MTE 433 เครื่องจักรกลและการออกแบบ (Machinery and Design) 3(3-0-6)

วิชาวิชาบังคับทางวิศวกรรม | รายวิชาที่ต้องเรียนมาก่อน : MTE 232 กลศาสตร์ของแข็ง | รายวิชาที่ต้องเรียนพร้อมกัน : ไม่มี

หลักสูตรครุศาสตร์อุตสาหกรรมบัณฑิต (ค.อ.บ. 5 ปี) สาขาวิศวกรรมเครื่องกล ฉบับปรับปรุงปี พ.ศ. 2559

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

วันและเวลาเรียน : พฤหัสบดี เวลา 13.30 - 16.30 น. (online)

ช่องทางอื่นของรายวิชา : google classroom

รายวิชานี้คืออะไร สำคัญอย่างไร และเกี่ยวข้องกับอะไร?

เครื่องจักรกลและการออกแบบเป็นรายวิชาประยุกต์ (applied subject) ในสาขากลศาสตร์วิศวกรรมว่าด้วยกลศาสตร์ของแข็ง (Solids Mechanics) คำถามสำคัญของการศึกษาในสาขานี้มี 2 ข้อ คือ เราจะอธิบายปรากฎการณ์ที่เกิดขึ้น และทำนายสิ่งที่จะเกิดขึ้นตามมาได้อย่างไร? และ เราจะประยุกต์ใช้สิ่งที่เรารู้และเข้าใจเพื่อออกแบบและสร้างสรรค์สิ่งต่าง ๆ ได้อย่างไร? รายวิชานี้มุ่งเน้นการตอบคำที่สอง

แล้วเหตุใดเราจึงต้องเรียนวิชานี้? เครื่องจักรถูกออกแบบและสร้างขึ้นจากชิ้นส่วนที่หลากหลายซึ่งทำงานร่วมกันอย่างสัมพันธ์กันเพื่อจุดประสงค์ของการส่งผ่านแรงและพลังงาน รายวิชานี้เป็นรายวิชาประยุกต์เชิงลึก (in-depth application) ที่หลอมรวมองค์ความรู้พื้นฐานสำคัญในรายวิชากลศาสตร์วิศวกรรมทั้งสถิตศาสตร์และพลศาสตร์ และกลศาสตร์ของแข็งเพื่อประยุกต์ใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรในทางปฏิบัติ เครื่องจักรต่าง ๆ ที่อยู่รอบตัวช่วยอำนวยความสะดวกในการดำเนินชีวิตของเรา เครื่องจักรเหล่านี้ประกอบด้วยชิ้นส่วนต่าง ๆ ซึ่งได้รับภาระหรือแรงกระทำต่าง ๆ ตลอดเวลา ดังนั้นชิ้นส่วนเหล่านี้จึงต้องได้รับการออกแบบอย่างดีและเหมาะสมเพื่อตอบสนองต่อความต้องการที่หลากหลายและใช้งานได้อย่างปลอดภัยซึ่งถือเป็นเรื่องที่สำคัญอย่างยิ่งต่อผู้ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบ เช่น วิศวกร ช่างผู้ปฏิบัติงาน และผู้ถ่ายทอดความรู้ที่จะต้องตระหนักรู้และให้ความสำคัญ

ในรายวิชานี้ ผู้เรียนจะเรียนรู้และได้รับประสบการณ์ในการวิเคราะห์อย่างเข้มข้นเพื่อการทำนายและยืนยันผลการออกแบบ (design performance) ชิ้นส่วนเครื่องอเพื่อตอบสนองต่อความต้องการในการใช้งานและความปลอดภัย ผู้เรียนจะได้ทบทวนความเข้าใจความรู้หลักการสำคัญในรายวิชากลศาสตร์วิศวกรรมทั้งสถิตศาสตร์และพลศาสตร์ และกลศาสตร์ของแข็ง และปริมาณสำคัญเกี่ยวกับการออกแบบ เช่น ความเค้น ความเครียด ความต้านแรง การเปลี่ยนรูป ฯลฯ จากนั้นผู้เรียนศึกษาเกี่ยวกับรูปแบบความเสียหายทางกล คือ การเสียหายแบบครากหรือแตกหัก การเสียหายแบบผิดรูปเกินไป และการเสียหายแบบไร้เสถียรภาพ ซึ่งนำมาสู่เส้นทางการออกแบบชิ้นส่วนทางกลหรือเครื่องจักรที่สอดคล้องกับรูปแบบความเสียหาย และประยุกต์ใช้ปริมาณเหล่านั้นในทางเลือกการออกแบบ คือ การออกแบบตามหลักการวิเคราะห์ (analysis) ที่มุ่งเน้นการตรวจสอบยืนยันค่าความปลอดภัย และการออกแบบตามหลักการสังเคราะห์ (synthesis) ที่มุ่งเน้นการเลือกใช้วัสดุและการระบุขนาดของชิ้นส่วนผ่านทฤษฎีความเสียหาย (theories of failure) ที่สอดคล้องกับภาระภายนอกที่กระทำต่อวัตถุทั้งแบบภาระสถิตและภาระแปรเปลี่ยน (static and variable loading) ตามนสภาพการใช้งานของเครื่องจักรหรือชิ้นส่วนในเครื่องจักร

เราจะเรียนรู้เนื้อหาอะไรบ้าง?

รายวิชาเครื่องจักรและการออกแบบเน้นพัฒนาแนวทางเชิงระบบในการออกแบบทางชิ้นส่วนเครื่องจักรซึ่งประยุกต์ใช้ความรู้ต่อจากรายวิชาสถิตยศาสตร์/พลศาสตร์ และกลศาสตร์วัสดุ

คุณจะได้เรียนรู้ในสิ่งต่อไปนี้ : แนวคิดการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรกล วัสดุและการเลือกใช้ ทฤษฎีความเสียหายสำหรับภาระสถิตและภาระแปรเปลี่ยน การออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรสำคัญ เช่น เพลาและชิ้นส่วนเกี่ยวข้อง การเลือกใช้ตลับลูกปืน การยึดแบบชั่วคราวและถาวร

หัวข้อ

เส้นทางกลศาสตร์วิศวกรรม : วิทยาการด้านกลศาสตร์วิศวกรรมสาขากลศาสตร์ของแข็ง (Mechanics of Solids) เช่น ความสัมพันธ์ในมิติของบทบาท หน้าที่ และสมมติฐานเบื้องหลังระหว่างรายวิชา สถิตศาสตร์ (Statics) พลศาสตร์ (Dynamics) กลศาสตร์วัสดุ (Mechanics of Materials) และทฤษฎีสภาพยืดหยุ่น (Theory of Elasticity)

แนวคิดการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรกล : การออกแบบทางวิศวกรรม การออกแบบทางกล รูปแบบความเสียหายทางกล การออกแบบชิ้นส่วนทางกลหรือเครื่องจักรตามเส้นทางการออกแบบ และทางเลือกการออกแบบ

ตรรกะศาสตร์ของกลศาสตร์วิศวกรรม สาขากลศาสตร์ของแข็ง :  การทบทวนเนื้อหาสำคัญในรายวิชาสถิตศาสตร์ และกลศาสตร์วัสดุ ความสัมพันธ์เชิงตรรกะระหว่างหลักสำคัญในการได้มาซึ่งสูตรต่าง ๆ ที่ใช้เพื่อการคำนวณในกลศาสตร์ของแข็ง เช่น ความสัมพันธ์ระหว่างภาระภายนอกกับภาระภายในโดยอาศัยการสมดุลสถิต, การสมมูลสถิต, ความสัมพันธ์ระหว่างภาระภายในกับความเค้นโดยใช้สูตรความเค้นพื้นฐาน, ความสัมพันธ์ระหว่างภาระภายนอกกับการเปลี่ยนรูปโดยอาศัยสูตรการโก่ง

ขั้นตอนการคิดแก้ปัญหาทางวิศวกรรม : การทำความเข้าใจสภาพปัญหา การระบุสาระสำคัญในปัญหา (การแทนสถานการณ์ด้วยภาพ ด้วยกราฟหรือแผนภาพแสดงความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปร และด้วยคณิตศาสตร์) การกำหนดแผนการแก้ปัญหา การค้นหาคำตอบ การยืนยันหรือทวนสอบความถูกต้องตามหลักฟิสิกส์/วิศวกรรม

วัสดุและการเลือกใช้ : ประเภทของวัสดุ การทดสอบเพื่อให้ได้มาซึ่งสมบัติสำคัญของวัสดุที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักร คือ สมบัติทางกลและทางรูปร่าง และการเลือกใช้

การออกแบบเพื่อความต้านแรงว่าด้วยทฤษฎีความเสียหาย : ทฤษฎีความเสียหายสำหรับปัญหาภาระสถิต (static loads) ภาระแปรเปลี่ยน (variable loads) ขอบเขตความเสียหาย (failure envelope) และค่าความปลอดภัย (safety factor) รวมทั้งมาตรฐานและรหัสที่เกี่ยวข้อง (AISI, ASTM, ASME, DIN, JIS, TIS)

การออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักรสำคัญ : การออกแบบเพลาและชิ้นส่วนเกี่ยวเนื่อง การเลือกใช้รองลื่นแบบลูกปืน การออกแบบและเลือกใช้ชิ้นส่วนเพื่อการยึดแบบชั่วคราวและถาวร

เราจะเรียนรู้ประยุกต์/ใช้อย่างไร และรู้ได้อย่างไรว่าสำเร็จ?

จุดหมายของรายวิชา (course goal)

ผู้เรียนสามารถประยุกต์แนวคิดการออกแบบเพื่อตรวจสอบ วินิจฉัย หรือออกแบบใหม่ชิ้นส่วนของเครื่องจักรกลเพื่อให้ทำงานตามที่ออกแบบไว้อย่างปลอดภัย

ผลลัพธ์การเรียนรู้ (course learning outcomes - CLOs)

หลังจากเรียนจนสำเร็จรายวิชานี้แล้ว คุณจะสามารถ...

CLO-1 : อธิบายสาระสำคัญของแนวคิดการออกแบบชิ้นส่วนทางกลหรือเครื่องจักร และความสำคัญของขั้นตอนการคิดแก้ปัญหาทางฟิสิกส์/วิศวกรรม

CLO-2 : อธิบายความแตกต่างระหว่างแนวคิด หลักการ และเงื่อนไขสำคัญของทฤษฎีความเสียหาย และสรุปแนวทางการนำทฤษฎีความเสียหายไปใช้ในการออกแบบชิ้นส่วนเครื่องจักร

CLO-3 : ประยุกต์/ใช้สาระสำคัญของแนวคิดการออกแบบชิ้นส่วนทางกลหรือเครื่องจักร และขั้นตอนการคิดแก้ปัญหาทางฟิสิกส์/วิศวกรรม

CLO-4 : วิเคราะห์โหมดความเสียหายของชิ้นส่วนเครื่องจักรกลและแนะนำการแก้ไขการออกแบบโดยประยุกต์ใช้เส้นทางการออกแบบ ทางเลือกการออกแบบ และทฤษฎีความเสียหาย

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

งานมอบหมายเพื่อการเรียนรู้

ดูที่ google classroom

แนวทางการประเมิน เครื่องมือประเมิน และการตัดเกรด 

ดูรายละเอียดได้ที่หน้า...ผลลัพธ์การศึกษาและมาตรฐานการประเมิน

เอกสารประกอบการสอน (เตรียมโดยผู้สอน)

ดูที่ google classroom

ตำราประกอบการสอน


ภาณุฤทธิ์ ยุกตะทัต แปลจากตำราของ J.S. Shigley, C.R. Mischke, and R.G. Budynas - Mechanical Engineering Design