[心得] 中正機械

看板SENIORHIGH作者kimo6414 (白髮鬼)時間13年前 (2011/04/03 21:26)推噓20(20推 0噓 1→)

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過幾天要回母校介紹機械系，順便寫一篇介紹文放到高中版 @@" 前言機械系，到大三下的感想是：1.涉獵的範圍太廣，要學的東西太多了... 2.女生好少 Q口Q 我也不知道寫得多詳細才夠，所以只對各組重點科目稍作介紹。礙於文字與篇幅，不想寫得太長太難懂。可能還是有些地方沒講得很清楚，有問題歡迎推文或站內信討論。主要還是介紹中正機械的狀況特別感謝：馮國華教授、學長kula18、同學延昇 & leor4 & linsowu & js85038 寫這篇遇到很多問題，還好可以跟他們討論，不然可能沒這麼順利心得 1.機械系大概會用到哪些東西? (1)數學：向量、三角函數、代數在大學部比較難難遇到的，應該是排列組合、機率、統計、幾何這些吧 (2)物理：大部分都是力學(ex.靜力、動力、流力、...) (不用解很難的題目，紮實的基礎就足以應付大學的課程了) 2.機械系就業? 系上教授都會說自己這個領域多好，別系的教授應該也會這樣說吧我覺得現在不能以就業來做為選系依據，如果不喜歡這東西會做得很辛苦況且，不是大學四年而已，而可能是未來二十年都要跟這些東西相處每個領域都有自己的難處，還是挑自己喜歡的吧。前幾天跟一個牙醫聊天，再想想以前讀書的經驗，歸納出這樣的想法越末端的科學，理解較少，背誦較多。末端的科學，像是醫學相關的知識相對來說，基礎科學比較需要理解，物理系那些就是基礎科學，很硬機械系所學，比較偏向基礎科學固力組 1.靜力學這門課目前開在大一上。靜力學前半部分承接高中物理，大概就在求物體靜止狀態時的受力 ex.以下面這個圖來說 100公斤的機車在1條100公尺長的橋，在四分之一、二分之一時，橋墩的受力各是多少？ http://tinyurl.com/cp9dvs 因為橋是靜止不動的，再利用合力為0，以及合力矩為0，就能求出個橋墩受力。接著，會教你去算一些結構(ex.橋梁、屋頂、...)所承受的力橋梁結構:可以計算其中一支連桿的受力，可能是壓力也可能是拉力 http://www.johnweeks.com/bridges/rrpics/hastingsrr51.jpg

最後還有材料某一截面的剪力(V)&正向力(N)&力矩(M) http://www.fao.org/docrep/s1250e/S1250E3A.GIF

可以求出剪力(V)與力矩(M)分布的趨勢,劃出V-x圖與M-x圖 http://www.mdsolids.com/screenshots/beamdiagram.gif

這個部分在大二的材料力學會再用到總結:ΣF =0 ,ΣM=0 這兩個式子貫穿了整個靜力學 2.動力學靜力學:各軸向的ΣF = 0,ΣM=0 而動力學是在各個軸向的ΣF = ma,ΣM = r×F 但跟高中物理的動力學不一樣的是機械系的動力學會用到一些微分與積分還有利用xyz以外的座標解題 ex.圓柱座標-雲霄飛車問題 ,球座標-衛星運動問題 3.材料力學材力可以說是靜力的延伸但分析的對象是材料內部(ex.某一截面) 主要還是用ΣF=0 ,ΣM=0這兩個式子的概念但跟靜力學有很大差異的是：靜力學將物體視為剛體(rigid body)，受力不會產生形變。材力則將物體視為彈性體，受力後會產生一定的形變量。當物體受到一定程度內(未超過降伏點)的拉力仍保持彈性體 http://tinyurl.com/6kctrd5 (移除外力後物體會恢復原形) 等超過降伏點之後物體的變形就算塑性變形(移除外力後物體不會恢復原形) 除此之外，還有材料受到扭矩(像擰毛巾那樣的施力方式)、彎折(像是折筷子那樣) 探討材料內部的狀況(ex.應力分布、變形量、...) 自控組 1.電工學就是..高中的電學再延伸像是克希荷夫定律不同的地方在於電路學還多了電感(inductance) 把電阻電容電感這三種元件組合起來可以應用在某些地方像是濾波器只讓特定頻率的訊號通過還會介紹一些電子元件,像是二極體(可以用來整流) 2.自動控制最常見的例子:像是室內空調系統系統不斷被干擾(ex.開窗,在室內煮火鍋)的狀況下為了保持在固定溫度，空調系統還是會對這些干擾做出反應(降溫或升溫) 而在航太工程，自動控制顯得特別重要因為在探索外太空，人通常無法親自操作這些儀器大概會用到線性代數(矩陣)、複數函數、拉普拉斯轉換、還有微分方程式也會用一些方法來判斷系統是否穩定 (ex.Routh Hurwitz, Nyquist) 熱流組 1.熱力學熱力學這門課主要是在探討能量轉換。像是機車引擎，將燃燒汽油產生的的熱(Heat)轉為功(Work)的過程，即是熱力學的範疇。熱力學有四個定律而機械系比較注重在第一及第二定律其中第一定律即能量守衡，第二定律則可用來判別熱力學過程的方向性。任何反應都需要遵守第一、第二定律，如有違背，就不可能發生。除了熱力學定律以外，還會教你如何看相圖(Phase Diagram) 在高中應該有學過P-T相圖　http://img145.imageshack.us/i/h2ophaseis2.gif/sr=1 在熱力學會加入比容(m^3 / kg)與P-T的關係，下面那就是三維的P-v-T相圖 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Diag_phase_PVT.png

有了熱力學定律跟相圖，就能更進一步探討各種熱力學循環像機車的四行程引擎，也是一種循環，完成一個循環需要四個步驟或者，冷氣及冰箱那種冷凍循環，也是熱力學可以探討的範疇 2.熱傳學熱傳學熱傳學為探討不同物體間，因溫度差異，造成能量傳遞之科學。熱力學熱力學是研究熱力系統在兩個平衡狀態下，與外界交換能量之總量(熱力學第一定律) 功與熱能以及系統在此二平衡狀態之反應方向(熱力學第二定律)。舉例: 把一熱鐵球放到水桶裡熱力學只能計算其反應結束後輸出或輸入多少能量，及其平衡溫度但熱傳學可以求其某一瞬間的溫度分布，以及其冷卻時間故需熱傳學來彌補熱力學之不足部分。 3.流體力學流體與固體的分別在於：受到剪應力，移除外力後，流體不會恢復原形，但固體會恢復原形 (固體需在彈性限度內，才可能恢復原形) 流體靜力學這個部分跟高中物理比較有關係流體靜力學主要在探討：靜止流體造成的壓力跟浮力靜止流體造成的壓力，像是大家以前學過的利用水銀柱高量測大氣壓，就是這部份的應用除此之外，也會各種水利工程(像是水壩、水庫) http://img43.imageshack.us/i/pressure.png/ 上面這張圖，可以把他想像成一個水庫的剖面這樣就能計算在多少深度的時候，需要多少強度的結構才能承受水壓力流體動力學 http://upload.wikimedia.org/math/6/1/a/61a840e7e6b25040825c61fd519756ae.png

上面這個式子就是白努力方程式在一些特殊條件下的統馭方程式包含了位能、動能、壓力能守恆的關係 http://tinyurl.com/4r2w2x9 以上面這張照片來說，右邊水位較低是因為壓力較大，壓力大的代價是速度較慢相對來說，流體到左管上方時的流速就比較快了，但壓力較小。設計製造組 1.機構學連桿機構主要就是由這樣的四個桿件(下左圖)，組合起來(下右圖) http://www.cs.cmu.edu/~rapidproto/mechanisms/figures/doit4bar.gif

像這種最簡單連桿機構(四連桿機構) 如果在各桿件長度不同的情況下就可以有很多變化 http://www.youtube.com/watch?v=ktItVTjNsS4&NR=1

http://www.youtube.com/watch?v=YJj_VKNzJnQ&feature=related

而機構學在這邊就是計算主動件跟從動件的運動關係(角度角速度角加速度急跳度) 不同長度組成不同類型的機構可以用在不同的地方生活中常見的機構應用像是機車的懸吊系統就是其中之一凸輪 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Nockenwelle_ani.gif

計算凸輪轉動角度跟從動件(直桿)的運動關係凸輪轉動θ度的時候 => 求從動件的運動位移速度加速度 2.機械設計求結構各部位的負荷及壽命像是腳踏車踏板壽命(可以承受幾次的踩踏力量?) 在一般構件上的話,這些數學都算相對簡單的如果對象是齒輪,那需要的數學比較複雜此外,有電腦輔助設計/製造,讓設計/製造變得簡單一點以設計來說最常用的就是ANSYS 將對象許多小塊對各細部進行負荷變形的分析(有限元素法) http://www.youtube.com/watch?v=NQVuPQCNRaA&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=LQmoSQuMQ9E&feature=related

學習這套軟體不難難的是其中的原理 3.機械製造各種機械構件設計好了就是要生產，所以有機械製造這門學問。會提到一些材料的東西(有一部分跟材料力學重複，應變、應力、...)，還有生產程序再來就是各種大量製造產品的方法。製造方法有很多，對於不同的工件需要不同的方法如果想做成長條狀的，可以用這種Rolling的方法，壓成想要的形狀 http://www.youtube.com/watch?v=44XD5mZoM_0&feature=related#t=2m32