เนื้อหาวันที่ : 2011-08-24 10:11:36 จำนวนผู้เข้าชมแล้ว : 27421 views

วิศวกรรมยานยนต์: กระทะล้อรถยนต์

ระบบที่มีความสำคัญของงานด้านยานยนต์ระบบหนึ่ง คือ ระบบรองรับการขับเคลื่อนของยานยนต์ ซึ่งทำหน้าที่รองรับยานยนต์ หรือการบังคับเลี้ยวของยานยนต์ตามที่ผู้ขับขี่ต้องการ รวมถึงเรื่องของล้อและยาง

ทนงศักดิ์ วัฒนา

          นับตั้งแต่มนุษย์เริ่มประดิษฐ์ยานยนต์ขึ้นมาใช้งาน เพื่อการขนส่งทางบก งานด้านวิศวกรรมยานยนต์ก็ถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่อง เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของงานด้านยานยนต์ รวมถึงการเพิ่มความสะดวกสบายในการใช้งานของผู้ขับขี่ การทำงานของยานยนต์สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพนั้น ประกอบด้วยระบบต่าง ๆ มากมาย

 

ระบบที่มีความสำคัญของงานด้านยานยนต์ คือ ระบบรองรับการขับเคลื่อนของยานยนต์ เป็นระบบที่สำคัญของยานยนต์ระบบหนึ่ง ซึ่งทำหน้าที่รองรับยานยนต์ หรือการบังคับเลี้ยวของยานยนต์ตามที่ผู้ขับขี่ต้องการ รวมถึงเรื่องของล้อและยาง ซึ่งระบบ ฯ นี้ประกอบด้วย ระบบกันสะเทือน ระบบบังคับเลี้ยว ล้อและยาง และระบบห้ามล้อ ในส่วนบทความนี้จะกล่าวเฉพาะยาง ล้อรถยนต์ การสมดุลล้อรถยนต์ และแรงกระทำต่อล้อรถยนต์

          ยางและล้อรถยนต์มีความสำคัญต่อการขับขี่รถยนต์มาก อย่างเช่น การบังคับทิศทางรถ หรือแม้แต่การประหยัดเชื้อเพลิง ปัจจุบันมีความเจริญก้าวหน้าทางด้านเทคโนโลยีการผลิต ทำให้ยางรถยนต์มีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วย โดยทั่วไปยางรถยนต์จะทำหน้าที่ คือ การรองรับน้ำหนักรถ และน้ำหนักบรรทุก หรือเรียกว่า เป็นการรับแรงในแนวรัศมี ช่วยลดแรงกระแทก ช่วยให้เกิดความนุ่มนวล บังคับทิศทางการเคลื่อนที่ของรถ ซึ่งเป็นการเป็นการรับแรงทางด้านข้าง

การยึดเกาะถนน และช่วยในการขับเคลื่อนไปข้างหน้า และการหยุดรถ ซึ่งเป็นแรงในการขับ ดังแสดงในรูปที่ 1 จากที่กล่าวไปแล้วว่า ยางและล้อของรถยนต์เป็นส่วนที่สำคัญอย่างมาก อีกทั้งเป็นองค์ประกอบที่เกี่ยวกับความปลอดภัยของผู้ขับขี่ยานยนต์ ดังนั้น ผู้ใช้รถ จึงจำเป็นต้องมีความรู้พื้นฐาน และจะต้องให้ความเอาใจใส่ในการตรวจตราล้อ และยางให้อยู่ในสภาพดีอยู่เสมอ
                     

รูปที่ 1 แสดงทิศทางของแรงที่กระทำต่อยางรถยนต์

          จากที่กล่าวมาผู้ขับขี่ยานยนต์ จำเป็นต้องมีความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับล้อ ยางรถยนต์ เพื่อให้การใช้รถอย่างปลอดภัย และมีประสิทธิภาพสูงสุด ความรู้เบื้องต้นที่ผู้ขับขี่ยานยนต์ควรทราบ คือ 1. ความรู้เกี่ยวกับล้อรถยนต์ 2. ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระทะล้อ 3. ความรู้เกี่ยวกับยางรถยนต์ 4.ดุมล้อรถยนต์  5. การดูแล และบำรุงรักษายางรถยนต์  6. ความรู้เบื้องต้นการสมดุลล้อ

ล้อรถยนต์
          ล้อรถยนต์ เป็นชิ้นส่วนของยานยนต์ที่สัมผัสกับถนน ทำหน้าที่ของล้อรถยนต์ พอสรุปได้ดังนี้
          1. เป็นส่วนรับน้ำหนักของตัวรถยนต์ และน้ำหนักบรรทุกทั้งหมด และถ่ายเทไปยังถนน
          2. ถ่ายทอดแรงบิดจากเครื่องยนต์ไปยังถนน เพื่อขับเคลื่อนให้รถยนต์สามารถเคลื่อนไปได้
          3. ถ่ายทอดแรงบิดเบรก จากระบบเบรกไปสู่พื้น หรือถนน เพื่อใช้ในการหยุดรถยนต์ตามผู้ขับขี่ต้องการ
          4. เป็นส่วนบังคับให้ทิศทางการเคลื่อนที่เป็นไปตามระบบบังคับเลี้ยว เช่น วิ่งไปตามถนนที่เป็นทางตรง หรือเลี้ยวไปตามทางโค้งเมื่อบังคับให้เลี้ยวไปทางโค้ง ซึ่งในขณะที่รถเลี้ยวจะเกิดแรงกระทำทางด้านข้างของรถ ล้อยังทำหน้าที่ในการรับแรงส่วนนี้ด้วย
          5. ล้อเป็นส่วนลดแรงกระแทกที่เกิดจากพื้นหรือถนนไม่เรียบ ไปยังตัวรถยนต์ หรือผู้ขับขี่ ทำให้ผู้ขับขี่รู้สึกสบายในขณะใช้รถ
          6. ทำให้การสะดวกและง่ายต่อการถอด-ใส่ ล้อกับดุมล้อรถยนต์

          ล้อรถยนต์ โดยทั่วไปจะประกอบด้วย 2 ส่วนใหญ่ คือ ส่วนของกระทะล้อ และส่วนของยางรถยนต์ ดังแสดงในรูปที่ 2 (A) แสดงส่วนประกอบของล้อรถยนต์ ส่วนในการยึดล้อเข้ากับรถยนต์ จะยึดล้อเข้ากับดุมล้อ ดังแสดงในรูปที่ 2 (B) และรูปที่ 3 แสดงแผนผังส่วนประกอบของรถยนต์


รูปที่ 2 แสดงส่วนประกอบของล้อรถยนต์ และโครงสร้างของล้อรถยนต์กับดุมล้อ

รูปที่ 3 แสดงส่วนประกอบของล้อรถยนต์

กระทะล้อ (Rims)
          กระทะล้อ เป็นส่วนที่ยึดยางรถยนต์กับดุมล้อ กระทะล้อประกอบด้วย 2 ส่วนด้วยกัน คือ ขอบกระทะล้อ และจานกระทะล้อ โดยขอบกระทะล้อ เป็นส่วนที่ยึดยางรถยนต์กับจานกระทะล้อ และยังทำหน้าที่ในการรักษารูปทรงของยางรถยนต์ให้เป็นไปตามรูปทรงของยางรถยนต์ ส่วนจานกระทะล้อ ทำหน้าที่ในการยึดของกระทะล้อ ให้ติดกับดุมล้อ จานกระทะล้อจะมีรูสำหรับยึดน็อตกับดุมล้อ เพื่อความสะดวกในการถอด-ใส่ ล้อรถยนต์กับดุมล้อของรถยนต์ รูปร่างของกระทะล้อดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 แสงดส่วนประกอบของกระทะล้อแบบเหล็กกล้าอัดขึ้นรูป

          กระทะล้อ แบ่งตามรูปแบบการสร้าง สามารถแบ่งได้ 3 แบบ คือ แบบกระทะล้อเหล็กกล้าอัดขึ้นรูป แบบกระทะล้อซี่ลวด และกระทะล้อโลหะผสม หรือล้อแมก

          กระทะล้อแบบเหล็กกล้าอัดขึ้นรูป เป็นกระทะล้อที่นิยมกันอย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีความแข็งแรงและสามารถต้านต่อการเกิดอุบัติเหตุที่มีแรงกระทำต่อล้อได้เป็นอย่างดี อีกทั้งกระทะล้อแบบนี้สามารถผลิตได้ง่าย และคราวละมาก ๆ กระทะล้อแบบนี้ดังแสดงในรูปที่ 3 โครงสร้างของกระทะล้อประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ขอบกระทะล้อ และจานกระทะล้อ โดยขอบกระทะล้อ จะมีลักษณะต่ำตรงกลาง หรือเว้าตรงกลาง

วัตถุประสงค์เพื่อให้ง่ายต่อการถอด-ใส่ยางรถยนต์ และด้านข้างของขอบกระทะล้อจะมีลักษณะเป็นสันนูนยกขึ้น เพื่อป้องกันการเลื่อนไถล หรือป้องกันการหลุดของยาง เมื่อยางมีลมอ่อน และเป็นการช่วยป้องกันการรั่วซึมของลม ส่วนจานกระทะล้อหรือสไปเดอร์ ตรงกลางของจานกระทะล้อจะมีรู เพื่อใส่กับดุมล้อ รอบ ๆ รูใส่ดุมล้อจะมีรูไว้สำหรับร้อยน็อต ยึดระหว่างกระทะล้อกับดุมล้อ โดยทั่วไปรูเจาะร้อยน็อตจะมี 4-6 รู ดังแสดงในรูปที่ 3

          ขอบกระทะล้อ และจานล้อ จะใช้หมุด หรือวิธีการเชื่อมติด เพื่อยึดทั้ง 2 ส่วนเข้าด้วยกัน กระทะล้อที่ดี จะต้องไม่เบี้ยวหรือเแกว่งเพื่อป้องกันอันตรายที่เกิดขึ้นกับตัวล้อขณะที่รถแล่น

          กระทะล้อซี่ลวด (Wire Spokes Wheel) กระทะล้อแบบนี้นิยมใช้กับรถแข่ง รถสปอร์ต หรือรถจักรยานยนต์ ซึ่งเป็นกระทะล้อที่มีน้ำหนักเบา แต่มีความแข็งแรงสูงมาก สามารถถอดเปลี่ยนล้อได้อย่างรวดเร็ว มีเกลียวล็อกล้ออยู่ตรงกลางอันเดียว รูปแบบของล้อแบบซี่ ดังแสดงในรูปที่ 4 กระทะล้อแบบซี่ประกอบด้วย 2 ส่วน คือ ส่วนของขอบล้อ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับขอบกระทะล้อของกระทะล้อแบบเหล็กกล้าอัดขึ้นรูป ส่วนที่สอง คือ ซี่ลวด ซึ่งใช้แทนจานกระทะล้อในล้อแบบเหล็กกล้า ซี่ลวดทำด้วยเหล็กกล้าที่มีความแข็งแรงสูงใช้วิธีการยึดแบบไขว้ไปมา โดยทั่วไปซี่ลวดจะรับแรงดึงได้มากกว่าแรงกด

รูปที่ 4 แสดงลักษณะ รูปร่าง และส่วนประกอบของกระทะล้อแบบซี่

          ความแข็งแรงของกระทะล้อแบบซี่ลวด ขึ้นอยู่กับขอบกระทะล้อ และการร้อยซี่ลวดระหว่างปลอกสวมดุมล้อ และขอบกระทะล้อ

          กระทะล้อโลหะเบาผสม (Cast Light alloy Wheel) หรือล้อแมก (Mag) กระทะล้อแบบนี้ผลิตโดยการหล่อ โดยใช้โลหะเบาผสมกัน คืออะลูมิเนียม กับแม็กนีเซียม ซึ่งทำให้กระทะล้อแบบนี้ มีน้ำหนักเบา และแข็งแรงกว่ากระทะล้อแบบเหล็กกล้า กระทะล้อแมกดังแสดงในรูปที่ 5 ปัจจุบันมีความนิยมใช้ล้อแมกกับรถยนต์นั่งส่วนบุคคลมากขึ้น เพราะว่ากระทะล้อแบบนี้มีข้อดี กว่ากระทะล้อแบบอื่น ๆ สรุปได้ดังต่อไปนี้

          1. มีน้ำหนักเบา เมื่อเทียบกับกระทะล้อแบบเหล็กกล้า เนื่องจากการหล่อผสมรวมของ อะลูมิเนียม กับแม็กนีเซียม 

          2. มีความแข็งแรง จากที่กล่าวมาแล้ว โลหะผสมที่หล่อรวมกันทำให้ล้อมีน้ำหนักเบา ส่งผลให้ล้อแบบนี้มีหน้าตัดที่หนากว่ากระทะล้อแบบเหล็กกล้า จึงทำให้กระทะล้อแบบแมกแข็งแรงกว่าล้อแบบเหล็กกล้าอัดขึ้นรูป

          3. ล้อแมกสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการเกาะถนน อันเนื่องจากล้อแมกมีพื้นที่ของล้อมาก และหน้ากงล้อกว้าง ทำให้สามารถใส่ยางหน้ากว้างได้ ซึ่งเป็นการเพิ่มพื้นที่สัมผัสกับถนนมากขึ้น ส่งผลทำให้รถช่วยเกาะถนนได้ดีขึ้น โดยเฉพาะเวลาที่รถเข้าโค้ง

          4. การระบายความร้อนของล้อได้ดี เมื่อรถมีการเบรก หรือการเลี้ยวโค้งทำให้เกิดความร้อนที่ล้อรถยนต์ โลหะผสมของล้อแมกมีคุณสมบัติในการระบายความร้อนได้ดี เนื่องจากเป็นตัวนำที่ดี ทำให้ช่วยลดความร้อนได้อย่างรวดเร็วกว่ากระทะล้อแบบเหล็กกล้า

รูปที่ 5 แสดงรูปร่าง และส่วนประกอบของกระทะล้อแบบแมก หรือแบบโลหะผสมเบา

          นอกจากข้อดีของ กระทะล้อแบบโลหะผสมเบา หรือล้อแมก แล้ว กระทะล้อแบบนี้ยังมีข้อเสีย อาจกล่าวโดยสรุปได้ดังนี้ 
          1. ล้อแมกมักจะทำปฏิกิริยากับละอองของเกลือ

          2. กระทะล้อแมก มักเกิดการสึกกร่อนเกี่บวกับการแยกตัวทางไฟฟ้า ซึ่งเกิดจากการสัมผัสของเหล็กกล้ากับโลหะเบา แนวทางการแก้ไขโดยการป้องกันการสัมผัสของวัตถุทั้งสองชิ้น โดยการใช้จาระบีทาที่สตัสที่ร้อยยึดกระทะล้อกับดุมล้อ ส่วนในการถ่งล้อ ควรใช้กาวติดตัวถ่วง เพื่อป้องกันการสัมผัสกัน

          3. กระทะล้อแมก ถึงแม้จะมีน้ำหนักเบา และแข็งแรง แต่เปราะ ดังนั้นเมื่อเกิดการกระแทก หฟรือการประทะอย่างแรง อาจทำให้เกิดการชำรุดเสียหาย ง่าย หรืออาจเกิดอุบัติเหตุแก่ผู้ใช้รถได้

ส่วนประกอบขอบกระทะล้อ
          จากที่กล่าวมาแล้วว่ากระทะล้อสามารถแบ่งได้เป็น 3 ประเภท ตามวิธีการผลิต ซึ่งกระทะล้อทั้ง 3 แบบจะประกอบด้วย 2 ส่วนหลัก คือ ขอบกระทะล้อ และจานกระทะล้อ ในแต่ละส่วนสามารถแบ่งย่อยตามลักษณะการใช้งาน ซึ่งจะกล่าวดังนี้

1. แบบของขอบกระทะล้อ หรือกงล้อ (Wheel Rim) ขอบกระทะล้อสามารถแบ่งได้ตามลักษณะการใช้งาน คือ  กงล้อแบบร่องลึก แบบถอดขอบได้ แบบแยกชิ้นสามส่วน และแบบผ่าซีก

          1.1 กงล้อแบบร่องลึก (Drop Center Rim)  กงล้อแบบนี้ดังแสดงในรูปที่ 3 มักใช้ในรถกระบะ หรือรถยนต์นั่งส่วนบุคคล ตรงกลางมีลักษณะเป็นร่องลึก เพื่อความสะดวกในการถอด-ใส่ยางรถยนต์เข้ากับกระทะล้อ

          1.2 กงล้อแบบถอดขอบได้ กงล้อแบบนี้มักใช้กับรถบรรทุก หรือรถบรรทุกงานหนัก หรือรถลากจูงขนาดใหญ่ เนื่องจากยางรถยนต์ประเภทนี้จะมีขนาดใหญ่ น้ำหนักมาก ยืดหยุ่นได้น้อยในการถอด-ประกอบยางจึงทำได้ยาก ดังนั้นเพื่อความสะดวกในการถอด-ใส่ ยางรถยนต์จึงต้องแยกชิ้นของขอบของกงล้อให้สามารถถอดออกได้

          1.3 กงล้อแบบแยกชิ้นสามส่วน กงล้อแบบนี้จะแยกออกเป็น 3 ชิ้น เพื่อความสะดวกในการถอดประกอบ ยางรถยนต์ กงล้อแบบนี้มักใช้กับรถบรรทุกงานหนัก

          1.4 กงล้อแบบผ่าซีก กงล้อแบบนี้มักใช้กับรถยนต์ขนาดเล็ก เช่น รถสกูตเตอร์ และรถในงานเกษตรกรรม กงล้อแบบนี้ถอดประกอบง่าย โดยการถอดสกรูยึดกระทะล้อ จะทำให้กระทะล้อแยกออกเป็น 2 ซีก โดยทั่วไปกระทะล้อแบบนี้ตัวจานกระทะล้อ และขอบกระทะล้อจะเป็นชิ้นเดียวกัน

2. แบบของจานกระทะล้อ หรือซี่กระทะล้อ (Disc Wheel or Spokes) จานกระทะล้อเป็นส่วนที่ทำหน้าที่ยึดขอบกระทะล้อเข้ากับดุมล้อ ด้วยการร้อยน็อต จานกระทะล้อ สามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ แบบจาน และแบบซี่

          2.1 จานกระทะล้อแบบจาน เป็นจานที่เกิดจากการขึ้นรูป หรือการหล่อ ในการออกแบบและผลิต จานกระทะล้อจะต้องสามารถรับแรงกระทะต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นขณะรถแล่น รวมถึงการรับน้ำหนักของรถ จานกระทะล้อแบบจานจะทำรูเพื่อร้อยน็อตยึดกับดุมล้อ โดยทั่วไปจะทำรูไว้ 4-6 รู แล้วแต่การออกแบบของผู้ผลิต

          2.2 จานกระทะล้อแบบเป็นซี่ ลักษณะการยึดขอบจานล้อกับตัวยึดดุมล้อจะใช้ซี่เหล็กกล้า วึ่งออกแบบให้สามารถรับแรงต่าง ๆ ได้ ในขณะที่รถยนต์กำลังแล่น กระทะล้อแบบนี้จะมีน้ำหนักเบา และถอด-ใส่กับดุมล้อได้สะดวกลวดเร็ว มักใช้กับรถแข่ง หรือรถจักรยานยนต์ ดังแสดงในรูปที่ 4

ดุมล้อ (Wheel Hubs) และการยึดดุมล้อ 
          ดุมล้อ เป็นส่วนที่ยึดต่อระหว่างแกนล้อ กับล้อรถยนต์ ดุมล้อจะมีลักษณะเป็นปลอกด้านในมีลูกปืนวางอยู่บนแกนล้อทำหน้าที่ให้ล้อสามารถหมุนได้ ดุมล้อของรถยนต์สามารถแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือดุมล้อหน้า และดุมล้อหลัง

          ดุมล้อหน้า (Front Wheel Hubs) ดุมล้อหน้า จะหมุนอยู่บนลูกปืนล้อซึ่งวางอยู่บนแกนล้อ ลูกปืนล้อที่มีใช้ในปัจจุบันมีหลายแบบด้วยกัน เช่น ลูกปืนเป็นแบบกลม หรือลูกปืนแบบเรียว ส่วนประกอบต่าง ๆ ของล้อ และดุมล้อหน้า ดังแสดงในรูปที่ 6 และรูปที่ 7

รูปที่ 6 แสดงส่วนประกอบต่าง ๆ ของล้อหน้า

รูปที่ 7 แสดงลูกปืนล้อแบบต่าง ๆ (a) ดุมล้อที่ใช้ลูกปืนแบบกลม และ (b) แสดงดุมล้อที่ใช้ลูกปืนแบบเรียว

          ในปี ค.ศ. 1970 เป็นช่วงเริ่มต้นของอุตสาหกรรมยานยนต์ ในช่วงนั้นมีความสนในการพัฒนา การยานยนต์ให้มีขนาดกระทัดรัด และมีน้ำหนักเบา และการอายุการใช้งานของยานยนต์ โดยเฉพาะในส่วนของระบบล้อรถยนต์ มีการพัฒนานำระบบลูกปืนล้อมาใช้ และพัฒนาเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน ปัจจุบันลูกปืนดุมล้อหน้าที่นิยมใช้มี 3 แบบด้วยกัน ดังแสดงในรูปที่  8 
 

รูปที่ 8 แสดงลูกปืนดุมล้อหน้าที่นิยมใช้

          ดุมล้อหลัง โดยทั่วไปจะออกแบบให้ลูกปืนล้อวางอยู่บนเพลาล้อหลัง อาจจะเป็นลูกปืนแบบกลม หรือแบบทรงกระบอกเรียว ดังแสงดในรูปที่ 9 และรูปที่ 10 และ 11 แสดงส่วนประกอบของดุมล้อหลังแบบรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า และรถขับเคลื่อน 4 ล้อ ตามลำดับ

รูปที่ 9 แสดงลักษณะของดุมล้อหลัง และตำแหน่งการวางลูกปืนล้อหลังบนเพลา

รูปที่ 10 แสดงส่วนประกอบของดุมล้อหลังของรถยนต์ขับเคลื่อนล้อหน้า

รูปที่ 11 แสดงส่วนประกอบของดุมล้อของรถยนต์ขับเคลื่อน 4 ล้อ

รูปที่ 12 แสดงดุมล้อหลัง แบบเพลาดุมล้อมีลักษณะเรียว และใช้ลิ่มเป็นตัวล็อกดุมล้อกับเพลาล้อ

เอกสารอ้างอิง
          1. Gillespie, T.D., (Thomas D.). Fundamentals of Vehicle dynamics . United States of America .Society of Automotive Engineering,Inc.,1992

          2. Jack Erjavee, Robert Scharff. Automotive technology : a systems approach 2nd ed. United States of America.Delmar Publishers , International Thomason Publishing Company,1996

          3. เธียรชัย บุณยะกุล สมศักดิ์ นรสิงห์. ทฤษฎีช่างเทคนิคยานยนต์ เล่ม 1, กรุงเทพ ฯ, สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี (ไทย-ญี่ปุ่น), พิมพ์ครั้งที่ 1, 2539
 

สงวนลิขสิทธิ์ ตามพระราชบัญญัติลิขสิทธิ์ พ.ศ. 2539 www.thailandindustry.com
Copyright (C) 2009 www.thailandindustry.com All rights reserved.

ขอสงวนสิทธิ์ ข้อมูล เนื้อหา บทความ และรูปภาพ (ในส่วนที่ทำขึ้นเอง) ทั้งหมดที่ปรากฎอยู่ในเว็บไซต์ www.thailandindustry.com ห้ามมิให้บุคคลใด คัดลอก หรือ ทำสำเนา หรือ ดัดแปลง ข้อความหรือบทความใดๆ ของเว็บไซต์ หากผู้ใดละเมิด ไม่ว่าการลอกเลียน หรือนำส่วนหนึ่งส่วนใดของบทความนี้ไปใช้ ดัดแปลง โดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร จะถูกดำเนินคดี ตามที่กฏหมายบัญญัติไว้สูงสุด