คู่มืออย่างสมบูรณ์เกี่ยวกับระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่และประเภทของโซ่: ความรู้พื้นฐานที่วิศวกรควรรู้

​

ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่ถือเป็นหนึ่งในโซลูชันการส่งถ่ายพลังงานเชิงกลที่สำคัญ ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการถ่ายโอนพลังงานระหว่างองค์ประกอบต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นระยะทางไกล (เช่น เครื่องยนต์เรือขนาด 5 ชั้น) หรือระยะใกล้ (เช่น ในจักรยาน) ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่อยู่ในกลุ่มของ 5 วิธีการส่งกำลังเชิงกลที่พบบ่อยที่สุด ร่วมกับคัปปลิง เพลาขับ เกียร์ขับเคลื่อน การขับเคลื่อนด้วยสายพาน และเพลาเกลียว แต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสียเฉพาะตัว ดังนันวิศวกรจึงต้องพิจารณาอย่างรอบคอบถึงปัจจัยต่างๆ เพื่อเลือกวิธีที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการใช้งานเฉพาะเจาะจง บทความนี้จะกล่าวถึงพื้นฐานของระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่ ประเภทของการจัดจำแนก ประเภทของโซ่ที่ใช้กันทั่วไป เกณฑ์ในการเลือกใช้ รวมถึงข้อดีและข้อเสียหลัก

ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่คืออะไร?

ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่คือระบบการส่งกำลังเชิงกลที่ใช้โซ่ในการถ่ายโอนพลังงานจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่โดยทั่วไปประกอบด้วยเฟืองขับ (ล้อฟันเฟือง) สองตัวขึ้นไปและตัวโซ่เอง โดยช่องว่างในแต่ละข้อโซ่จะสวมเข้ากับฟันของเฟืองขับ
เมื่อตัวขับเคลื่อนหลัก (เช่น มอเตอร์ไฟฟ้า หรือเครื่องยนต์สันดาปภายใน) หมุน จะทำให้ชุดเฟืองที่ติดอยู่บนเพลาของมันหมุนตามไปด้วย การหมุนนี้จะขับเคลื่อนโซ่ที่พันรอบเฟือง ซึ่งต่อมาจะส่งแรงกลไปยังเพลาที่ถูกขับเคลื่อน ทำให้สามารถถ่ายทอดพลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเปรียบเทียบหลักกับวิธีการส่งกำลังอื่น ๆ

เทียบกับสายพานขับเคลื่อน: ต่างจากสายพานขับเคลื่อน ระบบโซ่ขับเคลื่อนไม่มีการลื่นไถล ทำให้อัตราส่วนความเร็วคงที่ ซึ่งช่วยกำจัดการล่าช้าในการส่งผ่านพลังงาน ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานเช่น โซ่เวลาในเครื่องยนต์สันดาปภายใน พลังงานสูญเสียในระบบโซ่ขับเคลื่อนมีเพียงแค่แรงเสียดทานระหว่างข้อต่อโซ่กับเฟืองเท่านั้น ส่งผลให้มีประสิทธิภาพทางกลสูงกว่า
เทียบกับระบบเกียร์: ระบบโซ่ขับเคลื่อนมีความยืดหยุ่นมากกว่าในแง่ของระยะห่างในการใช้งาน โซ่ขับเคลื่อนเหมาะสำหรับกรณีที่เพลาอยู่ห่างกันมากกว่าที่ระบบเกียร์จะรองรับได้ ในขณะเดียวกันยังสามารถติดตั้งให้มีขนาดกะทัดรัดได้ นอกจากนี้ โซ่เพียงเส้นเดียวสามารถขับเคลื่อนเพลาหลายเพลาพร้อมกันได้ ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ระบบเกียร์แทบไม่มี

ประเภทของการขับเคลื่อนด้วยโซ่ (แบ่งตามหน้าที่)

การขับเคลื่อนด้วยโซ่แบ่งออกเป็นสามประเภทหลักตามหน้าที่หลักของมัน โดยแต่ละประเภทถูกออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการในการใช้งานเฉพาะทาง

1. การขับเคลื่อนด้วยโซ่เพื่อการส่งกำลัง

 ออกแบบมาโดยเฉพาะเพื่อถ่ายโอนกำลังงานระหว่างเพลาสองเส้น โซ่ประเภทนี้แก้ปัญหาที่พบบ่อย คือ เครื่องจักรที่ผลิตกำลังงาน (เช่น มอเตอร์ในปั๊ม) มักไม่สามารถใช้กำลังงานที่ผลิตได้ในที่นั้นเอง
การใช้งานทั่วไป: จักรยาน เครื่องจักรกลการเกษตร คอมเพรสเซอร์ และเพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ — ทั้งหมดขึ้นอยู่กับโซ่ส่งกำลังเพื่อเคลื่อนย้ายพลังงานจากแหล่งกำเนิดไปยังจุดที่ใช้งาน

2. การขับเคลื่อนด้วยโซ่สำหรับระบบลำเลียง

โซ่สำหรับระบบลำเลียงถูกพัฒนาเพื่อการจัดการวัสดุโดยเฉพาะ มีการออกแบบหลากหลายรูปแบบมากกว่าร้อยแบบ พร้อมคุณสมบัติเฉพาะที่เหมาะสม เช่น ความต้านทานแรงเสียดทานต่ำ ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อสารเคมี มีคุณสมบัติต้านทานไฟฟ้าสถิต หรือมีคุณสมบัติแม่เหล็ก สามารถติดตั้งอุปกรณ์เสริมกับโซ่เพื่อให้เหมาะกับความต้องการที่หลากหลายได้
การใช้ในอุตสาหกรรม: ใช้อย่างแพร่หลายในการบรรจุ, การผลิตรถยนต์, การผลิตอาหารและเครื่องดื่ม, ยา, และทอทอทอลิคสําหรับการขนส่งวัสดุที่มีประสิทธิภาพ

3. การ สร้าง เครื่องยกและเครื่องขับขี่โซ่

เครื่องขับขี่โซ่เหล่านี้ถูกใช้ในเครื่องจักรเพื่อยกและลดภาระหนัก มักทํางานกับพูลีเพื่อลดความพยายาม ตัวอย่างเช่น เครื่องยกโซ่ (มือ, ไฟฟ้า, หรือลม) ซึ่งเป็นสิ่งที่พบได้ทั่วไปในโรงรถ, ห้างหุ้น, สถานก่อสร้าง, ห้องเครื่องจักรยาน และโรงงาน สามารถยก/ลดภาระได้ถึง 20 ตัน
เชือกยกแบ่งออกเป็น 2 แบบย่อย

เชือกทรงเอลลิปติก (เชือกทรงโค้ล) ใช้สําหรับภาระกลางถึงต่ํา, การยกความเร็วต่ํา สายเชื่อมของพวกมันเป็นแบบทรงเอลิปซ์ และเชื่อมต่อกันด้วยการผสมผสาน ซิ่งโซ่สี่เหลี่ยมบางครั้งเป็นทางเลือก แต่มักจะหลีกเลี่ยงเนื่องจากการกระจายเครียดที่ไม่ดีและปัญหาการผูกพัน
โซ่เกลียว: เหมาะสำหรับงานที่รับแรงดันสูง แต่ละลิงค์มีตัวเกลียวติดตั้งอยู่ภายในความกว้าง ซึ่งช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการพันกัน และเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน มักใช้กับสมอเรือและอุปกรณ์ยกของหนัก

ประเภทโซ่ที่ใช้ในระบบขับโซ่

มีอยู่ห้าประเภทโซ่ที่ใช้แพร่หลายในอุตสาหกรรมและการค้า แต่ละชนิดมีโครงสร้างและข้อดีที่แตกต่างกัน:

1. โซ่ลูกกลิ้ง (โซ่ลูกกลิ้งแบบบุชชิ่ง)

โซ่ที่พบเห็นได้ทั่วไปที่สุด โซ่ลูกกลิ้ง (หรือโซ่ลูกกลิ้งแบบบุชชิ่ง) ถูกใช้อย่างแพร่หลายในการส่งกำลังของจักรยาน มอเตอร์ไซค์ และเครื่องจักรขนส่ง โดยทั่วไปทำจากเหล็กกล้าคาร์บอนธรรมดา หรือโลหะผสมเหล็ก
โครงสร้าง: ประกอบด้วยแผ่นด้านใน (แผ่นลูกกลิ้ง) แผ่นด้านนอก (แผ่นพิน) ปลอกกระบอก สลัก และลูกกลิ้ง โดยลูกกลิ้งจะถูกจัดวางให้ห่างกันอย่างเท่ากันระหว่างข้อต่อ ซึ่งจะเข้ากับฟันเฟืองเพลาเพื่อถ่ายทอดกำลัง
จุดเด่นหลัก: ลูกกลิ้งสามารถหมุนได้ตามต้องการขณะสัมผัสกับฟันเฟือง ช่วยลดการสูญเสียพลังงาน สำหรับโซ่ส่งกำลัง ความสูงของแผ่นลูกกลิ้ง (ทั้งสองด้านของลูกกลิ้ง) จะมากกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของลูกกลิ้ง ป้องกันไม่ให้แผ่นข้างสัมผัสกับเฟืองและทำหน้าที่เป็นตัวนำเพื่อป้องกันไม่ให้โซ่หลุด สำหรับโซ่ลำเลียงแบบลูกกลิ้ง เส้นผ่านศูนย์กลางของลูกกลิ้งจะใหญ่กว่าความสูงของแผ่นข้าง ทำให้ไม่มีการสัมผัสระหว่างแผ่นข้างกับรางลำเลียง เพื่อลดแรงเสียดทาน นอกจากนี้ยังมีโซ่ลูกกลิ้งแบบหลายเส้นสำหรับความต้องการกำลังสูง ช่วยให้ใช้ความเร็วต่ำลงและระยะพิทช์เล็กลงสำหรับภาระงานที่เท่ากัน

2. โซ่เงียบ (โซ่ฟันคว่ำ)

ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่แบบดั้งเดิมมักจะมีเสียงดัง จึงไม่เหมาะสำหรับสภาพแวดล้อมที่ไวต่อเสียง เช่น พื้นที่ปิด มINE และพื้นที่อยู่อาศัย โซ่เงียบ (หรือโซ่ฟันคว่ำ) สามารถแก้ปัญหานี้ได้ โดยทำงานได้อย่างเงียบเชียร์ ขณะที่ยังสามารถส่งถ่ายกำลังได้สูงในความเร็วสูง
โครงสร้าง: ทำจากแผ่นเรียบซ้อนกันเป็นแถวและเชื่อมต่อกันด้วยหมุดหนึ่งอันหรือมากกว่า ด้านล่างของแต่ละลิงค์มีลักษณะเฉพาะที่เข้ากับฟันเฟืองอย่างราบรื่น
สมรรถนะ: ความสามารถในการรับน้ำหนัก ความแข็งแรงแรงดึง และความกว้างของโซ่จะเพิ่มขึ้นตามจำนวนแผ่นเรียบที่มีอยู่ในแต่ละลิงค์

3. โซ่แบบใบ

โซ่ประเภทที่ง่ายที่สุด โซ่แบบใบประกอบด้วยเพียงหมุดและแผ่นเท่านั้น โดยแผ่นจะสลับหน้าที่กันเป็นลิงค์หมุดและลิงค์บานพับ โซ่เหล่านี้ไม่ได้ทำงานร่วมกับเฟือง แต่จะวิ่งบนรอกเพื่อใช้ในการนำทาง
การใช้งาน: เหมาะสำหรับการยกและถ่วงน้ำหนัก เช่น ในลิฟต์ เครนยกของแบบโฟล์คลิฟต์ เครนยกรถและเสาลิฟต์ ระบบที่มีความเร็วต่ำเหล่านี้ทำให้โซ่ต้องรับแรงน้ำหนักคงที่สูงและแรงทำงานต่ำ โซ่แบบใบสามารถรับแรงกระแทกและความเฉื่อยได้ดีเยี่ยม
ข้อกำหนดสำคัญ: ต้องสามารถทนต่อแรงดึงสูงโดยไม่เกิดการยืดหรือการหัก รวมทั้งต้องมีความเหนียวเพียงพอเพื่อต้านทานการเกิดความล้า ต้องคำนึงถึงการหล่อลื่นและสภาพแวดล้อมในการออกแบบด้วย

4. โซ่แบบหน้าเรียบ

ใช้เฉพาะสำหรับการลำเลียง โดยที่โซ่แบบแบนด้านบนสามารถแทนที่สายพานลำเลียงและระบบขับด้วยสายพาน วัสดุสามารถขนส่งได้โดยตรงบนตัวลิงค์
โครงสร้าง: ลิงค์แต่ละชิ้นมักทำจากแผ่นเหล็กที่มีส่วนนูนขนาดเล็กเป็นรูปทรงกระบอกกลวงที่ด้านล่าง หมุดจะถูกใส่ผ่านส่วนนูนเหล่านี้เพื่อเชื่อมต่อลิงค์ที่อยู่ติดกัน ทำให้เคลื่อนไหวได้เพียงทิศทางเดียว โซ่แบบแบนด้านบนพิเศษสามารถโค้งงอได้ในแนวขวาง (ผ่านโครงสร้างหมุดที่ปรับปรุงแล้ว) ช่วยให้สายพานลำเลียงสามารถเลี้ยวโค้งได้
การใช้งาน: ใช้ในสายพานลำเลียงความเร็วต่ำสำหรับการขนส่งวัสดุในสายการประกอบ

5. โซ่เหล็กวิศวกรรม

โซ่เหล็กวิศวกรรมถูกพัฒนาขึ้นครั้งแรกในช่วงปี ค.ศ. 1880 โดยได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้งานในสภาพแวดล้อมที่ยากลำบากและงานที่มีความต้องการสูง โซ่เหล่านี้ทำจากเหล็กที่ผ่านการรีดร้อน (บางครั้งจะผ่านการอบความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง) และมีช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนที่ใหญ่กว่า เพื่อรองรับฝุ่น ดิน และวัสดุกัดกร่อนที่อาจเกิดขึ้นขณะใช้งาน
การใช้งานในยุคปัจจุบัน: มักใช้เป็นโซ่ลำเลียงสำหรับการจัดการวัสดุ แต่บางชนิดใช้เป็นตัวขับเคลื่อน สามารถพบได้ในเครื่องลำเลียง รถโฟล์คลิฟท์ เครื่องยกแบบถัง และแท่นขุดเจาะน้ำมัน พร้อมทั้งมีความแข็งแรง ทนต่อการสึกหรอ รับน้ำหนักได้ดี และระยะพิทช์ที่เหมาะสม เพื่อให้ตอบสนองความต้องการของอุตสาหกรรมยุคใหม่

วิธีการเลือกตัวขับด้วยโซ่ที่เหมาะสม

การเลือกตัวขับด้วยโซ่ที่ถูกต้องนั้น จำเป็นต้องพิจารณาความต้องการในการใช้งานเพื่อกำจัดตัวเลือกที่ไม่เหมาะ ปัจจัยหลักที่ควรคำนึงมีดังนี้:

1. โหลด/น้ำหนัก

กำหนดกำลังที่ต้องการส่งผ่าน - โซ่จะต้องรับกำลังที่เกิดจากแหล่งกำเนิดแรงได้ การคำนวณที่แม่นยำมีความสำคัญต่อความปลอดภัย และควรมีตัวประกอบความปลอดภัยที่เพียงพอ

2. ความเร็วของโซ่

โซ่ขับเคลื่อนไม่ทุกชนิดที่เหมาะกับการทำงานที่ความเร็วสูง บางชนิดถูกออกแบบมาสำหรับความเร็วต่ำโดยเฉพาะ ควรคำนวณความเร็วที่ต้องการและตรวจสอบให้แน่ใจว่าค่าอยู่ในช่วงที่โซ่แนะนำ เพื่อช่วยให้เลือกตัวเลือกที่เหมาะสมมากขึ้น

3. การจัดวางเพลา

โซ่ขับเคลื่อนส่วนใหญ่ใช้ได้ดีเฉพาะกับเพลาที่ขนานกันเท่านั้น หากเพลาไม่อยู่ในแนวเดียวกัน การใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองอาจเป็นทางเลือกที่ดีกว่า

4. ระยะห่างศูนย์กลางระหว่างเพลา

ระยะห่างศูนย์กลางระหว่างเพลาที่แนะนำคือ 30–50 เท่าของระยะห่างข้อต่อโซ่ นอกจากนี้ ต้องแน่ใจว่าส่วนโค้งที่สัมผัสขั้นต่ำบนล้อฟันเฟืองขนาดเล็กมีค่า 120° หากล้อฟันเฟืองมีจำนวนฟันน้อย อย่างน้อยต้องมี 5 ฟันที่สัมผัสกับโซ่ตลอดเวลา

5. สภาพแวดล้อมในการใช้งาน

สภาพแวดล้อมมีผลต่อความต้านทานของโซ่ที่จำเป็นต่อความชื้น ฝุ่น สิ่งกัดกร่อน ความร้อนสูง และอุณหภูมิ นอกจากนี้ยังมีผลต่อการสั่นสะเทือน ระดับเสียงรบกวน และความแข็งแรงทนทาน ตัวอย่างเช่น โซ่ฟันคว่ำ (โซ่เงียบ) มักถูกเลือกใช้ในพื้นที่ที่ไวต่อเสียงรบกวน

6. การหล่อลื่น

ส่วนใหญ่แล้วระบบขับด้วยโซ่จำเป็นต้องมีการหล่อลื่นเพื่อยืดอายุการใช้งาน ประเภทของโซ่ ขนาด น้ำหนัก และความเร็วมีผลต่อวิธีการหล่อลื่น (แบบใช้มือ แบบหยด แบบจุ่มในน้ำมัน หรือแบบแรงดัน) มีโซ่ที่สามารถหล่อลื่นตัวเองได้ โดยใช้ปลอกกระบอกที่ทำจากพลาสติกหรือโลหะที่อัดแน่นด้วยน้ำมันเพื่อให้การหล่อลื่นต่อเนื่องโดยไม่ต้องบำรุงรักษาภายนอก

ข้อดีของระบบขับด้วยโซ่

สามารถส่งแรงบิดได้ในระยะทางไกล
ไม่มีการลื่นไถล (ต่างจากสายพานขับ) ทำให้ประสิทธิภาพการทำงานสม่ำเสมอ
มีขนาดกะทัดรัดมากกว่าชุดสายพาน จึงติดตั้งได้ในพื้นที่จำกัด
ชุดขับแบบโซ่เดียวสามารถขับเพลาหลายเพลาได้พร้อมกัน
ใช้งานได้หลากหลาย ทนอุณหภูมิสูงและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย (แห้ง ชื้น มีฝุ่นกัดกร่อน มีสารกัดกร่อน เป็นต้น)
ระบบแรงเสียดทานต่ำ ทำให้มีประสิทธิภาพเชิงกลสูง

ข้อเสียของระบบขับแบบโซ่

ไม่สามารถใช้กับเพลาที่ไม่ขนานกันได้
มีแนวโน้มเกิดเสียงรบกวนและแรงสั่นสะเทือนขณะทำงาน
การจัดแนวที่ไม่ถูกต้องอาจทำให้โซ่หลุดหรือลื่นไถล
การออกแบบบางแบบต้องการการหล่อลื่นอย่างต่อเนื่อง
โดยปกติจำเป็นต้องมีฝาครอบเพื่อการป้องกัน
การปรับแรงดึงเป็นระยะ (เช่น ผ่านไอดเลอร์) มีความจำเป็นเพื่อรักษาประสิทธิภาพ

​