chapitre 1 f (ppt)
Transcript of chapitre 1 f (ppt)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-1/43
บทท�� 1
• บทนำ��เพื่��อเข้��สู่��ระบบกลไก• คำ��นำ�ย�มในำก�รวิ�เคำร�ะห์�• ก�รเคำล��อนำท��• ก�รสู่ล�บก��นำต่�อ• ก�รถ่��ยทอดก�รเคำล��อนำท��• ระด�บคำ��คำวิ�มอ�สู่ระ
• ก�รวิ�เคำร�ะห์�กลไก 4 ก��นำต่�อ
• กลไกข้�อเห์วิ��ยง-ต่�วิเล��อนำไถ่ล
• กลไก Scotch Yoke• กลไกเคำล��อนำกล�บเร$วิ• กลไกข้�อศอกต่��นำท�นำ• กลไกเคำล��อนำท��ไม�ต่�อเนำ��อง
บทนำ��
บทท�� 1 บทนำ�� 1-2/43
ข้�อเห์วิ��ยง-แท�งล��นำไถ่ลSlider-crank, Bielle-manivelle
ล�กเบ�'ยวิ-ต่�วิต่�มCam, Came
เฟื)องGears, Engrenades
แผนำผ�งสู่�ญล�กษณ์� (Kinematics diagram, Diagramme Cinétique)
ต่�วิอย��ง
กล.�มข้องสู่�ญล�กษณ์�ต่��ง ๆ ท��ใช้�แทนำช้�'นำสู่�วินำข้องเคำร��องจั�กรกลจัร�ง ๆ เพื่��อคำวิ�มสู่ะดวิกในำก�รวิ�เคำร�ะห์�ท�งกลศ�สู่ต่ร�
บทท�� 1 บทนำ�� 1-3/43
ศ�พื่ท�และคำ��นำ�ย�ม
• กลไก (Mechanism, Mécanisme) คำ�อ กล.�มข้องช้�'นำสู่�วินำห์ร�อวิ�ต่ถ่.เกร$งท��ประกอบก�นำข้3'นำแล�วิเก�ดก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�ท��แนำ�นำอนำข้องแต่�ละช้�'นำสู่�วินำนำ�'นำ
• เคำร��องยนำต่� (Machine, Machîne) คำ�อ กลไกห์ร�อกล.�มข้องกลไกท��ประกอบก�นำข้3'นำเพื่��อสู่�งก��ล�งจั�กแห์ล�งพื่ล�งง�นำไปย�งแห์ล�งร�บพื่ล�งง�นำ
• ก��นำต่�อห์ร�อช้�'นำสู่�วินำ (Link, Liaison) เป5นำวิ�ต่ถ่.เกร$ง (Rigid body, corps rigide) ท��ม�ปล�ย ท��สู่�ม�รถ่ต่�อเข้��ก�บช้�'นำสู่�วินำอ��นำได�อย��งนำ�อย 2 ช้�'นำสู่�วินำ
2 ข้�อต่�อ 3 ข้�อต่�อ 4 ข้�อต่�อ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-4/43
ขอบเขต: ศ3กษ�เฉพื่�ะระบบกลไกในำ 2 ม�ต่� ห์ร�อ ระนำ�บ ซึ่3�งเป5นำเคำล��อนำท��บนำระนำ�บ ท��ข้นำ�นำก�นำเท��นำ�'นำ
กลไก (Mechanism, Mécanisme) สู่�วินำประกอบสู่�วินำห์นำ3�งท�งด��นำกลศ�สู่ต่ร� ข้องเคำร��องจั�กรกล เช้�นำ เฟื)อง ล�กเบ�'ยวิ
จัลนำศ�สู่ต่ร� (Kinematic, Cinétique) ศ3กษ�บนำพื่�'นำฐ�นำข้องก�รเคำล��อนำไห์วิ ข้องช้�'นำสู่�วินำข้องเคำร��องจั�กรกลท��ต่�องก�ร (ก�รข้จั�ด, คำวิ�มเร$วิ, คำวิ�มเร�ง)
จัลศ�สู่ต่ร� (Kinetic analysis, Analyse d’effort) วิ�เคำร�ะห์�โดยห์ล�กข้องคำวิ�มแข้$งแรงม�คำวิ�มสู่�มพื่�นำธ์�ก�บแรงท��ม�กระท��
บทท�� 1 บทนำ�� 1-5/43
ศ�พื่ท�และคำ��นำ�ย�ม (ต่�อ)
• ข้�อต่�อ (Joint) คำ�อต่��แห์นำ�งท��ก��นำต่�อต่�'งแต่� 2 ก��นำต่�อข้3'นำไปม�ต่�อเข้��ก�นำ และท��ให์�ก��นำต่�อท��ม�ต่�อก�นำม�ก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�ก�นำได�
• พื่�'นำนำ��ง (Frame, Cadre) เป5นำก��นำต่�อท��อย��นำ��งห์ร�อถ่�กย3ดไวิ�ก�บท��
• คำ��ต่�อ (Paring elements, Eléments couples) คำ�อก�รนำ��เอ�ก��นำต่�อ 2 ก��นำต่�อม�ประกอบ เข้��ก�นำเป5นำคำ�� ๆ แล�วิได�ก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�ก�นำ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-6/43
ประเภทข้องคำ��ต่�อแบ�งต่�มล�กษณ์ะก�รสู่�มผ�สู่ แบ�งต่�มก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�
1. คำ��ต่�อแบบต่��� เป5นำคำ��ต่�อท��ช้�'นำสู่�วินำท�'งสู่องสู่�มผ�สู่ก�นำเต่$มห์นำ��พื่�'นำท��
สู่�มผ�สู่ท��ข้�อต่�อ เช้�นำ ข้�อต่�อแบบสู่ล�กล�กสู่�บก�บกระบอกสู่�บ
2. คำ��ต่�อแบบสู่�ง เป5นำคำ��ต่�อท��ช้�'นำสู่�วินำท�'งสู่องสู่�มผ�สู่ก�นำเป5นำจั.ดห์ร�อเป5นำเสู่�นำ
เช้�นำ แบร��งล�กกล�'งกลม เฟื)องข้บก�นำล�กเบ�'ยวิก�บต่�วิต่�ม
1. คำ��ต่�อห์ม.นำ เป5นำคำ��ต่�อท��ท��ให์�เก�ดก�รห์ม.นำ สู่�มพื่�ทธ์�ก�นำระห์วิ��งก��นำต่�อท�'งสู่อง เช้�นำ สู่ล�ก
2. คำ��ต่�อไถ่ล คำ��ต่�อนำ�'ท��ให์�เก�ดก�รเคำล��อนำท�� สู่�มพื่�ทธ์�แบบเล��อนำไถ่ลเท��นำ�'นำ เช้�นำ ล�กสู่�บก�บ
กระบอกสู่�บ3. คำ��ต่�อกล�'ง เป5นำก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�แบบกล�'งโดยไม�เก�ดก�รไถ่ล
4. คำ��ต่�อล��นำไถ่ล คำล��ยก�บก�รเคำล��อนำท��แบบกล�'ง แต่�ม�ก�รไถ่ลเก�ดข้�'นำพื่ร�อม ๆ ก�บก�รกล�'ง
บทท�� 1 บทนำ�� 1-7/43
ต่�วิอย��งคำ��ต่�อแยกต่�มก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�
บทท�� 1 บทนำ�� 1-8/43
แบบเป;ด เป5นำก�รต่�อก��นำต่�อท��ม�ก��นำต่�ออย��งนำ�อย 1 ก��นำท��ต่�อเข้��ก�บก��นำต่�ออ��นำนำ�อยกวิ�� 2 ก��นำ
Locked
Constrained Unconstrained Opened
ก��นำโซึ่�คำ�เนำเมต่�กซึ่� (Kinematic chain, Chaîne cinétique)
คำ�อก�รนำ��ก��นำต่�อม�ต่�อก�นำเป5นำคำ�� ๆ และต่�อก�นำไปเร��อย ๆ จัะได�เป5นำก��นำโซึ่� ซึ่3�งเร�สู่�ม�รถ่แบ�งช้นำ�ดข้องก��นำโซึ่�ออกเป5นำ 2 ช้นำ�ด คำ�อก��นำโซึ่�แบบป;ด และ แบบเป;ด
แบบป;ด1.Locked chain กล.�มข้องก��นำต่�อเม��อต่�อเข้��ก�นำแล�วิไม�ม�ก��นำต่�อใดท��สู่�ม�รถ่เคำล��อนำท��ได�2.Constrained chain ม�ก��นำต่�อห์นำ3�งท��ถ่�กย3ดอย��ก�บท�� สู่�วินำก��นำต่�อท��เห์ล�อจัะเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�ก�นำอย��งม�แบบแผนำ3. Unconstrained chain เป5นำกรณ์�ท��ก��นำต่�อแต่�ละก��นำต่�อเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�อย��งไม�ม�แบบแผนำ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-9/43
ก�รเคำล��อนำท�� (Motion, Mouvement)
ก�รเคำล��อนำท��ในำระนำ�บ
• เช้�งเสู่�นำห์ร�อก�รย��ยต่��แห์นำ�ง (Translation) เม��อพื่�จั�รณ์�เสู่�นำต่รงห์นำ3�งบนำวิ�ต่ถ่.เกร$งท��ม�ก�รเคำล��อนำท�� เสู่�นำต่รงนำ�'นำม�ก�รเปล��ยนำ
ต่��แห์นำ�งเป5นำแนำวิข้นำ�นำต่ลอดก�รเคำล��อนำท�� ซึ่3�งสู่�ม�รถ่แบ�งได�เป5นำสู่องล�กษณ์ะ คำ�อ แบบวิ�ถ่�โคำ�ง และ แบบวิ�ถ่�ต่รง
วิ�ถ่�ต่รง วิ�ถ่�โคำ�ง
บทท�� 1 บทนำ�� 1-10/43
ก�รเคำล��อนำท��ในำระนำ�บ (ต่�อ)
• ก�รห์ม.นำ (Rotation) เป5นำก�รเคำล��อนำท��ท��แต่�ละจั.ดบนำวิ�ต่ถ่.เกร$งเคำล��อนำท��ในำระนำ�บห์��งจั�กแกนำห์ม.นำ (อย��ก�บท��)
เป5นำระยะท�งคำงท��และต่�'งฉ�กก�บแกนำห์ม.นำ
• ก�รห์ม.นำและเปล��ยนำต่��แห์นำ�ง (Rotation and translation)เป5นำก�รเคำล��อนำท��ผสู่มระห์วิ��งก�รห์ม.นำและก�รเปล��ยนำต่��แห์นำ�ง
1
2
3
4
ก��นำต่�อ 2 : เคำล��อนำท��แบบห์ม.นำ
ก��นำต่�อ 3: เคำล��อนำท��ท� 'งห์ม.นำและเปล��ยนำต่��แห์นำ�ง
บทท�� 1 บทนำ�� 1-11/43
ก�รเคำล��อนำท�� (ต่�อ)
• ก�รเคำล��อนำท��แบบเกล�ยวิ (Helical motion, Mouvement hélicoïdal) เป5นำก�รเคำล��อนำท��ท��แต่�ละจั.ดบนำวิ�ต่ถ่.เกร$งห์ม.นำรอบแกนำท��อย��ก�บท�� และในำข้ณ์ะเด�ยวิก�นำ
ก$เปล��ยนำต่��แห์นำ�งข้3'นำลงข้นำ�นำก�บแกนำ ต่�วิอย��งเช้�นำ ก�รข้�นำสู่กร�
• ก�รเคำล��อนำท��แบบทรงกลม (Spherical Motion, Mouvement sphérique) เป5นำก�รเคำล��อนำท��แบบ 3 ม�ต่� ท��แต่�ละจั.ดบนำวิ�ต่ถ่.เกร$งเคำล��อนำท��ห์��งจั�กจั.ดอย��ก�บท��เป5นำ
ระยะท�งคำงท��
• ก�รเคำล��อนำท��ท� �วิไป (Spatial motion, Mouvement spatial) เป5นำก�รเคำล��อนำท��ท��วิ�ต่ถ่.ห์ม.นำรอบแกนำใด ๆ 3 แกนำท��ไม�ข้นำ�นำก�นำ และเปล��ยนำต่��แห์นำ�ง
ไปในำท�'ง 3 ท�ศท�งท��ไม�ข้3'นำต่�อก�นำ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-12/43
ก�รเปล��ยนำแปลงก��นำต่�อ (Inversion & Transformation)
เป5นำก�รเปล��ยนำแปลงก��นำต่�อบ�งก��นำในำกลไก ไม�วิ��จัะเปล��ยนำร�ปร��งห์ร�อล�กษณ์ะก��นำต่�อห์ร�อเปล��ยนำล�กษณ์ะก�รเคำล��อนำท��สู่�มบ�รณ์�ข้องช้�'นำสู่�วินำนำ�'นำก$ต่�ม (เช้�นำ ก�รย3ดก��นำต่�อห์นำ3�งจั�กก�รเป5นำก��นำต่�อท��เคำล��อนำท�� ) ก�รกระท��ด�งกล��วิจัะไม�ท��ให์�กลไกเปล��ยนำก�รเคำล��อนำท��สู่�มพื่�ทธ์�ระห์วิ��งก��นำต่�อ (เปล��ยนำเฉพื่�ะก�รเคำล��อนำท��สู่�มบ�รณ์�ข้องแต่�ละช้�'นำสู่�วินำเท��นำ�'นำ)
1
2
3
4
1
2
3
4
บทท�� 1 บทนำ�� 1-13/43
ก�รถ่��ยทอดก�รเคำล��อนำท�� (Transmission of motion, Transmission de mouvement)
ก�รถ่��ยทอดก�รเคำล��อนำท��จั�กช้�'นำสู่�วินำห์นำ3�งไปย�งอ�กช้�'นำสู่�วินำสู่�ม�รถ่กระท��ได� 3 วิ�ธ์� คำ�อ• (ก) ก�รสู่�มผ�สู่ก�นำโดยต่รงระห์วิ��งช้�'นำสู่�วินำท�'งสู่องช้�'นำ เช้�นำ ล�กเบ�'ยวิก�บต่�วิต่�ม
• (ข้) ก�รสู่�งผ��นำก��นำต่�อแบบแข้$งเกร$งระห์วิ��งกล�ง เช้�นำ ก��นำเห์วิ��ยงในำกลไกข้�อเห์วิ��ยง- ล�กสู่�บ (Connecting rod, Bielle)
• (คำ) ก�รสู่�งผ��นำก��นำต่�อแบบย�ดห์ย.�นำห์ร�อโซึ่� (Belt or chain, Ceinture ou chaîne)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-14/43
ต่�วิอย��งเพื่��อคำ��นำวิณ์ห์�คำ��อ�ต่ร�สู่�วินำคำวิ�มเร$วิเช้�งม.ม
กรณ์�ข้องก�รถ่��ยทอดก�รเคำล��อนำท��แบบสู่�มผ�สู่โดยต่รง
2
3
in
outอ�ต่ร�สู่�วินำคำวิ�มเร$วิเช้�งม.มคำ�อ ม�คำ��เท��ก�บอ�ต่ร�สู่�วินำกล�บข้องระยะเสู่�นำต่�'งฉ�กจั�กจั.ดศ�นำย�กล�งห์ย.ดนำ��งต่�ดก�บเสู่�นำนำอร�ม�อลร�วิมfO
eO
3
2
2
3
บทท�� 1 บทนำ�� 1-15/43
กรณ์�ข้องก�รถ่��ยทอดก�รเคำล��อนำท��แบบผ��นำก��นำต่�อระห์วิ��งกล�ง
ต่�วิอย��งเพื่��อคำ��นำวิณ์ห์�คำ��อ�ต่ร�สู่�วินำคำวิ�มเร$วิเช้�งม.ม (ต่�อ)
สู่�ม�รถ่ห์�อ�ต่ร�สู่�วินำคำวิ�มเร$วิเช้�งม.มระห์วิ��งก��นำต่�อข้�บและก��นำต่�อต่�มได� โดยล�กเสู่�นำ เช้��อมระห์วิ��งก��นำต่�อข้�บและก��นำต่�อสู่�งก��ล�ง (นำ��นำก$คำ�อแนำวิก��นำต่�อระห์วิ��งกล�งนำ��นำเอง
ห์ร�อแนำวินำอร�ม�อลร�วิม) ผ��นำแนำวิศ�นำย�กล�งข้องจั.ดอย��ก�บท��ข้องก��นำต่�อท�'งสู่องท��จั.ด K
อ�ต่ร�สู่�วินำคำวิ�มเร$วิเช้�งม.ม (ต่�ม/ข้�บ)KO
KO
4
2
2
4
1
2
3
4
KO2 O4
K3
4
2
1O2
O4
บทท�� 1 บทนำ�� 1-16/43
ระด�บคำ��คำวิ�มอ�สู่ระห์ร�อคำ��คำวิ�มเคำล��อนำไห์วิ (Number of degrees of freedom or mobility)
คำ��คำวิ�มเคำล��อนำไห์วิข้องกลไกคำ�อ คำ��คำวิ�มอ�สู่ระท��ม� ห์ร�อ อ�จัจัะจั��ก�ดคำวิ�มคำ��คำวิ�มเคำล��อนำไห์วิได�วิ��เป5นำคำ��จั��นำวินำต่�วิแปรอย��งนำ�อยท��สู่.ดท��ต่�องก�รเพื่��อท��ให์�สู่�ม�รถ่ก��ห์นำดห์ร�อทร�บต่��แห์นำ�งท��แนำ�นำอนำข้องแต่�ละก��นำต่�อในำกลไกได�
(x,y)
X
Y
(x,y)X
Y
1
2
วิ�ต่ถ่.ในำระนำ�บม�คำวิ�มอ�สู่ระ เท��ก�บ 3
ก��นำต่�อม�ต่�อก�นำเป5นำคำ��ต่�อแบบสู่ล�กท��ให์�คำวิ�มอ�สู่ระข้องระบบลดลง
บทท�� 1 บทนำ�� 1-17/43
สู่มก�รข้อง Grubler สู่��ห์ร�บห์�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก (dof)
• ระบบม�ก��นำต่�ออ�สู่ระ n ก��นำ จัะม�คำวิ�มอ�สู่ระเป5นำ 3n• เม��อนำ��ก��นำต่�อเห์ล��นำ�'นำม�ต่�อก�นำเป5นำคำ��ต่�อและเร��อย ๆ จันำเป5นำกลไก จัะเห์$นำได�วิ��เม��อก��นำต่�อสู่องต่�อก�นำเป5นำคำ��ต่�อจัะท��ให์�คำวิ�มอ�สู่ระข้องก��นำต่�อลดลง• สู่��ห์ร�บคำ��ต่�อท��ม�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระ (dof) เท��ก�บ 1 คำ�อคำ��ต่�อท��ม�ก�รเคำล��อนำท��อย��งใดอย��งห์นำ3�ง
เท��นำ�'นำ : ห์ม.นำ, ไถ่ล ห์ร�อ เปล��ยนำต่��แห์นำ�ง ด�งนำ�'นำท��ให์� dof ข้องกลไกลดลงไป 2• สู่��ห์ร�บคำ��ต่�อท��ม�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระ (dof) เท��ก�บ 2 คำ�อคำ��ต่�อท��ม�ก�รเคำล��อนำท��สู่องอย��งในำ
เวิล�เด�ยวิก�นำ (คำ��ต่�อสู่�ง) จัะท��ให์� dof ข้องกลไกลดลงไป 1 • โดยท��วิไปในำกลไกจัะม�ช้�'นำสู่�วินำ 1 ช้�'นำท��ถ่�กย3ดไวิ�ก�บท�� (dof ข้องกลไกลดลงไป 3)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-18/43
21 f2f1)3(nM
สู่มก�รข้อง Grubler
M คำ�อ คำ��คำวิ�มเคำล��อนำไห์วิ ห์ร�อ ระด�บคำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก
n คำ�อ จั��นำวินำก��นำต่�อท�'งห์มดรวิมท�'งพื่�'นำนำ��งด�วิย
f1 คำ�อ จั��นำวินำข้�อต่�อ ห์ร�อ คำ��ต่�อท��ม�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระเท��ก�บ 1 (คำ��ต่�อต่���)
f2 คำ�อ จั��นำวินำข้�อต่�อ ห์ร�อ คำ��ต่�อท��ม�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระเท��ก�บ 2 (คำ��ต่�อสู่�ง)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-19/43
ต่�วิอย��งก�รคำ��นำวิณ์ห์�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก
กลไกนำ�' n = 3, f1 = 3, f2 = 0M = 3(3-1)-2(3)-0 = 0
โคำรงสู่ร��งนำ�'เคำล��อนำท��ไม�ได� (ไม�ถ่�อวิ��เป5นำกลไก)
กลไกนำ�' n = 4, f1 = 4, f2 = 0M = 3(4-1)-2(4)-0 = 1เป5นำกลไกท��ม�แบบแผนำก�รเคำล��อนำท��ท��แนำ�นำอนำเพื่�ยง
ใสู่�แห์ล�งก�รเคำล��อนำท��ลงไป 1 แห์�ง เช้�นำก��นำต่�อ 2
กลไกนำ�' n = 4, f1 = 4, f2 = 0M = 3(4-1)-2(4)-0 = 1เป5นำกลไกท��ม�แบบแผนำก�รเคำล��อนำท��ท��แนำ�นำอนำเพื่�ยง
ใสู่�แห์ล�งก�รเคำล��อนำท��ลงไป 1 แห์�ง เช้�นำก��นำต่�อ 2
บทท�� 1 บทนำ�� 1-20/43
ต่�วิอย��งก�รคำ��นำวิณ์ห์�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก (ต่�อ)
กลไกนำ�' n = 5, f1 = 5, f2 = 0M = 3(5-1)-2(5)-0 = 2เป5นำกลไกท��ม�แบบแผนำก�รเคำล��อนำท��ท��แนำ�นำอนำเม��อ
ใสู่�แห์ล�งก�รเคำล��อนำท��ลงไป 2 แห์�ง
กลไกนำ�' n = 4, f1 = 5, f2 = 0M = 3(4-1)-2(5)-0 = -1ห์ม�ยคำวิ�มวิ��ไม�สู่�ม�รถ่เคำล��อนำท��ได�
กลไกนำ�' n = 3, f1 = 2, f2 = 1M = 3(3-1)-2(2)-0 = 1เป5นำกลไกท��ม�แบบแผนำก�รเคำล��อนำท��ท��แนำ�นำอนำเพื่�ยง
ใสู่�แห์ล�งก�รเคำล��อนำท��ลงไป 1 แห์�ง
บทท�� 1 บทนำ�� 1-21/43
สู่ร.ปคำวิ�มห์ม�ยข้องคำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก
ข้�อยกเวิ�นำ สู่มก�รข้อง Grubler จัะต่�องระวิ�งในำกรณ์�ท��ใช้�คำ��นำวิณ์ห์�คำ��คำวิ�มอ�สู่ระข้องกลไก
ท��ม�ก��นำต่�อวิ�งต่�วิข้นำ�นำก�นำ ห์ร�อ ม�ก��นำต่�อเก�นำคำวิ�มจั��เป5นำ คำ�� M ท��ได�จั�กก�รคำ��นำวิณ์ ม�คำวิ�มผ�ดพื่ล�ด เช้�นำ
n = 5, f1 = 6, f2 = 0 ด�งนำ�'นำ M = 0ซึ่3�งในำคำวิ�มเป5นำจัร�งแล�วิกลไกด�งกล��วิเคำล��อนำท��ได�
M 1 : กลไกม�คำวิ�มอ�สู่ระเท��ก�บ M ห์�กต่�องก�รก�รเคำล��อนำท��ท��ม�แบบแผนำท��แนำ�นำอนำ ต่�องใสู่�แห์ล�งสู่�งก�รเคำล��อนำท��ห์ร�อต่�วิแปรเป5นำจั��นำวินำ M แห์�งM = 0 : เป5นำโคำรงสู่ร��งท��เคำล��อนำท��ไม�ได�M -1 : เป5นำโคำรงสู่ร��งท��ไม�สู่�ม�รถ่คำ��นำวิณ์ท�งสู่ถ่�ต่ยศ�สู่ต่ร�ได�
บทท�� 1 บทนำ�� 1-22/43
กลไก 4 ก��นำต่�อ
ก�รวิ�เคำร�ะห์�ต่��แห์นำ�ง กลไก 4 ก��นำต่�อเป5นำกลไกพื่�'นำฐ�นำ และเป5นำกลไกท��ง��ยท��สู่.ดและถ่�กใช้�อย��งแพื่ร�ห์ล�ย
ม�สู่�วินำประกอบด�งนำ�'คำ�อ• ก��นำต่�อท��ถ่�กย3ดไวิ�ก�บท�� เร�ยกวิ�� พื่�'นำนำ��ง (Frame, Cadre)• ก��นำต่�อท��อย��ต่รงข้��มก�บก��นำต่�อท��ถ่�กย3ดต่�ดไวิ�ก�บท�� เร�ยกวิ�� ก��นำต่�อลอย (Coupler)• ก��นำต่�อท��อย��ต่�ดก�บพื่�'นำห์ร�อต่�อเข้��ก�บพื่�'นำนำ��ง เร�ยกวิ�� ก��นำต่�อข้��ง (Side link) ถ่��ก��นำต่�อข้��งสู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�รอบคำรบ 360° เร�จัะเร�ยกวิ�� ข้�อเห์วิ��ยง (Crank, Bielle) ถ่��ก��นำต่�อข้��งไม�สู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�รอบ 360° เร�จัะเร�ยกวิ�� ก��นำแกวิ�ง (Rocker)
1
2
3
4 กลไก 4 ก��นำต่�อ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-23/43
ช้��อท��ใช้�เร�ยกกลไก 4 ก��นำต่�อ
1. แบบข้�อเห์วิ��ยง- ก��นำแกวิ�ง (Crank rocker) เป5นำกรณ์�ท��ก��นำต่�อข้��งก��นำใดก��นำห์นำ3�ง ห์ม.นำได�คำรบรอบ 360° (โดยท��วิไปจัะเป5นำก��นำข้�บ) และอ�กก��นำต่�อห์นำ3�งแกวิ�งกล�บไป กล�บม�
2. แบบสู่องก��นำแกวิ�ง (Double rocker) เป5นำกรณ์�ท��ไม�ม�ก��นำต่�อใดเลยในำกลไกท�� สู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�คำรบรอบ 360°
3. แบบสู่องข้�อเห์วิ��ยง (Double crank or drag link) เป5นำกรณ์�ท��ก��นำต่�อข้��งท�'งสู่อง สู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�คำรบรอบ 360°
บทท�� 1 บทนำ�� 1-24/43
โดยท�� l คำ�อ คำวิ�มย�วิข้องก��นำต่�อท��ย�วิท��สู่.ด s คำ�อ คำวิ�มย�วิข้องก��นำต่�อท��สู่� 'นำท��สู่.ดp และ q คำ�อคำวิ�มย�วิก��นำต่�อท��เห์ล�อ ห์ร�อป�นำกล�ง
กลไกข้อง Grashof จัะต่�องม�ก��นำต่�อข้��งอย��งนำ�อย 1 ก��นำต่�อท��สู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�รอบ360°
ถ่��ก��นำต่�อข้��งเป5นำก��นำต่�อท��สู่� 'นำท��สู่.ด จัะเป5นำกลไกแบบข้�อเห์วิ��ยง-ก��นำแกวิ�ง ถ่��ก��นำต่�ออย��นำ��งเป5นำก��นำต่�อท��สู่� 'นำท��สู่.ด เร�จัะได�กลไกแบบสู่องข้�อเห์วิ��ยง
qpsl
กลไกข้อง Grashof กฎข้อง Grashof ม�ไวิ�เพื่��อพื่�จั�รณ์�กลไก 4 ก��นำต่�อวิ��เป5นำกลไกประเภทใดในำ 3 แบบ
ท��กล��วิม�แล�วิข้��งต่�นำ โดยพื่�จั�รณ์�จั�กสู่มก�ร
บทท�� 1 บทนำ�� 1-25/43
O2
1
2
3
O4
4AZ
2
3
4
ม.มสู่�งก��ล�งคำ�อม.มระห์วิ��งก��นำลอย 3 และก��นำต่�อต่�ม ห์ร�อ ก��นำต่�อ 4 (output link) ห์ร�อ ม.มระห์วิ��งท�ศท�งคำวิ�มเร$วิท��ข้�อต่�อ B เท�ยบก�บจั.ด A ก�บท�ศท�งคำวิ�มเร$วิท��ข้�อต่�อ B ข้อง
ข้�อต่�อ 3 (Deviation angle, Angle déviatorique)
ม.มสู่�งก��ล�ง (Transmission angle, Angle de transmission)
เป5นำต่�วิบ�งช้�'คำ.ณ์ภ�พื่ สู่มรรถ่ภ�พื่ข้องกลไก โดยเฉพื่�ะในำกลไก 4 ก��นำต่�อ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-26/43
ม.มสู่�งก��ล�ง (ต่�อ)
ม.มสู่�งก��ล�งท��ด�ท��สู่.ดคำ�อ 90° และม.มท��แย�ท��สู่.ดคำ�อ 0° สู่��ห์ร�บก�รออกแบบม.มสู่�งก��ล�ง ท��ยอมร�บได� 13545
ก�รคำ��นำวิณ์ห์�คำ��ม.มสู่�งก��ล�งห์�ได�จั�กกฎข้อง Cosine (Cosinus) ข้องสู่�มเห์ล��ยมAO2O4 และ ABO4 ด�งนำ�'
22122
21
2 cos2 rrrrZ cos2 4324
23
2 rrrrZ
43
22124
23
22
211
2
cos2cos
rr
rrrrrr
ห์ร�อ
43
24
23
21
2cos
rr
rrZ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-27/43
ม.มสู่�งก��ล�งม�กท��สู่.ดและนำ�อยท��สู่.ดเก�ดข้�'นำเม��อก��นำต่�อ 2 ห์ม.นำม�อย��ในำต่��แห์นำ�งในำแนำวิ เด�ยวิก�บจั.ดห์ย.ดนำ��งข้องก��นำสู่�งก��ล�ง 4
ม.มสู่�งก��ล�ง (ต่�อ)
min
max เก�ดข้�'นำเม��อ Zmax ซึ่3�ง Zmax = r1 + r2
เก�ดข้�'นำเม��อ Zmin ซึ่3�ง Zmin = r1 - r2
กรณ์�เก�ด maxmin กรณ์�เก�ด
บทท�� 1 บทนำ�� 1-28/43
ม.มก��ล�งออก )( 4
โดยห์ล�กก�รข้องกฎ Cosine และเข้�ยนำให์�อย��ในำร�ปข้อง2
1804
4
23
24
21
2cos
Zr
rrZ
1
22
21
21
2cos
Zr
rrZซึ่3�ง และ
ข้�อคำวิรระวิ�ง และอ�จัจัะม�คำ��ต่�ดลบก$ได�ด�งต่�วิอย��งข้��งล��งนำ�'
2 4
3
บทท�� 1 บทนำ�� 1-29/43
1
23
4
กลไกข้�อเห์วิ��ยง- ต่�วิเล��อนำไถ่ล (Slider-Crank, Bielle-Manivelle)
เป5นำกลไกท��ม�ประโยช้นำ�และถ่�กใช้�ง�นำอย��งกวิ��งข้วิ�งม�กท��สู่.ดในำเคำร��องยนำต่�สู่�นำด�ปภ�ยในำ คำวิ�มด�นำจัะถ่�กถ่��ยทอดผ��นำก��นำต่�อกล�ง (Connecting rod) ไปย�งข้�อเห์วิ��ยง นำอกจั�กนำ�'กลไกนำ�'ย�งถ่�กนำ��ไปใช้�ในำเคำร��องอ�ดอ�ก�ศ (Air compressor) ซึ่3�งต่�วิสู่�งก��ล�งจัะเป5นำข้�อเห์วิ��ยงท��ม�จั�กมอเต่อร�ไฟืฟื>�
ก��นำต่�อ 1 คำ�อ พื่�'นำนำ��ง (Frame)ก��นำต่�อ 2 คำ�อ ข้�อเห์วิ��ยง (Crank)ก��นำต่�อ 3 คำ�อ ก��นำต่�อกล�ง (Connecting rod)ก��นำต่�อ 4 คำ�อ ล�กสู่�บ (Slider, Piston)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-30/43
กลไกข้�อเห์วิ��ยง-ต่�วิเล��อนำไถ่ล (ต่�อ)
สู่��งท��จั��เป5นำท��ต่�องคำ��นำวิณ์ คำ�อ ระยะช้�วิงช้�ก ก�รข้จั�ด คำวิ�มเร$วิและคำวิ�มเร�งข้องล�กสู่�บ ณ์ ต่��แห์นำ�งใด ๆ
sinsin RL
x
R L
ระยะช้�วิงช้�ก คำ�อ ระยะเคำล��อนำท��ออกสู่.ด - เข้��สู่.ด= R + L - (L - R)= 2R
ออกสู่.ด เข้��สู่.ด
R LR
L
บทท�� 1 บทนำ�� 1-31/43
สู่มก�รก�รเคำล��อนำท�� ณ์ ต่��แห์นำ�งใด ๆ เท�ยบก�บต่��แห์นำ�งออกสู่.ด coscos LRLRx
22
sin2
)cos1(
)cos1()cos1(
L
RR
LR
โดยท��วิไป จัะเป5นำคำ��ท��ทร�บจั�กคำวิ�มเร$วิเช้�งม.มซึ่3�งโดยปกต่� จัะม�คำ��คำงท�� และเร�จัะได�
t
ข้องข้�อเห์วิ��ยง
ด�งนำ�'นำ
)2cos(cos
)2sin(2
sin
)(sin2
)cos1(
22
2
22
L
RR
dt
dv
dt
xda
L
RR
dt
dxv
tL
RtRx
บทท�� 1 บทนำ�� 1-32/43
กลไก Scotch Yoke
เป5นำกลไกประเภทห์นำ3�งท��สู่ร��งก�รเคำล��อนำท��แบบฮ�ร�โมนำ�คำ (Hamonic, Harmonique) อย��งง��ย ป@จัจั.บ�นำกลไกนำ�'ถ่�กใช้�ในำเคำร��องทดสู่อบท�งด��นำก�รสู่��นำสู่ะเท�อนำ
x
yrP
x
rrrr
rrrr
r
rrr
rtrdt
dv
dt
xda
rtrdt
dxv
rx
trrx
cos)cos(
sin)sin(
)cos1(
;cos
222
2
สู่มก�รก�รเคำล��อนำท��ข้องก��นำต่�อได�จั�กจั.ดฉ�ยข้องจั.ด P ลงบนำแกนำ x ห์ร�อ แกนำ y ด�งนำ�'
บทท�� 1 บทนำ�� 1-33/43
กลไกเคำล��อนำกล�บเร$วิ
เป5นำกลไกท��ม�กจัะใช้�ในำเคำร��องจั�กรประเภทต่�ดห์ร�อไสู่ ซึ่3�งในำช้�วิงจั�งห์วิะช้�กเพื่��อต่�ดช้�'นำง�นำจัะเคำล��อนำท��ช้�� และในำจั�งห์วิะช้�กกล�บซึ่3�งไม�ต่�องก�รก��ล�งจั3งเคำล��อนำท��กล�บเร$วิ โดยข้�อเห์วิ��ยงข้�บเคำล��อนำท��ด�วิยคำวิ�มเร$วิเช้�งม.มคำงท��
สู่��งสู่��คำ�ญสู่��ห์ร�บกลไกนำ�' คำ�อ อ�ต่ร�สู่�วินำเวิล� (Time ratio, Taux de temps)
ต่�วิอย��งข้องกลไกแบบกล�บเร$วิ• สู่องข้�อเห์วิ��ยงปร�บปร.ง (Drag link)• วิ�ทเวิอทร� (Whitworth)• แคำ�งช้�เปอร� (Crank Shaper)• ข้�อเห์วิ��ยง- ต่�วิไถ่ลแบบเย�'ยงศ�นำย� (Offset Slider Crank)
อ�ต่ร�สู่�วินำเวิล� คำ�อ อ�ต่ร�สู่�วินำข้องม.มข้�อเห์วิ��ยงในำจั�งห์วิะต่�ดช้�'นำง�นำก�บจั�งห์วิะข้�กล�บ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-34/43
กลไกสู่องข้�อเห์วิ��ยงปร�บปร.ง (Drag link)
ถ่�กพื่�ฒนำ�จั�กกลไก 4 ก��นำต่�อ ข้�อเห์วิ��ยง 2 ห์ม.นำด�วิยคำวิ�มเร$วิเช้�งม.มคำงท�� ก��นำต่�อ 4 ห์ม.นำ ด�วิยคำวิ�มเร$วิไม�คำงท�� (nonuniform) ล�กสู่�บ 6 เคำล��อนำท��ด�วิยคำวิ�มเร$วิเก�อบจัะคำงท��ต่ลอดก�ร
เคำล��อนำท��ในำจั�งห์วิะช้�กออก และเคำล��อนำท��กล�บเร$วิในำจั�งห์วิะช้�กกล�บ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-35/43
กลไกวิ�ทเวิอร�ธ์ (Whitworth)
เป5นำกลไกแบบข้�อเห์วิ��ยง-ต่�วิเล��อนำท��เปล��ยนำแปลงล�กษณ์ะก�รเคำล��อนำท��จั�กข้�อเห์วิ��ยงเป5นำ พื่�'นำนำ��ง (Inversion) ซึ่3�งก��นำต่�อ 2 และ 4 สู่�ม�รถ่ห์ม.นำได�รอบคำรบ 360°
บทท�� 1 บทนำ�� 1-36/43
กลไกแคำ�งช้�เปอร� (Crank Shaper)
เป5นำกลไกแบบข้�อเห์วิ��ยง-ต่�วิเล��อนำอ�กประเภทห์นำ3�งท��ท��ก�รเปล��ยนำแปลงก�รเคำล��อนำท��จั�ก ก��นำต่�อกล�ง (Connecting rod) เป5นำก��นำต่�อท��ถ่�กย3ดต่ร3งอย��ก�บท�� ซึ่3�งก��นำต่�อ 2 สู่�ม�รถ่
เคำล��อนำท��ได�คำรบรอบ สู่�วินำก��นำต่�อ 4 เคำล��อนำท��กล�บไปกล�บม�
บทท�� 1 บทนำ�� 1-37/43
กลไกข้�อเห์วิ��ยง- ต่�วิไถ่ลแบบเย�'องศ�นำย� (Offset Slider Crank)
เป5นำกลไกอ�กประเภทห์นำ3�งท��ให์�ก�รเคำล��อนำท��แบบกล�บเร$วิ แต่�คำ��อ�ต่ร�สู่�วินำเวิล�จัะม�คำ�� ใกล�เคำ�ยงก�บ 1 ม�ก กลไกประเภทนำ�'จัะใช้�เฉพื่�ะกรณ์�ท��พื่�'นำท��ก�รใช้�ง�นำม�อย��งจั��ก�ดและ
ต่�องก�รกลไกอย��งง��ย ระยะช้�วิงช้�กข้องกลไกนำ�'จัะม�คำ��ม�กกวิ�� 2R
บทท�� 1 บทนำ�� 1-38/43
กลไกข้�อศอกต่��นำท�นำ (Toggle mechanisme)
เป5นำกลไกท��ใช้�ก�นำม�กในำกรณ์�ท��ต่�องก�รก��ล�งต่��นำท�นำก��ล�งภ�ยนำอกอย��งม�กด�วิยแรงข้�บ นำ�อย ๆ กลไกนำ�'ม�กจัะใช้�ในำเคำร��องบดห์�นำ และ สู่�ม�รถ่ใช้�ได�ด�พื่อ ๆ ก�นำท�'งในำเช้�ง
สู่ถ่�ต่ยศ�สู่ต่ร�และพื่ลศ�สู่ต่ร�
แรงท��ต่�องก�รเพื่��อต่��นำแรงภ�ยนำอก Pห์�ได�จั�กสู่มก�ร
tan2P
F
บทท�� 1 บทนำ�� 1-39/43
กลไกเคำล��อนำท��ไม�ต่�อเนำ��อง (Intermittent-Motion mechanisme)
บ�อยคำร�'งท��จั��เป5นำต่�องเปล��ยนำแปลงก�รเคำล��อนำท��แบบต่�อเนำ��องเป5นำก�รเคำล��อนำท��แบบเด�นำ ๆ ห์ย.ด ๆ ซึ่3�งสู่�ม�รถ่กระท��ได�โดยใช้�กลไกด�งต่�อไปนำ�'
• ล�อเจันำ�วิ� (Geneva Wheel)
• เฟื)องเคำล��อนำท��ท�งเด�ยวิ (Ratchet Mechanisme)
• เฟื)องฟื@นำห์นำ� (Intermittent Gearing)
• กลไกกระเด�อง (Escapement)
บทท�� 1 บทนำ�� 1-40/43
ล�อเจันำ�วิ� (Geneva Wheel)
เป5นำกลไกห์นำ3�งท��ใช้�ก�นำม�กสู่��ห์ร�บสู่ร��งก�รเคำล��อนำท��แบบเด�นำ ๆ ห์ย.ด ๆ ท��ม�แรงกระแทก(Shock, Choc) ท��ต่���
ล�อจั�นำกลม 1 ห์ม.นำอย��งต่�อเนำ��อง และ ม�ห์ม.ดท��วิ��งในำร�อง เพื่��อข้�บก��นำต่�อ 2 ในำท��นำ�' ก��นำต่�อ 2 จัะห์ม.นำเพื่�ยง 1/4 รอบ
ต่�อก�รห์ม.นำคำรบรอบข้องล�อกลม ร�องข้องก��นำต่�อ 2 นำ�'นำ จัะต่�องท��ม.มเทนำเจันำต่� (90° ก�บจั.ดศ�นำย�กล�งก�รห์ม.นำ)
ก�บแนำวิก�รเคำล��อนำท��ข้องจั.ด P เพื่��อลดก�รกระแทก
บทท�� 1 บทนำ�� 1-41/43
เฟื)องเคำล��อนำท��ท�งเด�ยวิ (Ratchet Mechanisme)
เป5นำกลไกท��ใช้�สู่��ห์ร�บสู่ร��งก�รเคำล��อนำท��วิงกลมแบบไม�ต่�อเนำ��องจั�กช้�'นำสู่�วินำท��เคำล��อนำท��กล�บไป-กล�บม�
ล�อ 4 ให์�ก�รเคำล��อนำท��เช้�งม.มแบบไม�ต่�อเนำ��อง จั�กแข้นำ 2 และเฟื)องสู่ปร�ง (Pawl) 3 เฟื)อง
สู่ปร�งต่�วิท�� 2 ( ก��นำต่�อ 5) ท��ห์นำ��ท��ป>องก�นำ ก��นำต่�อ 4 เคำล��อนำท��กล�บท�ศท�งในำจั�งห์วิะท�� ก��นำต่�อ 2 เต่ร�ยมก�รเคำล��อนำท��คำร�'งต่�อไป
บทท�� 1 บทนำ�� 1-42/43
เฟื)องฟื@นำห์นำ� (Intermittent Gearing)
กลไกประเภทนำ�'ม�กจัะใช้�ในำกรณ์�ท��ภ�ระง�นำไม�ม�กนำ�ก และ ก�รกระแทกข้องกลไกเป5นำสู่��งสู่��คำ�ญรองลงม�
ต่�วิล�อข้�บจัะประกอบด�วิยฟื@นำเพื่�ยงห์นำ3�งเด�ยวิและเฟื)องต่�มจัะประกอบด�วิยจั��นำวินำฟื@นำท��
ต่�องก�รให์�ห์ม.นำก��องศ� (360°/จั��นำวินำฟื@นำ)ต่�อก�รห์ม.นำข้องเฟื)องข้�บห์นำ3�งรอบ
บทท�� 1 บทนำ�� 1-43/43
กลไกกระเด�อง (Escapement)
กลไกประเภทนำ�'เป5นำห์นำ3�งในำกลไกท��ประกอบด�วิยล�อฟื@นำเฟื)องท��รองร�บแรงบ�ด และเป5นำต่�วิ ให์�ก�รห์ม.นำเป5นำจั�งห์วิะ ๆ โดยใช้�ห์ล�กก�รข้องล�กต่.�มถ่�วิง (Pendulum) ด�วิยห์ล�กก�รด�งกล��วิ
กลไกประเภทนำ�'จัะใช้�ในำคำร��องม�อท��เก��ยวิก�บเวิล� เช้�นำ นำ�ฬิ�ก� ก�รใช้�ง�นำอ�กประเภทข้อง กลไกประเภทนำ�'คำ�อในำเคำร��องม�อ Governor เพื่��อคำวิบคำ.มก�รข้จั�ด แรงบ�ดและคำวิ�มเร$วิ