南台科技大學機械工程系實務專題製作報告

南台科技大學機械工程系實務專題製作報告題目：陀螺儀旋轉電風扇指導老師：林儒禮（）參與學生：莊志強四技自控四甲49112009陳建嘉四技自控四甲49112031曾士彥四技自控四甲49112051胡公憲四技自控四甲4910A012一、前言電風扇是非常常見的家庭電器用品，幾乎每個家庭都擁有至少一台甚至是多台的電風扇，可是電風扇的設計已有數十年沒有重大的發展與創新，每個廠牌的電風扇都大同小異，而且都有一個擺頭角度不夠多且不夠大的缺點，所以我們便興起了想改良電風扇設計的念頭。二、計畫緣由與目的我們試著以增加電風扇擺頭角度的構想去思考如何改進電風扇的設計，發現陀螺儀的構造適合我們所需要的設計理念。(註1)陀螺儀基本上就是運用物體高速旋轉時，角動量很大，旋轉軸會一直穩定指向一個方向的性質，所製造出來的定向儀器。不過它必需轉得夠快，或者慣量夠大(也可以說是角動量要夠大)。不然，只要一個很小的力矩，就會嚴重影響到它的穩定性。所以設置在飛機、飛彈中的陀螺儀是靠內部所提供的動力，使其保持高速轉動。陀螺儀通常裝置在除了要定出東西南北方向，還要能判斷上方跟下方的交通工具或載具上，像是飛機、飛船、飛彈、人造衛星、潛艇......等等。它是航空、航海及太空導航系統中判斷方位的主要依據。這是因為在高速旋轉下，陀螺儀的轉軸穩定的指向固定方向，將此方向與飛行器的軸心比對後，就可以精確得到飛機的正確方向。羅盤不能取代陀螺儀，因為羅盤只能確定平面的方向；另方面陀螺儀也比傳統羅盤方便可靠，因為傳統羅盤是利用地球磁場定向，所以會受到礦物分佈干擾，例如受到飛機的機身或船身含鐵物質的影響；另方面在兩極也會因為地理北極跟地磁北極的不同而出現很大偏差，所以目前航空、航海都已經以陀螺儀以及衛星導航系統作為定向的主要儀器。我們使用的是陀螺儀中不定向旋轉且旋轉角度不停變化的特性，將其特性加入在我們所設計的電風扇中三、設計過程及製作步驟在確定了此陀螺儀旋轉電風扇的雛形後，我們開始到店家去找尋材料。首先我們製作的是電風扇的軸心主軸，因為這是此電風扇的核心零件，在馬達店選購馬達時，為了避免馬達過大且過重，我們挑選了較為小型的馬達，務求軸心的輕量化以免造成重心的偏移。各部份工作分述如下：3-1電風扇主軸製作主軸部分以中心線為界，前半段是電風扇葉片電風扇驅動組件，後半段為電風扇電源組件及電風扇開關組件，以下為詳細製作過程。（1）電風扇葉片與驅動組件：我們在此選用的是DC12V-1800RPM的馬達，在可以製造出足夠的風量下力求馬達的小型化，而風扇葉片是採用市售量產的12吋電風扇葉片。以上就是主軸的驅動部分。（2）電風扇電源組件：而主軸中除了驅動部分之外，還有動力來源的部分，因為陀螺儀電風扇在開啟後會旋轉，如果使用一般家用的AC110V做為電源將會有電源線路難以接續的困擾，因為陀螺儀的可動關節太多，電線接觸點容易接觸不良，所以我們才會採用以電池做為電力來源，我們選用的6V的2.3ah電池兩顆，將這兩顆電池串連時即可得到我們使用馬達所需之DC12V電壓，同時可以以對稱式的安裝方式置於軸心內，有助於重心的平衡。（3）電風扇開關組件：而開關的方式因考量到有線開關設置的困難度，所以我們採用無線的遙控模組來控制馬達的開關，並將遙控主機一併設計在電池盒內，以免在電風扇軸心旋轉時造成重心的偏移。（4）電池盒的設計：電池盒為一長方體，其材質為鋁，選擇鋁的原因也是因為其重量輕但依然能有一定強度的特性。此長方體內含2顆DC6V電池以及遙控開關主機，均有放置定位不易滑動，外盒再用4根長螺絲以螺帽對鎖組合，除了其中一片上蓋是活動式的外，其他區塊均用焊接將其固定。（5）主軸的焊接與組裝：在各個部件分別完工後，我們在電池盒的後方焊接上軸心，另一邊的電風扇葉片與馬達亦以連軸器相互連接，並將線路連接上後測試，電風扇的主軸就完成了。3-2內外環的設計與製作：主軸製作完成後，接著就是製作內環與外環了，一開始製作圓環時所構想的是利用長條狀的鋁材將其彎曲來製造出圓環，但是經過試做後發現鋁材的強度不夠，容易產生形變，接著我們想到可以利用腳踏車的輪框來製作外環，我們選擇了24吋跟26吋的輪框分別製作內環跟外環，跟軸連結的部分我們使用了8mm的空心套筒來連接以取代軸承不易固定的問題，將空心套統焊接於圓環上就完成了內環與外環的製作，而連接則是使用是當長度的鋁製軸心穿過空心套筒，在其上鑽孔後鎖上螺絲固定，將圓環與主軸組合起來，此時陀螺儀旋轉電風扇的外型也大致底定了。3-3製作底座：接下來要製作的就是底座了，底座為求穩固不易晃動，我們將角鋼組合為H型，並在各個垂直連接處加上L形角鋼加以固定，在其上端也增加了2長條固定用角鋼，以增加其穩定性，最後將主軸及內外圓環一併安裝於底座上即完成。四、結果與討論經過組裝測試後，陀螺儀旋轉電風扇的效果並不如預期中的理想，風扇軸心不論固定與否均無法使結構全自動轉動。在製作過程中，我們發現軸心的重心不易量測，所以增加了製作上的困難，雖然沒有如理論上的那樣轉動，但仍有一定的效果五、計畫成果自評此次專題製作雖然歷經許多困難，在設計之初便無法預期其作動之成效，但秉持著實驗精神亦步亦趨的慢慢製作出雛形來，而指導老師也在旁邊給了我們很多的幫助，此次專題製作不僅讓我們將課堂上學習到的專業知識應用於其中，同時也學到了許多平常沒有學到的社會經驗。六、參考文獻註1：國立自然科學博物館-天旋地轉／活動指引、學生實務專題意見調查表(學生問卷)基本資料1.指導老師：林儒禮老師2.開課班級：四技自控四甲3.小組成員：莊志強陳建嘉曾士彥胡公憲4.修課學期：94.1學生實務專題意見調查，填答說明：您是否同意在經過一學年的「學生實務專題」課程後，能達成以下教學目標?學生意見(「是」請填1，「否」請填0)1.1a是否應用機械工程與科技背景的基本知識?11.1b是否從中獲得未來終身學習的基礎?11.2a是否使用電腦及電腦相關之設備?11.2b是否自行撰寫程式?01.3a是否獲得設計與實作經驗?11.3b是否做專業資料搜尋?11.3c是否應用到數據分析、推導與演繹的能力?12.1是否從中獲得計畫、評估以及執行工程分析之能力?12.2a是否有提昇口頭及示範能力?12.2b是否有提昇書面報告能力?12.3a是否從中建立專業責任?12.3b是否從中建立職業倫理之觀念?12.4a是否應用到跨領域知識?12.4b是否有良好團隊合作關係?12.4c是否展現創新能力?13.1a是否有助於了解你在當代社會應扮演的工程角色?13.1b是否有助於提昇適應社會環境變遷之能力?13.2是否有將文化、藝術或人文素養融合專題製作中?13.3是否有參考到以外語撰寫之相關資料?13.4本專題實作經驗是否可成為終身學習的工具?1表50、學生實務專題意見調查表(指導老師問卷)基本資料1.指導老師：林儒禮老師2.開課班級：四技自控四甲3.小組成員：莊志強陳建嘉曾士彥胡公憲4.修課學期：94.1學生實務專題意見調查，填答說明：您是否同意在經過一學年的「學生實務專題」課程後，能達成以下教學目標?指導老師意見(「是」請填1，「否」請填0)1.1a是否應用機械工程與科技背景的基本知識?11.1b是否從中獲得未來終身學習的基礎?01.2a是否使用電腦及電腦相關之設備?11.2b是否自行撰寫程式?01.3a是否獲得設計與實作經驗?11.3b是否做專業資料搜尋?01.3c是否應用到數據分析、推導與演繹的能力?02.1是否從中獲得計畫、評估以及執行工程分析之能力?12.2a是否有提昇口頭及示範能力?12.2b是否有提昇書面報告能力?12.3a是否從中建立專業責任?02.3b是否從中建立職業倫理之觀念?02.4a是否應用到跨領域知識?02.4b是否有良好團隊合作關係?12.4c是否展現創新能力?13.1a是否有助於了解你在當代社會應扮演的工程角色?03.1b是否有助於提昇適應社會環境變遷之能力?03.2是否有將文化、藝術或人文素養融合專題製作中?03.3是否有參考到以外語撰寫之相關資料?03.4本專題實作經驗是否可成為終身學習的工具?1指導老師：林儒禮題目：陀螺儀旋轉電風扇參與學生：莊志強四技自控四甲49112009陳建嘉四技自控四甲49112031曾士彥四技自控四甲49112051胡公憲四技自控四甲4910A012附件一實務專題協力單位資料表1協力單位名稱聯絡人電話地址可協助加工項目備註東裕企業社賴志成(06)242-5848永康市中正南路592巷27號鑽床，焊接，切割機械實習工廠莊先生(06)253-3131南台科大F棟鑽孔，車床免費，需事先預約1協力單位可以是校外加工廠家，或是校內各院系實習工廠和實驗室。備註欄可註記意願、能力程度等。附件二零組件/材料/工具供應店家資料表2店家名稱聯絡人電話地址可提供零組件/材料/工具項目備註三川金屬有限公司(06)282-7123永康市中正南路70號各式鋁材，銅材封震電料行黃建昌(06)229-3077台南市民生路二段231號馬達南一電子材料行(06)228-7824台南市民族路二段71號遙控主機，電池北安五金行鄭雪君(06)281-9066台南市北區北安路1段273號各式螺絲，螺帽見興角鋼鐵櫃行(06)251-3116台南市西門路四段878號角鋼材料安真車行(06)253-5316台南縣永康市中正路493號輪框2指可提供各種機械零組件、電子元件、控制元件、馬達、五金材料、組裝工具等店家。備註欄可註記取得經驗、是否物美價廉等。若表格不足，請自行加頁。