ก้านสูบ หรือ ^{เรียก}อีกอย่างว่า ' ก้านข้อเหวี่ยง' [ ^{1 ] [ 2 ] [ 3 ]}เป็นส่วนประกอบของเครื่องยนต์ลูกสูบที่เชื่อมต่อลูกสูบกับเพลาข้อเหวี่ยงร่วมกับข้อเหวี่ยงก้านสูบจะแปลงการเคลื่อนที่แบบลูกสูบไปเป็นการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยง^{[ 4 ]}ก้านสูบจำเป็นต่อการส่งผ่านแรงอัดและแรงดึงจากลูกสูบ ในรูปแบบที่พบได้ทั่วไปในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ก้านสูบจะช่วยให้สามารถหมุนรอบปลายลูกสูบและหมุนรอบปลายเพลาได้

ส่วนประกอบก่อนหน้าของก้านเชื่อมต่อคือกลไกเชื่อมต่อที่ใช้โดยโรงสีน้ำเพื่อแปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนของล้อน้ำเป็นการเคลื่อนที่แบบลูกสูบ^{[ 5 ]}

ก้านลูกสูบมักถูกนำไปใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือเครื่องยนต์ไอน้ำเป็นส่วน ใหญ่

มีการค้นพบข้อเหวี่ยงก้านเชื่อมต่อใน Celtic Oppida ที่Pauleในบริตตานีซึ่งมีอายุย้อนไปถึง 69 ปีก่อนคริสตกาล^{[ 6 ] [ 7 ]}

ต้นแบบของความยาวการเชื่อมต่อคือกลไกเชื่อมโยงที่ใช้ในโรงสีน้ำในยุคโรมันตัวอย่างแรกของกลไกเชื่อมโยงนี้พบได้ในโรงเลื่อย Hierapolis ในช่วงปลายศตวรรษที่ 3 ในเอเชียของโรมัน (ตุรกีในปัจจุบัน) และโรงเลื่อยในศตวรรษที่ 6 ที่Ephesusในเอเชียไมเนอร์ (ตุรกีในปัจจุบัน) และที่Gerasaในซีเรียของโรมันกลไกข้อเหวี่ยงและก้านเชื่อมต่อของเครื่องจักรเหล่านี้แปลงการเคลื่อนที่แบบหมุนของล้อน้ำเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้นของใบเลื่อย^{[ 8 ]}

เอกสารการออกแบบในยุคแรกๆ ปรากฏขึ้นในช่วงระหว่างปี ค.ศ. 1174 ถึง 1206 ในรัฐอาร์ทูคิด (ตุรกีในปัจจุบัน) เมื่อนักประดิษฐ์อัล-จาซารีได้อธิบายเครื่องจักรที่รวมก้านเชื่อมต่อเข้ากับเพลาข้อเหวี่ยงเพื่อสูบน้ำเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องสูบน้ำ^{[ 9 ] [ 10 ]}แม้ว่าอุปกรณ์จะซับซ้อนกว่าการออกแบบข้อเหวี่ยงและก้านเชื่อมต่อทั่วไปก็ตาม^{[ 11 ] : 170} นอกจากนี้ยังมีเอกสารเกี่ยวกับข้อเหวี่ยงที่มีก้านเชื่อมต่อในสมุดร่างของทัคโคลาจากอิตาลีในยุคเรเนสซองส์ และจิตรกรปิ ซาเนลโลในศตวรรษที่ 15 ^{[ 11 ] : 113}

เครื่องยนต์คานที่มีก้านเชื่อมต่อคู่ (เกือบเป็นแนวตั้ง) อยู่ระหว่างคานแนวนอนและล้อช่วยแรง

ก้านลูกสูบของหัวรถจักรไอน้ำ (อยู่ระหว่างลูกสูบและล้อหลัง; เป็นก้านที่ใหญ่ที่สุดที่มองเห็นได้)

เครื่องยนต์ไอน้ำแบบบรรยากาศของนิวโคเมนในปี ค.ศ. 1712 (เครื่องยนต์ไอน้ำเครื่องแรก) ใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่แทนก้านสูบ เนื่องจากลูกสูบสร้างแรงได้เพียงทิศทางเดียว^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ไอน้ำส่วนใหญ่หลังจากนี้เป็นแบบทำงานสองทิศทาง ดังนั้นจึงสร้างแรงได้ทั้งสองทิศทาง ทำให้ต้องใช้ก้านสูบ การจัดเรียงแบบทั่วไปใช้บล็อกแบริ่งเลื่อนขนาดใหญ่ที่เรียกว่าครอสเฮดโดยมีบานพับระหว่างลูกสูบและก้านสูบอยู่นอกกระบอกสูบ ทำให้ต้องมีซีลรอบก้านสูบ^{[ 13 ]}

ในหัวรถจักรไอน้ำข้อเหวี่ยงมักจะติดตั้งอยู่บนล้อขับเคลื่อน โดยตรง ก้านเชื่อมต่อจะใช้ระหว่างหมุดข้อเหวี่ยงบนล้อและหัวขวาง (ซึ่งเชื่อมต่อกับก้านลูกสูบ ) ^{[ 14 ]}ในหัวรถจักรไอน้ำขนาดเล็ก ก้านเชื่อมต่อมักจะมีหน้าตัดเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า^{[ 15 ]}อย่างไรก็ตาม บางครั้งก็มีการใช้ก้านแบบเรือเดินทะเลที่มีหน้าตัดเป็นวงกลม

ในเรือกลไฟแบบใช้ใบพัด ก้านเชื่อมต่อจะเรียกว่า 'pitmans' (อย่าสับสนกับpitman arms )

ก้านสูบของเครื่องยนต์สันดาปภายในประกอบด้วย "ปลายใหญ่" "ก้านสูบ" และ "ปลายเล็ก" ปลายเล็กจะต่อกับสลักลูกสูบ (หรือที่เรียกว่า "สลักลูกปืน" หรือ "สลักข้อมือ" ในสหรัฐอเมริกา) ซึ่งช่วยให้ก้านสูบและลูกสูบหมุนได้ โดยทั่วไป ปลายใหญ่จะต่อกับข้อเหวี่ยงโดยใช้ตลับลูกปืนธรรมดาเพื่อลดแรงเสียดทาน อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ขนาดเล็กบางรุ่นอาจใช้ตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้ง แทน เพื่อหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการใช้ระบบหล่อลื่นแบบปั๊ม ก้านสูบที่มีตลับลูกปืนแบบลูกกลิ้งมักเป็นแบบชิ้นเดียวที่ต้องกดประกอบเข้ากับข้อเหวี่ยงผ่านก้านสูบนั้น มากกว่าแบบสองชิ้นที่สามารถยึดด้วยสลักเกลียวรอบแกนของข้อเหวี่ยงแบบชิ้นเดียวได้

โดยทั่วไปแล้ว จะมีการเจาะรูเล็กๆ ผ่านแบริ่งที่ปลายใหญ่ของก้านสูบ เพื่อให้น้ำมันหล่อลื่นพุ่งออกมาที่ด้านรับแรงดันของผนังกระบอกสูบ เพื่อหล่อลื่นการเคลื่อนที่ของลูกสูบและแหวน ลูกสูบ

ก้านลูกสูบสามารถหมุนได้ทั้งสองด้าน ทำให้มุมระหว่างก้านลูกสูบกับลูกสูบสามารถเปลี่ยนแปลงได้เมื่อก้านลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้นลงและหมุนรอบเพลาข้อเหวี่ยง

วัสดุที่ใช้สำหรับก้านเชื่อมต่อมีความหลากหลายมาก รวมถึงเหล็กกล้าคาร์บอน โลหะเผาผนึกฐานเหล็ก เหล็กกล้าผสมไมโคร เหล็กหล่อกราไฟต์ทรงกลม^{[ 16 ]}ในเครื่องยนต์รถยนต์ที่ผลิตจำนวนมาก ก้านเชื่อมต่อส่วนใหญ่มักทำจากเหล็กในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง สามารถใช้ก้านเชื่อมต่อแบบ "บิลเล็ต" ซึ่งกลึงขึ้นจากแท่งโลหะแข็ง แทนที่จะหล่อหรือตีขึ้นรูป

วัสดุอื่นๆ ได้แก่โลหะผสมอะลูมิเนียม T6-2024 หรือโลหะผสมอะลูมิเนียม T651-7075 ซึ่งใช้เพื่อความเบาและความสามารถในการดูดซับแรงกระแทกสูง แต่แลกมาด้วยความทนทานที่ ลดลง ไทเทเนียมเป็นตัวเลือกที่มีราคาแพงกว่า แต่ช่วยลดน้ำหนักได้เหล็กหล่อสามารถใช้สำหรับการใช้งานที่ราคาถูกกว่าและมีประสิทธิภาพต่ำกว่า เช่น มอเตอร์สกูตเตอร์

ในระหว่างการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงแต่ละครั้ง ก้านเชื่อมต่อมักจะได้รับแรงขนาดใหญ่และซ้ำๆ กัน ได้แก่แรงเฉือนเนื่องจากมุมระหว่างลูกสูบและหมุดข้อเหวี่ยงแรงอัดเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ลง และแรงดึงเมื่อลูกสูบเคลื่อนที่ขึ้น^{[ 17 ]}แรงเหล่านี้เป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วรอบเครื่องยนต์ (RPM)

ความเสียหายของก้านสูบ ซึ่งมักเรียกว่า "ก้านสูบหัก" มักจะทำให้ก้านสูบที่หักทะลุผ่านด้านข้างของห้องข้อเหวี่ยงและทำให้เครื่องยนต์ไม่สามารถซ่อมแซมได้^{[ 18 ]}สาเหตุทั่วไปของความเสียหายของก้านสูบ ได้แก่ ความเสียหายจากแรงดึงเนื่องจากความเร็วรอบเครื่องยนต์สูง แรงกระแทกเมื่อลูกสูบชนวาล์ว (เนื่องจากปัญหาของระบบวาล์ว) ความเสียหายของแบริ่งก้านสูบ (โดยปกติเกิดจากปัญหาการหล่อลื่น) หรือการติดตั้งก้านสูบไม่ถูกต้อง^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

แรงด้านข้างที่กระทำต่อลูกสูบผ่านก้านสูบโดยเพลาข้อเหวี่ยงอาจทำให้กระบอกสูบสึกหรอจนกลายเป็นรูปทรงวงรี ซึ่งจะลดประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ลงอย่างมาก เนื่องจากแหวนลูกสูบ ทรงกลม ไม่สามารถปิดผนึกกับผนังกระบอกสูบรูปทรงวงรีได้อย่างเหมาะสม

แรงด้านข้างที่เกิดขึ้นนั้นแปรผันตรงกับมุมของก้านสูบ ดังนั้นก้านสูบที่ยาวกว่าจะช่วยลดแรงด้านข้างและการสึกหรอของเครื่องยนต์ได้ อย่างไรก็ตาม ความยาวสูงสุดของก้านสูบนั้นถูกจำกัดด้วยขนาดของเสื้อสูบ กล่าวคือ ความยาวช่วงชักบวกกับความยาวก้านสูบต้องไม่ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่เลยขอบบนของเสื้อสูบ

หลักการทำงานของเครื่องยนต์แบบเรเดียล

ก้านควบคุมหลัก-รองใน เครื่องยนต์เครื่องบิน Renault 8G V8 ปี 1916–1918

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์แบบเรเดียลจะใช้ก้านสูบแบบมาสเตอร์และสเลฟ ซึ่งลูกสูบหนึ่งตัว (ลูกสูบบนสุดในภาพเคลื่อนไหว) จะมีก้านสูบมาสเตอร์ที่เชื่อมต่อโดยตรงกับเพลาข้อเหวี่ยง ส่วนลูกสูบที่เหลือจะยึดก้านสูบเข้ากับแหวนรอบขอบของก้านสูบมาสเตอร์

เครื่องยนต์แบบหลายแถวที่มีกระบอกสูบจำนวนมาก เช่นเครื่องยนต์ V12มีพื้นที่จำกัดสำหรับจุดยึดก้านสูบบนเพลาข้อเหวี่ยงที่มีความยาวจำกัด วิธีแก้ปัญหาที่ง่ายที่สุด ซึ่งใช้ในเครื่องยนต์รถยนต์ส่วนใหญ่ คือ การใช้จุดยึดก้านสูบ ร่วมกันสำหรับแต่ละคู่กระบอกสูบ แต่การทำเช่นนี้จะลดขนาดของแบริ่งก้านสูบ และหมายความว่ากระบอกสูบที่ตรงกัน (เช่น กระบอกสูบตรงข้าม) ในแถวที่ต่างกันจะเยื้องศูนย์เล็กน้อยตามแนวแกนของเพลาข้อเหวี่ยง (ซึ่งทำให้เกิดแรงคู่โยก ) อีกวิธีหนึ่งคือการใช้ก้านสูบแบบมาสเตอร์และสเลฟ โดยที่ก้านสูบมาสเตอร์จะมีหมุดแหวนหนึ่งตัวหรือมากกว่านั้นที่เชื่อมต่อกับปลายใหญ่ของก้านสูบสเลฟในกระบอกสูบอื่นๆ ข้อเสียของก้านสูบแบบมาสเตอร์-สเลฟ คือ ความยาวช่วงชักของลูกสูบสเลฟทั้งหมดที่ไม่ได้อยู่ตรงข้ามกับลูกสูบมาสเตอร์ 180° จะยาวกว่าลูกสูบมาสเตอร์เล็กน้อยเสมอ ซึ่งจะเพิ่มการสั่นสะเทือนในเครื่องยนต์ V

หนึ่งในตัวอย่างที่ซับซ้อนที่สุดของก้านเชื่อมต่อแบบมาสเตอร์และสเลฟคือเครื่องยนต์เครื่องบินทดลอง Junkers Jumo 222ขนาด 24 สูบที่พัฒนาขึ้นสำหรับสงครามโลกครั้งที่สอง เครื่องยนต์นี้ประกอบด้วยกระบอกสูบหกแถว แต่ละแถวมีกระบอกสูบสี่กระบอก แต่ละ "ชั้น" ของกระบอกสูบหกกระบอกใช้ก้านเชื่อมต่อมาสเตอร์หนึ่งอัน ในขณะที่กระบอกสูบอีกห้ากระบอกใช้ก้านเชื่อมต่อสเลฟ^{[ 23 ]}มีการสร้างเครื่องยนต์ทดสอบประมาณ 300 เครื่อง แต่เครื่องยนต์นี้ไม่ได้เข้าสู่สายการผลิต

ก้านลูกสูบแบบง่ามและใบมีด หรือที่รู้จักกันในชื่อ "ก้านลูกสูบปลายใหญ่แบบแยก" ถูกนำมาใช้ใน เครื่องยนต์รถจักรยานยนต์ แบบ V-twinและเครื่องยนต์เครื่องบินแบบ V12 ^{[ 24 ]}สำหรับกระบอกสูบแต่ละคู่ ก้านลูกสูบแบบ "ง่าม" จะถูกแยกออกเป็นสองส่วนที่ปลายใหญ่ และก้านลูกสูบแบบ "ใบมีด" จากกระบอกสูบตรงข้ามจะถูกทำให้บางลงเพื่อให้พอดีกับช่องว่างในง่ามนี้ การจัดเรียงแบบนี้จะขจัดแรงคู่โยกที่เกิดขึ้นเมื่อกระบอกสูบแต่ละคู่เยื้องศูนย์กันตามเพลาข้อเหวี่ยง

โดยทั่วไปแล้ว การจัดวางตลับลูกปืนปลายใหญ่ของก้านส้อมจะมีปลอกตลับลูกปืนขนาดกว้างเพียงอันเดียวที่ครอบตลอดความกว้างของก้าน รวมถึงช่องว่างตรงกลางด้วย จากนั้นก้านใบมีดจะวิ่งไม่ได้อยู่บนข้อเหวี่ยงโดยตรง แต่จะวิ่งอยู่ด้านนอกของปลอกนี้ ซึ่งทำให้ก้านทั้งสองแกว่งไปมา (แทนที่จะหมุนสัมพันธ์กัน) ซึ่งจะช่วยลดแรงที่กระทำต่อตลับลูกปืนและความเร็วรอบ อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่ของตลับลูกปืนก็จะกลายเป็นการเคลื่อนที่แบบไปกลับแทนที่จะหมุนอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นปัญหาที่ยากต่อการหล่อลื่นมากขึ้น

เครื่องยนต์ที่ใช้ก้านลูกสูบแบบง่ามและใบมีดที่โดดเด่น ได้แก่ เครื่องยนต์อากาศยาน Rolls-Royce Merlin V12, เครื่องยนต์ดีเซลสองจังหวะ EMDและเครื่องยนต์รถจักรยานยนต์ V-twin รุ่น ต่างๆ ของ Harley Davidson

วิกิมีเดียคอมมอนส์มีสื่อที่เกี่ยวข้องกับก้านลูกสูบ

• ไฮโดรล็อก
• รายการชิ้นส่วนรถยนต์
• ส่วนประกอบของหัวรถจักรไอน้ำ