大三潘彤欣
「我看到了！」人類是視覺學習的動物，透過照片、影片或是親眼所見可以讓我們在學習的過程更加印象深刻。109-1由徐冠倫老師教的機動學課程加入了一項新的作業內容：Cardan Motion實作小教具(如圖一)。這個教具的構想是108-2老師提出概念後我試著利用一個學期設計出的密集板教具，最主要的目的是透過雷切出特殊尺寸的齒輪、齒環以及曲柄滑塊機構，讓使用者明確的觀察到Cardan Motion。也就是，當齒環的節圓直徑為齒輪的兩倍時，齒輪節圓上的任意點可以進行直線的往復運動，而這樣的往復運動可以類比成等效的曲柄滑塊機構。同時，若將教具齒環的部分移除，也可以顯示出曲柄滑塊機構的不定構型。希望藉由實際雷切、組裝與操作教具，增進學生的印象，並提高學生對機構學的學習興趣。再者，結合課程中的齒輪介紹，讓學生實作透過已知參數以CAD軟體繪製漸開線齒輪：練習使用MATLAB匯出漸開線、以AutoCAD繪製完整齒輪、利用Inventor匯出齒輪的工作圖(如圖二)，最終雷切出自己繪製的齒輪完成完整教具，希望能讓學生提前熟悉各軟體的綜合使用以及工程上的出圖規則。最後，希望透過本實作課程的加入，讓大二生可以提前認識永齡實作中心的工作環境、熟悉密集板的接合、雷切機的使用等等，利於大三機械設計原理、機械工程食物等capstone課程的進行。
在本次嘗試執行的過程中，無論是計分制度、執行方式還是教具設計都經過了多次討論，雖然仍舊秉持著相同的目標在執行這項作業，但仍舊非常好奇從學生的角度對於這樣的實作教具會有什麼樣的回饋，因此以下將呈現同學對於這項教具的心得。
對於實作作業的想法：
．我覺得教授很認真地想讓我們融入及深入了解機動學這門課程，行星齒輪的製作變成我整門課印象最深的部分，教授安排雷切及實作課程也讓剛升大二的我們可以更熟悉永齡。在這門課的實作過程中收穫很多新奇的體驗！
．當知道有這個實作作業的時候其實滿感興趣的。我本來就很熟悉永齡的雷切機，所以在雷切跟組裝教具的時候沒遇到什麼太大的障礙，不過在做的時候常常感嘆彤欣助教怎麼想到這些機構怎麼連的，真心覺得佩服。
．整體而言我滿喜歡的，實作這件事對我來說就是沒什麼好可以厭煩的，真的很有趣，看著行星齒輪轉也很療癒。
．這學期機動學的實作加分項目隨著課程的推進也即將收尾了。我覺得實作的連桿-行星齒輪機構相當有意思。不只是會動起來而已這麼簡單。它順著課程的進度一步一步完成的過程讓我對這門課所教的知識有更深刻的理解。總之這個教具真的很有趣！
．從學習機動學的前幾堂課，我就有發現自己很難不透過動畫去理解機構的運作。這個學期在徐冠倫教授的機動學課上，我除了將在學習動力學時仍然不懂的速度瞬心重新理解之外，更有趣的是，我看到「原來速度瞬心可以這樣用！」。之所以能有如此領悟必須很感謝教授與助教用心安排「具備特殊桿長的滑塊曲柄機構」實作教具。在引擎中經常可見滑塊曲柄機構，但從未想過如果重新設計該機構的部份尺寸時，會發生什麼事！透過這份作業，我看到如果滑塊曲柄機構的桿長等長，當滑塊與參考點重合時，則滑塊將無法再繼續移動，此時便發生了不定構型。此外，透過瞬心的觀念，我可以找到Fixed Centrode和Moving Centrode。並將固定桿和耦桿之間的運動用Fixed Centrode和Moving Centrode之間的相互滾動替代。「真是太美了！」原來一個滑塊的平移運動可以用兩個相互滾動、旋轉的圓來代替。我想這讓我們看到機構轉換的威力！另外，該教具也加入了本學期最後一章「齒輪」的元素，去阻止不定構型的發生。一來可以在理論上了解漸開齒形之後，看到齒輪齧合的方式，二來也看到了齒輪的應用。這樣貫穿整學期課程的教具著實讓我們學生在學習上更容易理解，同時也使課程更加生動。
從中得到的收穫：
．我覺得學得比較多的地方反而是在畫正齒輪的地方。在此之前，我真的完全不知道原來可以把MATLAB的程式放進AutoCAD裡面畫。而且我原本在讀齒輪的部份的時候，其實對於module、addendum circle、pitch circle並不是很熟，對我而言只是一堆公式而已。但經歷過畫正齒輪的過程，就會知道那些參數是為了什麼存在。而且練習出圖對於我機械設計期末報告很有幫助。
．對我的幫助我覺得第一就是有機會可以去認證永齡實作中心的機台！不然其實在大二以前會去認證的機會真的比較少；第二則是對連桿機構死點的驗證，同時也可以認識到如何解決死點的問題；第三是關於如何使用MATLAB搭配AutoCAD畫出所想要的齒輪！以前繪製齒輪都是靠AutoCAD社群大神提供的腳本來畫，這學期學完漸開線齒輪的輪廓之後，對每個尺寸之間的關係也有所了解，而透過MATLAB，我們也可以很簡單的描繪出漸開線的輪廓，有了這個技巧，我之後就可以畫出任何想要的正齒輪了！
可以改進的地方：
．我覺得可能因為剛開始的關係，在措施如何施行及加分的制度上稍顯不全，感覺上一直沒有講清楚。好比說，並沒有檢查大家是否真的有去永齡雷切並且組裝出行星齒輪，感覺是憑大家良心做事，雖然立意是好的但成果可能並沒有初步設想的這麼好。
．我覺得說明影片沒有聲音有點可惜QQ不然有時候會不知道要看畫面的哪裡做了什麼，尤其是在AutoCAD打指令的時候。不過害羞的助教透過錄下記事本的內容跟我們說明需要注意的小地方這個方式也是蠻新奇的。
．我覺得如果可以在教具中加入計算自由度的問題，這樣或許可以跟課程再有多一次的連結。
在本篇分享的最後，想要在此特別感謝系主任林沛群教授、課程委員會召集人楊馥菱教授以及臺大機械系創新實作中心負責人：莊嘉揚教授、林侑俐經理與管理小組的同學們，感謝各位的支持與協助才能讓此項作業的設計與執行順利推進，未來期許能繼續發展更多有趣的教材輔助老師的機動學課程。
|
|
|
█ 圖一 Cardan Motion實作小教具
|
|
|
|
█ 圖二 齒輪工作圖
|
點閱人數