ชิ้นต่อโยง การต่อโยง และชิ้นต่อโยง4ชิ้น

บทที่ 2 1

ช้ินตอ่ โยง การตอ่ โยง และกลไกตอ่ โยง 4 ชน้ิ

ชิน้ ต่อโยงและการตอ่ โยง

ช้ินตอ่ โยง (Link) คือ วัตถุเกร็ง (Rigid Body) ท่ปี ระกอบด้วย แขนตอ่ โยง (Pairing Elements) ตงั้ แตส่ องชิน้ ข้ึนไป
นํามาต่อเขา้ ด้วยกนั ดังรปู ท่ี 2.1 วัตถุประสงค์เพ่ือใช้ในการส่งผา่ นแรงหรือการเคลอ่ื นทีโ่ ดยทวั่ ไปช้นิ ต่อโยงสามารถ
ต่อเขา้ กบั ปลายของช้นิ ต่อโยงอื่นอกี ได้ต้ังแต่ 2 ช้ินขนึ้ ไป

เมื่อชิน้ ตอ่ โยงแตล่ ะชน้ิ ถกู นํามาต่อเข้าด้วยกัน จะเกดิ เป็นระบบรวมขึ้นเรยี กวา่ การต่อโยง
จลนศาสตร์ (Kinematic Chain) ซ่ึงแบง่ ออกเปน็ 3 ประเภท

การต่อโยง จลนศาสตร์ (Kinematic Chain)
1. การตอ่ โยงแบบยดึ อย่กู บั ท่ี (Locked Chain)

ชนิ้ ต่อโยง 2 และชิ้นตอ่ โยง 3 ถกู ยดึ เข้ากบั ช้นิ ต่อโยง 1 ทต่ี รึงอยกู่ บั ที่ ดงั นน้ั การตอ่ โยงแบบนี้จะไมม่ ี
การเคลอ่ื นทขี่ องชนิ้ ตอ่ โยงตา่ ง ๆ เลย เรียกการต่อโยงลักษณะนี้วา่ เปน็ โครงสรา้ ง (Structure)

การตอ่ โยงแบบยดึ อยู่กับที่

การต่อโยง จลนศาสตร์ (Kinematic Chain)
2. การต่อโยงแบบไม่บังคบั การเคลื่อนที่ (Unconstrained Chain)

กลไกประกอบด้วย ชนิ้ ต่อโยงทั้งหมด 5 ช้ิน ชนิ้ ต่อโยง 2 และชนิ้ ตอ่ โยง 5 ตอ่ อยกู่ บั ชิ้นตอ่ โยง 1 ซ่งึ
ตรงึ อยกู่ บั ที่ ถา้ ใสแ่ รงเข้าไปทชี่ นิ้ ตอ่ โยง 2, 3, 4 หรอื 5 ระบบจะเคลอื่ นที่โดย ไม่สามารถจะกําหนด
ทศิ ทางทแ่ี น่นอนได้

การต่อโยงแบบไมบ่ งั คับการเคล่ือนท่ี

การตอ่ โยง จลนศาสตร์ (Kinematic Chain)
3. การต่อโยงแบบบังคับการเคลอ่ื นที่ (Constrained Chain)

การต่อโยงของช้ินต่อโยงเขา้ ด้วยกันแบบนี้ การเคลอื่ นทขี่ องชน้ิ ต่อโยงแตล่ ะชิ้นจะไมเ่ ปน็ อสิ ระ แต่จะ
ถกู บังคับโดยการเคลอื่ นทข่ี องชน้ิ ต่อโยงช้นิ อน่ื ๆ ดังน้ัน การเคล่ือนท่สี มั พันธ์ระหวา่ งชิ้นตอ่ โยง จะ
เหมอื นเดมิ เสมอ ไมว่ า่ กลไกนน้ั จะเคล่ือนท่ีผา่ นไปกี่รอบก็ตาม

การต่อโยงแบบบงั คบั การเคลอื่ นท่ี

การตอ่ โยง จลนศาสตร์ (Kinematic Chain)

จากการต่อโยงท้งั 3 แบบดังทไ่ี ดก้ ล่าวมา เกิดข้อสรุปได้ดังนี้

- ถา้ ต่อชิน้ ต่อโยงนอ้ ยกวา่ 4 ชนิ้ ลงไป การเคลอ่ื นที่จะเกดิ ข้ึนไมไ่ ด้ เพราะเปน็ การต่อโยงแบบ ยึด
อยกู่ ับท่ี เกดิ เป็นโครงสรา้ งขึน้ มาแทน

- ถ้าตอ่ ชิน้ ต่อโยงมากกว่า 4 ชน้ิ ข้ึนไป จะมผี ลทาํ ให้ยากตอ่ การควบคมุ หรือกาํ หนดทศิ ทาง การ
เคลือ่ นทที่ ี่แนน่ อนของแต่ละช้นิ ต่อโยง

- ชิน้ ตอ่ โยงทม่ี ีจาํ นวน 4 ช้นิ สามารถทราบและกาํ หนดทิศทางท่แี นน่ อนได้ จงึ นาํ มาใช้ ประโยชน์
ในการทําช้ินสว่ นในการส่งถา่ ยกาํ ลงั ได้

กลไกต่อโยง 4 ช้ิน (Four - Bar Linkages)

ลักษณะของกลไกต่อโยง 4 ช้ิน จะประกอบไปด้วย ช้ินตอ่ โยงจํานวน 4 ชิน้ ดังรูป ซ่งึ อธิบาย
หนา้ ทข่ี องชิน้ ต่อโยง

ชิน้ ตอ่ โยง 1 เป็นช้นิ ต่อโยงทต่ี ้องยึดอย่กู บั ท่ี (Ground of Frame)
ชนิ้ ต่อโยง 2เปน็ ไดท้ ้งั ตวั ขับและตัวตาม
ชิ้นตอ่ โยง 3 เป็นตวั ส่งผ่านการเคลอ่ื นท่ีจากชน้ิ ตอ่ โยง 2 และชิน้ ต่อโยง 4
ชน้ิ ต่อโยง 4 เป็นไดท้ ั้งตัวขบั และตัวตาม

กลไกตอ่ โยง 4 ช้นิ (Four - Bar Linkages)

ก. หน้าทข่ี องช้นิ ตอ่ โยง ข. การทํางานของชน้ิ ตอ่ โยง 4 ช้นิ

กลไกตอ่ โยง 4 ช้ิน (Four - Bar Linkages)

ตวั อย่างการใช้หลกั การของกลไกตอ่ โยง 4 ช้ิน

ระบบบงั คบั เลย้ี วของรถยนต์ หรือระบบปัด นํา้ ฝนของรถยนต์

จดุ ตาย (Dead Point)

จดุ ตายเป็นอาการหนึ่งของกลไกต่อโยงท่ีมกี ารเคลือ่ นท่ี แล้วเกิดอาการตดิ ขดั ในระหวา่ งช้นิ ตอ่ โยง
ท่ีจะหมนุ นัน้ ๆ ขณะทํางานอยู่
1. การเกิดจดุ ตาย
- พิจารณาจากรปู กรณีชน้ิ ตอ่ โยง 2 ทเ่ี ปน็ ตัวขับและหมนุ ได้รอบจะไม่เกดิ อาการ ติดขัด (Linkage
Locking)

กลไกตอ่ โยง 4 ชิ้นทไ่ี ม่ติดขดั

จดุ ตาย (Dead Point)

ถ้าชิ้นต่อโยง 2 เคลื่อนทก่ี ลบั ไปกลับมา อาจเกดิ อาการตดิ ขดั ทีเ่ รยี กว่า จุดตาย สังเกตดจู ะพบวา่ ตําแหนง่ ท่เี กดิ จุดตาย
เปน็ ตาํ แหน่งปลายสุด ซ่ึงเกดิ ข้ึนเมอื่ แนวส่ง ผา่ นการเคลือ่ นทีอ่ ยู่ในแนวเดียวกบั ช้นิ ตอ่ โยง 4 ซง่ึ เปน็ ตวั ตาม

กลไกตอ่ โยง 4 ชนิ้ ท่ไี ม่ตดิ ขัด

จดุ ตาย (Dead Point)

2. การแกไ้ ขการเกิดจดุ ตาย

การเกิดจุดตายสามารถแกไ้ ขได้โดยวธิ ีตา่ ง ๆ ดังนี้

2.1 ใช้ลอ้ ชว่ ยแรง (Flywheel) ช่วยใหก้ ลไกเคล่ือนทผ่ี ่านจุดตายไปได้

2.2 ทาํ ให้มุมส่งถา่ ยกาํ ลัง (Transmission Angle) ดงั รูป 2.10 ซง่ึ เป็นมุมระหว่างชิน้ ต่อโยง 3 (ตัวสง่ กําลงั ) และ

ชิน้ ตอ่ โยง 4 (ตัวตาม) มคี ่าระหวา่ ง 40 – 140 ดงั รูป

- คา่ มุม ′ไมค่ วรตํา่ กวา่ 40° - ค่ามมุ " ไม่ควรต่ํากวา่ 140°

ลกั ษณะการเคลอ่ื นที่ของชนิ้ ตอ่ โยง

ลักษณะการเคลือ่ นทข่ี องชิน้ ตอ่ โยง ในกลไกตอ่ โยง 4 ช้ิน แบง่ ออกไดเ้ ป็น 3 แบบ

1. แบบแคร้งร็อกเกอร์ (Crank Rocker)
2. แบบดบั เบลิ้ แครง้ (Double Crank)
3. แบบดบั เบ้ิลรอ็ คเกอร์ (Double Rocker)

ลักษณะการเคลอ่ื นท่ีของชนิ้ ต่อโยง

1. แบบแครง้ ร็อกเกอร์ (Crank Rocker)
โดยท่ีตวั ขับหมุนไดร้ อบช้ินตอ่ โยง 2 แล้วทาํ ให้ตวั ตามช้นิ ตอ่ โยง 4 เคล่อื นท่ี กลบั ไปกลบั มา

ลักษณะการเคลือ่ นทขี่ องชน้ิ ตอ่ โยง

2. แบบดบั เบ้ิลแครง้ (Double Crank)
กลไกแบบน้ี ตวั ขบั และตวั ตามจะหมุนไดร้ อบตัว (ช้นิ ตอ่ โยง 2 ขบั และชิ้นตอ่ โยง 4 ตาม) มี 2ลกั ษณะ

ลักษณะการเคลือ่ นทีข่ องช้ินตอ่ โยง

2. แบบดับเบลิ้ แคร้ง (Double Crank)

การตอ่ โยงและกลไกต่อโยง 4 ข้ึน กลไกต่อโยง 4 ช้นิ แบบดับเบ้ิลแคร้งในลกั ษณะท่ี 2 มขี ้อกําหนดดังน้ี
1. ชนิ้ ต่อโยง 2 หมุนด้วยความเรว็ เชงิ มมุ คงท่ี ( = C)
2. ชิน้ ตอ่ โยง 4 หมนุ ด้วยความเรว็ เชิงมมุ ไม่คงที่ ( ≠ C)
ลกั ษณะที่ 2 มคี วามสมั พนั ธ์ระหวา่ งความยาวของชิน้ ต่อโยง 4 เปน็ ดังนี้

ลักษณะการเคล่อื นท่ีของช้ินต่อโยง

3. แบบดบั เบล้ิ ร็อคเกอร์ (Double Rocker)
กลไกนี้ ตัวขับชิ้นต่อโยง 2 และตัวตามชนิ้ ต่อโยง 4 เคล่อื นที่กลบั ไปกลบั มา ซึ่งมี 2 ลักษณะ

ลักษณะการเคลื่อนที่ของช้นิ ต่อโยง

จากท้งั สามประเภทของการเคล่ือนท่ขี องชิน้ ต่อโยงท่ีไดก้ ล่าวมานั้น พบวา่ ขนาดความยาว
ของ ช้นิ ตอ่ โยงมอี ิทธิพลต่อการเคลอื่ นทีข่ องชน้ิ ต่อโยงแต่ละชน้ิ ดังน้ัน กราชอฟ (Grashoff) จงึ ได้
ตัง้ กฏท่ี เกี่ยวข้องกบั เร่อื งของขนาดชน้ิ ตอ่ โยงทมี่ ีผลต่อการเคลอื่ นท่ี ดงั จะได้กล่าวตอ่ ไป
กฎของกราชอฟ (Grashoff's Law)

กําหนดให้ ชนิ้ ตอ่ โยง A ขนาดส้นั ทสี่ ดุ ชนิ้ ตอ่ โยง AB ขนาดยาวทีส่ ุด

ลักษณะการเคลอื่ นท่ขี องชนิ้ ตอ่ โยง

ไดข้ อ้ กําหนดและเงือ่ นไขของการเคลอ่ื นท่ี ดังน้ี
1. ถา้ ความยาว A + AB > + B จะเปน็ Double Rocker
2. ถา้ ความยาว A + AB ≤ + B แบบของการเคล่ือนทจ่ี ะขึน้ อย่กู บั ลกั ษณะการ
ตอ่ ของชน้ิ ตอ่ โยงชิน้ ทส่ี นั้ ทีส่ ุดวา่ ต่อแบบใด
- ตอ่ ตรึงกบั พืน้ ข้างหนึง่ จะเป็น Crank Rocker
- ตอ่ ตรึงกบั พืน้ ทง้ั สองขา้ ง จะเป็น Double Crank
- ไม่มีการต่อกบั พนื้ เลย จะเปน็ Double Rocker

การหาความเร็วเฉลี่ยของกลไกต่อโยง 4 ชน้ิ

โดยการคาํ นวณ

การหาความเรว็ เฉล่ยี ของกลไกตอ่ โยง 4 ชน้ิ

โดยการคํานวณการหาความเร็ว

การหาความเรว็ เฉลี่ยของกลไกต่อโยง 4 ชน้ิ