Industry Belt [EP.3] – ทำความรู้จักกับสายพานหน้าวี หรือ V-belt กันครับ

โดย

14 พฤษภาคม 2020

ในอุตสาหกรรมคงปฏิเสธไม่ได้เลยว่า สายพานส่งกำลัง ที่ได้รับความนิยมที่สุด คือ สายพานชนิดหน้าวี หรือ V-belt ซึ่งข้อดี ของสายพานชนิดนี้มีดีมากมาย ตั้งแต่ความถึกทน การติดตั้งที่ง่าย และ application ที่ใช้งานค่อนข้างกว้าง และด้วยราคาที่ไม่แพง

ซึ่งคำว่า V-belt ก็มาจาก “ลักษณะด้านหน้าตัดของสายพานชนิดนี้ที่มีลักษณะเป็นรูปตัว V”

อาศัยการส่งกำลังโดยอาศัยแรงเสียดทาน ระหว่างตัวสายพานเอง กับมู่เลย์ ครับ ซึ่งสายพานชนิดนี้ก็ยังเป็นสายพานในช่วงยุคปฏิวัติอุตสาหกรรมช่วงแรกๆ และยังคงได้รับความนิยมจนถึงปัจจุบัน ตัวอย่างที่เห็นใช้งานมีมากมายตั้งแต่ในสายพานหน้าเครื่องรถยนต์ สายพานในเครื่อจักรกลการเกษตรต่างๆ สายพานในปั้มลม หรือ Air compressor เป็นต้นครับ ปัจจุบันใช้ในอุตสาหกรรมหนักๆในโรงงานต่างๆ หลากหลายในเครื่องจักรประเภทต่างๆ

ซึ่งตามประวัติในยุคแรกในการส่งกำลังจะเริ่มต้นด้วนการใช้เชือกในการส่งถ่ายกำลัง เช่น รอก เป็นต้นครับ แต่ด้วยปัญหาเรื่องของการลื่นของเชือก (Slippage) โดยเกิดการพัฒนาต่อมาเป็นสายพานกลม และเป็นสายพานแบน และในปี 1920 มีการพัฒนาจนมาเปลี่ยนเป็นสายพาน V-belt ในปัจจุบัน

กลับไปอ่านบนความ
Industry Belt [EP.1] – ประเภทของสายพานในอุตสาหกรรม
Industry Belt [EP.2] – การคำนวณอัตราทดของสายพานและมู่เลย์ฉบับพื้นฐาน

หลักการส่งกำลังของสายพาน V-belt

สายพานหน้าวี หรือ V-belt มีพื้นฐานการส่งกำลังจากแรงเสียดทาน (friction drive) ระหว่างสายพานและมูเลย์เป็นหลัก (Belt & Pulley) โดยแรงเสียดทานที่เกิดขึ้น จะแปรผันโดยตรงต่อ พื้นที่สัมผัสด้านข้างของสายพานและมูเลย์ (Contact area; As) , สัมประสิทธิ์ความเสียดทานระหว่างวัสดุทั้งสองครับ (coefficient of friction; µ ) และแรงกดที่ถูกกำหนดด้วยความตึงของสายพาน (Belt tension) ครับ

ด้วยข้อดีอีกอย่างคือการที่ V-belt สามารถใส่ลงในร่องได้อย่างพอดิบพอดี จะส่งผลให้ค่าแรงตึงที่ตั้งไว้ต่ำกว่าแบบอื่นมากครับ (แรงตึงในสายพานนิดเดียวก็สามารถทำให้แรงเสียดทานด้านข้างสูง และเมื่อแรงตึงที่เหมาะสมพอดีอายุการใช้งานของเครื่องจักร รวมถึงอุปกรณ์อื่นๆข้างเคียงก็มีอายุที่ยาวนานยิ่งขึ้นด้วยครับ)

ถ้าน้อยเกินไปก็หย่อนทำให้สายพาน slip เสียดสีจนเกิดการไหม้ ชุดขับสั่นสะเทือนสายพานเต้นกระพือก็เกิดการสั่นสะเทือน (Vibration) ทำให้ชุดขับของมอเตอร์ แบริ่งเกิดการสึกหรอ ตั้งความตึงเกินไป ก็เกิดแรงดึงทำให้เพลา แบริ่งเสียหายได้ อายุการใช้งานก็สั้นลง จึงแนะนำให้ตั้งความตึงตามผู้ผลิตของสายพานนั้นๆ จะทำให้กำลังของสายพาน รอบอัตราทดได้อย่างมีประสิทธิภาพตามเครื่องจักรที่ออกแบบไว้

แต่ทุกครั้งที่เกิดการส่งกำลังก็จะมีการสูญเสียเนื่องเกิดการลื่นไถลตัวของสายพาน (Slippage) ประมาณ 5-7%

การกำหนดขนาดของสายพาน V-belt

โดยการหำหนดขนาดจะมีการกำหนดโดยมีความกว้างเท่ากับฐานตัววี (Belt Top Width) และมีความสูงจากฐานขึ้นไปถึงยอด (Belt Thickness) และ มุมหรือองศา (Belt Angle) ของสายพานจะถูกวัดจากฐานทั้งสองด้านขึ้นไปตัดกันที่ปลายอีกด้าน (ดังรูปด้านล่างนะครับ)

ส่วนประกอบด้านในของสายพาน V-belt

ในสายพานหนึ่งเส้นที่เราเห็นกัน ด้านในของสายพานจะมีการประกอบด้วยองค์ประกอบหลักๆ 4 อย่างดังนี้ครับ

ผ้าใบชั้นนอก (Top fabric) เป็นส่วนวัสดุที่อยู่ด้านนอกสุดซึ่ง และปกป้องส่วนประกอบที่เหลือจากสภาพแวดล้อมภายนอก วัสดุเป็นลักษณะต้องทนแรงเสียดสี และความล้าสูง
ชุดเส้นใยรับแรง (Tension member) ทำหน้าที่ในการส่งผ่านกำลัง รับแรงดึงค่อนข้างสูง ในขณะที่ความยืดหยุ่นของเส้นใยต้องไม่ต่ำด้วยครับ โดยทั่วๆไปจะทำมาจากวัสดุ Polyester
ยางยึดแรงเกาะเส้นใย (Adhesion rubber) เป็นยางที่ทำหน้าที่อัดตัวเพื่อที่ทำให้เส้นใยเกิดการเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบ โดยรักษาการรับแนวแรงได้ถูกต้อง
ยางรับแรงอัดด้านล่าง (Bottom Cushion rubber) ทำหน้าที่รับแรงอัด (Compressive) ที่เกิดขึ้นขณะทำการส่งกำลัง และจะต้องเป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้ดีเนื้อจากเกิดการเสียดสีเนื่องจากการส่งกำลังตลอดเวลา

ชนิดของสายพาน V-belt

ในส่วนนี้ V-belt ถือว่ามีการแบ่งได้มากมายหลายชนิดมากๆครับในโลกของอุตสาหรรม แต่ว่านายช่างขอแบ่งสายพานออกมาเป็น 3 ประเภทหลักๆ คือ

1. Classical V-belt

เป็นสายพาน V-belt ที่เกิดขึ้นในช่วงยุคแรกๆ (ตามชื่อเค้าเลยครับว่ายุค classic) มัลักษณะความเรียวไม่สูงมากนัก สามารถใช้งานในงานทั่วๆไป ซึ่งในการกำหนดขนาดหรือ Belt profile จะกำหนดเป็น Z A B (ไซด์ปกติ) C D E (จะเป็นไซด์ที่ใหญ่ขึ้นมา) ซึ่งโดยทั่วๆไปการใช้สายพาน A B มาต่อกันหลายๆเส้นจะคุ้มค่า และมีประสิทธิภาพกว่าการใช้ C D E แบบเส้นเดียวครับ

Classical V-belt ถูกกำหนดด้วยขนาด A,B,C,D และ E โดยลำดับตามความโต (โดยหน่วยวัดในรูปจะเป็นนิ้ว หรือจะแปลงมาเป็นมิลลิเมตร (เอามาคูณ 25.4=มิลลิเมตร))

2. Narrow V-belt

เป็นการต่อยอด และพัฒนาจาก Classical V-belt ด้วยการออกแบบตัวหน้าตัดของ V-belt ให้ “ลึก”* ขึ้นกว่าเดิม เพื่อเพิ่มประสิทธิ์ภาพในการยึดเกาะ และส่งกำลังได้ดีขึ้นกว่าเดิม

เปรียบเทียบ V-belt แบบ Classical และ Narrow

*คำว่า ลึก ในที่นี้หมายถึง อัตราส่วนความสูง ต่อ ความกว้าง ของสายพานมากขึ้นนะครับผม 🙂

ซึ่งจะส่งผลให้ Power rating ในการส่งกำลังสูงขึ้น ซึ่งสามารถใช้ในงาน หรือใน application ที่หนักๆได้ครับ (Heavy duty)

โดยการกำหนดขนาดของ Narrow V-belt จะกำหนดขนาด หรือ Belt profile เป็น 3V 5V 8V (มาตราฐานทางอเมริกา; RMA standard) ตามลำดับความโตนะครับ

*Narrow V-belt ถูกกำหนดด้วยขนาด 3V, 5V และ 8V โดยลำดับตามความโต*

แต่หากเพื่อนๆเจอการกำหนดขนาด SPZ, SPA, SPB, SPC จะเป็นการกำนดขนาดโดย DIN, ISO standard นะครับ

3. Cogged V-belt

เป็นการต่อยอดจากสองแบบแลกจากปัญหาความร้อนที่เกิดขึ้นขณะใช้งาน โดยการแก้ปัญหาจะทำโดยการออกแบบ V-belt มีมีร่องฟัน เพื่อที่จะระบายความร้อนขณะที่ทำการส่งถ่ายกำลัง

และอีกหนึ่งข้อดีคือสามารถมีการงอตัว และให้ตัวได้ดีเวลาใช้งาน (flexibility) ด้วยคุณสมบัติอันนี้สามารถทำให้สายพานใช้งานในที่แคบๆ และใช้งานกับอุปกรณ์ที่มีความร้อนสูงๆได้ดีครับ

ความสามารถในการงอตัว (flexibility) และการระบายความร้อนที่ดีของ Cogged V-belt

โดยการกำหนดขนาดจะกำหนดเป็น (High performance narrow profile) ด้วย XPZ, XPA, XPB, XPC ( DIN, ISO standard ) 3VX, 5VX, 8VX (RMA standard)

นวตกรรมใหม่ของ V-belt ในอุตสาหกรรม

ปัจจุบันมีนวตกรรมใหม่ๆ ในการพัฒนาผลิตสายพานที่จะทำให้สายพานมีรุ่นที่ดีขึ้น แข็งเรงขึ้น ปราศจากการซ่อมบำรุง (Free Maintenance) ไม่จำเป็นต้องหยุดเครื่องบ่อยๆเพื่อตั้งความตึงสายพานและลดปัญหาของกำลังการผลิตที่สูญเสียไปเนื่องจากการหยุดเครื่อง ประหยัดเวลา และค่าใช้จ่าย เพื่อให้สามารถอัทเกรดชุดขับให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพียงเปลี่ยนแค่สายพานเท่านั้น อายุการใช้งานของเครื่องจักรของเพื่อนๆก็ดีขึ้นได้ครับ