หน่วยที่ 3 เพลากลางและข้อต่อ

 เพลา คือ อุปกรณ์ที่ใช้สำหรับติดตั้งอุปกรณ์ในการทำงาน หรือใช้ส่งกำลังจากจุดหนึ่งไปอีกจุดหนึ่ง EX.พัดลมระบายอากาศ จะประกอบด้วยใบพัดที่ติดอยู่กับเพลา และที่ปลายเพลาทั้งสองข้างจะถูกรองรับไว้ด้วย Bearing การหมุนต้นกำเนิดกำลังอาจจะเป็นมอเตอร์ มาทำให้พัดลมหมุน

            โรงงานผลิตเพลาคุณภาพสูง คัดวัตถุดิบเพื่อนำมาผลิต ทุกขั้นตอนผ่านการตรวจสอบอย่างเข้มงวด เหล็กเพลาทุกเส้นจากโรงงานคุณภาพดี มีให้เลือกตั้งแต่เล็กจนใหญ่ และยังสามารถผลิต งานตามแบบจากเหล็กเส้นได้อีกด้วย
            เหล็กเพลากลม ( Steel Round Bars ) มีชื่อที่นิยมเรียกใช้กันมากมาย เช่น เหล็กเพลาดำ เหล็กเพลาขาว เหล็กเพลาหัวแดง เหล็กเพลาแข็ง เหล็กเพลากลมแบ่งออกเป็น 2 ชนิด คือ
1.เหล็กเพลาดำหรือเพลาหัวแดง s45c หรือเพลาหัวฟ้า scm440 ซึ่งกรรมวิธีผลิต คือการรีดร้อนคล้ายเหล็กเส้น แต่จะเน้นเรื่องความกลม ค่าพิกัด และความสวยงาม
2.เหล็กเพลาขาว ซึ่งกรรมวิธีผลิต คือการนำเหล็กเพลาดำไปรีดเย็นดึงลดขนาดทำให้ เปลี่ยนคุณสมบัติจากสีเทาเป็นสีเงิน ผิวจะมันและเงา จึงเรียกว่า เพลาขาว พื้นผิวเรียบตรง มีสมบัติที่ดีกว่าเหล็กเพลาดำปกติ นิยมนำไปขึ้นรูปกลึงทำชิ้นงาน น็อตสกรู ใช้เป็นชิ้นส่วนเครื่องจักร เพลารถ เพลาเครื่องจักร สำหรับทำเฟอร์นิเจอร์ พวกงานหน้าต่าง ระเบียงกันตา เกรดที่ใช้กันทั่วไปตามท้องตลาดคือ ss400 s20c s45c
เพลาหัวแดง s45c ( cabon steel )
            เหล็กคาร์บอนปานกลาง ชุบแข็งได้ง่าย ทนทาน การเสียดสีได้ดี มีความแข็งแรงสูง เหมาะสำหรับทำชิ้นส่วนอุตสาหกรรมพื้นฐาน หรือโครงสร้างของแม่พิมพ์ s=steel c=cabon s45c หมายถึงเหล็กที่มีส่วนประกอบของธาตุคาร์บอน 0.45%
            เหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน มีการใช้งานมากมายในหลายประเทศ รวมถึงประเทศไทยด้วย เพราะเอามาใช้ในการก่อสร้างอาคารบ้านเรือน  ถนน สะพาน โครงสร้างต่างๆ เหล็กแต่ละชนิด ก็มีรูปทรงได้หลายแบบ แต่มาตรฐานหลักๆคือ มาตรฐาน ASTM ของสหรัฐอเมริกา แต่โดยมากแล้วเหล็กก็จะมีการนำเข้ามาจากญี่ปุ่นด้วย ซึ่งใช้มาตรฐาน JIS เพราะฉะนั้นแต่ละประเทศอาจจะใช้มาตรฐานที่มาจากทางสหรัฐอเมริกา/ทางญี่ปุ่นก็ทำได้
            เหล็กรีดร้อนที่ผลิตมีหลายรูปทรง ถูกคำนวณขึ้นให้เหมาะสมกับการใช้งาน การรับแรงอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งใช้ร่วมกับคอนกรีตใช้ในงานต่างๆ เช่น โรงงาน อาหาร เสาส่งสัญญาณ สนามบิน โครงสร้างบ้านเรือน เช่น H-Beam ใช้เป็นโครงสร้าง โครงหลังคา I-Beam ปีกเหล็กถูกออกแบบใสหน้าเพื่อรับแรงสั่นสะเทือนได้ดี ใช้กับแรงเครน และยังมีเหล็กฉาก ที่ใช้ทำเสาวิทยุ โทรทัศน์ และเหล็กรางน้ำ เน้นทำคานขอบต่างๆของบันได
            เหล็กโครงสร้างเหล่านี้มีข้อดีมากมาย ช่วยให้การก่อสร้างง่ายขึ้น รับแรงสั่นสะเทือนได้ดี ต่อเติมดัดแปลงได้ง่าย ถูกออกแบบมามีความแข็งแรง แต่สามารถดัดโครงสร้างให้โครงตามงานได้ เมื่อก่อนต้องสั่งผลิตเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อนจากต่างประเทศ และนำเข้ามา แต่ปัจจุบัน เมื่อไม่นานมานี้ ไทยมีโรงงานที่สามารถผลิตได้ จึงทดแทนการนำเข้าโดยมีมาตรฐาน มอก.
            ขั้นตอนหลักๆการผลิตเหล็กโครงสร้างรูปพรรณรีดร้อน เริ่มจากนำเศษเหล็กมาหลอมในเตาหลอม 1600องศา จนกลายเป็นนำเหล็ก เติมส่วนผสมปรุงเหล็กตามเกรดที่ต้องการ แล้วจึงมาหล่อเป็นแท่ง แล้วจึงนำไปรีด ตามแท่นรีดที่มีหน้าต่างๆทั้งความกว้าง ความหนา ตามที่กำหนด การรีดจะเป็นเส้นยาวต่อเนื่องทำให้ไม่เกิดรอยต่อ คุณสมบัติของเหล็กตลอดเส้นจึงมีความสม่ำเสมอ
            เหล็กหัวแดง จัดอยู่ในเหล็กเกรด s45c ซึ่งมีคาร์บอนอยู่ 0.45% บางที่มีการเติมอัลลอยอื่นๆเข้าไปเพื่อให้อบหรือชุบได้ง่ายขึ้น และมีคุณสมบัติทางกลดีขึ้น ซึ่งถ้าชุบแข็ง ความแข็งจะอยู่ราวๆ 60HRC เหล็กชนิดนี้นิยมนำมาเป็นฐานบ้าน ทำเฟือง เพลาลูกปืนสไลด์ ประคองเพลา ราคาก็ไม่ได้สูงมาก มีความแข็งแรง หาซื้อได้ทั่วไป แต่ไม่ทนกับการกัดกร่อน เกิดสนิมยาก บางครั้งจึงนำไปชุบ Hard Chrome เพื่อป้องกันการกัดกร่อน
            เหล็กสีฟ้า เป็นเหล็กเกรด SCM440 มีคาร์บอนน้อยมากเพียง 0.40% เท่านั้น เป็นเหล็กกล้าผสม เหมาะสำหรับงานหนัก และทนแรงกระแทกได้ดีมาก ลักษณะการใช้งาน ไม่ต่างจากเหล็กหัวแดงเท่าไหร่ แต่จะต่างกันที่โครงสร้างมากกว่า เพราะมีการผสมของธาตุอื่นๆ เพื่อให้คุณสมบัติดีขึ้น ชุบแข็งได้เช่นเดียวกับเหล็กหัวแดง ซึ่งการกัดกร่อน และอุณหภูมิได้มากกว่าเหล็กหัวแดง เช่น ทังสเตน วาเนเดียม โมลิบดินัม
การเลือกเหล็กที่มีคุณภาพ ทั้งเหล็กหัวแดง/เหล็กหัวฟ้า
1.ลักษณะของเหล็กหัวแดง เหล็กหัวฟ้า จะเป็นท่อนยาวถูกผลิตมาจากโรงงาน ความเรียบตลอดท่อน ไม่มีรอยต่อ ไม่มีรอยแตก ความตรง ไม่คดงอ คือสิ่งสำคัญต้องตรวจก่อนนำไปใช้งาน
2.น้ำหนักของเหล็กต้องได้มาตรฐาน เช่น ถ้านำเหล็กความยาว 1 เมตรไปชั่งจะต้องมีน้ำหนักมากกว่าของน้ำหนัก
ต่ำที่สุดที่ยอมรับกันใน มอก. เมื่อใดก็ตามที่น้ำหนักน้อยกว่าเหล็กนั้นไม่เหมาะนำมาใช้งานไม่ว่าจะเป็น ก่อสร้าง ทำฐานต่างๆ อาจจะเกิดอันตรายเพราะความแข็งแรง + ประสิทธิภาพของเหล็กลดลง
3.เหล็กที่ต้องพร้อมใช้ ไม่มีสนิมเข้าไปในเนื้อเหล็ก มีการเก็บอย่างดี ไม่มีการทำสิ เพราะเหล็กที่ดีจะต้องเป็นสีที่มาจากธรรมชาติของเหล็กเท่านั้น เพราะถ้ามีการดัดแปลงทำสี อาจจะไม่ได้มาตรฐานก็เป็นได้
4.เหล็กทุกชนิดควรจะมีที่มาที่ไป ทั้งเกรด+ส่วนผสม ที่ผู้ซื้อสามารถตรวจสอบได้ หรือมีมาตรฐานต่างๆรับรอง
5.เหล็กที่จะนำไปใช้งานควรจะมีขนาดค่าพิกัดของเส้นผ่านศูนย์กลางที่อยู่ในช่วงที่กำหนดของเกรดเหล็กชนิดนั้นๆ เพื่อการเอาไปใช้งานที่มีคุณภาพ ให้เกิดความเที่ยงตรงมากที่สุด เมื่อนำไปใช้งาน


            การชุบ ฮาร์ดโครม คือการเคลือบผิวนอกของเพลาด้วยโครเมียม ความหนาอยู่ประมาณ 20 micron เพื่อป้องกันสนิม+ป้องกันเพลาสึกหรอ ความแข็งแรงของผิวฮาร์ดโครม 50HRC

การชุบฮาร์ดโครมสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท ดังนี้
1.การชุบบาง เป็นการชุบเพื่อยืดอายุการใช้งานของชิ้นส่วนเครื่องจักรกล ที่มักใช้ในงานที่มีอัตราความเสี่ยงต่อการสึกกร่อนสูง หรืองานที่อยู่ในสภาพที่มีการกัดกร่อนทางเคมี
2.การชุบหนา เป็นการชุบเพื่อซ่อมแซมชิ้นส่วนอะไหล่ที่ชำรุดเสียหาย ให้กลับมาใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ สามารถชุบหนาถึง 10มม.

คุณสมบัติเด่นเมื่อมีการชุบฮาร์ดโครม
1.เรียบลื่น เป็นมันเงา ไม่เป็นสนิม และสวยงาม
2.เหมาะสำหรับการชุบผิว แม่พิมพ์พลาสติก
3.เพิ่มความแข็งแรงของชิ้นงาน S8-62 HRC

คุณสมบัติของชิ้นงานหลังการชุบฮาร์ดโครม
1.ทนความร้อนสูง ( Hast Resistance )
2.ความแข็งแรงสูง ( High Hardness )
3.ต้านทานการสึกกร่อนได้ดี ( Good Wear Resistance )
4.ต้านการกัดกร่อนทางเคมี ( Corrasion  Resistance )
5.สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานต่ำ ( Low Coefficient of Friction )

การประยุกต์ ชุบ HC
            เมื่อชิ้นส่วนเครื่องจักรเกิดความเสียหายจากการใช้งานเริ่มมีการสึกกร่อน/เกิดรอยแตก เป็นรอย เป็นเส้น ส่วนใหญ่แล้วช่างก็จะหาซื้อใหม่มาทดแทน ที่สำคัญคือบางครั้งการหยุดเครื่องเพื่อรออะไหล่ อาจจะใช้เวลานานเสียผลผลิตจำนวนมาก  กำไรต้องหายไป การชุบฮาร์ดโครม เป็นวิธีที่ง่ายที่สุดในการซ่อมผิว อีกทั้งยังประหยัดทั้งเงินและเวลา เพาะเมื่อชุสมบูรณ์แล้ว ประสิทธิภาพในการทำงานของชิ้นส่วนที่ผ่านการชุบฮาร์ดโครมแล้วดีเยี่ยม ไม่แตกต่างจากของใหม่อีกด้วย การชุบฮาร์ดโครม เป็นวิธีเคลือบเชิงไฟฟ้า วัสดุที่นำมาเคลือบส่วนใหญ่จะเป็นเหล็กกล้า โดยเฉพาะพวกเหล็กกล้าชุบแข็ง แกนลูกสูบไฮดรอลิค  สกรูลำเลียง สกรูบดอัด เพลามอเตอร์ แกนเพลา ลูกกลิ้ง
เพลากลางแบบ HOCTKISS DRIVE เป็นที่นิยมใช้กันมากในรถขับเคลื่อน 4 ล้อขนาดเล็ก หรือขนาดกลางในบ้านเราที่ผลิตกันในปัจจุบัน ส่วนเพลากลางแบบ TORQUE TUBE DRIVE จะไม่ค่อยนิยมใช้กันเท่าไร
เพลากลางแบบนี้จะมีทั้งแบบ 2 ข้อต่ออ่อน และ 3 ข้อต่ออ่อน เพลากลางโดยทั่วไปทำจากเหล็กกล้าชุบแข็ง เกรดสูง ภายในกลวง น้ำหนักเบา ทนต่อแรงบิด และการโค้งงอได้ดี ที่ปลายของเพลากลางจะมีก้ามปู (YORK) ของข้อต่ออ่อนเชื่อมติดอยู่
เพลากลางแบบ 2 ข้อต่ออ่อน (TWO-JOINT TYPE PROPELLER SHAFT)
ช่างบ้านเรา เรียกว่า แบบท่อนเดียว ปลายของทั้ง 2 ด้านนั้นจะมีข้อต่ออ่อน ติดตั้งอยู่ ซึ่งแต่ละส่วนของข้อต่ออ่อน จะต้องทำงานสัมพันธ์กันอย่างมาก ในขณะที่เพลากลางหมุนด้วยความเร็วสูงนั้น ตัวของเพลากลางเองจะเริ่มเกิดอาการสั่นโค้งงอตัวมากขึ้น ทั้งนี้เกิดผลสืบเนื่องมาจากการไม่สมดุลของเพลาที่ตกค้างเหลืออยู่บางส่วน ด้วยเหตุนี้จำเป็นที่จะต้องติดตั้งน้ำหนักไว้ที่เพลา เพื่อให้เกิดการสมดุลที่ดีเป็นการลดการสั่น และการเบี่ยงเบนของเพลาให้มีน้อยที่สุด
เพลากลางแบบ 3 ข้อต่ออ่อน (THREE-JOINT TYPE PROPELLER SHAFT)
เพลากลางแบบนี้ ความยาวของเพลาทั้ง 2 จะสั้นกว่าเพลากลางแบบ 2 ข้อต่ออ่อน ดังนั้นจึงทำให้การเบี่ยงเบน การสั่น และเสียงดังที่ความเร็วสูงลดลง แรงที่ถูกส่งมาจากเกียร์ จะถูกซับจากลูกปืนรองรับเพลากลาง (CENTER BEARING) หรือที่เรียกกันในภาษาช่างว่า “ตุ๊กตาเพลากลาง” ก่อนที่จะถูกส่งต่อไปยังชุดเฟืองท้าย เป็นผลให้เพลากลางแบบนี้มีข้อได้เปรียบเรื่องเสียงที่ดังน้อยกว่าแบบ 2 ข้อต่ออ่อนและอาการสั่นก็น้อยตามไปด้วย
ลูกปืนรองรับเพลากลาง หรือตุ๊กตาเพลากลาง (CENTER BEARING)
เป็นอุปกรณ์ที่ใช้รองรับน้ำหนักของเพลากลางแบบ 3 ข้อต่ออ่อน ซึ่งจะประกอบไปด้วย บุชยางที่ห่อหุ้มลูกปืน โดยมีปลายด้านหนึ่งของเพลากลางสวมอยู่ และติดตั้งยึดติดกับตัวถังรถยนต์ จากการที่เพลากลางถูกแยกออกเป็น 2 ท่อนนั้น ส่งผลให้บุชยางนั้นดูดซับการสั่นสะเทือน และเสียงดังที่เกิดกับตัวถังรถที่มีความเร็วรอบสูงได้ดีนั่นเอง
ข้อต่อเลื่อน (SLIP JOINT)
เป็นวิธีหนึ่งของการปรับระยะความยาว หรือสั้น ของเพลากลาง ในขณะที่ระดับการเคลื่อนที่ของเพลากลางเปลี่ยนแปลงไปตามความสัมพันธ์กับเฟืองท้าย ตามสภาพของพื้นถนน และโหลดของรถที่เกิดขึ้น ข้อต่อเลื่อนถูกออกแบบโดยเซาะเป็นร่องที่ปลายเพลา เพื่อจุดประสงค์ในการรับแรงบิดในขณะที่เพลาเคลื่อนที่ ด้วยเหตุนี้ ข้อต่อเลื่อนจึงถูกนำมาติดตั้งใช้กับข้อต่อด้านที่ติดกับเฟืองท้ายเท่านั้น
ข้อต่ออ่อน (UNIVERSAL JOINT)
มีหน้าที่ดูดซับการเปลี่ยนแปลงเชิงมุมของการเคลื่อนที่ให้สัมพันธ์กันระหว่างกระปุกเกียร์ ที่ส่งกำลังไปยังชุดเฟืองท้ายที่ผ่องถ่ายไปยังล้อ เพื่อให้การถ่ายทอดกำลัง และแรงบิด เป็นไปได้อย่างสม่ำเสมอ ซึ่งข้อต่ออ่อนจะต้องส่งถ่ายกำลังได้อย่างราบเรียบ ปราศจากเสียงดังที่เกิดมาจากการหมุนเคลื่อนที่ของเพลากลาง และการเปลี่ยนการหักเหเชิงมุมของเพลากลาง จากสภาพผิวถนน
ในรถขับเคลื่อน 4 ล้อบ้านเรา มักใช้แบบก้ามปู หรือฮุค (HOOK) ซึ่งข้อต่ออ่อนแบบฮุคนี้ ทำจากเหล็กกล้าชุบแข็ง ประกอบด้วย ก้ามปู 2 ส่วน ซึ่งส่วนหนึ่งจะเชื่อมยึดติดกับเพลากลาง และอีกส่วนที่เป็นกากบาทนั้น จะเชื่อมยึดติดกับหน้าแปลนปลอกเลื่อน หรือหน้าแปลนก้ามปู ติดตั้งอยู่ระหว่างก้ามปูที่ทำจากโลหะที่มีความแข็งแรงสูงมาก และที่ผิวของแกนกากบาททั้ง 4 ด้านจะมีความคงทนต่อแรงเครียดและมีความต้านทานสูงด้วยเช่นกัน
   ข้อต่ออ่อนร่วม (DOUBLE UNIVERSAL JOINT)
เป็นข้อต่ออ่อน ซึ่งประกอบด้วย ข้อต่อแบบฮุค 2 ตัวติดตั้งร่วมกัน โดยมีข้อต่อก้ามปูตัวกลางยึดติดกับข้อต่ออ่อน ซึ่งข้อต่ออ่อนแบบนี้สามารถรับมุมหักเหของเพลากลาง ที่สูงชันกว่าปกติได้ดี และหมุนได้อย่างราบเรียบ จึงนิยมใช้กับเพลากลางที่มีความชันมากๆ นั่นเอง
ในรถขับเคลื่อน 4 ล้อบางรุ่น ก็มีการติดตั้งข้อต่ออ่อนแบบข้อต่อร่วมมาจากโรงงานผู้ผลิตเอง แต่บางรุ่นก็ไม่มีการติดตั้งมาให้ ดังนั้นจะเห็นได้ว่า บรรดานักขับรถขับเคลื่อน 4 ล้อทั้งหลาย ต่างหามาใส่รถตัวเองที่เพิ่มความสูงของตัวถัง ซึ่งเพลากลางจะชัน เพื่อแก้อาการสั่นเมื่อใช้ความเร็วสูง