บทที่ 2 linkages and mechanisms

08/07/57

1

525305 กลศาสตรเครองจกรกล กระว ตรอานรรค

2. Linkages & Mechanisms

2.1 Position analysis of the four-bar linkage

- link 1 คอ frame หรอฐานเครอง- link 2 คอตวขบ (driver) ซงอาจหมนรอบ หรอ วงไป-กลบ (oscillate) กได- link 3 เปนตวถายทอดการเคลอนทส link 4- Link 4 คอตวถกขบ (out put) ในทนคอขอเหวยง (crank) ซงไมวา link 2 จะเคลอนทยงไง link 4 กไมสามารถหมนรอบได ไดแค oscillate

- อาจเกด dead points ไดเมอ แรงทสงมาจากตวขบอยในแนวเสนตรงกบ ตวถกขบ (ดงเสนประ)- แกดวยการใส ลอชวยแรง (fly wheel) ทตวถกขบ



- เพอดเงอนไขการเกด dead points ใน four-bar linkage เรามาวเคราะหมมกน

08/07/57

2



- หากความยาวของ link ตางๆ คงทจะเหนวา γ แปรตามคา θ2 เทานน - และการแกสมการนทกคา θ2 1 คาจะใหคา γ 2 คาเสมอ (ดงรป)



- จะเหนวาการออกแบบกลไกใดๆ ตองระวงความเสยงทจะเกด dead points ได คาแนะนาเชน link 3 กบ link 4 ควรทามมใกลๆเปนมมฉากกนไว (อยาใหมมใกล 180O มากไป) และตองเผอพวกความฝดของจดหมนไวดวย อาจทาใหเกด dead points ไดงาย

- การออกแบบทดจะทาให link 2 หมนไดรอบและ link 4 เคลอนแบบ oscillate ไดราบลนดงภาพ

08/07/57

3



- มมทไดตองระวงเพราะมคาทง + และ – ดงนนเมอคานวณไดตองนาคามา check กบรปดวย- เราเรยกการหาคา Output นวา Position Analysis



08/07/57

4





2.2 Four-bar linkage motion & Grashoff’s law- รป b คลายลอรถไฟไอนา (steam locomotive drive)- รป c เรยกชอเฉพาะเปน drag-link mechanism ซงเปนประเภทหนงของ กลไก quick-return mechanism (link 4 มความเรวไมคงท แม link 2 จะหมนคงทกตาม)

- เฉพาะรป c ความสมพนธตองเปนดงน �

08/07/57

5



�

- หากทา sliding block ให จด B จะเหนวา เกด link 4 เสมอนขน ดงนนเหลอก link ?



- หมน 1 อน oscillate 1 อน เรยก Crank rocker

- หมนได 2 อน เรยก Double crank

- หมนไมได ไดแต oscillate ทง 2 อน เรยก Double rocker

Grashoff’s law

08/07/57

6


2. Linkages & Mechanisms- Grashoff’s law บอกวา หากผลรวมของระยะ link ทยาวทสดกบสนทสด นอยกวา ผลรวมของ link ทเหลออก 2 อน จะพบวา

1. เปน Crank rocker เมอ link ทสนทสดคอ crank และ link ทตดกบมน อนใดอนหนงคอ fixed link (โครงเครอง)

2. เปน Double crank เมอ link ทสนทสดคอ fixed link (โครงเครอง) (ดวดโอ)3. เปน Double rocker เมอ link ชนทอยตรงขามกบ link ทสนทสด คอ fixed link



2.5 Slider-crank mechanism- เปนกลไกทใชมากในเครองยนตสนดาปภายใน (วดโอหลกการทางานของเครองยนต 4 จงหวะ)- ในรป link 1 คอ fixed link (โครงเครอง), link 2 คอ crank, link 3 คอconnecting rod, link 4 คอ piston- อธบายการทางานของกลไกในเครองยนต?- กลไกนม dead points หรอไม ตรงไหน?- กลไกนใชทาอะไรไดอก?

08/07/57

7





08/07/57

8



- หากเราเปลยน fixed link เปนอนอนทไมใช link 1 บางละ

- fixed link 2 ไดเปนกลไก Whitworth mechanism

- fixed link 3 ไดเปนกลไก crank - shaper mechanism

- fixed link 4 ไดเปนกลไก farm pump (สบนาบาดาลแบบมอโยก)



- หากเราแปลง crank ใหมใหเปนเพลาแบบเยองศนย (Eccentric) เพลานกทาหนาทเหมอน crank นนเอง ในภาพ ระยะ OA คอ link ทเคยเปน crank

- กลไกแบบนทาใหใชงานและบารงรกษางาย เจอในอปกรณเขยาทงหลาย มขอเสยเดยวเรองการหลอลนผวสมผสกบ connecting rod

ดวดโอ eccentric

08/07/57

9



2.6 Scotch yoke- เปนกลไกทเปลยนการหมนเปนการเคลอนทแบบ simple harmonic motion ได- คลายกบทเราเรยนวงกลม 1 หนวยเรองตรโกณมต(ดวดโอ)



08/07/57

10



2.7 Quick-return mechanism- เปนกลไกอยางงายทผสมกนระหวาง four-bar

linkage กบ slider crank เพอหวงผลในการเคลอนทดวยความเรวไป-กลบทไมเทากน

- ประยกตใชในเครองไส (Sharper machine)- สดสวนเวลา ทไปกลบไมเทากน เราเรยก time

ratio ไดจาก α/β ดงภาพ

(ดวดโอ)



- ยงมกลไก quick-return อนๆ อก เชน

Drag link – ในรป link 2 หมนความเรวรอบคงท � link 4 ถกขบรอบไมคงท � ไปขบ ram 6 ใหวงขนชาคอนขางคงท แตวงลงเรว

08/07/57

11



Whitworth – ในรป link 6 ถกตรง (เสมอน crank ของ slider crank ถกตรง)และ link 2 กบ 4 สามารถหมนไดรอบ


2. Linkages & MechanismsCrank shaper – ในรป link 2 หมนไดรอบ และขบ link 4 ให oscillate - หาก O2O4 สนกวา crank กลไกนจะกลายเปน whitworth

08/07/57

12



Offset slider crank – ระดบของ link 1 ตางกน สงผลใหขาวงกลบของ link 4 จะชาลงเลกนอย, สวนใหญใชเพราะเนอทจากดมากกวา



2.8 Toggle mechanism- เปนกลไกทดกาลง (เพมความไดเปรยบ

เชงกล) ทใชกาลงตวขบนอย แตได output กาลงมาก

- ใชกบเครอง stone crusher - นยมตดตงอยกบทและทางานรอบคงท

มากกวาเปลยนรอบไปมา (dynamic)- แรง F กบ P มความสมพนธดงสมการ- หาก F สงมาคงท มม α มาก � P ?

มม α นอย � P ?

08/07/57

13



2.9 Oldham coupling- เปน coupling ทใชถายทอดการหมน

สาหรบเพลาทขนานกน แตไมไดศนยกน

- กลไกคลาย Scotch yoke มสลกวงในรองดานในเพอบงคบใหตวถกขบหมนตามตวขบได


2. Linkages & Mechanisms2.10 Straight-line mechanism (Watt mechanism)

- เปนกลไกทให output เปนเสนตรงเสมอ ทงไปและกลบ

- ดวดโอ

08/07/57

14


2. Linkages & Mechanisms2.11 Pantograph

- เปนกลไกชวยในการ track out a path และสามารถขยาย scale หรอ ลด scale กได

- ดวดโอ


2. Linkages & Mechanisms2.12 Chamber wheels

- เปนกลไกในการขบเคลอนของไหล และสามารถทางานยอนกลบ คอใชกาลงของไหลขบเคลอนกลไกไดดวย

- ดวดโอ

08/07/57

15


2. Linkages & Mechanisms2.13 Hooke’s coupling

- เปนกลไกถายทอดกาลงสาหรบเพลาทไมขนานกนและไมอยในแนวเดยวกน

- ชอทางการคาคอ Universal joint ไทยเรยก ?

เจอไดทไหนบาง ?


2. Linkages & Mechanisms2.13 Hooke’s coupling

- จะเหนวา ratio การถายทอดการหมนไมสามารถทาใหคงทได

- กรณตอกน 2 ตว ผลของ ratio ทไมคงทจะหกลางกน � ถายทอดการหมนไดคงท

08/07/57

16


2. Linkages & Mechanisms2.14 Constant-velocity Universal joints

- จะเหนวา ratio การถายทอดการหมนไมสามารถทาใหคงทได จงมการประดษฐ joint ทให ratio การถายทอดการหมนคงทได (ดวดโอ)

� ไดแก Bendix Weiss joint

� และ Bell-type of Rzeppa joint



08/07/57

17


2. Linkages & Mechanisms2.15 Intermittent-motion mechanism – คอการเคลอนทแบบไมตอเนอง, หยดเปนจงหวะ เพอประโยชนในกลไกบางประเภท

- เปนกลไกทสรางจงหวะไดด และไมเกดการกระแทกในจงหวะหยด (นมนวล)

- จาเปนตองม locking device เพอควบคมจาน Geneva ใหหยดนงจรงๆ ในจงหวะหยด

- ดวดโอ กลไกอะไรทาใหจานหมน ?

กลไกอะไรทาใหจานหยดนง ?

Geneva wheel



- เปนกลไกทเปลยนการเคลอนแบบไปกลบ (reciprocating หรอ oscillate) ไปเปนการหมนทางเดยวได

- ดวดโอ- เจอทไหนไดบาง ประแจทางเดยว ไทยเรยก กอกแกก free hub ในลอจกรยาน กวานโซ แทบรดของรถบรรทก

Ratchet mechanism

08/07/57

18



- เปนกลไกในนาฬกาลาน ทสรางจงหวะการหมนทเทาๆกนไดของเขม ไมวาลานจะแขงหรอออนกตาม (ดวดโอ) -->

Intermittent gearing Escapements



Home work

08/07/57

19



จบบท

อยาลมทบทวนและทาแบบฝกหด

บทที่ 2 linkages and mechanisms

Documents