แร็คเกียร์

ชั้นวางเกียร์แปลงกำลังและการเคลื่อนที่จากการเคลื่อนที่แบบหมุนเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น สำหรับแร็คเกียร์แบบฟันตรง เฟืองผสมพันธุ์จะต้องมีระยะพิทช์เท่ากันและมีมุมแรงกดเท่ากัน เมื่อฟันเฟืองแร็คมีลักษณะเป็นเกลียว ระยะพิทช์ มุมความดัน และมุมเกลียวของทั้งเฟืองและแร็คเกียร์จะต้องเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ทิศทางของมุมเกลียวของแต่ละส่วนประกอบจะต้องตรงกันข้าม

ฟันของชั้นวางเกียร์ถูกตัดโดยใช้เครื่องกัดชั้นวาง หัวกัดจะตัดเฉือนส่วนหนึ่งของชั้นวาง จากนั้นจึงกำหนดดัชนีไปยังส่วนที่ติดกันจนกว่าชั้นวางจะเสร็จสมบูรณ์ ความยาวสูงสุดของชั้นวางจะถูกจำกัดด้วยความยาวของเครื่องกัดเท่านั้น ชั้นวางเกียร์สามารถผลิตได้จากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น เหล็ก ทองเหลือง ทองแดง หรือพลาสติก และสามารถชุบแข็งได้ตามความต้องการด้านความแข็งแรงและความทนทาน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการใช้งาน

รูปทรงของชั้นวางเกียร์ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์หลายตัว ในแง่ทฤษฎี ชั้นวางเกียร์เป็นเพียงเฟืองตรงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางระยะพิทช์ไม่สิ้นสุด การคำนวณจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับว่าฟันถูกสร้างขึ้นในระบบปกติหรือระบบตามขวาง

ค่าแรกที่จำเป็นในการสร้างชั้นวางเกียร์คือระดับเสียง ในระบบเมตริก สิ่งนี้เรียกว่าโมดูล เมื่อค่าของโมดูลเพิ่มขึ้น ขนาดของฟันเฟืองก็จะเพิ่มขึ้น ในระบบมาตรฐานอังกฤษ ระยะพิทช์ของเฟืองเกลียวเรียกว่าระยะพิทช์เส้นผ่านศูนย์กลาง (DP) หมายถึงจำนวนฟันที่พบในเฟืองที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางอ้างอิงหนึ่งนิ้ว

มุมความดันคือมุมระหว่างแนวการกระทำของเฟืองกับเส้นสัมผัสของวงกลมพิตช์ โดยจะกำหนดหน้าสัมผัสระหว่างฟันของเฟืองและส่งผลต่อความสามารถในการรับน้ำหนักและประสิทธิภาพของเฟือง ในระบบอังกฤษ เฟืองเกลียวมักจะมีค่ามุมความดันอยู่ที่ 20 องศา หรือ 14 องศา 30 นาที สำหรับเฟืองเกลียวเมตริก มุมแรงดันโดยทั่วไปจะอยู่ที่ 20 องศา

จำนวนฟันของเฟืองจะถูกเลือกโดยผู้ใช้ตามอัตราส่วนความเร็วที่ต้องการสำหรับการใช้งาน การหมุนแต่ละครั้งของเฟืองจะเคลื่อนที่เป็นระยะทางเชิงเส้นเฉพาะไปตามแร็คเกียร์ เฟืองที่มีฟันจำนวนน้อยกว่าจะต้องหมุนเร็วกว่าเฟืองที่มีขนาดใหญ่กว่าเพื่อที่จะเคลื่อนที่ได้ในระยะทางเท่ากัน

ภาคผนวกของฟันเฟืองแร็คคือระยะห่างเชิงเส้นระหว่างความสูงของระยะพิทช์และปลายฟัน ในทำนองเดียวกัน dedendum คือระยะห่างเชิงเส้นระหว่างความสูงของระดับเสียงและรากฟัน ผลรวมของภาคผนวกและ dedendum จะเป็นตัวกำหนดความสูงของฟันทั้งหมด

ค่าฟันเฟืองมีความสำคัญต่อแร็คเกียร์ ค่านี้จะวัดระยะห่างระหว่างฟันเฟืองเฟืองกับฟันเฟืองแร็คเมื่อไม่ได้สัมผัสกัน จำเป็นต้องมีระยะฟันเฟืองขั้นต่ำเพื่อให้ฟันเฟืองประกบกันอย่างเหมาะสม และเพื่อให้สารหล่อลื่นสัมผัสกับแร็คแอนด์พีเนียน ณ จุดที่สัมผัสกัน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วระบบแร็คแอนด์พีเนียนจะใช้ในการจัดตำแหน่ง การสะสมของข้อผิดพลาดฟันเฟืองอาจส่งผลกระทบอย่างมากต่อความแม่นยำของตำแหน่ง กลไกเพิ่มเติม เช่น ตัวเข้ารหัสแบบออปติคัลจะรวมอยู่ในระบบแร็คแอนด์พีเนียน เพื่อรักษาความแม่นยำของตำแหน่ง

การออกแบบชั้นวางเกียร์เกี่ยวข้องกับการกำหนดความสูงของระยะพิทช์ โมดูล มุมแรงดัน ภาคผนวก ดีเดนดัม และฟันเฟือง ปัจจัยเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนความเร็วที่ต้องการ ข้อกำหนดการส่งกำลัง และการออกแบบระบบกลไก ชั้นวางเกียร์จะส่งกำลังระหว่างแกนตั้งฉากเท่านั้น ขณะที่เฟืองหมุน ฟันจะเข้าปะทะและส่งแรงบิดจากเฟืองไปยังแร็คเกียร์ หากชั้นวางได้รับการแก้ไขแล้วและเฟืองหมุนตามเข็มนาฬิกา เฟืองจะแปลไปทางขวา หากปีกนกได้รับการแก้ไขและหมุนตามเข็มนาฬิกา ชั้นวางจะแปลไปทางซ้าย ระยะทางในการแปลตามชั้นวางเท่ากับเส้นรอบวงของปีกนก เมื่อใช้โมดูลปกติ ระยะนี้จะเป็นเศษส่วน เมื่อใช้ระดับเสียงแบบวงกลมแทนโมดูล คุณสามารถแปลแบบคงที่ได้ ตัวอย่างเช่น โมดูล 3 พีเนียนที่มี 30 ฟันจะแปลค่า 282.74 มิลลิเมตรต่อการหมุน ในขณะที่ CP10 พีเนียนที่มี 30 ฟันจะแปลค่าได้ 300 มิลลิเมตรต่อการหมุนพอดี อีกวิธีหนึ่งในการบรรลุค่าการหมุนคงที่คือการใช้ชั้นวางและเฟืองเกลียวที่มีมุมเกลียว 19 องศา 31' 41" เนื่องจากค่านี้จะแปลงโมดูลเป็นระยะพิทช์แบบวงกลมเช่นกัน

ชั้นวางเกียร์เป็นองค์ประกอบที่ใช้กันทั่วไปในระบบกลไกเนื่องจากมีการออกแบบที่เรียบง่าย มีประสิทธิภาพในการใช้งาน และคุ้มค่า การทำความเข้าใจคำจำกัดความทางเทคนิคและหลักการออกแบบของชั้นวางเกียร์ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับทุกคนที่ทำงานกับระบบกลไก