เฟืองตัวหนอนเป็นชิ้นส่วนส่งกำลังที่ใช้เป็นหลักในการลดอัตราทดสูงเพื่อเปลี่ยนทิศทางการหมุนของเพลา ลดความเร็ว และเพิ่มแรงบิดระหว่างเพลาหมุนที่ไม่ขนานกัน ใช้กับเพลาที่มีแกนตั้งฉากและไม่ตัดกัน เนื่องจากฟันของเฟืองที่ขบกันเลื่อนผ่านกัน เฟืองตัวหนอนจึงมีประสิทธิภาพต่ำกว่าระบบขับเคลื่อนด้วยเฟืองแบบอื่น แต่สามารถลดความเร็วได้อย่างมากในพื้นที่ขนาดเล็ก จึงมีการใช้งานในอุตสาหกรรมมากมาย โดยพื้นฐานแล้ว เฟืองตัวหนอนอาจจำแนกได้เป็นแบบหุ้มเดี่ยวและแบบหุ้มคู่ ซึ่งอธิบายถึงรูปทรงเรขาคณิตของฟันที่ขบกัน ในที่นี้จะอธิบายเกี่ยวกับเฟืองตัวหนอน พร้อมทั้งอธิบายการทำงานและการใช้งานทั่วไป

เฟืองตัวหนอนทรงกระบอก

รูปทรงพื้นฐานของตัวหนอนคือแร็คแบบอินโวลูต ซึ่งใช้ในการสร้างเฟืองตรง ฟันของแร็คมีผนังตรง แต่เมื่อนำไปใช้สร้างฟันบนชิ้นงานเฟือง จะได้รูปทรงฟันโค้งที่คุ้นเคยของเฟืองตรงแบบอินโวลูต รูปทรงฟันของแร็คนี้จะพันรอบตัวหนอน การจับคู่กันของฟันทั้งสอง ล้อหนอน ประกอบด้วยเฟืองเกลียวฟันเฟืองถูกตัดเป็นมุมที่ตรงกับมุมของฟันตัวหนอน รูปทรงเดือยที่แท้จริงจะปรากฏเฉพาะในส่วนกลางของล้อเท่านั้น เนื่องจากฟันโค้งโอบล้อมตัวหนอน การทำงานของเฟืองคล้ายกับการทำงานของแร็คที่ขับเฟืองตัวเล็ก ยกเว้นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของแร็คถูกแทนที่ด้วยการเคลื่อนที่แบบหมุนของตัวหนอน ความโค้งของฟันเฟืองบางครั้งเรียกว่า "คอคอด"

เฟืองตัวหนอนจะมีเกลียวอย่างน้อยหนึ่งเกลียวและมากถึงสี่เกลียว (หรือมากกว่านั้น) แต่ละเกลียวจะขบกับฟันบนล้อเฟืองตัวหนอน ซึ่งมีจำนวนฟันมากกว่าและมีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าเฟืองตัวหนอนมาก เฟืองตัวหนอนสามารถหมุนได้ทั้งสองทิศทาง ล้อเฟืองตัวหนอนมักจะมีฟันอย่างน้อย 24 ซี่ และผลรวมของเกลียวเฟืองตัวหนอนและฟันล้อเฟืองตัวหนอนควรมากกว่า 40 เฟืองตัวหนอนสามารถผลิตได้โดยตรงบนเพลาหรือผลิตแยกต่างหากแล้วค่อยสวมเข้ากับเพลาในภายหลัง
โดยทฤษฎีแล้ว ชุดเกียร์ทดกำลังแบบเฟืองตัวหนอนจำนวนมากสามารถล็อกตัวเองได้ กล่าวคือ ไม่สามารถถูกขับเคลื่อนย้อนกลับโดยล้อเฟืองตัวหนอนได้ ซึ่งเป็นข้อดีในหลายกรณี เช่น การยกของ ในกรณีที่ต้องการให้มีการขับเคลื่อนย้อนกลับ รูปทรงของเฟืองตัวหนอนและล้ออาจถูกปรับเปลี่ยนเพื่อให้สามารถทำได้ (ซึ่งมักต้องมีการเริ่มต้นหลายครั้ง)
อัตราส่วนความเร็วของเฟืองตัวหนอนและเฟืองล้อถูกกำหนดโดยอัตราส่วนของจำนวนฟันเฟืองล้อต่อจำนวนเกลียวของเฟืองตัวหนอน (ไม่ใช่เส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียว)
เนื่องจากตัวหนอนสึกหรอมากกว่าล้อ จึงมักใช้วัสดุที่แตกต่างกันสำหรับแต่ละส่วน เช่น ตัวหนอนเหล็กกล้าชุบแข็งขับล้อทองแดง นอกจากนี้ยังมีล้อหนอนพลาสติกให้เลือกใช้ด้วย

เฟืองตัวหนอนแบบห่อหุ้มเดี่ยวและแบบห่อหุ้มคู่

การห่อหุ้มหมายถึงลักษณะที่ฟันเฟืองตัวหนอนห่อหุ้มตัวหนอนบางส่วน หรือฟันเฟืองตัวหนอนห่อหุ้มล้อเฟืองบางส่วน ซึ่งทำให้มีพื้นที่สัมผัสมากขึ้น เฟืองตัวหนอนแบบห่อหุ้มด้านเดียวใช้ตัวหนอนทรงกระบอกเพื่อขบกับฟันเฟืองที่มีร่องของล้อเฟือง
เพื่อให้ได้พื้นผิวสัมผัสของฟันเฟืองที่มากขึ้น บางครั้งตัวหนอนเองก็ถูกทำให้มีคอโค้งมนคล้ายนาฬิกาทราย เพื่อให้เข้ากับความโค้งของล้อหนอน การตั้งค่าแบบนี้ต้องอาศัยการวางตำแหน่งแกนของตัวหนอนอย่างระมัดระวัง เฟืองหนอนแบบสองชั้นมีความซับซ้อนในการผลิตและมีการใช้งานน้อยกว่าเฟืองหนอนแบบชั้นเดียว ความก้าวหน้าในการผลิตทำให้การออกแบบแบบสองชั้นใช้งานได้จริงมากกว่าในอดีต
เฟืองเกลียวแกนไขว้บางครั้งเรียกว่าเฟืองตัวหนอนแบบไม่ห่อหุ้ม ตัวจับยึดในเครื่องบินมักจะเป็นแบบที่ไม่ห่อหุ้มเช่นกัน

แอปพลิเคชัน

การใช้งานทั่วไปของตัวลดเกียร์แบบเฟืองตัวหนอนคือระบบขับเคลื่อนสายพานลำเลียง เนื่องจากสายพานเคลื่อนที่ค่อนข้างช้าเมื่อเทียบกับมอเตอร์ ทำให้ต้องการอัตราทดสูง ความต้านทานต่อการหมุนย้อนกลับผ่านเฟืองตัวหนอนสามารถใช้ป้องกันสายพานกลับทิศทางเมื่อสายพานลำเลียงหยุด การใช้งานทั่วไปอื่นๆ ได้แก่ ตัวขับวาล์ว แม่แรง และเลื่อยวงกลม บางครั้งก็ใช้สำหรับการกำหนดตำแหน่งหรือเป็นระบบขับเคลื่อนที่มีความแม่นยำสูงสำหรับกล้องโทรทรรศน์และเครื่องมืออื่นๆ
ความร้อนเป็นปัญหาสำหรับเฟืองตัวหนอน เนื่องจากกลไกการเคลื่อนที่ส่วนใหญ่เป็นการเลื่อนคล้ายกับน็อตบนสกรู สำหรับตัวขับวาล์ว รอบการทำงานมักจะเป็นแบบไม่ต่อเนื่อง และความร้อนน่าจะระบายออกได้ง่ายระหว่างการทำงานที่ไม่บ่อยนัก สำหรับระบบขับเคลื่อนสายพานลำเลียง ซึ่งอาจทำงานอย่างต่อเนื่อง ความร้อนจึงมีบทบาทสำคัญในการคำนวณการออกแบบ นอกจากนี้ ยังแนะนำให้ใช้สารหล่อลื่นพิเศษสำหรับเฟืองตัวหนอน เนื่องจากแรงดันสูงระหว่างฟันเฟือง รวมถึงความเป็นไปได้ที่จะเกิดการเสียดสีระหว่างวัสดุที่แตกต่างกันของตัวหนอนและล้อเฟือง ตัวเรือนของเฟืองตัวหนอนมักติดตั้งครีบระบายความร้อนเพื่อระบายความร้อนจากน้ำมัน การระบายความร้อนสามารถทำได้ในระดับใดก็ได้ ดังนั้นปัจจัยด้านความร้อนสำหรับเฟืองตัวหนอนจึงเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณา แต่ไม่ใช่ข้อจำกัด โดยทั่วไปแล้ว แนะนำให้รักษาอุณหภูมิของน้ำมันให้ต่ำกว่า 200°F เพื่อให้เฟืองตัวหนอนทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การหมุนย้อนกลับอาจเกิดขึ้นหรือไม่ก็ได้ เนื่องจากขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย ไม่ใช่แค่เพียงมุมเกลียวเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปัจจัยอื่นๆ ที่วัดได้ยากกว่า เช่น แรงเสียดทานและการสั่นสะเทือน เพื่อให้แน่ใจว่าการหมุนย้อนกลับจะเกิดขึ้นหรือไม่เกิดขึ้นเลย ผู้ออกแบบเฟืองตัวหนอนต้องเลือกมุมเกลียวที่ชันพอหรือตื้นพอที่จะเอาชนะตัวแปรอื่นๆ เหล่านี้ได้ การออกแบบที่รอบคอบมักแนะนำให้ติดตั้งระบบเบรกสำรองร่วมกับระบบล็อกตัวเองในกรณีที่ความปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ
เฟืองตัวหนอนมีจำหน่ายทั้งแบบเป็นชุดพร้อมตัวเรือนและแบบเป็นเซ็ต บางรุ่นสามารถจัดหาได้พร้อมมอเตอร์เซอร์โวในตัวหรือแบบปรับความเร็วได้หลายระดับ
มีเฟืองตัวหนอนความแม่นยำสูงและแบบไร้การคลายตัวให้เลือกใช้สำหรับการใช้งานที่ต้องการความแม่นยำสูง นอกจากนี้ ผู้ผลิตบางรายยังมีเฟืองตัวหนอนความเร็วสูงให้เลือกใช้ด้วย