南台科技大學機械工程系實務專題製作報告.docx

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。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。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。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。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。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。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。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