ความสำคัญของช่องว่างเกียร์: ทำไมระบบส่งกำลังด้วยเกียร์ต้องมีช่องว่าง

ในการออกแบบและผลิตระบบส่งกำลังด้วยเกียร์ ช่องว่างเกียร์ (backlash) เป็นพารามิเตอร์ทางวิศวกรรมที่สำคัญ มันหมายถึงช่องว่างเล็กน้อยระหว่างรูปร่างของฟันเกียร์ที่ขบกัน ไม่ว่าจะเป็นเกียร์ลดความเร็วแบบ planetary, เกียร์ลดความเร็วแบบ worm หรือเกียร์ลดความเร็วแบบ parallel ทุกประเภทของอุปกรณ์ส่งกำลังด้วยเกียร์จำเป็นต้องมีการตั้งค่าช่องว่างเกียร์ที่เหมาะสมตามเงื่อนไขการใช้งานจริง บทความนี้จะวิเคราะห์อย่างเป็นระบบถึงห้าเหตุผลหลักที่ต้องมีช่องว่างเกียร์ และอภิปรายถึงผลกระทบเฉพาะที่มีต่อเกียร์ลดความเร็วในแต่ละประเภท

1. ความจำเป็นทางกายภาพของปรากฏการณ์การขยายตัวจากความร้อน: อิทธิพลของวัสดุและอุณหภูมิ

ระหว่างการทำงานของเกียร์ แรงเสียดทานและโหลดจะสร้างความร้อน ทำให้เกิดการขยายตัวจากความร้อนของฟันเฟืองและตัวเรือน เนื่องจากวัสดุต่างชนิดกันมีสัมประสิทธิ์การขยายตัวจากความร้อนที่แตกต่างกัน เช่น อัตราการขยายตัวของตัวเรือนอลูมิเนียมอัลลอยด์และฟันเฟืองเหล็กนั้นมีความแตกต่างกันอย่างมาก ดังนั้นจึงจำเป็นต้องพิจารณาการเปลี่ยนแปลงขนาดในขั้นตอนการออกแบบ

1.1 การตอบสนองต่อการขยายตัวภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูง

ในสภาพแวดล้อมอุตสาหกรรมที่มีอุณหภูมิสูงหรือสถานการณ์ที่ต้องทำงานอย่างต่อเนื่อง อุณหภูมิของเกียร์เซอร์โวหรือเกียร์มอเตอร์ไฟฟ้าอาจเพิ่มสูงขึ้นอย่างมาก หากใช้ออกแบบแบบไร้แบ็คลาช (zero-backlash) หลังจากที่เฟืองขยายตัวจากความร้อนแล้ว จะสูญเสียพื้นที่ในการทำงานอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้ผิวฟันเฟืองถูกบีบอัดโดยตรง ทำให้แรงเสียดทานเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว และในท้ายที่สุดอาจทำให้เกิดการติดขัดหรือความเสียหายต่อผิวฟันเฟืองได้ ดังนั้น แบ็คลาชจึงเป็นสิ่งจำเป็นทางกายภาพเพื่อรับมือกับการขยายตัวจากความร้อน

2. เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการหล่อลื่น: พื้นที่ที่ต้องการสำหรับการสร้างฟิล์มน้ำมัน

หนังน้ํามันเลื่อมระหว่างพื้นผิวของเกียร์มีบทบาทสําคัญในการแยกต่อสัมผัสตรงระหว่างโลหะและโลหะและลดการสวมและเสียง ความว่างด้านข้างให้พื้นที่ที่จําเป็นสําหรับน้ํามันเล็บที่จะเข้าไปในพื้นที่ mesh และสร้างหนังน้ํามัน hydrodynamic ขนาดหนาพอ

2.1 ข้อกำหนดการหล่อลื่นของเกียร์ลดความเร็วชนิดต่างๆ

เครื่องลดเกียร์มุมฉากและเครื่องลดเกียร์แบบเฟืองเอียงมีเส้นทางหล่อลื่นที่ซับซ้อนเนื่องจากแกนเกียร์ตัดกัน จึงจำเป็นต้องใช้พื้นที่ว่างเล็กน้อยที่เกิดจากแบคลาชเพื่อช่วยนำน้ำมันหล่อลื่นไปกระจายทั่วทั้งพื้นผิวฟันเฟือง เครื่องลดเกียร์แบบติดเพลาโดยทั่วไปใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีฝุ่น ดังนั้นการออกแบบซีลและแบคลาชจึงต้องพิจารณาร่วมกันเพื่อป้องกันการรั่วซึมของน้ำมันในขณะที่ยังคงรักษาระดับการหล่อลื่นภายในที่เพียงพอ

3. ข้อกำหนดทางวิศวกรรมสำหรับการติดตั้งและการบำรุงรักษา: ความสามารถในการดำเนินการและอายุการใช้งาน

ระบบเกียร์ต้องการการประกอบในสถานที่จริง การตรวจสอบและการบำรุงรักษาเป็นประจำ การออกแบบแบบไม่มีแบคลาชทำให้การประกอบยุ่งยากมาก บางครั้งต้องใช้เครื่องมือเฉพาะและสภาพแวดล้อมการประกอบที่ควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำ ซึ่งเพิ่มต้นทุนการติดตั้งและการบำรุงรักษาอย่างมาก

3.1 ข้อพิจารณาเชิงปฏิบัติสำหรับกระบวนการประกอบ

สำหรับเครื่องลดความเร็วที่ติดตั้งบนเพลา หรือเครื่องลดความเร็วขนาดเล็ก พื้นที่ติดตั้งมักมีจำกัด และตำแหน่งสัมพัทธ์ของฟันเฟืองอาจจำเป็นต้องปรับในระหว่างการประกอบ การเว้นระยะฟัน (backlash) ที่เหมาะสมจะช่วยให้ฟันเฟืองสามารถ "ลอยตัว" ได้เล็กน้อย ซึ่งช่วยให้จัดแนวและติดตั้งได้ง่ายขึ้นภายใต้สภาพหน้างาน โดยไม่จำเป็นต้องใช้ความแม่นยำในการประกอบสูงมาก

3.2 ความสะดวกในการบำรุงรักษาและการหล่อลื่นใหม่

ระบบเกียร์อาจจำเป็นต้องถอดประกอบเพื่อตรวจสอบ การเปลี่ยนเฟือง หรือเติมสารหล่อลื่นในช่วงอายุการใช้งาน การมี backlash ทำให้การถอดและประกอบใหม่ง่ายขึ้น ตัวอย่างเช่น เมื่อบำรุงรักษากล่องลดความเร็วชนิดเกียร์หนอน หรือกล่องลดความเร็วเฟืองกรวย ช่างเทคนิคสามารถแยกชิ้นส่วนที่ขบกันออกได้ง่ายขึ้นเพื่อตรวจสอบหรือเปลี่ยนชิ้นส่วน โดยไม่ทำให้ผิวฟันเสียหายจากการขันแน่นเกินไป

4. ข้อพิจารณาเฉพาะสำหรับ backlash ในเครื่องลดความเร็วชนิดต่างๆ

4.1 W orm gear reducer

เนื่องจากลักษณะการสัมผัสแบบเลื่อนไถลของเกียร์หนอน ทำให้เครื่องลดความเร็วชนิดเกียร์หนอนเกิดความร้อนจำนวนมากในระหว่างการทำงาน และเพลาเกียร์หนอนมีแนวโน้มที่จะเกิดการบิดงอ การเคลื่อนตัวกลับตัว (แบคลาช) โดยทั่วไปมักมากกว่าเครื่องลดความเร็วประเภทอื่นๆ เพื่อรองรับการขยายตัวจากความร้อน ความต้องการหล่อลื่น และการเปลี่ยนรูปร่างเชิงยืดหยุ่นพร้อมกัน นอกจากนี้ ในเครื่องลดความเร็วเกียร์หนอนมุมฉากที่ใช้สำหรับระบบส่งกำลังเพื่อการควบคุมทิศทางในระนาบสามมิติ จำเป็นต้องพิจารณาการบิดงอของโครงเครื่องภายใต้ภาระด้วย เนื่องมีความเกี่ยวข้องกับการลดแบคลาช

4.2 เครื่องลดความเร็วเกียร์ขนานและเครื่องลดความเร็วเกียร์เรียงตามแนวเดียวกัน

เครื่องลดความเร็วเกียร์ขนานและเครื่องลดความเร็วเกียร์เรียงตามแนวเดียวกัน มีเพลาเกียร์ขนานกัน ทำให้การผลิตและการประกอบค่อนข้างง่าย แบคลาชของเครื่องเหล่านี้พิจารณาเป็นหลักจากอุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้น การเปลี่ยนรูปร่างภายใต้ภาระ และความต้องการหล่อลื่น สำหรับการประยุกต์ใช้งานเครื่องลดความเร็วแบบเปลี่ยนความเร็วได้ ค่าแบคลาชจะต้องสอดคล้องกับลักษณะพลศาสตร์ของกลไกเปลี่ยนความเร็วด้วย เพื่อป้องกันการกระแทกหรือการสั่นสะเทือน

ระยะห่างด้านข้างคือศาสตร์ของวิศวกรรมระบบ

การตั้งค่าช่องว่างของเกียร์ไม่ใช่พารามิเตอร์ที่แยกเดี่ยวๆ แต่เป็นภาพสะท้อนโดยรวมของวิทยาศาสตร์วัสดุ อุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์ของไหล การผลิตเชิงกล และวิศวกรรมประยุกต์ ตั้งแต่เกียร์ลดความเร็วแบบเกลียวหมุน (worm gear) ไปจนถึงเกียร์ลดความเร็วแบบ planetary ตั้งแต่เกียร์ลดความเร็วแบบมุมฉากไปจนถึงเกียร์ลดความเร็วแบบเพลาติดตั้งโดยตรง แต่ละประเภทของเกียร์ลดความเร็วจำเป็นต้องมีค่าช่องว่างที่ออกแบบเฉพาะตัวตามสภาพแวดล้อมการทำงาน ลักษณะภาระ ข้อกำหนดด้านความแม่นยำ และอายุการใช้งานที่เฉพาะเจาะจง