3小時讀通基礎機械設計

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，以技術方式組合而成的...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
將旋轉運動變換為往復運動的機構...31
設計課題1...31
往復滑塊曲柄機構的設計與製作...37
將旋轉運動變換為搖擺運動的機構...41
設計課題2...41
曲柄搖桿機構的設計與製作...47
3 各式各樣的機構...50
快回機構...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
彎曲力...62
2 結構設計...64
材料應力-應變曲線圖...64
設計課題3...66
作用於樑的彎曲扭矩...69
截面係數與彎曲應力...71
探討改變秤方向時所施加的力...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
複合材料...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
線圈...162
二極體...163
電晶體...165
開關...167
感應器...170
馬達...172
螺線管(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 序列控制...194
關於序列控制...194
序列圖與階梯圖...196
研討...202
4 反饋控制...204
關於反饋控制...204
控制系統的回應...206
PID控制...210

後記...215
索引...218
 

序

　　現在，世界正面臨著巨變，物品製造將在未來產生巨大轉變。截至目前為止，一般人所使用的物品，多是工廠大量生產的製品。然而，近年來「自造者與創客（Maker）」不斷增加，他們不屬於大企業，而是以個人為單位來製造物品。由個人或少數人創建的公司，不必使用成本很高的模具，即可藉由3D列印等方式，建立只接數百張或數千張訂單的一人工廠。即使只由一個人設計，也有辦法找到能夠實現這個創意的夥伴，並大量生產。

　　以前就有自己製作物品的人， 以 “Do it yourself ” 為口號；但這幾年流行的想法是 “Do it with others”，意指不是自己獨力做出物品，而是與同伴一起，共享製作技術。

　　近年來，國際上出現一個稱作「Fablab」的全民工坊，在網路上蔓延開來。那裡提供多樣化的工作機械，包含數位與類比的機械，讓人們能夠製造各式各樣的物品。這種數位製造實驗室所推行的不只是物品製造，聚集於此的人也不只是消費者，而是想自行生產物品的生活玩家。這裡形成了人們可以自行製造物品，在使用的過程中不斷改良，甚至自己修復物品的文化。

　　由 Fablab 的使用人數增加情形來看，物品製造與設計的過程可能會產生本質上的革新。

　　還沒有獨力完成過物品製造的人，若想從頭開始學習物品製造，將會遇到許多困難。應該有不少人煩惱著：「在哪裡學物品製造比較好？」

　　二○○八年我委託日本出版社出版《從基礎學機械工程》，很感謝它能再版。而本書乃延續前本著作，匯集了物品製造的基礎知識，希望對物品製造領域做出實際的貢獻。本書本著 “Do it with others” 的精神，希望能提供想從事物品製造的人協助，也希望各位讀者能充分運用本書。

　　本書是以虛構的大學「物品製造工科大學」（Monozukuri Institute of Technology）為背景，故事的主角為大學二年級的機械男和電子女，如同他們的名字，他們一個主修機械，一個主修電子。但他們都有輔修，機械男的輔修為電子，電子女的輔修為機械。本書故意安排這樣交錯的學習背景，讓這兩位學生不只是努力去掌握相關知識與技術，也想要與對方一起學習。