Radial Load และ Axial Load ของเกียร์ทดรอบคืออะไร?

Radial Load และ Axial Load ของเกียร์บ็อกซ์คืออะไร?

Radial load ของเกียร์บ็อกซ์ และ axial load เป็นแรงภายนอกสองประเภทที่กระทำโดยตรงต่อเพลาขาออก นี่คือพารามิเตอร์ที่จำเป็นต้องตรวจสอบควบคู่ไปกับกำลังมอเตอร์ อัตราทดเกียร์ และแรงบิดเมื่อเลือกใช้เกียร์บ็อกซ์

เกียร์บ็อกซ์อาจมีแรงบิดเพียงพอแต่ยังคงเสียหายได้ง่ายหากเฟือง พูลเลย์ ดรัม หรือกลไกการรับโหลดสร้างแรงที่เกินขีดความสามารถในการรับน้ำหนักของเพลาและตลับลูกปืน ผลที่ตามมาที่พบบ่อยคือตลับลูกปืนร้อน การสั่นสะเทือน ระยะคลอนเพิ่มขึ้น น้ำมันรั่ว หรือเพลาขาออกผิดรูป

Radial load ของเกียร์บ็อกซ์คืออะไร?

Radial load ของเกียร์บ็อกซ์ คือแรงที่กระทำในทิศทางตั้งฉากกับแนวแกนของเพลาขาออก โดยมักใช้สัญลักษณ์แทนว่า FR

คำศัพท์ที่เกี่ยวข้องประกอบด้วย:

• Radial load

• Overhung load

• OHL

• Radial force

Radial load มักเกิดขึ้นเมื่อเพลาเกียร์บ็อกซ์ติดตั้ง:

• เฟืองโซ่

• พูลเลย์สายพาน

• เฟือง

• ดรัม

• ล้อ

• กลไกการส่งกำลังที่ติดตั้งเยื้องจากตำแหน่งตลับลูกปืน

ตัวอย่างเช่น เมื่อเกียร์บ็อกซ์ขับเคลื่อนสายพานลำเลียงด้วยเฟืองโซ่ แรงตึงของโซ่ที่กระทำต่อเฟืองจะสร้างแรงในแนวขวางต่อเพลา หากแรงนี้มากเกินไป เพลาอาจเกิดการดัดงอและตลับลูกปืนขาออกจะต้องทำงานเกินพิกัด

Axial load ของเกียร์บ็อกซ์คืออะไร?

Axial load คือแรงที่กระทำขนานกับแนวแกนของเพลา โดยมักใช้สัญลักษณ์แทนว่า FA

คำศัพท์ที่เกี่ยวข้องประกอบด้วย:

• Axial load

• Thrust load

• Axial force

Axial load สามารถเกิดขึ้นได้ใน:

• สกรูลำเลียง (Screw conveyor)

• เครื่องกวนที่สร้างแรงผลัก

• กลไกการกดหรือดัน

• เฟืองเฉียง (Helical gear)

• เฟืองดอกจอก (Bevel gear)

• เพลาที่ถูกดึงหรือกด

• คัปปลิ้งที่ติดตั้งผิดตำแหน่งในแนวแกน

แรงในแนวแกนจะส่งผลโดยตรงต่อตลับลูกปืนกันรุน (Thrust bearing) เพลา และกลไกการกำหนดตำแหน่งภายในเกียร์บ็อกซ์

การเปรียบเทียบ Radial load และ Axial load

ทำไมตำแหน่งการติดตั้งเฟืองและพูลเลย์จึงมีความสำคัญ?

โหลดในแนวรัศมีไม่เพียงขึ้นอยู่กับขนาดของแรงเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับระยะห่างจากจุดที่แรงกระทำไปยังตลับลูกปืนเอาต์พุตอีกด้วย

ความสัมพันธ์พื้นฐาน:

โมเมนต์ดัด = โหลดในแนวรัศมี × ระยะห่างของจุดที่แรงกระทำ

ยิ่งเฟืองหรือพูลเลย์อยู่ห่างจากบ่าเพลามากเท่าใด โมเมนต์ดัดก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น แม้จะเป็นโหลดขนาดเดียวกัน แต่วิธีการติดตั้งที่แตกต่างกันอาจส่งผลให้อายุการใช้งานของเพลาและตลับลูกปืนเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก

เมื่อทำการติดตั้งควร:

• ติดตั้งเฟืองหรือพูลเลย์ให้ใกล้กับบ่าเพลามากที่สุดเท่าที่จะทำได้

• อย่าให้ดุมล้อ (hub) ยื่นออกมาจากปลายเพลามากเกินไป

• ปรับความตึงของสายพานและโซ่ให้เหมาะสม

• ปรับศูนย์ให้ตรงก่อนเริ่มใช้งาน

• ห้ามใช้ค้อนตอกเฟืองหรือพูลเลย์เข้ากับเพลา

• ติดตั้งตลับลูกปืนรองรับภายนอกเพิ่มเติมในกรณีที่เพลายาวหรือมีโหลดสูง

วิธีการคำนวณแรงบนเฟืองหรือพูลเลย์โดยประมาณ

แรงในแนวสัมผัสที่จำเป็นสำหรับการส่งโมเมนต์สามารถประมาณได้ตามสูตร:

Ft = 2T / d

โดยที่:

• Ft: แรงในแนวสัมผัส หน่วยเป็น N

• T: โมเมนต์บนเพลา หน่วยเป็น Nm

• d: เส้นผ่านศูนย์กลางการทำงาน หน่วยเป็น m

หากป้อนเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นมิลลิเมตร:

Ft = 2.000 × T / d

ตัวอย่างการคำนวณแรงบนเฟือง

เกียร์ทดมี:

• โมเมนต์เอาต์พุต: 200 Nm

• เส้นผ่านศูนย์กลางการทำงานของเฟือง: 200 mm

แรงในแนวสัมผัส:

Ft = 2.000 × 200 / 200 = 2.000 N

ค่า 2.000 N คือแรงในแนวสัมผัสที่จำเป็นสำหรับการส่งโมเมนต์ ซึ่งอาจไม่ใช่โหลดในแนวรัศมีที่เกิดขึ้นจริงกับตลับลูกปืน

โหลดที่เกิดขึ้นจริงยังขึ้นอยู่กับ:

• แรงตึงด้านโหลดและด้านหย่อนของโซ่

• แรงตึงเริ่มต้นของสายพาน

• น้ำหนักของเฟือง พูลเลย์ หรือดรัม

• มุมโอบ (Wrap angle)

• จำนวนฟันของเฟือง

• โหลดกระแทก

• ระยะห่างจากจุดที่แรงกระทำไปยังบ่าเพลา

หลังจากกำหนดแรงที่เกิดขึ้นจริงแล้ว ควรตรวจสอบกับขีดจำกัดโหลดที่อนุญาตของรุ่นเกียร์ทดนั้นๆ

โหลดในแนวรัศมีและโหลดในแนวแกนสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้หรือไม่?

ได้ ในกลไกหลายประเภท เพลาเอาต์พุตต้องรับแรงพร้อมกันดังนี้:

• แรงบิด

• โหลดในแนวรัศมี

• โหลดในแนวแกน

• โมเมนต์ดัด

• โหลดกระแทก

• โหลดแบบสลับทิศทาง

เมื่อ FR และ FA เกิดขึ้นพร้อมกัน ความสามารถในการรับโหลดของตลับลูกปืนอาจต่ำกว่ากรณีที่มีแรงเพียงประเภทเดียว

ไม่ควรใช้สัดส่วนคงที่ระหว่างโหลดในแนวรัศมีและโหลดในแนวแกนสำหรับเกียร์ทุกรุ่น ความสามารถในการรับโหลดขึ้นอยู่กับ:

• ขนาดของเกียร์ทด

• เส้นผ่านศูนย์กลางเพลา

• ประเภทและขนาดของตลับลูกปืน

• ระยะห่างระหว่างตลับลูกปืน

• ตำแหน่งที่แรงกระทำ

• ทิศทางการดึงหรือกด

• ท่าทางการติดตั้ง

• ความเร็วเอาต์พุต

• ระยะเวลาการทำงาน

• ระดับการกระแทกและการสลับทิศทาง

สัญญาณบ่งชี้ว่าโหลดภายนอกเกินขีดจำกัด

เมื่อโหลดแนวรัศมีหรือโหลดแนวแกนสูงเกินไป เกียร์ทดอาจเกิดอาการดังนี้:

• ตลับลูกปืนร้อนผิดปกติ

• มีการสั่นสะเทือนที่ปลายเพลา

• มีเสียงหึ่งหรือเสียงเคาะ

• เพลาขาออกเกิดการโก่งตัว

• ระยะคลอนที่ปลายเพลาเพิ่มขึ้น

• ซีลน้ำมันทำงานผิดตำแหน่ง

• น้ำมันรั่วซึม

• เฟืองสึกหรอไม่สม่ำเสมอ

• อายุการใช้งานของตลับลูกปืนลดลง

• เพลาบิดเบี้ยวหรือหัก

ปรากฏการณ์เหล่านี้มักถูกเข้าใจผิดว่าเกิดจากการขาดน้ำมันหล่อลื่นหรือเฟืองชำรุด อย่างไรก็ตาม สาเหตุที่แท้จริงอาจมาจากโหลดภายนอกที่สูงเกินไปหรือชิ้นส่วนส่งกำลังถูกติดตั้งห่างจากบ่าเพลามากเกินไป

เมื่อใดที่ควรใช้ตลับลูกปืนรองรับภายนอก (External Bearing Support)?

ควรพิจารณาติดตั้งตลับลูกปืนรองรับภายนอกเมื่อ:

• ดรัมม้วนสายหรือพูลเลย์มีน้ำหนักมาก

• เฟืองโซ่ถูกติดตั้งห่างจากบ่าเพลา

• เพลาโหลดมีความยาว

• สายพานต้องการแรงตึงสูง

• โซ่ต้องรับโหลดกระแทก

• เครื่องจักรมีการเปลี่ยนทิศทางการหมุนบ่อยครั้ง

• เกียร์ทดกำลังรับโหลดทั้งหมดโดยตรง

• โหลดแนวรัศมีเกินขีดความสามารถในการรับน้ำหนักของตลับลูกปืนขาออก

ตลับลูกปืนรองรับภายนอกช่วยถ่ายแรงไปยังโครงสร้างเครื่องจักร ลดภาระโดยตรงบนเพลาและตลับลูกปืนของเกียร์ทด

ตลับลูกปืนต้องได้รับการปรับตั้งให้ได้ศูนย์กับเพลา หากติดตั้งเยื้องศูนย์ ตลับลูกปืนอาจสร้างโหลดเพิ่มขึ้นแทนที่จะลดโหลด

วิธีการลดโหลดแนวรัศมีบนเกียร์ทด

สามารถใช้มาตรการดังต่อไปนี้:

1. เพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองโซ่หรือพูลเลย์เมื่อเงื่อนไขของเครื่องจักรเอื้ออำนวย

2. ติดตั้งชิ้นส่วนส่งกำลังให้ใกล้กับบ่าเพลามากที่สุด

3. ปรับแรงตึงของสายพานและโซ่ให้เหมาะสม

4. ใช้ข้อต่อแบบตรง (Direct Coupling) เมื่อเหมาะสม

5. ติดตั้งตลับลูกปืนรองรับแยกต่างหากสำหรับดรัมม้วนสาย พูลเลย์ หรือเพลาที่มีความยาว

6. ลดโหลดกระแทกขณะเริ่มต้นทำงาน

7. เลือกเกียร์ทดที่มีขนาดเพลาและตลับลูกปืนใหญ่ขึ้น

8. ตรวจสอบความร่วมศูนย์ระหว่างเกียร์ทดและเพลาเครื่องจักร

9. อย่าให้เกียร์ทดรับน้ำหนักทั้งหมดของชุดโหลด

10. คำนวณใหม่เมื่อมีการเปลี่ยนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองโซ่หรือพูลเลย์

ข้อมูลที่จำเป็นในการเลือกเกียร์ทด

เพื่อตรวจสอบโหลดแนวรัศมีและโหลดแนวแกน จำเป็นต้องระบุข้อมูลดังนี้:

• กำลังและความเร็วรอบของมอเตอร์

• อัตราทดเกียร์

• ความเร็วรอบขาออก

• แรงบิดโหลด

• ประเภทของโหลด: สม่ำเสมอ, กระแทก หรือเปลี่ยนทิศทาง

• ชิ้นส่วนที่ติดตั้งบนเพลา

• เส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองโซ่ พูลเลย์ หรือเฟือง

• ระยะห่างจากจุดรับแรงถึงบ่าเพลา

• แรงตึงของสายพานหรือโซ่

• น้ำหนักของพูลเลย์หรือดรัมม้วนสาย

• โหลดแนวแกนในทิศทางดึงหรือกด

• รูปแบบการติดตั้งแบบขาตั้งหรือแบบหน้าแปลน

• ระยะเวลาการทำงานต่อวัน

• จำนวนครั้งในการสตาร์ทหรือเปลี่ยนทิศทาง

สำหรับมอเตอร์เกียร์และเกียร์ทด DSK, Nara Samyang หรือ NK จำเป็นต้องเลือกให้ตรงตามรุ่น ขนาดเพลา และเงื่อนไขการติดตั้งจริง

คำถามที่พบบ่อย

เฟืองโซ่สร้างโหลดแนวรัศมีหรือไม่?

ใช่ แรงตึงของโซ่จะกระทำต่อเฟืองและสร้างแรงในแนวตั้งฉากกับเพลาขาออกของเกียร์ทด

พูลเลย์สายพานส่งผลต่อตลับลูกปืนของเกียร์ทดรอบหรือไม่?

ส่งผลครับ การตึงสายพานมากเกินไปหรือการติดตั้งพูลเลย์ห่างจากบ่าเพลามากเกินไปจะทำให้โหลดแนวรัศมีและโมเมนต์ดัดเพิ่มขึ้น ส่งผลให้ตลับลูกปืนร้อนเร็วหรือสึกหรอ

ข้อต่อเพลา (Coupling) ทำให้เกิดโหลดแนวรัศมีหรือไม่?

ข้อต่อเพลาที่ติดตั้งได้แนวตรงมักจะสร้างโหลดภายนอกเพียงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การเยื้องศูนย์ การเอียงมุม หรือการกดเพลาในแนวแกนอาจทำให้โหลดบนเพลาและตลับลูกปืนเพิ่มขึ้นได้

การเพิ่มขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองโซ่ช่วยลดโหลดได้หรือไม่?

เมื่อรักษาค่าแรงบิดให้คงที่ การเพิ่มเส้นผ่านศูนย์กลางการทำงานของเฟืองโซ่จะช่วยลดแรงในแนวสัมผัสที่จำเป็นลงได้ อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องตรวจสอบความเร็วโซ่ ขนาดการติดตั้ง และโหลดรวมของกลไกทั้งหมด

เกียร์ทดรอบสามารถรับโหลดแนวแกนได้เท่าไร?

ไม่มีค่ามาตรฐานทั่วไปสำหรับเกียร์ทดรอบทุกรุ่น ความสามารถในการรับโหลดขึ้นอยู่กับรุ่น ประเภทของเพลา การออกแบบตลับลูกปืน ท่าทางการติดตั้ง ทิศทางของแรง และสภาวะการใช้งาน

การเลือกเกียร์ทดรอบโดยพิจารณาจากแรงบิดเพียงอย่างเดียวเพียงพอหรือไม่?

ไม่เพียงพอ นอกจากแรงบิดแล้ว จำเป็นต้องตรวจสอบโหลดแนวรัศมี โหลดแนวแกน ค่าสัมประสิทธิ์โหลด ความเร็ว ตำแหน่งการวางแรง และระยะเวลาการใช้งาน

MDriveTech ให้คำปรึกษาในการเลือกเกียร์ทดรอบ

MDriveTech ให้บริการสนับสนุนการเลือกมอเตอร์เกียร์และเกียร์ทดรอบ DSK, Nara Samyang และ NK สำหรับ:

• สายพานลำเลียง

• สกรูลำเลียง

• เครื่องกวน

• เครื่องบรรจุภัณฑ์

• ดรัมม้วนสาย

• อุปกรณ์ยก

• ระบบขับเคลื่อนในงานอุตสาหกรรม

เพื่อให้ได้การตรวจสอบที่แม่นยำ ลูกค้าควรจัดเตรียมรูปถ่ายเครื่องจักร ป้ายชื่อมอเตอร์ (Nameplate) ความเร็วรอบขาออก แรงบิดโหลด ขนาดของเฟืองโซ่หรือพูลเลย์ และแบบแปลนตำแหน่งการติดตั้ง

สายด่วน: 0868 789 647
อีเมล: [email protected]

บทสรุป

โหลดแนวรัศมีจะกระทำในทิศทางตั้งฉากกับเพลา ในขณะที่โหลดแนวแกนจะกระทำขนานกับแนวเส้นศูนย์กลางของเพลา ทั้งสองปัจจัยส่งผลโดยตรงต่อตลับลูกปืน เพลา ซีลน้ำมัน และอายุการใช้งานของเกียร์ทดรอบ

เมื่อเลือกเกียร์ทดรอบ ไม่ควรตรวจสอบเพียงแค่กำลัง อัตราทดเกียร์ และแรงบิดเท่านั้น จำเป็นต้องระบุโหลดภายนอก ตำแหน่งการติดตั้งเฟืองโซ่หรือพูลเลย์ ระยะห่างจากบ่าเพลา และสภาวะการใช้งานจริงเพื่อเลือกรุ่นที่ถูกต้อง