วิธีออกแบบเฟืองบนเพลาขนานให้มีกำลังสูญเสียน้อยที่สุดและผลกระทบต่อลักษณะการสั่นสะเทือน

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เสนอแนวทางการออกแบบชุดเฟืองเพื่อให้มีกำลังสูญเสียน้อยที่สุด แต่ยังมีความสามารถในการรับภาระได้เท่ากับชุดเฟืองตรงที่เป็นชุดเฟืองอ้างอิง หลักการที่เกี่ยวข้องในการออกแบบมี 2 ส่วน ได้แก่ 1. การออกแบบเฟืองตามคำแนะนำของ AGMA ซึ่งจะทำให้ได้ชุดเฟืองที่มีความสามารถในการรับภาระ และทำให้ทราบถึงผลของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตต่างๆ ต่อความแข็งแรงของฟันเฟือง และ 2. การประเมินกำลังสูญเสียของชุดเฟืองโดยใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่พัฒนาขึ้นก่อนหน้า การศึกษาในส่วนนี้ทำให้ทราบถึงผลของพารามิเตอร์ทางเรขาคณิตต่างๆ ที่มีต่อกำลังสูญเสียของชุดเฟืองได้ จากหลักการทั้ง 2 นี้ จะทำให้ทราบถึงแนวทางการเลือกพารามิเตอร์ของเฟืองต่างๆ ทำให้สามารถออกแบบเฟืองทดแทนที่สามารถรับภาระได้มากกว่าชุดเฟืองเดิม แต่มีกำลังสูญเสียน้อยที่สุดได้ และเนื่องจากแนวทางการออกแบบนี้อาจจะกระทบต่อคุณลักษณะอย่างอื่นของชุดเฟืองด้วย ในที่นี้จึงเลือกศึกษาผลของวิธีการออกแบบนี้ต่อการสั่นสะเทือนของชุดเฟืองด้วย ผลการศึกษาพบว่าการออกแบบชุดเฟืองที่มีกำลังสูญเสียน้อย แต่ยังมีความสามารถในการรับภาระได้มากกว่าชุดเฟืองอ้างอิง ทำได้โดย ปรับลดขนาดโมดูล เพิ่มมุมกด เพิ่มความกว้างหน้าฟัน และหากเป็นเฟืองเฉียงควรเลือกให้มีมุมฮีลิกซ์อยู่ในช่วง 10° - 20° ผลการประเมินกำลังสูญเสียพบว่า ชุดเฟืองที่ออกแบบมีกำลังสูญเสียน้อยกว่าชุดเฟืองตรงอ้างอิงประมาณ 35% การทดลองเพื่อตรวจสอบกำลังสูญเสียของชุดเฟืองที่ออกแบบใหม่ ทำโดยชุดทดสอบเฟืองแบบ back-to-back ผลการทดลองพบว่าชุดเฟืองที่ออกแบบใหม่มีกำลังสูญเสียรวมลดลงประมาณ 20% และกำลังสูญเสียจากการไถลลดลงถึงประมาณ 35% เมื่อเทียบกับชุดเฟืองตรงอ้างอิง ซึ่งสอดคล้องกับการประเมินโดยแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ในขั้นตอนการออกแบบ สำหรับการทดลองวัดการสั่นสะเทือนพบว่า ชุดเฟืองที่ออกแบบใหม่มีการสั่นสะเทือนที่ความถี่ที่เกี่ยวข้องกับการขบ และค่าการสั่นสะเทือน RMS ของความถี่ที่เกี่ยวข้องกับการขบน้อยกว่าชุดเฟืองตรงอ้างอิง ผลการศึกษาสรุปได้ว่าการเลือกพารามิเตอร์ของเฟืองที่เหมาะสมในขั้นตอนการออกแบบ ทำให้ได้เฟืองที่มีความแข็งแรง มีกำลังสูญเสียต่ำ และยังมีขนาดการสั่นสะเทือนต่ำลงได้