บทที่ 3 กลไก ไฟฟ้า และอิเล็กทรอนิกส์

วิชา การออกแบบและเทคโนโลยี (เทคโนโลยี) กลไก ไฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์

จดุ ประสงคบ์ ทเรยี น  วเิ คราะหก์ ลไก และการทางานของอปุ กรณไ์ ฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนิกส์  ออกแบบวิธีการแกป้ ัญหาหรอื พฒั นางาน โดยประยกุ ตใ์ ชค้ วามรู้ เก่ียวกบั กลไก อปุ กรณไ์ ฟฟา้ และอปุ กรณอ์ ิเลก็ ทรอนิกสไ์ ดอ้ ยา่ ง ถกู ตอ้ งปลอดภยั

กลไก (MECHANISM) การทางานของกลไกตอ้ งอาศยั อปุ กรณห์ รอื ชิน้ สว่ นหลายอยา่ ง เพ่ือให้ เกิดการทางานในลกั ษณะตา่ ง ๆ ไดต้ ามตอ้ งการ โดยอปุ กรณจ์ ะมหี นา้ ท่ีในการทางานท่ีแตกตา่ งกนั ไป

เฟื อง  เป็นชิน้ สว่ นเครอ่ื งกลเป็นจานแบนรูปทรงกลม  สว่ นขอบมีลกั ษณะเป็นแฉก  ใชส้ ง่ กาลงั ในลกั ษณะของแรงบดิ (Torque) ดว้ ยการหมนุ ของตวั เฟื องท่มี ฟี ัน อยใู่ นแนวรศั มี  การสง่ กาลงั จะเกิดขนึ้ เม่ือเฟื องตงั้ แต่ 2 ตวั ขนึ้ ไปมาสบกนั

ประเภทของเฟื อง เฟื องตรง (Spur gears)  มีฟันขนานกบั แกนหมนุ  เปล่ยี นขนาดแรงบดิ และความเรว็ รอบหมนุ  เปล่ยี นทิศทาการหมนุ หรอื ทิศทางการเคล่อื นท่ี  นามาใชใ้ นระบบสง่ กาลงั

ประเภทของเฟื อง เฟื องสะพาน (Rack gears)  มีลกั ษณะเป็นแทง่ ยาวตรง  มีฟันเฟื องอยดู่ า้ นบน  มีเฟื องตรงอยดู่ า้ นบบสบอยกู่ บั วว่ ยท่ีเป็นฟันเฟื องของเฟื องสะพาน  มีหนา้ ท่ีเปล่ยี นทิศทางการเคล่อื นท่ี หรอื เคล่อื นท่ีกลบั ไปมา  ใชใ้ นเครอ่ื งจกั รอตั โิ นมตั ิ

ประเภทของเฟื อง เฟื องวงแหวน (Internal gears)  มีลกั ษณะกลมเหมือนเฟื องตรง  ฟันเฟื องอยดู่ า้ นในของวงกลม  ใชค้ กู่ บั เฟื องตรงท่ีมีขนาดเลก็ กวา่ สบอยภู่ ายในเฟื องวงแหวน  เฟื องตวั ในทาหนา้ ท่ีเป็นตวั ขบั เคล่อื น

ประเภทของเฟื อง เฟื องเฉียง (helical gears)  เป็นเฟื องสง่ กาลงั ท่ีมีฟันเฉียงทามมุ กบั แกนหมนุ  มีเสียงเบา เม่ือทางานทีความเรว็ รอบสงู  ใชง้ านกบั เพลาท่ีไมข่ นานกนั ได้

ประเภทของเฟื อง เฟื องดอกจอก (bevel gears)  มีทงั้ แบบเฟื องตรงและเฟื องเฉียง  เป็นเฟื องสองตวั ท่ีสบกนั ในลกั ษณะแนวเพลาของเพลาคู่  จะตงั้ ฉากหรอื ตดั กนั

ประเภทของเฟื อง เฟื องตวั หนอน (Worm gears)  ประกอบดว้ ยเกลียวตวั หนอน และเฟื องตวั หนอน  ทางานโดยหมนุ เพลาขบั และเพลาตามของตวั หนอน  โดยทามมุ 90 องศา  เงียบและมีแรงส่นั สะเทือนนอ้ ย

ประเภทของเฟื อง เฟื องเกลยี วสกรู (Spiral gears)  ใชส้ ง่ กาลงั ระหวา่ เพลาท่ีทามมุ 90 องศา  ทาหนา้ ท่ีเปล่ยี นทิศทางเพลาใหท้ ามมุ 90 องศา

รอก (PULLEY) เป็นอปุ กรณช์ ว่ ยยา้ ยสง่ิ ของ และช่วยผอ่ นแรง มีลกั ษณะเป็นลอ้ ท่ีมีรอ่ งตรงกลาง สาหรบั คลอ้ งเชือก โดยแบง่ ไดเ้ ป็น 3 ประเภท รอกเดีย่ วตายตัว รอกเดยี่ วเคล่อื นท่ี รอกเด่ียวพวง

การผอ่ นแรง  จ ะ ใ ช้ร อ ก พ ว ง ช่ ว ย ใ น ก า ร ผ่ อ น แ ร ง ใ น ก า ร เ ค ลื่ อ น ย้า ย วัต ถุท่ี มี นา้ หนกั มาก ประสทิ ธิภาพ ขนึ้ อยกู่ บั จานวนรอกและลกั ษณะการตอ่ ทน่ี ามาใช้ นา้ หนกั นอ้ ย เช่น การใชร้ อกพวงติดบนคานในโรงงาน นา้ หนกั มาก เชน่ รอกพวงของรถเครน

การอานวยความสะดวกและทาให้เกิดการเคลื่อนท่ีในลักษณะ ต่าง ๆ การเคลอื่ นทแ่ี นวด่งิ ตามแนงตง้ั ฉากกับพน้ื ช่วยในการยกส่งิ ของข้ึนสู่ทส่ี งู และการชกั ธงชาติขน้ึ สู่ยอดเสา

การเคลอ่ื นทใี่ นลกั ษณะตา่ ง ๆ การเคลือ่ นท่ีในแนวราบ ตามแนวเส้นตรงขนานกับพ้นื เช่น กระเชา้ ไฟฟ้า สายพานลาเลยี งกระเป๋า

การเคลอ่ื นทใ่ี นลกั ษณะตา่ ง ๆ การเคล่อื นท่ีเป็นวงกลม ใชร้ อกควบคกู่ บั มอเตอร์

การเคล่อื นที่ในลกั ษณะตา่ ง ๆ การเคล่อื นท่ีจากการหมนุ เป็นแนวเสน้ ตรง

อปุ กรณไ์ ฟฟา้ และอิเลก็ ทรอนกิ ส์ มอเตอร์ แปลงพลงั งานไฟฟา้ เป็นพลงั งานกล มอเตอรใ์ นโรงงานอตุ สาหกรรมตอ้ งการแรงบิดสงู มอเตอรใ์ นของเลน่ ตอ้ งการความเรว็ รอบสงู มีลกั ษณะภายนอกประกอบดว้ ยขวั้ ไฟฟา้ 2 ขวั้ มีแกนเหลก็ ย่ืนออกมา เรยี กวา่ เพลามอเตอร์

มอเตอรม์ ี 2 ประเภท คือ มอเตอรไ์ ฟฟา้ กระแสตรง ตอ้ งใชก้ บั แหลง่ ไฟฟา้ กระแสตรง เชน่ แบตเตอร่ี ควบคมุ การหมนุ ตามเข็มและทวนเขม็ นาฬิกา อตั ราความเรว็ ของการหมนุ ขนึ้ อยกู่ บั แรงเคล่อื นไฟฟา้ ท่ีจา่ ย ใหก้ บั มอเตอร์

มอเตอรม์ ี 2 ประเภท คอื มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลบั (แบง่ ออกเป็น 2 ประเภท)  ใชก้ บั แหลง่ จา่ ยไฟฟา้ ในบา้ น  มใี ชใ้ นเครอ่ื งใชไ้ ฟฟา้ ท่ีมีลกั ษณะการเคลอ่ื นไหวแบบหมนุ

มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลบั มี 2 ประเภท คอื  มอเตอรแ์ บบหนง่ึ เฟส  เป็นมอเตอรข์ นาดเลก็ ต่ากวา่ 1 – 5 แรงมา้  ความตา่ งศกั ย์ 220 โวลต์  มีสายไฟเขา้ 2 สาย ใชต้ ามบา้ นเรอื น

มอเตอรไ์ ฟฟ้ากระแสสลบั มี 2 ประเภท คอื  มอเตอรแ์ บบสามเฟส  ใชใ้ นโรงงานอตุ สาหกรรม  ใชร้ ะบบไฟฟา้ 3 เฟส  ความตา่ งศกั ย์ 380 โวลต์  มีสายไฟเขา้ มอเตอร์ 3 สาย

วชิ า การออกแบบและเทคโนโลยี (เทคโนโลยี) อุปกรณอ์ ิเลก็ ทรอนกิ ส์

ตวั ตา้ นทาน (RESISTOR)  อปุ กรณท์ ่ีมีสมบตั ใิ นการตา้ นการเคล่อื นท่ีของกระแสไฟฟ้า  มหี น่วยเป็นโอหม์  ถา้ มีคา่ มากจะทาใหก้ ระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นนอ้ ย  ถา้ มีคา่ นอ้ ยจะทาใหก้ ระแสไฟฟา้ ไหลผา่ นมาก

ตวั ตา้ นคงที่  มีคา่ ความตา้ นทานของการเคล่อื นของกระแสไฟฟา้ ท่ีคงท่ี  อา่ นคา่ ไดจ้ ากแถบสี

แอลดอี าร์  เป็นตวั ตา้ นทานท่ีเปล่ยี นคา่ ได้  คา่ ความตา้ นทานเปลี่ยนไปตามปรมิ าณแสงท่ีตกกระทบ  ถา้ แสงมากจะมคี า่ ความตา้ นทานต่า

ตวั เก็บประจุ (CAPACITOR)  ทาหนา้ ท่ีเก็บสะสมประจไุ ฟฟา้  นาสารตวั นามาวางขนานกนั  และมฉี นวน ไดอิเลก็ ตรกิ

ตวั เก็บประจุ ประเภท อิเลก็ โทรไลท์  ใชก้ บั งานท่ีตอ้ งการความตา้ นทานสงู ๆ  มเี สถียรภาพดใี นท่ีอณุ หภมู สิ งู  ใชใ้ นวงจรจา่ ยไฟกาลงั สงู เชน่ เครอ่ื งปรบั อากาศ

ตวั เก็บประจุ ประเภท เซรามิก  เป็นไดอเิ ลก็ ตรกิ  นิยมใชท้ ่วั ไป มีราคาถกู  เหมาะสาหรบั ใชใ้ นวงจรยา่ นความถ่ีวทิ ยุ

ไดโอด (DIODE)  ยอมใหไ้ ฟฟา้ ไหลผา่ นแคท่ างเดยี ว  ทาหนา้ ท่ีควบคมุ ทศิ ทางการเคลื่อนท่ีของกระแสไฟฟา้  ปอ้ งกนั กระแสไฟฟา้ ไหลยอ้ นกลบั

ไดโอดธรรมดา  ควบคมุ การไหลของไฟฟา้ ใหผ้ า่ นไดท้ างเดียว  มีขวั้ บวกและลบ หากตอ่ ผิดกระแสไฟฟา้ จะไหลผา่ นไมไ่ ด้  ชว่ ยปอ้ งกนั อปุ กรณอ์ เิ ลก็ ทรอนิกสไ์ มใ่ หเ้ สยี หาย

ไดโอดเปลง่ แสง  เปล่ยี นพลงั งานไฟฟา้ เป็นพลงั งานแสง  แสงท่ีเปลง่ ออกมามหี ลายสี

เซน็ เซอร์ (SENSOR)  เป็นอปุ กรณท์ ่ีใชใ้ นการเปล่ยี นปรมิ าณทางกายภาพเป็น สญั ญาณไฟฟา้  ตรวจจบั การสมั ผสั  ตรวจจบั แสง  ตรวจจบั อณุ หมู ิ  ตรวจจบั เสียง

เซน็ เซอรต์ รวจจบั การสมั ผสั ▪ สวิตซก์ ลไก ▪ทาหนา้ ท่ีตดั ตอ่ วงจร ไฟฟา้ เม่ือไดร้ บั แรงกด

เซน็ เซอรต์ รวจจบั การสมั ผสั ▪ รดี สวติ ซ์ ▪ ทาหนา้ ท่ีเปิด-ปิดจากการตรวจบั ความเข็มของสนามแม่เหลก็ ▪ ทาในสญั ญานกนั ขโมย

เซน็ เซอรต์ รวจจบั แสง ▪ LDR ▪ตวั ตา้ นทานแปรคา่ ตามความสวา่ งของแสง

เซน็ เซอรต์ รวจจบั แสง ▪ โฟโตไดโอด ▪ ทาหนา้ ท่ีเปล่ยี นแสงใหเ้ ป็นพลงั งานไฟฟา้ ▪ วงจรปิดไฟถนน

เซน็ เซอรต์ รวจจบั อณุ หภมู ิ ▪ อาทดี ี ▪ การเปล่ยี นแปลงขนึ้ อยกู่ บั คา่ อณุ หภมู ิ ▪ มีราคาแพง

เทอรโ์ มคปั เปิล ▪เปล่ยี นพลงั งานความรอ้ นเป็นพลงั งานไฟฟา้ ▪ใชใ้ นตเู้ ยน็ และเครอ่ื งปรบั อากาศ

เซน็ เซอรต์ รวจจบั เสียง ▪คอนเดนเซอรไ์ มโครโฟน ▪เปล่ยี นเสียงเป็นพลงั งานไฟฟา้ ▪ค่าความตา่ งศกั ยข์ นึ้ อยกู่ บั ความดงั และความถ่ีเสียง ▪ใชใ้ นโทรศพั ทไ์ รส้ าย

เซน็ เซอรต์ รวจจบั เสียง ▪อลั ตรา้ โซนิก เซน็ เซอร์ ▪ตอบสนองเฉพาะความถ่ี 38 – 40 กิโลเฮิรตซ์ สงู กวา่ มนษุ ยไ์ ดย้ ิน

แผงควบคมุ ขนาดเลก็ (MICROCONTROLLER BOARD)  เป็นแผงวงจรอเิ ลก็ ทรอนกิ สท์ ่ีใชต้ วั ควบคมุ ขนาดเลก็  สามารถโปรแกรมส่งั งานได้  ทางานรว่ มกบั วงจรเช่ือมตอ่ และโปรแกรมภาษาคอมพวิ เตอร์

แผงวงจร IPST-LINK ▪ ใชร้ ว่ มกบั โปรแกรม Scratch เพ่ือเรยี นรูก้ ารเขยี นโปรแกรมแบบ บลอ็ ก และเช่ือมตอ่ กบั เซน็ เซอร์

แผงวงจร IPST-MICROBOX ▪ ทางานดว้ ยโปรแกรมภาษา C/C++ จากซอฟตแ์ วร์ Arduino ▪ สามารถรบั ขอ้ มลู จากส่งิ แวดลอ้ ม เชน่ แสง อณุ หภมู ิ ระยะหา่ ง ▪ควบคมุ อปุ กรณภ์ ายนอก เช่นไดโอด ลาโพง มอเตอร์