結構
結構是指物體組成的形態,由桿、樑、柱三種基本元件組成。
柱為縱向構件,樑為橫向構件,二者組成結構的基礎。桿加於樑柱之間,協助承受外力,以增加結構的強度。
為了保持結構的穩定,讓物體在承受外力時仍能達成力的平衡,維持原材料的特定形態,會先運用結構力學分析,了解物體各部位所受到力的大小及型態,再依照分析結果來設計合宜的結構。
結構力學的種類
結構體可藉由面或支撐桿來維持穩定狀態,建築上可以耐震壁來控制對角線長度和角度的變化,角撐或剛性接點可控制結構的角度變化。
桁架則是以三角形的方式配置,藉著承受拉力或壓力來控制對角線的變化。
結構形式的安定原理
構件都可以結構力學來分析,並廣泛運用於車、船體構造或建築、橋樑工程的設計上。
機構
機構是由兩個或兩個以上的機件組合而成,推動其中一個機件,必會迫使其他機件做預期的相對或限制的運動,例如凸輪、齒輪、軸、曲柄等。
凸輪(cam)
凸輪(cam)和從動件(follower)是一種能把旋轉運動轉化為直線運動的裝置。
因為有凸輪的直接接觸傳動,才能使從動件可以沿著凸輪的邊緣作上下移動的往復運動。
在製作凸輪結構時,可以先進行模型的參數分析,說明凸輪與凸輪軸量測位置及步驟,並以數學式列出凸端頂部到基圓最底部位置的距離。
齒輪(gears)
齒輪是機械設備關鍵的傳動零件之一,廣泛的應用於日常生活及傳動系統。
為幫助了解齒輪傳動的基本定律,以符合真實的齒數與轉速變化,可以利用3D 齒輪運轉動畫的課程,藉由模擬齒輪嚙合運轉速的方式,以協助更快了解齒輪運轉的原理。
齒輪的功用是用來傳遞力量,透過不同的齒輪互相嚙合,我們可增加傳送力的距離、改變力的方向,以及增加扭力與速度等。
當大齒輪和小齒輪互相扣在一起時,轉動其中一個齒輪,另一個齒輪會以反方向跟著轉動。下圖顯示一組簡單的齒輪組合,當24 齒的主動齒輪轉動一周時,12 齒的隨動齒輪會轉動兩周。由此可知,齒數較小的齒輪會轉動得較快。
相反地,隨動齒輪會轉動得較慢。所以,當兩個齒輪扣合在一起時,它們的轉速應與齒數成反比。
軸(shaft)
軸用於傳動及支撐其他旋轉元件,為輪子或齒輪中央的直杆或曲杆,大部份呈圓柱狀。
曲柄(crank)
曲柄搖桿機構能繞固定軸作360度完全旋轉,其他連桿則只做往復震盪動作。