ในทางวิศวกรรมเครื่องกล อัตราทดเกียร์คือการวัดความเร็วรอบการหมุนของเฟืองตั้งแต่สองเฟืองขึ้นไปที่เข้าแข่งขันกันโดยตรง ตามกฎทั่วไปเมื่อต้องรับมือกับสองเกียร์ ถ้าเกียร์ขับเคลื่อน (เกียร์ที่ได้รับแรงหมุนโดยตรงจากเครื่องยนต์ มอเตอร์ ฯลฯ) มีขนาดใหญ่กว่าเกียร์ขับเคลื่อน เกียร์ขับเคลื่อนจะหมุนเร็วขึ้นและในทางกลับกัน เราสามารถเขียนแนวคิดพื้นฐานนี้ในสูตรได้ อัตราทดเกียร์ = T2/T1, T1 คือจำนวนฟันในเกียร์แรก และ T2 คือจำนวนฟันในเกียร์สอง
ขั้นตอน
วิธีที่ 1 จาก 2: การคำนวณอัตราทดเกียร์ในวงจรเกียร์
สองเกียร์
ขั้นตอนที่ 1 เริ่มต้นด้วยชุดเกียร์สองชุด
ในการกำหนดอัตราทดเกียร์ คุณต้องมีเกียร์อย่างน้อยสองตัวที่เชื่อมต่อกัน เกียร์ประสานทั้งสองนี้เรียกว่า "ชุดเกียร์" โดยทั่วไป เกียร์แรกจะเป็น "เฟืองขับ" ซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลามอเตอร์ และเกียร์ที่สองจะเป็น "เฟืองขับเคลื่อน" ซึ่งติดตั้งอยู่บนเพลาโหลด อาจมีเฟืองจำนวนหนึ่งอยู่ระหว่างการถ่ายโอนกำลังจากเฟืองขับไปยังเฟืองขับ เกียร์เหล่านี้เรียกว่า "เกียร์ไม่มีโหลด"
ทีนี้มาดูชุดเกียร์ที่มีแค่สองเกียร์กัน ในการคำนวณอัตราทดเกียร์ เกียร์ทั้งสองนี้ต้องโต้ตอบกัน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือฟันต้องตาข่ายและฟันซี่หนึ่งต้องหมุนอีกซี่หนึ่ง ตัวอย่างเช่น สมมติว่าคุณมีเฟืองขับขนาดเล็ก (เกียร์ 1) ที่หมุนเฟืองขับที่ใหญ่กว่า (เกียร์ 2)
ขั้นตอนที่ 2 นับจำนวนฟันบนเฟืองขับ
วิธีหนึ่งในการคำนวณอัตราทดเกียร์ระหว่างสองเฟืองที่เชื่อมต่อกันคือการเปรียบเทียบจำนวนฟัน (การกระแทกคล้ายฟันเล็กๆ ที่ขอบล้อ) ที่ฟันมี เริ่มต้นด้วยการนับจำนวนฟันที่อยู่ในเฟืองขับ คุณสามารถทำได้โดยการคำนวณด้วยตนเองหรือบางครั้งโดยดูจากข้อมูลที่พิมพ์บนเฟืองขับ
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเฟืองขับที่เล็กกว่าในระบบมี 20 ฟัน.
ขั้นตอนที่ 3 นับจำนวนฟันบนเฟืองขับ
ต่อไป ให้นับจำนวนฟันเฟืองในเฟืองขับเหมือนที่เคยสำหรับเฟืองขับ
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าเฟืองขับมี 30 ฟัน.
ขั้นตอนที่ 4 แบ่งจำนวนฟันทีละซี่
เมื่อคุณทราบจำนวนฟันในแต่ละเกียร์แล้ว คุณสามารถคำนวณอัตราทดเกียร์ได้อย่างง่ายดาย แบ่งฟันบนเฟืองขับด้วยฟันบนเฟืองขับ คุณสามารถเขียนคำตอบในรูปแบบทศนิยม เศษส่วน หรืออัตราส่วน (เช่น x: y) ขึ้นอยู่กับงานที่มอบหมาย
- ในตัวอย่างข้างต้น การแบ่งฟันเฟือง 30 ซี่ในเฟืองขับ 20 ซี่ในเฟืองขับ จะได้ 30/20 = 1, 5. เรายังสามารถเขียนมันใน 3/2 หรือ 1, 5: 1.
- ความหมายของอัตราทดเกียร์นี้คือเฟืองขับที่เล็กกว่าต้องหมุนหนึ่งรอบครึ่งสำหรับเฟืองขับที่ใหญ่กว่าจึงจะหมุนได้ครบหนึ่งรอบ เนื่องจากเฟืองขับมีขนาดใหญ่กว่า เฟืองขับจะหมุนช้ากว่า
มากกว่าสองเกียร์
ขั้นตอนที่ 1 เริ่มต้นด้วยชุดเกียร์ที่มีมากกว่าสองเกียร์
ตามชื่อที่สื่อถึง "ชุดเกียร์" อาจประกอบด้วยชุดเกียร์แบบยาว ไม่ใช่แค่เฟืองขับตัวเดียวและเฟืองขับตัวเดียว ในกรณีนี้ เกียร์แรกยังคงเป็นเกียร์ขับ เกียร์สุดท้ายยังคงเป็นเกียร์ขับเคลื่อน และเกียร์กลางจะกลายเป็น "เกียร์ว่าง" เกียร์ที่ไม่ได้บรรจุเหล่านี้มักใช้เพื่อเปลี่ยนทิศทางการหมุนหรือเพื่อเชื่อมต่อสองเกียร์เมื่อการปรับเกียร์ตรงจะทำให้เกียร์หนักหรือไม่พร้อมใช้งาน
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าวงจรสองเฟืองที่อธิบายข้างต้นขณะนี้ขับเคลื่อนด้วยเฟืองที่มีฟันเล็กๆ เจ็ดซี่ ในกรณีนี้ เฟืองที่มีฟันคงที่ 30 ซี่กลายเป็นเฟืองขับ และเฟืองที่มีฟัน 20 ซี่ (ซึ่งเดิมเป็นเฟืองขับ) ตอนนี้เป็นเฟืองที่ไม่ได้บรรจุ
ขั้นตอนที่ 2 แบ่งจำนวนฟันของเฟืองขับและเฟืองขับ
สิ่งสำคัญที่ต้องจำไว้เมื่อต้องรับมือกับชุดเกียร์ที่มีมากกว่าสองเกียร์ก็คือ เฉพาะเกียร์ขับและเกียร์ขับเคลื่อน (โดยปกติคือเกียร์แรกและเกียร์สุดท้าย) เท่านั้นที่มีความสำคัญ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เกียร์ว่างไม่มีผลกับอัตราทดเกียร์ของทั้งชุดเลย เมื่อคุณระบุเฟืองขับและเฟืองขับแล้ว คุณสามารถคำนวณอัตราทดเกียร์ได้เหมือนเดิม
ในตัวอย่างข้างต้น เราจะคำนวณอัตราทดเกียร์โดยหารเฟืองขับสามสิบซี่ด้วยเฟืองขับเจ็ดซี่ของเฟืองขับใหม่ 30/7 = ประมาณ 4, 3 (หรือ 4, 3: 1). ซึ่งหมายความว่าเฟืองขับต้องหมุนประมาณ 4.3 เท่าเพื่อให้เฟืองขับเคลื่อนที่ใหญ่กว่ามากหมุนได้ครั้งเดียว
ขั้นตอนที่ 3 หากจำเป็น ให้คำนวณอัตราทดเกียร์สำหรับเฟืองกลาง
คุณสามารถคำนวณอัตราทดเกียร์ที่เกี่ยวข้องกับเกียร์ที่ไม่ได้บรรจุ และคุณอาจต้องการทำเช่นนั้นในบางสถานการณ์ ในกรณีนี้ ให้เริ่มที่เฟืองขับและเคลื่อนไปจนถึงเฟืองบรรทุก ปฏิบัติต่อเกียร์ก่อนหน้าเหมือนเกียร์ขับไปจนถึงเกียร์ถัดไป แบ่งจำนวนฟันบนเฟือง "ขับเคลื่อน" แต่ละอันด้วยจำนวนฟันบนเฟือง "ขับ" สำหรับเฟืองที่เชื่อมต่อกันแต่ละชุด เพื่อคำนวณอัตราทดเกียร์กลาง
- ในตัวอย่างข้างต้น อัตราทดเกียร์กลางคือ 20/7 = 2, 9 และ 30/20 = 1, 5. ควรสังเกตว่าอัตราส่วนเหล่านี้ไม่เหมือนกับอัตราทดเกียร์ของทั้งชุดซึ่งก็คือ 4.3
- อย่างไรก็ตาม, ควรสังเกตด้วยว่า (20/7) × (30/20) = 4, 3 โดยทั่วไปแล้ว อัตราส่วนของเกียร์กลางของชุดเกียร์ควรคูณให้เท่ากับอัตราส่วนของเกียร์ทั้งหมด.
วิธีที่ 2 จาก 2: การคำนวณอัตราส่วน/ความเร็ว
ขั้นตอนที่ 1 คำนวณความเร็วในการหมุนของเฟืองขับ
การใช้แนวคิดเรื่องอัตราทดเกียร์ ทำให้ง่ายต่อการกำหนดว่าเกียร์ที่ขับจะหมุนเร็วแค่ไหนตามความเร็ว "อินพุต" ของเฟืองขับ สำหรับสตาร์ทเตอร์ ให้คำนวณความเร็วรอบของเฟืองขับ ในการคำนวณเฟืองหลายๆ อัน ส่งผลให้มีรอบต่อนาที (รอบต่อนาที) แม้ว่าจะสามารถใช้หน่วยความเร็วอื่นๆ ได้เช่นกัน
ตัวอย่างเช่น สมมติว่าในตัวอย่างของวงจรเกียร์ด้านบนที่มีเฟืองขับเจ็ดซี่และเฟืองขับที่มีฟัน 30 ซี่ เฟืองขับจะหมุนด้วยความเร็ว 130 รอบต่อนาที ด้วยข้อมูลนี้ เราจะคำนวณความเร็วของเฟืองขับตามขั้นตอนต่อไปนี้
ขั้นตอนที่ 2 เสียบข้อมูลนี้ลงในสูตร S1 × T1 = S2 × T2
ในสูตรนี้ S1 หมายถึงความเร็วในการหมุนของเฟืองขับ T1 หมายถึงฟันของเฟืองขับ และ S2 และ T2 หมายถึงความเร็วและฟันของเฟืองขับ กรอกตัวแปรเหล่านี้จนกว่าคุณจะเหลือตัวแปรเดียว
- บ่อยครั้งในคำถามเช่นนี้ คุณจะพบขนาดของ S2 แม้ว่าจะสามารถหาตัวแปรอื่นๆ ได้ก็ตาม ในตัวอย่างข้างต้น เมื่อป้อนข้อมูลที่เรามี เราจะได้รับ:
- 130 รอบต่อนาที × 7 = S2 × 30
ขั้นตอนที่ 3 เสร็จสิ้น
การคำนวณตัวแปรที่เหลือเป็นเพียงปัญหาทางคณิตศาสตร์พื้นฐาน ลดความซับซ้อนของสมการที่เหลือและแยกตัวแปรที่ด้านหนึ่งของเครื่องหมายสมการ แล้วคุณจะได้คำตอบ อย่าลืมเขียนลงในหน่วยที่ถูกต้อง คุณสามารถสูญเสียคุณค่าจากการบ้านด้วยเหตุนี้
- ในตัวอย่างข้างต้น เราสามารถแก้ปัญหานี้ได้โดย:
- 130 รอบต่อนาที × 7 = S2 × 30
- 910 = S2 × 30
- 910/30 = S2
- 30, 33 รอบต่อนาที = S2
- กล่าวอีกนัยหนึ่งหากเกียร์ขับเคลื่อนหมุนด้วยความเร็ว 130 รอบต่อนาที เกียร์ขับเคลื่อนจะหมุนด้วยความเร็ว 30.33 รอบต่อนาที เนื่องจากเฟืองขับมีขนาดใหญ่กว่ามาก เฟืองขับจะหมุนช้ากว่ามาก
เคล็ดลับ
- หากต้องการดูว่าใช้หลักการอัตราทดเกียร์อย่างไร ให้ลองขี่จักรยานของคุณ โปรดทราบว่าวิธีที่ง่ายที่สุดในการปีนคือเมื่อคุณมีเฟืองเล็กอยู่ข้างหน้าและมีเฟืองใหญ่อยู่ด้านหลัง การเปลี่ยนเกียร์ที่เล็กกว่าด้วยแรงของแป้นเหยียบนั้นง่ายกว่า แต่ล้อหลังจะต้องเลี้ยวมากเมื่อเทียบกับการตั้งค่าเกียร์ที่คุณใช้สำหรับพื้นผิวเรียบ สิ่งนี้ทำให้คุณเคลื่อนไหวช้าลง
- ระบบที่ดาวน์เกรด (เมื่อ RPM โหลดน้อยกว่า RPM ของมอเตอร์) จะต้องใช้มอเตอร์ที่ให้กำลังที่เหมาะสมที่สุดที่ความเร็วการหมุนที่สูงขึ้น
- กำลังที่ต้องการในการขับเคลื่อนโหลดจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงจากมอเตอร์ผ่านอัตราทดเกียร์ ต้องปรับขนาดมอเตอร์นี้เพื่อให้มีกำลังที่ต้องการโดยโหลดหลังจากคำนวณอัตราทดเกียร์แล้ว ระบบยกขึ้น (เมื่อ RPM โหลดมากกว่า RPM ของมอเตอร์) จะต้องใช้มอเตอร์ที่ให้กำลังที่เหมาะสมที่สุดที่ความเร็วการหมุนที่ต่ำกว่า
