สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

34 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

งานท 4 งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

จดประสงคทวไป เพอใหมเรยนมความรความเขาใจเกยวกบงานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

จดประสงคเชงพฤตกรรม (เพอใหผเรยนสามารถ) 1. จ าแนกโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)ไดอยางถกตอง 2. แยกประเภทของอปกรณโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)ไดอยางถกตอง 3. อธบายการใชงานเบองตนของอปกรณโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)ไดถกตอง

ทฤษฏการเรยนรงานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค) 4.1 ภาคแมคคานค ถาเปรยบเทยบหนยนตกบมนษยแลว ภาคแมคคานคกเปรยบเหมอนกบรางกายทท าใหการเคลอนทของหนยนตไดโดยภาคแมคคานคจะประกอบดวย 2 สวนใหญๆ นนคอสวนของโครงราง และ สวนทเคลอนไหว

4.1.1 โครงราง โครงรางของหนยนตถาเปรยบกบมนษยกจะเปรยบเหมอนโครงกระดกของมนษย แตโครงรางของหนยนตจะสรางจากวสดทมความแตกตางกน โดยขนอยกบจดประสงคการใชงาน โดยวสดทนยมน ามาสรางเปนโครงรางหนยนต ไดแก

4.1.1 ไม โครงรางทท าดวยไมสวนใหญจะสรางโดยการตดหรอเลอยไมชนดแผน เชน

ไมอด หรอ ไมบลซา ซงโครงรางแบบนมขอดคอสามารถตด เจาะงาย น าหนกเบา เหมาะส าหรบผเรมตนท าหนยนต แตขอดอยของโครงรางแบบนจะแขงแรงสโครงรางแบบเหลกไมได และโครงรางทสรางดวยไมจะบดตวเมอโดนความชน หรอ น า และโครงสรางแบบไมยงสามารถตดไฟไดดวย

ภาพท 4.1 ตวอยางหนยนตทสรางดวยโครงสรางไม

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

35 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

4.1.2 เหลก โครงรางของหนยนตทท าดวยเหลกนนจะมขอดคอมความแขงแรงทนทานสงแตขอดอยกคอ การตดประกอบนนมความยงยากตองอาศยเครองมอพเศษ เชน เครองตดเหลก เครองเชอมเหลก เปนตน และโครงรางทท าดวยเหลกนนจะมน าหนกมากท าใหมอเตอรสวนเคลอนทมขนาดใหญ โครงรางแบบนจงเหมาะกบหนยนตทตองท างานในโรงงานอตสาหกรรมเพราะจะตองมความทนทานสง และใชพลงงานในการเคลอนทมาก

ภาพท 4.2 ตวอยางหนยนตทสรางดวยโครงสรางเหลก

ภาพท 4.3 ตวอยางรปแบบเหลกชนดตางๆ

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

36 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

4.1.3 อลมเนยม โครงรางของหนยนตทท าดวยอลมเนยมจะมขอดคอมน าหนกเบา ตด เจาะ งายกวาแบบโลหะ แตขอดอยของอลมเนยมคอไมสามารถเชอมแบบเชอมโลหะดวยเครองเชอมได ดงนนเวลาประกอบอลมเนยมจะใชวธใชนอตยด หรอ ยงหมดย า (RIVET) เทานน

ภาพท 4.4 ตวอยางหนยนตทสรางดวยโครงสรางอลมเนยม

ภาพท 4.5 ตวอยางรปแบบอลมเนยมชนดตางๆ

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

37 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

4.1.4 พลาสตกและแผนฟวเจอรบอรด โครงรางของหนยนตทท าดวยพลาสตกจะมขอดคอน าหนกเบา สวนตดเจาะจะใชวธคลายกบการสรางโครงรางดวยไม โดยโครงรางของหนยนตทเปนพลาสตกจะแบงเปน 2 ประเภท คอ โครงรางทขนรปเปนพลาสตกจากโรงงาน โดยโครงสรางแบบนจะเปนรปแบบตามทเราตองการโดยไมตองตด เจาะ แตวาตองอาศยเครองจกรในการขนรปสวนแบบทสองคอเราใชแผนพลาสตกเปนวสด ดงนนเวลาสรางโครงสรางจงตองมการตดเจาะ ประกอบคลายแบบไม และเวลาประกอบพลาสตกเขาดวยกนเรากนยมใชกาวตดพลาสตกซงเปนกาวชนดพเศษ สวนวสดฟวเจอรบอรดนนมขอดคอ น าหนกเบา ตดงายดวยคตเตอรหรอ กรรไกรและตดไดงายดวยกาวลาเทกซหรอเทปกาว 2 หนา จงเหมาะกบผเรมตนทจะสรางโครงรางหนยนต แตมขอดอยคอ ลกษณะของฟวเจอรบอรดจะเปนลกฟกท าใหเกดชองวางเกดขนท าใหไมสามารถสรางชนงานทมขนาดเลกได ดงนนในการใชงานตองพจารณาลายของลกฟกกอนการตด

ภาพท 4.6 ตวอยางหนยนตทสรางดวยโครงสรางพลาสตกและแผนฟวเจอรบอรด

ภาพท 4.7 ตวอยางรปแบบพลาสตกและแผนฟวเจอรบอรดชนดตางๆ

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

38 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

4.1.5 ไทเทเนยม ไทเทเนยมเปนวสดคลายกบพวกโลหะแตมน าหนกเบา มความทนทานสงไมเปนสนม ทนทานตอปฏกรยาเคม เราจงใชไทเทเนยมในโครงรางหนยนตทตองการความทนทาน และน าหนกเบา เชน หนยนตส ารวจดาวองคาร แตดวยราคาของไทเทเนยมทมาราคาสงมากท าใหเราไมนยมน ามาเปนโครงรางของหนยนตโดยทวไป

ภาพท 4.8 ตวอยางหนยนตทสรางดวยโครงสรางไทเทเนยม

ภาพท 4.9 ตวอยางรปแบบไทเทเนยมชนดตางๆ

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

39 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

4.1.6 แผนวงจรพมพ (PCB) ส าหรบหนยนตเพอการศกษาเรามกนยมใชโครงรางของหนยนตทเปนแผนวงจรพมพ (PCB: Printed Circuits Board) เพราะนอกจากแผนวงจรพมพยงใชเปนทประกอบวงจรอเลกทรอนกสของหนยนตแลว เรายงประยกตใหสามารถตดแตงเปนโครงรางของหนยนตไดดวยท าใหลดขนตอนและตนทนในการผลตได

ภาพท 4.10 ตวอยางแผนวงจรพมพ(PCB)ตามทองตลาด

4.2 สวนเคลอนไหว สวนเคลอนไหวเปนสวนทเปลยนพลงงานไฟฟาไปเปนพลงงานกล ท าใหเกดการเคลอนทของหนยนต เชน การเดน การหยบจบสงของ เปนตน ถาเปรยบสวนเคลอนไหวของหนยนตกบมนษยกเปรยบเหมอนอวยวะ แขน ขา นนเอง การเคลอนทของหนยนตนนจะแบงไดเปน 2 ประเภท ประเภทแรกคอเคลอนทดวยลอ และประเภททสองคอเคลอนทดวยระบบกลไกแบบขาเดน การเคลอนทแบบลอเปนพนฐานการเคลอนทของหนยนตเพราะสรางงาย กลไกไมซบซอนและขอดของหนยนตทเคลอนทแบบนกคอ สามารถเคลอนทไดอยางรวดเรว แตมขอเสยคอหนยนตจะไมสามารถเคลอนทบนพนผวทขรขระมากได การเคลอนแบบขาจะเปนโครงสรางการเคลอนทซบซอนมากกวาการเคลอนทแบบลอโดยการออกแบบตองมความรทางดานเครองกลจงจะสามารถออกแบบได ขอด ของการเคลอนทแบบนคอหนยนตสามารถเคลอนทไดในพนทขรขระได แตขอเสยของการเคลอนทแบบนกคอหนยนตจะเคลอนทไดไมเรวมาก และในการออกแบบตองอาศยความรระบบเครองกลดวย

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

40 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

อปกรณสวนใหญทน ามาใชเปลยนพลงงานไฟฟาเปนพลงงานกลเพอใชในการเคลอนไหวทใชงานทวไปนนไดแก มอเตอรชนดตางๆ ไฮดรอลก และ นวเมตกส แตอปกรณทนยมใชในการสรางและออกแบบหนยนตขนาดเลกจะเปนมอเตอร

4.2.1 มอเตอรไฟฟากระแสตรง (DC motor) เปนเครองกลไฟฟาชนดหนงทมหนาทเปลยนพลงงาน งานไฟฟาไปเปนพลงงานกล เมอไดรบการปอนพลงงานไฟฟาทเปนไฟฟากระแสตรงจะท าใหแกนของ มอเตอรหมนแตเนองจากการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงตองการกระแสไฟฟาในปรมาณสงกวาความสามารถทไมโครคอนโทรลเลอรจะจายโดยตรงได จงจ าเปนทจะตองมวงจรขบมอเตอร โดยเฉพาะเพอท าหนาทขบมอเตอรใหท างานไดตามตองการ

ภาพท 4.11 แสดงตวอยางมอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลกแบบปกต

ภาพท 4.12 แสดงตวอยางมอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลกแบบทมชดเฟองทดรอบ

มอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลกจะถกน ามาใชในโครงงานทมกลไกการเคลอนไหวมคาแรงดนไฟฟาในการท างานในชวง 1.5 โวลตถง 24 โวลต

การควบคมการท างานของมอเตอรไฟฟากระแสตรงนนสามารถท าไดงายเพยงปอนไฟเขาทขวมอเตอรเมอตองการใหมอเตอรหมนและเมอตองการใหมอเตอรหยดหมนกเพยงหยดการปอนไฟฟาหรอ ถาหากตองการใหมอเตอรหมนกลบทศทางกสามารถท าไดโดยการสลบขวไฟฟาทจายใหกบมอเตอรเพยงเทานมอเตอรไฟฟากระแสตรงกจะสามารถหมนกลบทศทางไดในทนท ส าหรบวงจรขบมอเตอรทสามารถควบคมทศทางการหมนไดประกอบดวยอปกรณทถกจดวางทมลกษณะคลายตว H ในภาษาองกฤษจงเรยกวงจรขบมอเตอรไฟฟากระแสตรงในลกษณะนวาวงจรขบแบบ H-Bridge ลกษณะของวงจรเปนดงภาพท 4.13

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

41 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

ภาพท 4.13 แสดงวงจรขบแบบ H-Bridge

จากภาพท 4.13 เปนวงจรขบแบบ H-Bridge ทใชสวตช ในสภาวะแรกเรมทสวตชทกตวยงไม ท างานมอเตอรจะไมไดรบกระแสไฟฟาท าใหมอเตอรไมหมน เมอท าการควบคมใหสวตซท างานโดยให S1 และ S4 ท างาน มอเตอรจะหมนตามเขมนาฬกา (CW: Clock wise) หากตองการใหมอเตอรหมนกลบทศทางโดยใหมอเตอรหมนทวนเขมนาฬกา (CCW: Counter clock wise) กเพยงสลบการท างานของ สวตชโดยให S1, S4 ไมท างานและใหสวตช S2, S3 ท างานแทน การควบคมดงกลาวจะมลกษณะดงภาพท 4.14

ภาพท 4.14 แสดงการควบคมการหมนของมอเตอรดวยวงจรขบแบบ H-Bridge

ตารางท 4.1 แสดงการควบคมมอเตอรดวยวงจรขบแบบ H-Bridge แบบใชสวตช สถานะของสวตช

สถานะของมอเตอรไฟฟากระแสตรง S1 S2 S3 S4

OFF OFF OFF OFF ไมหมน ON OFF OFF ON หมนตามเขมนาฬกา (CW) OFF ON ON OFF หมนทวนเขมนาฬกา (CCW)

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

42 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

วงจรขบมอเตอรทเปนลกษณะ H-Bridge สามารถเปลยนจากการใชสวตชมาเปนรเลยโดยใช รเลยทเปนชนด SPDT (Single pole double throw) ดงภาพท 4.15 และการควบคมทศทางการหมนเปน ดงภาพท 4.16

ภาพท 4.15 แสดงวงจรขบมอเตอรแบบ H-Bridge ทใชรเลย

ภาพท 4.16 แสดงการควบคมการหมนของมอเตอรดวยวงจรขบแบบ H-Bridge ทใชรเลย

ชดขบกระแสดซมอเตอรสวนใหญจะเปนแบบ H-Bridge ซงวงจรประกอบดวยทรานซสเตอร

หรอมอตเฟส โดยท าหนาทเปนสวตซเปดปด จ านวน 4 ชด (Q1-Q4) โดยตอกบ DC Motor ดงรป 4.17(a) ซงสามารถควบคมการทศทางการไหลของกระแสได เมอสงสญญาณควบคมใหทรานซสเตอร Q1 และ Q4 ท างาน และปดการท างานของทราซสเตอร Q2 และ Q3 กระแสจะไหลจากจด A ไปจด B ดงรป 4.17 (b) จงท าใหมอเตอรเรมหมน

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

43 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

เมอสงสญญาณควบคมใหทรานซสเตอร Q2 และ Q3 ท างาน และปดการท างานของทราซสเตอร Q1 และ Q4 กระแสจะไหลจากจด B ไปจด A ดงรป 4.17 (c) เปนผลใหมอเตอรหมนกลบทศ

รปท 4.17 การท างานของวงจร H-Bridge ส าหรบควบคมการหมนของ DC Motor

ปจจบนวงจร H-Bridge มอยในรปของไอซวงจรรวม เชน ไอซเบอร L293D หรอ L298N เพอลดขนาดของอปกรณ และงายตอการใชงาน เพยงตอสญญาณ PWM และสญญาณควบคมทศทาง (1 บตหรอ 2 บต) ดงรป 4.18

รปท 4.18 การเชอมตอ Microcontroller กบชดขบกระแสดซมอเตอรแบบ H-Bridge

ทมา : http://aimagin.com/blog/motor/?lang=th

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

44 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

การใชงานจรงมไอซทถกออกแบบมาเพอการนโดยเฉพาะมคณสมบตเปนวงจรขบแบบ H-Bridge ในกรณทใชกบมอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลกทใชกระแสไมเกน 600 มลลแอมปจะใช ไอซเบอร L293D แตหากมอเตอรไฟฟากระแสตรงใชกระแสสงเกนคาดงกลาวแตไมเกน 4 แอมปจะตองใชไอซเบอร L298 ในใบงานนใชมอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลกซงจะใชไอซเบอร L293D ในการทดลองโดยโครงสรางของไอซเปนดงภาพท 4.19

ภาพท 4.19 แสดงโครงสรางไอซขบมอเตอรกระแสตรงขนาดเลกเบอร L293D

ภาพท 4.20 แสดงการขบมอเตอรกระแสตรงขนาดเลกดวยไอซเบอร L293D 4.2.2 เซอรโวมอเตอร เปนมอเตอรทสามารถควบคมการเคลอนทไปยงมมทตองการไดดวย

วงจร ควบคมแบบปอนกลบภายใน เซอรโวมอเตอรขนาดเลกนยมใชกนมากในเครองเลนบงคบวทย เชน รถ เรอ เครองบน เซอรโวมอเตอรประกอบขนจากสวนประกอบหลก ๆ 3 สวนคอ

1. มอเตอรไฟฟากระแสตรงขนาดเลก 2. ชดเกยรทดรอบ

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

45 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

3. วงจรควบคม

ภาพท 4.21 แสดงโครงสรางเซอรโวมอเตอร เซอรโวมอเตอรมคอนเนคเตอรส าหรบตอใชงาน 3 ขา โดยใชตอกบแหลงจายไฟ 2 ขาและอก

หนงขาจะใชตอกบสญญาณควบคม เซอรโวมอเตอรใชไฟฟากระแสตรงในการท างานมแรงดนใชงานอย ในชวง 4-6 โวลต (ส าหรบรนก าลงแรงบดสงจะใชแรงดนสงถง 12 โวลต) การเรยงขาคอนเนคเตอรเปน มาตรฐานแบบเดยวกน มความตางกนบางตรงสของสายไฟขนอยกบบรษทผผลตดงภาพท 4.22

ภาพท 4.22 แสดงคอนเนคเตอรเซอรโวมอเตอรของแตละบรษท

การควบคมเซอรโวมอเตอรใหเคลอนไปยงมมทตองการ สามารถท าไดโดยการสงพลสทม คาประมาณ 1 ms - 2 ms ดงรปท 4.23 โดยสญญาณของพลสใน 1 ลกคลนมคาบเวลาประมาณ 20 ms เซอรโวมอเตอรสามารถเคลอนทตงแตมม 0 องศาจนถง 180 องศา (ซงบางต าราอาจกลาววาเคลอนตงแต มม -90 องศาถง +90 องศา) ซงโครงสรางของเซอรโวมอเตอรไมสามารถทจะหมนทมมเกนกวาทก าหนด ไวได ในการใชงานเซอรโวมอเตอรทมการรบภาระโหลดอาจจะท าใหต าแหนงเคลอนไดหากไมสง สญญาณควบคมแบบตอเนอง โดยปกตโครงสรางภายในทเปนเฟองทดรอบจะท าการลอกต าแหนงไว แลวในระดบหนงแตไมสามารถคงต าแหนงเดมไวไดหากการตอใชงานมการรบภาระโหลด ในกรณทตองการลอกต าแหนงจะตองสงพลสควบคมต าแหนงอยางตอเนอง

สาขาวชา อเลกทรอนกส ใบเนอหาการเรยนรท 4

ชอวชา หนยนตเบองตน รหสวชา 2105-2121 หนา

46 ชองาน งานโครงสรางของหนยนต(แมคคานค)

ภาพท 4..23 แสดงสญญาณพลสทใชควบคมเซอรโวมอเตอร