ประแจแรงบิด

**ประแจแรงบิด** () คือเครื่องมือที่ใช้สำหรับออกแรงบิดในปริมาณที่กำหนดลงบนตัวยึด เช่น แป้นเกลียว สลักเกลียว หรือสกรูแล็ก โดยทั่วไปแล้วจะมีรูปร่างคล้ายประแจกระบอกที่มีสเกลแสดงค่า หรือมีกลไกภายในที่จะส่งสัญญาณ (เช่น การส่งเสียง 'คลิก' หรือการเคลื่อนที่เฉพาะเจาะจงของด้ามจับเมื่อเทียบกับหัวเครื่องมือ) เมื่อแรงบิดที่กำหนด (สามารถปรับได้) ถูกส่งไปถึงระหว่างการใช้งาน

ประแจแรงบิดถูกใช้ในงานที่ความแน่นของสกรูและสลักเกลียวเป็นตัวแปรเสริมที่สำคัญอย่างยิ่งต่อการประกอบหรือการปรับแต่ง เครื่องมือชนิดนี้ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถกำหนดแรงบิดที่ใช้กับตัวยึดให้ตรงตามข้อกำหนดสำหรับงานเฉพาะทางได้ ทำให้มั่นใจได้ถึงความตึงและแรงกดที่เหมาะสมของชิ้นส่วนทั้งหมด

ไขควงแรงบิดและประแจแรงบิดมีวัตถุประสงค์ที่คล้ายคลึงกันและอาจมีกลไกคล้ายกัน

## ประวัติศาสตร์

สิทธิบัตรฉบับแรกสำหรับประแจแรงบิดถูกยื่นโดยจอห์น เอส. ชาร์ป จากชิคาโกใน ค.ศ. 1931 ประแจนี้ถูกเรียกว่า *ประแจวัดแรงบิด* และจัดอยู่ในประเภทประแจแรงบิดวัดชี้บอก

ใน ค.ศ. 1935 คอนราด บาห์รและจอร์จ เฟฟเฟอเริล ได้จดสิทธิบัตรประแจแรงบิดแบบปรับได้ที่มีกลไกเฟือง ประแจนี้มีคุณสมบัติในการส่งเสียงตอบกลับและจำกัดการเคลื่อนที่ย้อนกลับของเฟืองเมื่อถึงแรงบิดที่ต้องการ บาห์รซึ่งทำงานให้กับกรมประปานครนิวยอร์ก รู้สึกหงุดหงิดกับความแน่นที่ไม่สม่ำเสมอของสลักเกลียวหน้าแปลนที่เขาพบขณะปฏิบัติงาน เขาอ้างว่าได้ประดิษฐ์เครื่องมือจำกัดแรงบิดชิ้นแรกใน ค.ศ. 1918 เพื่อบรรเทาปัญหาเหล่านี้ คู่หูบาห์ร-เฟฟเฟอเริลเป็นวิศวกรของบริษัทเอส.อาร์. เดีสเซอร์ แมนูแฟกเจอริง และถือครองสิทธิบัตรหลายฉบับ
## ประเภท
### คาน

ประแจวัดแรงบิดแบบพื้นฐานที่สุดประกอบด้วยคานสองชิ้น ชิ้นแรกคือคานงัดที่ใช้สำหรับออกแรงบิดกับตัวยึดที่กำลังขันอยู่และยังทำหน้าที่เป็นด้ามจับของเครื่องมือ เมื่อออกแรงกระทำกับด้ามจับ ด้ามจับจะเบนอย่างสม่ำเสมอและเป็นสัดส่วนกับแรงดังกล่าวตามกฎของฮุก ส่วนคานชิ้นที่สองจะถูกยึดติดกับหัวประแจเพียงปลายด้านเดียวและปลายอีกด้านหนึ่งจะปล่อยว่าง ซึ่งทำหน้าที่เป็นคานบอกค่า ทั้งคานสองชิ้นนี้จะขนานกันเมื่อเครื่องมืออยู่ในสถานะพัก โดยปกติแล้วคานบอกค่าจะอยู่ด้านบน ปลายที่ว่างของคานบอกค่าสามารถเคลื่อนที่ไปบนสเกลที่ถูกสอบเทียบแล้วซึ่งติดอยู่กับคานงัดหรือด้ามจับ โดยสเกลนี้จะมีหน่วยของแรงบิดกำกับไว้ เมื่อประแจถูกใช้เพื่อออกแรงบิด คานงัดจะเบนและคานบอกค่าจะคงสภาพตรงอยู่ ดังนั้นปลายของคานบอกค่าจะชี้ไปที่ขนาดของแรงบิดที่กำลังถูกกระทำในขณะนั้น

ประแจแรงบิดแบบคานถูกพัฒนาขึ้นในช่วงปลายทศวรรษ 1920 ถึงต้นทศวรรษ 1930 โดยวอลเตอร์ เพอร์ซี ไครส์เลอร์ สำหรับบริษัทไครส์เลอร์คอร์ปอเรชันและบริษัทที่ชื่อว่าไมโครเมติกโฮน ขณะนั้น พอล อัลเลน สเตอร์เทแวนต์ ตัวแทนฝ่ายขายของบริษัทซีดาร์ราปิดส์เอ็นจิเนียริง ได้รับอนุญาตจากไครส์เลอร์ให้ผลิตสิ่งประดิษฐ์นี้ และสเตอร์เทแวนต์ได้จดสิทธิบัตรประแจแรงบิดใน ค.ศ. 1938 พร้อมกับกลายเป็นคนแรกที่วางจำหน่ายประแจแรงบิด 

ประแจแรงบิดแบบคานที่มีความซับซ้อนมากขึ้นจะมีตัวชี้บอกมาตรวัดแบบหน้าปัดอยู่บนตัวเครื่อง ซึ่งสามารถตั้งค่าเพื่อแสดงค่าทางสายตาหรือทางไฟฟ้าเมื่อถึงแรงบิดที่ตั้งไว้

### คานเบน
ประแจแรงบิดคานเบนสัญญาณคู่ ได้รับการจดสิทธิบัตรโดยบริษัทวอร์เรนแอนด์บราวน์ของออสเตรเลียใน ค.ศ. 1948 โดยใช้หลักการออกแรงบิดไปที่คานเบนแทนการใช้สปริงขด ซึ่งมีการอ้างว่าช่วยยืดอายุความแม่นยำของประแจตลอดอายุการใช้งาน ทำให้มีช่วงความปลอดภัยที่มากขึ้นสำหรับแรงบิดสูงสุด และให้ค่าที่แม่นยำและสม่ำเสมอมากขึ้นตลอดช่วงการใช้งานของประแจแต่ละอัน ผู้ใช้งานสามารถได้ยินเสียงคลิกและเห็น (รวมถึงรู้สึกได้) ตัวชี้บอกทางกายภาพเมื่อถึงค่าแรงบิดที่ต้องการ

ประแจทำงานในลักษณะเดียวกับประแจแรงบิดแบบคานทั่วไป โดยมีคานสองอันเชื่อมต่อกับปลายหัวเครื่องมือ แต่มีเพียงอันเดียวที่ใช้ในการออกแรงบิด คานรับน้ำหนักเป็นเส้นตรงและทอดจากหัวไปยังด้ามจับ ซึ่งจะเบนตัวเมื่อออกแรงบิด ส่วนคานแสดงค่าจะอยู่เหนือคานเบนตัวประมาณครึ่งหนึ่งของความยาว จากนั้นจะโก่งออกไปด้านข้างทำมุมกับคานเบน คานแสดงค่าจะคงรูปและทิศทางเดิมไว้ตลอดการใช้งาน ด้วยเหตุนี้ จึงเกิดการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างคานทั้งสอง ประแจแรงบิดแบบคานเบนนี้ต่างจากประแจแรงบิดแบบคานทั่วไปตรงที่มันใช้ประโยชน์จากการเคลื่อนที่สัมพัทธ์นี้อย่างไร โดยมีสเกลติดอยู่กับคานเบนและมีลิ่มที่สามารถเลื่อนไปตามความยาวของสเกลขนานไปกับคานที่ยืดหยุ่นได้ ลิ่มนี้ใช้สำหรับตั้งค่าแรงบิดที่ต้องการ โดยหันหน้าเข้าหาลิ่มนี้โดยตรงคือด้านข้างของคานแสดงค่าที่ทำมุม หมุดอันหนึ่งยื่นออกมาจากด้านนี้ ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นสำหรับหมุดอีกอันหนึ่ง โดยหมุดตัวหลังนี้มีสปริงดันอยู่และจะดีดออกจากปลายของคานแสดงค่าทันทีที่หมุดตัวกระตุ้นสัมผัสกับลิ่มที่ปรับได้ การดีดตัวนี้ทำให้เกิดเสียง "คลิก" ดังและให้การชี้บอกทั้งทางสายตาและสัมผัสว่าถึงแรงบิดที่ต้องการแล้ว หมุดแสดงค่าสามารถตั้งค่าใหม่ได้ง่ายๆ โดยการกดกลับเข้าไปในคานแสดงค่า

### สลิปเปอร์

ประแจแรงบิดแบบสลิปเปอร์ ประกอบด้วยกลไกลูกกลิ้งและลูกเบี้ยว (หรือกลไกที่คล้ายกัน) โดยที่ลูกเบี้ยวจะติดอยู่กับหัวขับ ส่วนลูกกลิ้งจะดันต้านลูกเบี้ยวเพื่อล็อกให้อยู่กับที่ด้วยแรงจำเพาะซึ่งแรงนี้มาจากสปริง (ในหลายกรณีสามารถปรับได้) หากมีการออกแรงบิดที่สามารถเอาชนะแรงต้านของลูกกลิ้งและสปริงได้ ประแจจะเกิดการ "สลิป" หรือลื่น ทำให้ไม่มีการส่งแรงบิดเพิ่มเติมไปยังสลักเกลียว ด้วยเหตุนี้ ประแจแรงบิดแบบสลิปเปอร์จึงไม่ขันตัวยึดให้แน่นเกินไปโดยการส่งแรงบิดเกินกว่าค่าที่กำหนดไว้ล่วงหน้า

### คลิก

วิธีการตั้งค่าแรงบิดที่ซับซ้อนยิ่งขึ้นคือการใช้กลไกคลัตช์ที่ได้รับการสอบเทียบแล้ว รูปแบบหนึ่งที่พบได้บ่อยคือการใช้ลูกปืนและสปริง โดยที่สปริงจะถูกตั้งค่าแรงกดล่วงหน้าด้วยเกลียวสกรูแบบปรับได้ซึ่งมีการสอบเทียบค่าเป็นหน่วยแรงบิด ลูกปืนจะส่งผ่านแรงจนกว่าจะถึงแรงบิดที่ตั้งไว้ ซึ่ง ณ จุดนั้น แรงที่สปริงออกแรงจะถูกเอาชนะและลูกปืนจะ "คลิก" หลุดออกจากเบ้า การออกแบบนี้ให้ความแม่นยำที่สูงขึ้น รวมถึงการให้การตอบสนองทั้งแบบสัมผัสและเสียง ประแจจะไม่เริ่มลื่นเมื่อถึงแรงบิดที่ต้องการแล้ว แต่จะเพียงแค่คลิกและเบนเล็กน้อยที่ส่วนหัว ผู้ปฏิบัติงานสามารถออกแรงบิดต่อไปที่ประแจได้โดยไม่มีการกระทำหรือคำเตือนเพิ่มเติมจากประแจ

### ประแจ "ไร้ข้อต่อ"
ประแจแรงบิดแบบพิเศษเหล่านี้ถูกใช้โดยช่างประปาเพื่อขันแคลมป์รัดท่อที่คู่ต่อประกอบท่อดินแบบไร้ข้อต่อ โดยปกติจะเป็นประแจด้ามรูปตัว T ที่มีกลไกเฟืองและคลัตช์ในตัวแบบทางเดียว โดยจะถูกตั้งค่าแรงบิดไว้ตายตัว ซึ่งออกแบบมาเพื่อให้รัดข้อต่อได้อย่างแน่นหนาเพียงพอ แต่ไม่แน่นจนเกินไปจนทำให้เกิดความเสียหายได้

### เครื่องมือวัดแรงบิดแบบใช้แบตเตอรี่
เครื่องมือวัดแรงบิดแบบใช้แบตเตอรี่คือเครื่องมือไร้สายที่ช่วยให้สามารถขันตัวยึดให้ได้แรงบิดในระดับที่กำหนดไว้

## มาตรฐานประแจแรงบิด
### ISO
องค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐาน (ISO) ได้จัดทำมาตรฐาน ISO 6789 ซึ่งครอบคลุมถึงการสร้างและการสอบเทียบเครื่องมือวัดแรงบิดที่ใช้มือ พวกเขากำหนดเครื่องมือวัดแรงบิดไว้สองประเภทซึ่งแบ่งออกเป็นสิบสองระดับ โดยแสดงไว้ในตารางด้านล่าง และยังระบุถึงเปอร์เซ็นต์ความคลาดเคลื่อนที่ยอมรับได้จากแรงบิดที่ต้องการ

มาตรฐาน ISO ยังระบุด้วยว่าแม้จะใช้งานเกินพิกัดสูงสุด 25% เครื่องมือก็ควรจะยังคงใช้งานได้อย่างน่าเชื่อถือหลังจากได้รับการสอบเทียบใหม่ การสอบเทียบใหม่สำหรับเครื่องมือที่ใช้งานภายในขีดจำกัดที่กำหนดควรทำหลังจากรอบการขันครบ 5,000 ครั้ง หรือ 12 เดือน แล้วแต่อย่างใดจะถึงก่อน ในกรณีที่เครื่องมือถูกใช้งานในองค์กรที่มีขั้นตอนการควบคุมคุณภาพของตัวเอง ตารางการสอบเทียบสามารถจัดเตรียมได้ตามมาตรฐานบริษัท

เครื่องมือควรมีการทำเครื่องหมายระบุช่วงแรงบิดและหน่วยของแรงบิด รวมถึงทิศทางการทำงานสำหรับเครื่องมือที่ใช้ได้ทิศทางเดียว และเครื่องหมายของผู้ผลิต หากมีการระบุใบรับรองการสอบเทียบ เครื่องมือจะต้องถูกทำเครื่องหมายด้วยหมายเลขซีเรียลที่ตรงกับใบรับรอง หรือห้องปฏิบัติการสอบเทียบควรให้หมายเลขอ้างอิงกับเครื่องมือที่สอดคล้องกับใบรับรองการสอบเทียบของเครื่องมือนั้น

### ASME
สมาคมวิศวกรเครื่องกลอเมริกัน (ASME) ได้กำหนดมาตรฐาน ASME B107.300 มาตรฐานนี้มีชื่อประเภทเครื่องมือเหมือนกับมาตรฐาน ISO แต่เพิ่มประเภท 3 (จำกัด) หรือประแจแรงบิดแบบจำกัด ซึ่งจะปล่อยตัวขับเมื่อถึงแรงบิดที่ต้องการแล้ว เพื่อไม่ให้สามารถออกแรงบิดได้อีก อย่างไรก็ดี มาตรฐานนี้ใช้การกำหนดชั้นที่แตกต่างกันในแต่ละประเภท รวมถึงรูปแบบการออกแบบภายในแต่ละชั้นด้วย นอกจากนี้ มาตรฐานยังได้แยกเครื่องมือแบบใช้มือและแบบอิเล็กทรอนิกส์ออกเป็นส่วนและชื่อเรียกที่ต่างกัน มาตรฐาน ASME และ ISO จึงไม่สามารถถือว่าเข้ากันได้ ตารางด้านล่างแสดงประเภทและความคลาดเคลื่อนบางส่วนที่ระบุไว้ในมาตรฐานสำหรับเครื่องมือวัดแรงบิดแบบใช้มือ

เครื่องมือควรมีการทำเครื่องหมายด้วยหมายเลขรุ่นของเครื่องมือ หน่วยของแรงบิด และเครื่องหมายของผู้ผลิต สำหรับเครื่องมือที่ใช้งานได้ทิศทางเดียว คำว่า "TORQUES" หรือ "TORQUE" และทิศทางของการใช้งานจะต้องถูกทำเครื่องหมายไว้ด้วยเช่นกัน

## การใช้
### การต่อ
การใช้ด้ามต่อที่ยื่นออกมาจากปลายด้ามจับอาจทำให้ประแจเสียหายได้ ดังนั้นจึงควรใช้อุปกรณ์ที่ผู้ผลิตกำหนดไว้เท่านั้น 

การใช้ประแจต่อลูกบล็อกไม่จำเป็นต้องปรับค่าแรงบิด

การใช้ส่วนต่อแบบตีนกาหรือส่วนต่อที่คล้ายกันต้องใช้สมการต่อไปนี้:

T_w = \frac{T_dA}{A+B}

การใช้ส่วนต่อแบบรวมทั้งด้ามจับและตีนกาต้องใช้สมการต่อไปนี้:

T_w = \frac{T_d(A+C)}{A+B+C}

โดย:
* T_w คือแรงบิดที่ประแจแสดงค่า (แรงบิดที่ตั้งค่าไว้)
* T_d คือแรงบิดที่ต้องการ
* A คือความยาวของประแจแรงบิด จากด้ามจับถึงกึ่งกลางหัวประแจ
* B คือความยาวของส่วนต่อแบบตีนกา (จากกึ่งกลางหัวประแจแรงบิดถึงกึ่งกลางสลักเกลียว
* C คือความยาวของส่วนต่อด้ามจับ จากปลายส่วนต่อถึงด้ามจับของประแจแรงบิด

สมการเหล่านี้ใช้ได้เฉพาะในกรณีที่ส่วนต่ออยู่ในแนวเดียวกับความยาวของประแจวัดแรงบิดเท่านั้น ในกรณีอื่น ควรใช้ระยะจากหัวประแจแรงบิดถึงหัวสลักเกลียวราวกับว่ามันอยู่ในแนวเดียวกัน หากส่วนต่อถูกตั้งไว้ที่มุม 90° ก็ไม่จำเป็นต้องทำการปรับเปลี่ยนใด ๆ วิธีการเหล่านี้ไม่แนะนำให้ใช้ยกเว้นในสถานการณ์ที่จำเป็นอย่างยิ่ง

### การเก็บ
สำหรับแบบคลิก (หรือแบบไมโครมิเตอร์อื่น ๆ) เมื่อไม่ได้ใช้งานต้องจัดเก็บโดยตั้งค่าแรงบิดไว้ต่ำสุด

### การสอบเทียบ
เช่นเดียวกับเครื่องมือความเที่ยงอื่น ๆ ประแจแรงบิดควรได้รับการสอบเทียบเป็นระยะ ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ตามมาตรฐาน ISO การสอบเทียบควรเกิดขึ้นทุก 5,000 ครั้งของการใช้งานหรือทุกปี แล้วแต่อย่างใดจะถึงก่อน มีความเป็นไปได้ที่ประแจแรงบิดอาจคลาดเคลื่อนไปจากการสอบเทียบได้ถึง 10% ในปีแรกของการใช้งาน

การสอบเทียบ เมื่อดำเนินการโดยบริการผู้เชี่ยวชาญที่ปฏิบัติตามมาตรฐาน ISO จะเป็นไปตามกระบวนการและข้อจำกัดจำเพาะ การดำเนินการนี้ต้องใช้อุปกรณ์สอบเทียบประแจแรงบิดโดยเฉพาะที่มีความแม่นยำ ±1% หรือดีกว่า อุณหภูมิของพื้นที่ที่ทำการสอบเทียบควรอยู่ระหว่าง 18 °C ถึง 28 °C โดยมีความผันผวนไม่เกิน 1 °C และความชื้นสัมพัทธ์ต้องไม่เกิน 90%

ก่อนจะดำเนินการสอบเทียบได้ เครื่องมือควรได้รับการให้ภาระก่อนและขันให้ได้แรงบิดโดยไม่ต้องวัดค่าตามประเภทของเครื่องมือ จากนั้นจึงเชื่อมต่อเครื่องมือเข้ากับเครื่องทดสอบและออกแรงกระทำกับด้ามจับ (ไม่เกิน 10° จากแนวตั้งฉาก) สำหรับค่า 20%, 60% และ 100% ของแรงบิดสูงสุด และทำซ้ำตามประเภทของเครื่องมือ ควรออกแรงอย่างช้า ๆ และไม่มีการกระตุกหรือการเคลื่อนไหวที่ไม่สม่ำเสมอ ตารางด้านล่างให้รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบการทดสอบสำหรับประแจแรงบิดแต่ละประเภท

แม้การสอบเทียบโดยผู้เชี่ยวชาญจะเป็นสิ่งที่แนะนำ แต่สำหรับบางคนอาจเกินกำลังที่จะทำได้ อย่างไรก็ดี เป็นไปได้ที่จะสอบเทียบประแจแรงบิดได้ด้วยตนเองที่บ้านหรือโรงรถ โดยกระบวนการนี้โดยทั่วไปต้องอาศัยการนำมวลที่กำหนดไปติดไว้กับคานงัดและตั้งค่าประแจแรงบิดไปที่ค่าแรงบิดที่เหมาะสมกับการยกมวลดังกล่าว จากนั้นจึงสามารถคำนวณหาค่าความคลาดเคลื่อนภายในเครื่องมือได้ และอาจสามารถปรับเปลี่ยนเครื่องมือ หรือปรับแก้ชิ้นงานที่ทำไปแล้วเพื่อชดเชยค่าความคลาดเคลื่อนนี้ได้

## ดูเพิ่ม

* ประแจแรงบิดทันตกรรม
* แรงฟุตปอนด์
* ประแจแรงบิดแบตเตอรี
* ประแจแรงบิดไฮดรอลิก
* ประแจกระแทก
* ไมโครมิเตอร์
* นิวตันเมตร
* ทอร์กคอนเวอร์เตอร์
* ตัวจำกัดแรงบิด
* ไขควงแรงบิก
* เครื่องทดสอบแรงบิด
* แรงดึง
* ประแจ

## หมายเหตุ

## อ้างอิง

## แหล่งข้อมูลอื่น

หมวดหมู่:สิ่งประดิษฐ์อเมริกัน
ประแจ
หมวดหมู่:ประแจ