กน้อย การถ่ายส่งกำลังของเฟืองตัวหนอนจะมีความเค้นเกิดขึ้นบนผิวฟันเฟืองมากกว่าเฟืองตรงและเฟืองเฉียง

8. เฟืองเกลียวสกรู (Spiral Gears)

เฟืองเกลียวสกรูเป็นเฟืองที่ใช้ในการส่งกำลังระหว่างเพลาที่ทำเป็นมุมฉาก 90 องศา ส่วนมากการใช้งานของเฟืองชนิดนี้มักใช้ในการเปลี่ยนทิศทางของการส่งกำลังของเพลา

วิธีการผลิตเฟือง

การผลิตเฟืองมีกรรมวิธีในการผลิตที่หลากหลายรูปแบบ เช่น การปั๊มขึ้นรูป การทำโมลด์พลาสติก การหล่อ การตัดเลเซอร์และการแปรรูปด้วยเครื่องจักร เป็นต้น ซึ่งการที่ผู้ผลิตจะผลิตเฟืองเพื่อใช้ในด้านอุตสาหกรรมจำเป็นต้องคำนึงถึงชนิดของเฟือง จำนวนที่ผลิตและต้นทุนที่ใช้ในการผลิตเฟือง เพื่อให้เกิดการใช้งานที่คุ้มค่าและประหยัดมากที่สุด

ในปัจจุบันมีวัสดุที่ใช้ในการผลิตเฟืองมีหลากหลายชนิด หลายรูปแบบขึ้นอยู่กับการใช้งาน วิศวกรที่เป็นผู้ออกแบบเฟืองสามารถเลือกใช้วัสดุได้หลากหลาย เช่น อะลูมิเนียม ไม้ พลาสติก ไททาเนียม แมกนีเซียม ทองแดง ทองเหลือง เหล็กหล่อ เหล็กเหนียว รวมไปถึงการนำวัสดุต่างๆมาผสมกันเพื่อผลิตเฟืองได้ ดูได้จากตัวอย่างผลงานการตัดเลเซอร์เฟือง

องค์ประกอบที่ในการเลือกวัสดุเพื่อผลิตเฟือง โดยพิจารณาจากข้อสำคัญดังนี้

• ค่าใช้จ่ายในการผลิต
• น้ำหนัก
• ความต้านทานในการสึกหรอ
• ความต้านทางต่อการกัดกร่อน
• ความต้านทางต่อแรงกระแทก
• ความสามารถในการโก่งงอ
• ความทนต่อความถี่ของความเค้น

การหล่อลื่น อุณหภูมิในการทำงานและความเร็วในการหมุน เป็นปัจจัยสำคัญที่สามารถช่วยเพิ่มมูลค่าของกระบวนการผลิตและวัสดุที่ใช้ เช่น มีการปรับเปลี่ยนสภาพผิวของเฟืองเพื่อเพิ่มความทนทาน เนื่องจากการทำงานในที่ที่มีอุณหภูมิสูงจำเป็นต้องมีการใช้วัสดุในการผลิตเฟืองที่มีความทนทานมากกว่าการทำงานในอุณหภูมิปกติ