มารู้จัก “เฟืองท้าย” ที่หลายคนไม่รู้จัก! อยู่ตรงไหน ทำหน้าที่อย่างไร

หลายคงรู้จักเฟืองท้าย ว่าเป็นส่วนหนึ่งของระบบขับเคลื่อน โดยรับแรงขับมาจากเครื่องยนต์ ผ่านชุดเกียร์ ส่งต่อมายังเพลากลาง และส่งแรงขับที่ได้ให้กับเฟืองท้าย เพื่อให้ล้อของรถยนต์หมุนไปได้ตามต้องการ สำหรับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนล้อหลังจะเป็นแบบนี้ แต่ถ้าเป็นรถขับเคลื่อนล้อหน้า พอกำลังที่ส่งจากเครื่องยนต์ผ่านชุดเกียร์มาแล้ว กำลังจะถูกส่งต่อให้กับชุดเฟืองท้ายเลยไม่ต้องผ่านเพลากลาง (เพราะในรถขับเคลื่อนล้อหน้าไม่มีเพลากลาง)

ซึ่งหน้าที่จริง ๆ ของเฟืองท้ายไม่ได้มีเพียงแค่นี้นะ แต่เฟืองท้ายยังเป็นตัวช่วยแบ่งและถ่ายกำลังด้วยการทดรอบการหมุนของล้อซ้ายและขวา ในขณะที่รถเลี้ยวหรือเข้าโค้ง โดยไม่ทำให้ล้อด้านนอกและด้านในฝืนตัวกัน เพราะเวลาที่รถวิ่งอยู่ในทางโค้ง ล้อขับเคลื่อนทั้งด้านซ้ายและด้านขวาจะหมุนด้วยรอบที่แตกต่างกัน ล้อที่อยู่ด้านนอกของโค้งจะมีหมุนด้วยรอบที่มากกว่าล้อที่อยู่ด้านในของโค้ง

เราสามารถทดลองปรากฏการณ์นี้ได้อย่างง่าย ๆ โดยการขับรถเลี้ยวเป็นวงกลม จะสังเกตเห็นว่า ล้อขับเคลื่อนที่อยู่ด้านนอกจะสร้างวงกลมที่มีขนาดใหญ่กว่า มีความยาวของเส้นรัศมีที่มากกว่า วงกลมอีกวงหนึ่งที่เกิดขึ้นจากล้อด้านใน เมื่อเป็นแบบนี้ก็จำเป็นต้องช่วยให้ล้อด้านนอกและล้อด้านในหมุนด้วยความสัมพันธ์กัน เพราะไม่เช่นนั้นแล้วอาจทำให้รถเกิดการลื่นไถลในขณะเลี้ยวโค้ง จากรอบการหมุนของล้อที่แตกต่างกันได้ และถ้าพื้นผิวถนนไม่ดีหรือลื่น ก็จะทำให้การยึดเกาะถนนด้อยลงไปกว่าเดิม ท้ายรถอาจเกิดอาการส่ายสะบัดหรือปัดไปมาได้ ทำให้การควบคุมรถเป็นไปได้ด้วยลำบาก

ส่วนประกอบในชุดเฟืองท้าย

เพื่อให้การควบคุมรถง่ายขึ้น และลดอันตรายในขณะเข้าโค้ง วิศวกรจึงได้ออกแบบโครงสร้างภายในของเฟืองท้ายให้สามารถขจัดข้อด้อยในการเลี้ยวโค้งของรถไปได้ โดยในเฟืองท้ายหนึ่งชุดจะประกอบไปด้วยเฟืองหลายชนิดด้วยกัน ได้แก่ เฟืองเดือยหมูหรือเฟืองขับ โดยรับแรงขับต่อจากเพลากลาง เฟืองบายศรีหรือเฟืองตาม ทำหน้าที่ขับเคลื่อนล้อรถยนต์หมุน ซึ่งถ้าจะว่าไปหากรถวิ่งทางตรงอย่างเดียวไม่ต้องเลี้ยวหรือเข้าโค้ง ในเฟืองท้ายหนึ่งชุด มีแค่เฟืองเดือยหมูกับเฟืองบายศรี ก็เพียงพอแล้วที่จะทำให้รถเคลื่อนที่ไปได้

แต่นี่รถจำเป็นต้องเลี้ยวหรือเข้าโค้ง เพราะถนนไม่สามารถสร้างเป็นทางตรง ๆ ได้ตลอด จึงจำเป็นต้องมีเฟืองอีกสองชุดเข้ามาเกี่ยวข้อง นั่นคือ เฟืองดอกจอกและเฟืองหัวเพลา ซึ่งทำหน้าที่ทดรอบการหมุนของล้อทั้งด้านนอกและด้านในให้สัมพันธ์กันในขณะเลี้ยวโค้ง

โดยที่ตัวเรือนของเฟืองดอกจอกนั้นจะยึดติดกับเฟืองบายศรี เมื่อเฟืองบายศรีถูกขับให้หมุนด้วยเฟืองเดือยหมู ก็จะพาให้ตัวเรือนเฟืองดอกจอกหมุนไปพร้อมๆ กันด้วย เพลาขับที่เชื่อมต่อกับล้อขับเคลื่อนก็จะหมุนตามไปด้วย เพราะปลายด้านหนึ่งของเพลาขับเสียบเชื่อมต่อกับเฟืองหัวเพลา ซึ่งอยู่ในตัวเรือนของเฟืองดอกจอกด้วย

และเมื่อรถยนต์เลี้ยวล้อทั้งสองข้างก็จะหมุนด้วยรอบที่ต่างกัน ขณะเดียวกันเฟืองหัวเพลาก็จะมีรอบการหมุนที่ต่างกันด้วย จึงทำให้เกิดการทดรอบขึ้น โดยเฟืองหัวเพลาตัวที่เชื่อมกับล้อที่อยู่ด้านนอกโค้ง จะหมุนด้วยรอบที่มากกว่า แล้วก็จะพาเฟืองดอกจอกให้หมุนกลิ้งไปรอบ ๆ เฟืองหัวเพลาของล้อที่อยู่ด้านในโค้ง เป็นผลให้ล้อขับเคลื่อนส่งถ่ายกำลังได้ดี โดยไม่เกิดอาการฝืนกันเอง

เมื่อรถวิ่งเข้าสู่ทางตรง ล้อทั้งสองข้างจับบนพื้นถนนเท่า ๆ กัน เฟืองดอกจอกก็จะเป็นตัวพาให้เพลาขับทั้งสองข้างหมุนไปด้วยกันพร้อม ๆ กับเฟืองบายศรี นี่คือข้อดีทั้งหมดของเฟืองท้าย แต่ก็ใช่ว่าเฟืองท้ายจะไม่มีข้อด้อยเอาเสียเลยนะ

ข้อด้อยที่เด่นชัดของเฟืองท้าย ก็คือ เมื่อล้อด้านใดด้านหนึ่งเกิดลอยพ้นพื้นถนนขึ้นมา หรืออยู่บนพื้นที่มีความฝืดน้อยกว่าล้ออีกด้านหนึ่ง ล้อด้านที่ลอยพ้นพื้นจะหมุนได้ตามปรกติ ในขณะที่ล้ออีกด้านซึ่งอยู่ติดกับพื้นหรือบนพื้นถนนที่แห้งกว่าจะไม่มีหมุน เนื่องจากชุดเฟืองดอกจอกทดรอบการหมุนไปให้กับเฟืองหัวเพลาของล้อด้านที่อยู่กับพื้น กำลังส่วนใหญ่หรือแทบทั้งหมดจึงถูกส่งไปยังล้อด้านตรงข้ามแทน อัตราทดเฟืองท้าย

ได้รู้จักโครงสร้างภายในของเฟืองท้ายไปแล้ว ทีนี้เราก็มาดูที่เรื่องของอัตราทดเฟืองท้ายกันบ้าง ขึ้นชื่อว่า “เฟือง” ก็ต้องมีฟันเฟือง แต่จะมีมากหรือน้อยนั้น ขึ้นอยู่กับชนิดของเฟือง อย่างในเฟืองท้ายก็มีเฟืองหลัก ๆ อยู่ 2 ตัว คือ เฟืองเดือยหมูกับเฟืองบายศรี เมื่อเฟืองบายศรีหมุนล้อขับเคลื่อนก็จะหมุนตาม เพราะมีกลไกเชื่อมต่อกัน แต่อย่างที่เรารู้ ๆ กันว่า เฟืองบายศรีนั้นเป็นเฟืองตาม จะหมุนได้ก็ต้องมีเฟืองขับ ซึ่งเฟืองขับในชุดเฟืองท้ายก็คือเฟืองเดือยหมูนั่นเอง

เฟืองเดือยหมูเป็นเฟืองขนาดเล็กกว่าเฟืองบายศรี มีปริมาณฟันเฟืองที่น้อยกว่า เมื่อเฟืองที่ขบกันมีจำนวนฟันเฟืองไม่เท่ากัน จึงเกิดเป็นอัตราส่วนขึ้น ซึ่งอัตราส่วนที่ว่านี้ ในทางเทคนิคของการขับเคลื่อนเรียกว่า “อัตราทด”

สมรรถนะของรถจะดีได้นั้น ต้องขึ้นอยู่กับความเร็วรอบของเครื่องยนต์ อัตราทดเกียร์ และอัตราทดเฟืองท้าย ที่มีความสัมพันธ์กันอย่างเหมาะสม ถ้ารอบเครื่องยนต์ได้ อัตราทดเกียร์ได้ แต่อัตราทดเฟืองท้ายไม่เหมาะสม สมรรถนะของรถก็จะไม่ได้ตามที่ต้องการ รถบางคันอาจต้องการกำลังในการฉุดลากสูง แต่ไม่ต้องการความเร็วในการเคลื่อนที่มากนัก ในขณะที่รถอีกคันอาจต้องการความเร็วมากกว่าปรกติ ซึ่งไม่เน้นกำลังในการฉุดลากมากมายอะไร ดังนั้น อัตราทดเฟืองท้ายจึงเป็นตัวแปรสำคัญอย่างหนึ่ง ที่สามารถทำให้สมรรถนะของรถเปลี่ยนแปลงไปได้เช่นกัน!