ลูกเบี้ยว (Cams)

        ลูกเบี้ยว เป็นกลไกที่ใช้ในการทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามทิศทางที่กำหนด กลไกของลูกเบี้ยวจะประกอบด้วย 3 ส่วนสำคัญคือ ตัวลูกเบี้ยว ตัวตาม และเพลา

        ลูกเบี้ยวมีหลายรูปแบบขึ้นอยู่กับลักษณะของการใช้งาน ลูกเบี้ยวที่นิยมนำมาใช้งานทั่ว ๆ ไป ได้แก่ ลูกเบี้ยวรูปวงกลม ลูกเบี้ยวรูปหอยทากและลูกเบี้ยวรูปไข่ ซึ่งแต่ละรูปแบบจะมีลักษณะการเคลื่อนที่แตกต่างกันออกไป

ภาพที่ 6.30  ลูกเบี้ยวรูปแบบต่าง ๆ
ที่มา : http://www.sdp-si.com

        หน้าที่การใช้งานของลูกเบี้ยว

     1. การเคลื่อนที่ขึ้น – ลงในแนวดิ่ง

        ลูกเบี้ยวทำให้เกิดการเคลื่อนที่ในลักษณะขึ้นและลงในแนวตั้งฉากกับพื้น ส่วนใหญ่จะพบเห็นการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปวงกลม ลูกเบี้ยวรูปหอยทาก และลูกเบี้ยวรูปไข่ในของเล่นชนิดต่าง ๆ ซึ่งอธิบายได้ดังต่อไปนี้

       ลูกเบี้ยวรูปวงกลม มีลักษณะเป็นล้อวงกลม จุดหมุนหรือเพลาจะไม่อยู่ในตำแหน่งตรงกลางของวงกลม แต่จะค่อนไปทางใดทางหนึ่งติดกับขอบของเส้นรอบวง เรามักพบการใช้งานลูกเบี้ยววงกลมในของเล่นเด็ก

ภาพที่ 6.31  ตัวอย่างของเล่นที่ใช้ลูกเบี้ยวรูปวงกลม
ที่มา : http://www.engquest.org.au

        ลักษณะการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปวงกลมในของเล่นเด็กข้างต้น เป็นการเคลื่อนที่แบบขึ้น – ลง ที่สม่ำเสมอคล้ายกับคลื่นน้ำ ดังภาพต่อไปนี้

ภาพที่ 6.32  ลักษณะการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปวงกลม
ที่มา : http://www.mechanical-toys.com

        ลูกเบี้ยวรูปหอยทาก มีลักษณะคล้ายหอยทาก มีจุดหมุนหรือเพลาอยู่กึ่งกลาง ส่วนใหญ่มักนำลูกเบี้ยวรูปหอยทากมาประดิษฐ์ของเล่น ในการใช้งานนิยมใช้ลูกเบี้ยวรูปหอยทากร่วมกันหลายอัน เพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ขึ้น – ลง สลับกัน ดังภาพ

ภาพที่ 6.33  ตัวอย่างของเล่นที่ใช้ลูกเบี้ยวรูปหอยทาก
ที่มา : http://3.bp.blogspot.com

       การเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปหอยทาก เป็นการเคลื่อนที่ขึ้น – ลง คล้ายกับฟันปลา เมื่อเริ่มหมุนลูกเบี้ยว ตัวตามจะค่อย ๆ เคลื่อนที่สูงขึ้นไปเรื่อย ๆ จนครบ 1 รอบ ตัวตามจะอยู่ในตำแหน่งที่สูงที่สุด และเมื่อเริ่มหมุนต่อไปอีก ตัวตามจะตกลงมาตำแหน่งที่ต่ำที่สุดแล้วก็ค่อย ๆ เคลื่อนที่สูงขึ้นไปเรื่อย ๆ วนอย่างนี้ไปเรื่อย ๆ ลักษณะการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปหอยทากอธิบายได้ดังแผนภาพต่อไปนี้

ภาพที่ 6.34  ลักษณะการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปหอยทาก
ที่มา : http://www.technologystudent.com

       ลูกเบี้ยวรูปไข่ มีลักษณะเป็นวงรี คล้ายหยดน้ำ มีจุดหมุนหรือเพลาอยู่ในตำแหน่งกึ่งกลางของส่วนที่กว้างที่สุด ตัวอย่างของเล่นที่มีกลไกของลูกเบี้ยวรูปไข่ ดังภาพ

ภาพที่ 6.35  ตัวอย่างของเล่นที่ใช้รูปเบี้ยวรูปไข่
ที่มา : http://www.technologystudent.com

        การเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปไข่ เป็นลักษณะเคลื่อนที่ขึ้นและลงอย่างสม่ำเสมอคล้ายกับการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวรูปวงกลม แต่จะต่างกันตรงที่ในขณะเคลื่อนที่ลง ตัวตามของลูกเบี้ยวรูปไข่จะอยู่ด้านล่างนานกว่า

        นอกจากลูกเบี้ยวที่พบในของเล่นแล้ว ยังมีการนำกลไกของลูกเบี้ยวมาใช้งานในลักษณะอื่น ๆ อีก เช่น กลไกของเครื่องยนต์ต่าง ๆ เช่น รถยนต์ รถไถนา เรือยนต์ กลไกของประตู กลไกของม้าหมุน

ภาพที่ 6.36  ตัวอย่างการใช้งานลูกเบี้ยวในเครื่องยนต์
ที่มา : http://www.supradit.com
 

ภาพที่ 6.37  ตัวอย่างการใช้งานลูกเบี้ยวในรถไถนา
http://media2.th.88db.com

        ลูกเบี้ยวทำหน้าที่ควบคุมการทำงานของกลไกสลักประตู

ภาพที่ 6.38  กลไกสลักประตู
ที่มา : http://www.rmutphysics.com

        ม้าหมุนใช้ลูกเบี้ยวเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการทำงาน

ภาพที่ 6.39  ม้าหมุน
ที่มา : http://img.tarad.com

        จะเห็นได้ว่าลูกเบี้ยวเป็นอุปกรณ์ที่สำคัญชนิดหนึ่ง เป็นกลไกที่ควบคุมให้ของเล่นและสิ่งของเครื่องใช้มีประสิทธิภาพในการทำงานที่แตกต่างกัน โดยเฉพาะการนำลูกเบี้ยวไปเป็นกลไกควบคุมการเคลื่อนที่ของเครื่องเล่นหรือของเล่นชนิดต่าง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่จะนิยมนำลูกเบี้ยวไปสร้างของเล่นที่เป็นกลไกการเคลื่อนที่แบบขึ้นลง และของเล่นแต่ละชนิดก็มีลักษณะการเคลื่อนที่ที่แตกต่างกันตามรูปแบบของลูกเบี้ยว ดังนั้นในการเลือกรูปแบบของลูกเบี้ยวมาสร้างของเล่น ควรคำนึงถึงลักษณะการเคลื่อนที่ของลูกเบี้ยวให้ตรงกับรูปแบบของของเล่นที่ต้องการสร้าง

        เฟือง รอก และลูกเบี้ยว เป็นอุปกรณ์พื้นฐานเกี่ยวกับกลไกและการควบคุมที่ใช้เป็นส่วนประกอบในการสร้างสิ่งของเครื่องใช้ และอำนวยความสะดวกในการทำกิจกรรมต่าง ๆ ของมนุษย์ให้มีความสะดวก รวดเร็ว และมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งอุปกรณ์เหล่านี้ต่างก็มีหน้าที่และประโยชน์ใช้สอยที่แตกต่างกัน เช่น เฟืองใช้ในการควบคุมความเร็ว แรง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ รอกช่วยในการผ่อนแรง ส่วนลูกเบี้ยวก็ทำให้วัตถุเคลื่อนที่ตามทิศทางที่กำหนด ดังนั้นจึงควรเลือกใช้อุปกรณ์เหล่านี้ให้เหมาะสมกับประเภทและวัตถุประสงค์ของการใช้งาน เพื่อให้การทำงานนั้นเกิดประสิทธิภาพสูงสุด

        กลไกและการควบคุม เป็นองค์ประกอบสำคัญประการหนึ่งที่ช่วยให้การทำงานของสิ่งของเครื่องใช้ในชีวิตประจำวันต่าง ๆ ของมนุษย์มีประสิทธิภาพมากขึ้น หากสังเกตสิ่งของเครื่องใช้รอบ ๆ ตัวแล้วจะพบว่ามีการพัฒนาการทำงานของสิ่งของเครื่องใช้เหล่านั้นให้ซับซ้อนมากขึ้นตามเวลาที่เปลี่ยนไป ทั้งนี้เพื่อตอบสนองต่อความต้องการของมนุษย์ที่มีมากขึ้นนั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น พัดลมตั้งโต๊ะในอดีตต้องใช้มือกดปุ่มปรับระดับความเร็วของใบพัดที่อยู่บนตัวพัดลม แต่ปัจจุบันพัฒนากลไกให้มีความซับซ้อนมากขึ้น สามารถใช้ Remote ควบคุมความเร็วของใบพัด โดยที่ไม่ต้องเดินมากดปุ่มที่อยู่บนตัวพัดลมเลย จะเห็นว่ากลไกและการควบคุมได้เข้ามามีบทบาทกับชีวิตมนุษย์มากขึ้น ดังนั้นหากได้ศึกษาและนำความรู้เกี่ยวกับกลไกและการควบคุมไปประยุกต์ใช้ในการสร้างสิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆ ก็จะทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของสิ่งของเครื่องใช้เหล่านั้นเพิ่มมากขึ้นได้