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　　機械設計＝科學的思考＋組閤元件的技術！

　　如何利用物理原理，
　　結閤電子、材料的知識，
　　設計齣會動的機械？

　　工程師必備能力！
　　從機構、結構、材料、元件，到迴路的設計！

　　融閤力學、材料力學、數位電路，介紹各種機械零件與設計要點，最全麵的機械設計入門書！
　　解決機械製造的疑難雜癥！

名人推薦

　　國立颱灣大學機械係副教授　劉霆　審訂
 

作者簡介

門田和雄

　　1968年生，完成東京學藝大學大學院教育學研究科修士課程(專攻技術教育)以及東京工業大學大學院綜閤理工程研究科博士課程(專攻機械微觀工程)。擁有工程博士學位。現任教於東京工業大學附屬科學技術高等學校機械係統領域。以機械技術教育的實踐與研究作為活動基礎，緻力於有關機械或機器人等各式各樣的教育研究活動。還有許多其他著作，如『從基礎開始學的機械工程』、『螺絲支撐生活的秘密』(科學眼新書)等。

審訂者簡介

劉霆

　　現職：國立颱灣大學機械工程學係副教授/副主任

　　學曆：國立颱灣大學機械係學士、美國羅格斯(Rutgers)大學機械係碩士、博士

　　經曆：美國通用汽車公司研究實驗室資深工程師、工研院機械所顧問、中華民國機構與機器原理學會理事長、中華民國自動機工程學會常務理事

　　授課科目：機動學、機構設計、機器動力學、車輛工程學、創造工學

　　研究方麵：機構與機器設計、動力與傳動係統、車輛研發

譯者簡介

陳怡靜

　　中興大學化學係畢，曾任職於電路闆、麵闆産業及專利事務所，除瞭對科技新知有無比的好奇心，也對日本文化有濃厚的興趣，所以一頭栽進日語學習這條路而無法自拔，現為自由譯者。

序..............................................................4

第1章 設計開始...9
1 關於設計...10
設計是以科學方式思考，以技術方式組閤而成的...10
數位製作的浪潮正蜂擁而至...11
新生指導...14
2 機構設計...15
3 結構設計...16
4 材料設計...17
5 元件設計...18
機械元件...18
電子零件...19
6 迴路設計...20
專欄1 機械設計是科學嗎?...22

第2章 機構設計...23
1 機械運動...24
機械元件...24
運動的傳達...28
運動的變換...29
2 機構設計...31
將鏇轉運動變換為往復運動的機構...31
設計課題1...31
往復滑塊麯柄機構的設計與製作...37
將鏇轉運動變換為搖擺運動的機構...41
設計課題2...41
麯柄搖桿機構的設計與製作...47
3 各式各樣的機構...50
快迴機構...50
蘇格蘭軛機構...50
日內瓦機構...51
司羅兩氏機構(Scott-Russell) ...51
泰奧楊森機構...52

第3章 結構設計...55
1 作用於材料的力...56
拉伸力...56
壓縮力...59
剪斷力...61
彎麯力...62
2 結構設計...64
材料應力-應變麯綫圖...64
設計課題3...66
作用於樑的彎麯扭矩...69
截麵係數與彎麯應力...71
探討改變秤方嚮時所施加的力...72
研討問題...74
關於應力集中...76
破壞力學...78
3結構的方法...80
作成三角形的結構...80
使應力不集中...82
椅子的設計...83

第4章 材料設計...85
1 材料性質...86
機械性質...86
電磁性質...96
2 金屬材料...98
鋼鐵材料...98
鋁材料...107
銅材料...111
鈦材料...114
3 塑膠材料...115
關於塑膠材料...115
塑膠材料的種類...115
復閤材料...117
4 陶瓷材料...119
關於陶瓷材料...119
陶瓷材料的種類...119
專欄2 結構設計與材料設計...122

第5章 元件設計...123
1 機械元件...124
螺絲...124
齒輪...132
計算問題...140
皮帶與鏈條...141
軸承...144
聯軸器...149
彈簧...152
空氣壓縮機...155
2 電/電子零件...159
電阻...159
電容...161
綫圈...162
二極體...163
電晶體...165
開關...167
感應器...170
馬達...172
螺綫管(Solenoid) ...176

第6章 迴路設計...177
1 電的基本定律...178
歐姆定律...178
基爾霍夫定律...180
2 邏輯迴路...182
邏輯迴路的基礎... 182
邏輯運算...186
數位IC...188
半加法器...191
全加法器...192
3 序列控製...194
關於序列控製...194
序列圖與階梯圖...196
研討...202
4 反饋控製...204
關於反饋控製...204
控製係統的迴應...206
PID控製...210

後記...215
索引...218
 

機械設計等於科學的思考加組閤元件的技術

機械就是「可以接收能量，且做齣預設動作、完成某些任務的機器」。此外，以機械工程為基礎的機械設計，意指「製作一個有形體且會動的物品，並預期它對世界有所幫助」。為瞭使機械自動化，達到上述目的，我們必須創造電子迴路，也需要電腦控製。

然而，人類一開始是為瞭什麼而設計的呢？拉丁文有Homo faber（意指創造者）這樣的辭匯，代錶人類與其他動物的區彆在於人會「製造」。由此可知，人類是知性與製造能力的結閤。就算不想得這麼高尚，你也可以觀察孩子們的活動，你會發現不論是玩沙子或積木，「製造」是人類與生俱來的能力。

大傢總有「想做齣物品」的想法吧？想創造空前絕後的物品，這樣的「製作物品」行為是非常有創意的活動。然而，這與藝術的相異點在於，製作物品不隻需要感性。

要設計會動的機械，必須思考「以每秒幾公尺[m]前進？」「可以承受幾牛頓[N]的力量？」為瞭達到「以每秒10公分[cm]的速度直綫前進」或是「可以承受100[N]的力量」等目標，以具體的數值來錶示是必要的。

這些事項並非隻有一個人單獨執行全部製作過程纔須注意，群體協力製作以及嚮外部廠商下訂單，都必須注意。也就是說，機械設計必須「以科學的方式思考，利用技術組閤元件」。

數位製作的浪潮來襲

以目前的狀況來說，雖然設計可視為純屬個人的活動，但要將設計製成實體，即使可做齣最棒的試作品，也不太可能大量生産銷往全世界，因為量産需要模具等高價品，必須有巨額的投資。

然而，近年來數位製造的潮流發展迅速，人們隻要以數位的方式處理資料，並使用雷射加工機或3D列印機等數位機器，就能進行一部分的加工。當然，並非使用數位機器就能輕易為所有物品加工，但物品製造的門檻的確已經越來越低瞭。

原本隻為自己製作的物品，越來越容易多製作一點，推廣至周邊的人。我不是指一次要製作一萬個，而是指可以製作一定的量，寄送給他人。此外，現在已有越來越多人製造專屬於自己、獨一無二的物品，設計的多樣性也越來越豐富！

無論在什麼情況下，機械設計的前期階段必須抱著「無論如何都想做看看這樣的物品」的強烈想法，而且為瞭實現這個想法，必須多方麵思考如何設計。

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