เฟืองแบบดูเพล็กซ์และไทรเพล็กซ์: เหตุใดการใช้โซ่สามเส้นจึงไม่ได้ให้ความสามารถในการรับน้ำหนักเพิ่มขึ้นเป็นสามเท่า

ระบบขับเคลื่อนจำเป็นต้องมีความสามารถในการรับน้ำหนักมากกว่าที่โซ่เส้นเดียวจะรับได้ วิธีแก้ไขที่เห็นได้ชัดคือการใช้โซ่สองเส้นหรือสามเส้นวางขนานกัน ถ้าใช้สองเส้นก็ควรได้ความสามารถเป็นสองเท่า

แต่ความเป็นจริงไม่เป็นเช่นนั้น และช่องว่างดังกล่าวระบุไว้อย่างชัดเจนในข้อมูลทางวิศวกรรมของผู้ผลิตโซ่ทุกรายภายใต้ชื่อ ปัจจัยสำหรับโซ่หลายเส้น

การใช้โซ่สองเส้นให้ความสามารถน้อยกว่าสองเท่าของการใช้โซ่เส้นเดียว ส่วนการใช้โซ่สามเส้นให้ความสามารถน้อยกว่าสามเท่าอย่างชัดเจน ช่องว่างนี้ยิ่งกว้างขึ้นเมื่อเพิ่มจำนวนเส้น

เหตุผลที่ช่องว่างนี้เกิดขึ้น

มีกลไกสามประการ ซึ่งล้วนเป็นเชิงกลศาสตร์ ไม่ใช่เชิงโลหะวิทยา

การแบ่งภาระไม่สมบูรณ์แบบ เส้นโซ่แต่ละเส้นเชื่อมต่อกันด้วยหมุดร่วมกัน แต่ไม่เหมือนกันทุกประการ ความคลาดเคลื่อนในการผลิตทำให้เส้นหนึ่งสั้นหรือตึงกว่าอีกเส้นเล็กน้อย และเส้นที่ตึงกว่าจะรับภาระมากกว่า เมื่อใช้งานไปเรื่อย ๆ ภาระจะค่อย ๆ สมดุลกันเนื่องจากเส้นที่ตึงกว่าสึกกร่อนเร็วกว่า แต่ในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง การกระจายภาระยังคงไม่สม่ำเสมอ

การจัดแนวฟันเฟือง เฟืองคู่ถูกตัดโดยใช้ฟันทั้งสองแถวในขั้นตอนเดียว จึงมีความแม่นยำในการจัดแนวสูง แต่ไม่สมบูรณ์แบบ ความผิดพลาดเชิงมุมระหว่างแถวฟันแต่ละแถวจะทำให้แถวหนึ่งเข้าสู่การสัมผัสก่อนอีกแถวเล็กน้อย

การโก่งตัวของเพลา เฟืองที่กว้างขึ้นจะตั้งอยู่ห่างจากแบริ่งมากขึ้น หรือครอบคลุมส่วนของเพลาที่กว้างขึ้น การโก่งตัวของเพลาภายใต้ภาระจะทำให้เฟืองเอียง ส่งผลให้เส้นโซ่ด้านนอกได้รับภาระมากกว่าด้านใน กลไกนี้แย่ลงเมื่อมีจำนวนเส้นโซ่มากขึ้น เพราะเฟืองสามแถวมีความกว้างมากกว่าเฟืองคู่

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไรเมื่อคำนวณขนาด

วิธีการนี้ตรงไปตรงมา หลังจากทราบว่ามีปัจจัยนี้อยู่แล้ว:

1. คำนวณแรงดึงโซ่ที่ต้องการ

2. หารด้วยค่าปัจจัยแบบหลายเส้น (multiple strand factor) ตามจำนวนเส้นของโซ่

3. เลือกขนาดโซ่ที่มีค่าความสามารถในการรับน้ำหนักสอดคล้องกับค่าที่ปรับแล้ว

ข้อผิดพลาดที่ร้ายแรงที่สุดคือการข้ามขั้นตอนที่ 2 ผู้ออกแบบที่ต้องการความสามารถในการรับน้ำหนักสามเท่าของโซ่แบบเส้นเดียว แต่ระบุให้ใช้โซ่แบบสามเส้น (triplex) จะทำให้ระบบขับเคลื่อนทำงานเกินค่าที่กำหนดตั้งแต่วันแรก

โปรดดูค่าปัจจัยแบบหลายเส้นจากข้อมูลทางวิศวกรรมของผู้จัดจำหน่ายโซ่สำหรับซีรีส์โซ่เฉพาะที่ท่านใช้งาน ค่าเหล่านี้อาจแตกต่างกันเล็กน้อยระหว่างผู้ผลิตและประเภทของโซ่ และเราขอแนะนำให้ท่านตรวจสอบค่าด้วยตนเองมากกว่าจะให้ค่าที่เราไม่สามารถอ้างอิงแหล่งที่มาได้อย่างแม่นยำ

เมื่อการใช้โซ่แบบหลายเส้นเป็นคำตอบที่เหมาะสม

ข้อจำกัดด้านพื้นที่ของเส้นผ่านศูนย์กลางเฟืองโซ่ หากระบบขับเคลื่อนต้องอยู่ภายในเส้นผ่านศูนย์กลางที่โซ่แบบเส้นเดียวที่มีขนาดใหญ่กว่าไม่สามารถบรรจุได้ การใช้โซ่แบบหลายเส้นจะแก้ปัญหานี้ได้ นี่คือเหตุผลที่ชอบใช้กันมากที่สุดและสมเหตุสมผลที่สุด

ข้อจำกัดด้านความเร็ว โซ่ที่มีระยะห่างระหว่างฟันมากกว่าจะเกิดการเคลื่อนที่แบบคอร์ดัล (chordal action) มากขึ้น ณ จำนวนฟันที่กำหนด หากไดรฟ์หมุนเร็วพอที่ระยะห่างฟันที่ใหญ่ขึ้นจะก่อให้เกิดการสั่นสะเทือน การเพิ่มจำนวนสายโซ่ที่มีระยะห่างฟันเล็กกว่าจะช่วยลดผลกระทบจากลักษณะพหุเหลี่ยม (polygon effect)

ความซ้ำซ้อนไม่ใช่เหตุผล โซ่หลายสายใช้หมุดร่วมกัน ดังนั้นหากหมุดหนึ่งตัวล้มเหลว ชุดประกอบทั้งหมดจะล้มเหลวตามไปด้วย ขณะที่โซ่สองเส้นแยกต่างหากที่ติดตั้งบนเฟืองแยกกัน จะให้ความซ้ำซ้อน แต่โซ่แบบดูเพล็กซ์ (duplex) ไม่สามารถทำเช่นนั้นได้

เมื่อโซ่เดี่ยวขนาดใหญ่ให้ผลดีกว่า

ต้นทุน โซ่แบบทริเพล็กซ์ (triplex) และเฟืองแบบทริเพล็กซ์มีราคาแพงกว่าโซ่เดี่ยวที่มีขนาดใหญ่ขึ้นหนึ่งหรือสองขั้น ในช่วงขนาดส่วนใหญ่

เฟืองสำหรับโซ่สองสาย

ความไวต่อการจัดแนว โซ่เดี่ยวสามารถทนต่อการไม่ขนานกันของเฟืองในระดับเล็กน้อยได้ แต่โซ่หลายสายมีความทนทานน้อยกว่า เพราะการไม่ขนานกันจะทำให้การกระจายโหลดซึ่งอยู่ในสภาพไม่สมบูรณ์อยู่แล้วแย่ลงโดยตรง

การบำรุงรักษา โซ่หลายสายต้องเปลี่ยนทั้งชุดพร้อมกัน ไม่สามารถเปลี่ยนเฉพาะสายใดสายหนึ่งได้

แรงกระทำต่อก้านเพลา เฟืองที่มีความกว้างมากขึ้นจะส่งแรงไปยังตำแหน่งที่อยู่ห่างจากตลับลูกปืนมากขึ้น โมเมนต์ที่เกิดจากการยื่นออกของเพลาจึงเพิ่มขึ้น และอาจทำให้เพลาหรือตลับลูกปืนเสียหายก่อนที่โซ่จะถึงขีดจำกัดความสามารถในการรับโหลด

คำแนะนำทั่วไปของเรา: หากสามารถใช้โซ่แบบเดี่ยวที่มีขนาดใหญ่ขึ้นสองเบอร์ได้พอดี ให้เลือกใช้โซ่แบบนั้น ให้พิจารณาใช้โซ่แบบหลายสายเมื่อเงื่อนไขทางเรขาคณิตบังคับเท่านั้น ไม่ใช่เป็นทางเลือกเริ่มต้นเพื่อเพิ่มความสามารถในการรับโหลด

สรุปเป็นตารางการตัดสินใจ:

โครงสร้างของเฟือง

เฟืองแบบหลายสายพานจะถูกกลึงให้แถวฟันอยู่ในตำแหน่งสัมพันธ์คงที่ต่อกัน จึงไม่สามารถประกอบระบบขับเคลื่อนแบบดูเพล็กซ์จากเฟืองแบบซิมเพล็กซ์สองตัวที่ยึดเข้าด้วยกันได้ เนื่องจากแถวฟันจะไม่สอดคล้องกันอย่างถูกต้อง และสายพานแต่ละเส้นจะเกิดแรงต้านกัน

ประเด็นเชิงปฏิบัติในการระบุคุณลักษณะ:

รูปแบบของฮับ ชนิดเอ (แผ่นเรียบ ไม่มีฮับ), ชนิดบี (มีฮับด้านเดียว), ชนิดซี (มีฮับทั้งสองด้าน) เฟืองแบบหลายสายพานมักเป็นชนิดบีหรือซี เนื่องจากตัวเฟืองที่กว้างขึ้นจำเป็นต้องใช้ฮับเพื่อรองรับเพลา

วัสดุและการทำให้แข็ง ฟันเฟืองมักจะผ่านการชุบแข็งในเฟืองที่ขับเคลื่อน และในเฟืองใดๆ ที่มีจำนวนฟันน้อย เนื่องจากแรงที่กระทำต่อฟันจะรวมตัวกันอยู่บริเวณนั้น โดยในเฟืองแบบหลายสายพาน การจัดการเรื่องนี้มีความสำคัญยิ่งกว่า เพราะสายพานที่รับภาระส่วนใหญ่จะกระทบกระแทกแถวฟันของตนเองอย่างรุนแรง

ระบบยึดแบบ taper bush เทียบกับแบบเจาะรูสำเร็จ การยึดแบบ taper bush ทำให้เปลี่ยนเฟืองได้ง่ายกว่ามาก โดยเฉพาะในเฟืองขนาดกว้าง ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่ควรเลือกใช้เมื่อเฟืองมีน้ำหนักมาก

การจัดแนว: ต้องแม่นยำกว่าที่คุณคิด

เนื่องจากการแบ่งรับภาระระหว่างสายพานลดลงเมื่อมีการจัดแนวไม่ตรง ระบบขับแบบหลายสายพานจึงต้องการความแม่นยำในการจัดแนวสูงกว่าระบบที่ใช้สายพานเพียงสายเดียว

ตรวจสอบสามสิ่งนี้ขณะติดตั้ง:

4. การจัดแนวตามแกน (Axial Alignment) — เฟืองทั้งสองต้องอยู่ในระนาบเดียวกัน การใช้ไม้บรรทัดวางพาดข้ามหน้าเฟืองทั้งสองด้านเป็นวิธีตรวจสอบที่ใช้งานได้จริง

5. ความขนานของเพลา — เพลาที่ไม่ขนานกันจะทำให้โซ่บิดเบี้ยว และทำให้สายพานเส้นหนึ่งรับภาระมากกว่าอีกเส้น

6.การเบี่ยงเบนของเพลาภายใต้แรงโหลด — วัดด้วยดัชนีวัดแบบเข็ม (dial indicator) ขณะที่มีแรงโหลด หากขับเคลื่อนภายใต้แรงโหลดสูง การเบี่ยงเบนของเพลาที่มองเห็นได้ชัดจะทำให้ระบบแบ่งโหลดล้มเหลว

สำหรับระบบขับเคลื่อนที่มีระยะห่างระหว่างศูนย์กลางยาว ต้องรองรับโซ่ฝั่งหย่อน (slack strand) โซ่หลายเส้นที่สั่นสะเทือนรุนแรงจะส่งผลให้แต่ละเส้นรับแรงโหลดสลับกัน

การสึกหรอและการเปลี่ยนชิ้นส่วน

โซ่หลายเส้นสึกหรอในลักษณะเดียวกับโซ่เส้นเดียว คือ ส่วนหมุด (pin) และปลอก (bush) สึกหรอ ซึ่งแสดงออกเป็นการยืดตัวของโซ่ วิธีการวัดจึงเหมือนกัน และใช้เกณฑ์ขีดจำกัดเดียวกัน

มีความแตกต่างสองประการในการปฏิบัติจริง:

แต่ละเส้นสึกหรอไม่สม่ำเสมอ เส้นที่รับแรงโหลดมากกว่าจะยืดตัวมากกว่า หากวัดเฉพาะเส้นหนึ่งแล้วพบว่ายังอยู่ภายในเกณฑ์ ต้องตรวจสอบเส้นอื่นๆ ด้วย เพราะประสิทธิภาพของระบบขับเคลื่อนขึ้นอยู่กับเส้นที่แย่ที่สุด

ต้องเปลี่ยนชุดประกอบทั้งหมด เนื่องจากเส้นต่างๆ เชื่อมต่อกันทางกลไก การใส่เส้นใหม่ร่วมกับเส้นที่สึกหรอแล้ว จะทำให้เส้นใหม่รับแรงโหลดเกือบทั้งหมด นี่จึงเป็นเหตุผลที่ต้องเปลี่ยนเฟืองขับ (sprockets) พร้อมกับโซ่เมื่อระบบสึกหรอ: หากใช้โซ่ใหม่กับเฟืองขับที่สึกหรอแล้วในระบบโซ่หลายเส้น จะทำให้แต่ละแถวของเฟืองรับแรงโหลดไม่สม่ำเสมอตั้งแต่เริ่มต้น

คำถามที่พบบ่อย

สามารถเพิ่มโซ่สายที่สองเข้ากับระบบขับเคลื่อนแบบสายเดียวที่มีอยู่แล้วได้หรือไม่

ไม่สามารถทำได้หากไม่เปลี่ยนเฟือง โซ่แบบสองสายต้องใช้เฟืองแบบสองสายที่มีร่องฟันจัดเรียงอย่างถูกต้อง

โซ่แบบสองสายให้ความสามารถในการรับภาระเป็นสองเท่าของโซ่แบบหนึ่งสายหรือไม่

ไม่ใช่ ให้ใช้ค่าปัจจัยสำหรับโซ่หลายสายจากข้อมูลของผู้จัดจำหน่ายโซ่ของท่าน ค่าดังกล่าวจะน้อยกว่า 2 สำหรับโซ่แบบสองสาย และน้อยกว่า 3 สำหรับโซ่แบบสามสาย

โซ่แบบสามสายดีกว่าโซ่แบบหนึ่งสายที่มีขนาดใหญ่กว่าหรือไม่ ในบางกรณี

เมื่อเส้นผ่านศูนย์กลางของเฟืองถูกจำกัด หรือเมื่อความเร็วสูงพอที่การใช้ระยะห่างระหว่างข้อต่อ (pitch) ที่ใหญ่ขึ้นจะทำให้เกิดการเคลื่อนที่แบบคอร์ดัล (chordal action) มากเกินไป มิฉะนั้น โซ่แบบหนึ่งสายที่มีขนาดใหญ่กว่ามักจะมีราคาถูกกว่าและบำรุงรักษาง่ายกว่า

เหตุใดโซ่สายหนึ่งในชุดโซ่แบบสองสายของฉันจึงสึกหรอเร็วกว่าอีกสาย

เกิดจากการไม่ขนานกันของชิ้นส่วนหรือการโก่งตัวของเพลา ซึ่งทำให้แรงกระทำลงบนสายหนึ่งมากกว่าอีกสาย โปรดตรวจสอบความขนานก่อนติดตั้งโซ่ใหม่ มิฉะนั้นโซ่ใหม่ก็จะสึกหรอในลักษณะเดียวกัน

สามารถเปลี่ยนเฉพาะสายที่สึกหรอได้หรือไม่

ไม่สามารถทำได้ ทั้งสองสายใช้หมุดร่วมกัน จึงไม่สามารถแยกออกจากกันได้ จำเป็นต้องเปลี่ยนโซ่ทั้งชุด

การขับเคลื่อนแบบหลายเส้นต้องใช้หล่อลื่นมากกว่าหรือไม่

จำเป็นต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นเพื่อให้ซึมเข้าไปถึงเส้นด้านใน ซึ่งทำได้ยากกว่าการหล่อลื่นโซ่แบบเดี่ยว สำหรับวิธีการหยดหรือการหล่อลื่นด้วยตนเอง โปรดตรวจสอบให้แน่ใจว่าน้ำมันหล่อลื่นได้ซึมเข้าไปยังเส้นด้านในจริง ๆ ไม่ใช่แค่เส้นด้านนอกเท่านั้น

บริษัท เทียนจิน เห่าหรงเซิงเย่ อิเล็กทริคอล อุปกรณ์ จำกัด ผู้ผลิตเฟืองแบบซิมเพล็กซ์ ดูเพล็กซ์ และทริเพล็กซ์ ที่มีฟันผ่านกระบวนการชุบแข็ง พร้อมจำหน่ายในรุ่นเจาะเสร็จ รุ่นเจาะนำ และรุ่นติดตั้งแบบ taper bush ส่งข้อมูลแรงบิดของการขับเคลื่อน ความเร็ว และพื้นที่ที่มีอยู่ให้เราทราบ และเราจะแจ้งให้ท่านทราบว่าการใช้โซ่แบบหลายเส้นเหมาะสมจริงหรือไม่ หรือโซ่แบบเดี่ยวที่มีขนาดใหญ่กว่าอาจมีราคาถูกกว่า