วิศวกรรมเครื่องกล

วิศวกรรมเครื่องกล (อังกฤษ: Mechanical engineering) เป็นวิชาเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้คณิตศาสตร์และกฎทางฟิสิกส์เพื่อการประดิษฐ์ การผลิต และการดูแลรักษาระบบเชิงกล วิศวกรรมเครื่องกลเป็นหนึ่งในสาขาทางวิศวกรรมที่เก่าแก่ที่สุดและมีขอบข่ายกว้างขวางที่สุด

วิศวกรรมเครื่องกลออกแบบและสร้างเครื่องจักร

งานวิศวกรรมเครื่องกลรวมไปถึงยานพาหนะในทุกขนาด

ระบบปรับอากาศเองก็เป็นหนึ่งในงานทางวิศวกรรมเครื่องกล

การศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลนั้นจำเป็นต้องมีความเข้าใจในหลักการพื้นฐานของหลักกลศาสตร์ พลศาสตร์ อุณหพลศาสตร์ กลศาสตร์ของไหลและพลังงานเป็นอย่างดี วิศวกรเครื่องกลนั้นสามารถใช้หลักการณ์พื้นฐานได้ดีพอกับความรู้อื่น ๆ ในงานภาคสนามเพื่อการออกแบบและวิเคราะห์ยานยนต์ อากาศยาน ระบบทำความร้อนและความเย็น เรือ ระบบการผลิต จักรกลและอุปกรณ์อุตสาหกรรม หุ่นยนต์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ เป็นต้น

วิวัฒนาการ

การประยุกต์ใช้ศาสตร์ทางวิศวกรรมเครื่องกลนั้นถูกบันทึกเอาไว้ในหลายสังคมยุคโบราณและยุคกลางทั่วโลก ในกรีกยุคโบราณงานของอาร์คิมิดีส (287 –212 ก่อนคริสตกาล) และงานของเฮรอนแห่งอเล็กซานเดีย (ค.ศ. 10–70) นับได้ว่ามีอิทธิพลอย่างลึกซึ้งต่อประยุกตวิทยายุโรปมากเลยทีเดียว ในจีน จาง เหิง (張衡) (ค.ศ. 78–139) พัฒนานาฬิกาน้ำและเครื่องตรวจจับแผ่นดินไหว หม่า จวิน (馬鈞) (ค.ศ. 200–265) ประดิษฐ์ติดตั้งเฟืองทดบนรถม้า ซู ซ่ง (蘇頌) (ค.ศ. 1020–1101) ช่างนาฬิกาและวิศวกรได้ประยุกต์กลไกเอสเคปเมนต์ (Escapement Mechanism) เพื่อการประดิษฐ์หอนาฬิกาเชิงดาราศาสตร์ได้สองร้อยปีก่อนที่กลไกนี้จะถูกค้นพบในยุโรปและยังเป็นกลไกที่ใช้โซ่ส่งกำลัง (Chain Drive) กลไกแรกในโลก

ในช่วงยุคทองของอิสลาม ระหว่างคริสต์ศตวรรษที่ 7 ถึง 15 มีการพัฒนาศาสตร์ด้านกลไกอย่างเด่นได้ชัด อัล จาชิริ ผู้แต่งตำรา "ตำราแห่งความรู้เกี่ยวกับกลไกอันชาญฉลาด (Book of Knowledge of Ingenious Mechanical Devices) " ใน ค.ศ. 1206 ซึ่งนำเสนอรูปแบบกลไกมากมาย เขาถูกพิจารณาว่าเป็นผู้ประดิษฐ์อุปกรณ์เชิงกลหลายอย่างซึ่งปัจจุบันถือเป็นกลไกพื้นฐานดั่งเช่นเพลาแคมและแคร๊ง

ในช่วงต้นคริสตศัตวรรษที่ 19 พัฒนาการด้านเครื่องมือกลในอังกฤษและสกอตแลนด์ทำให้วิศวกรรมเครื่องกลแยกตัวออกมาจากวิศวกรรมสาขาอื่น ๆ โดยเน้นไปที่งานเครื่องจักรอุตสาหกรรมและเครื่องยนต์ต้นกำลัง ใน ค.ศ. 1847 สมาคมวิศวกรเครื่องกลแห่งแรกได้ถูกก่อตั้งขึ้นในสหราชอาณาจักรหรือสามสิบปีหลังการก่อตั้งสมาคมวิศวกรโยธา ในสหรัฐอเมริกา สามคมวิศวกรเครื่องกลแห่งอเมริกา (American Society of Mechanical Engineers, ASME) ถูกก่อตั้งใน ค.ศ. 1880 กลายเป็นสมาคมทางวิศวกรรมลำดับที่สามตามหลังสมาคมวิศวกรโยธาแห่งอเมริกา (1852) และสถาบันวิศวกรเหมืองแร่แห่งอเมริกา (1871) สำหรับสถาบันการศึกษาแรกที่เปิดหลักสูตรวิศวกรรมศาสตร์ในอเมริกาคือ วิทยาลัยการทหารแห่งสหรัฐอเมริกา (โรงเรียนนายร้อยทหารบกเวสต์พอย์ต) ในค.ศ. 1817 ซึ่งต่อมากลายเป็น มหาวิทยาลัยนอร์วิช (Norwich University) ในค.ศ. 1819 และสถาบันโพลิเทคนิคเรนส์ซเลียร์ ในค.ศ. 1825 โดยประวัติศาสตร์การศึกษาด้านวิศวกรรมเครื่องกลนั้น มีพื้นฐานการศึกษาที่เน้นหนักไปทางด้านคณิตศาสตร์และวิทยาศาสตร์

ศาสตร์ทางด้านวิศวกรรมเครื่องกลนั้น ได้รับการพิจารณาว่าเป็นศาสตร์ทางวิศวกรรมที่กว้างที่สุด งานของวิศวกรเครื่องกลนั้นมีขอบข่ายตั้งแต่ก้นมหาสมุทรไปจนถึงอวกาศอันไกลพ้น

การศึกษา

หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลมีเปิดสอนในสถาบันการศึกษาทั่วโลก ในจีน, เนปาล และอเมริกาเหนือ หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะเป็นหลักสูตรสี่ถึงห้าปี และผู้สำเร็จการศึกษาจะได้รับวุฒิวิทยาศาสตรบัณฑิต (วท.บ.) เทคโนโลยีบัณฑิต (ทล.บ.) หรือ วิศวกรรมศาสตรบัณฑิต (วศ.บ.) ซึ่งจะมีการระบุถึงสาขาวิศวกรรมเครื่องกล ในสเปน โปรตุเกส และอเมริกาใต้ หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะเป็นหลักสูตร 5 ปีสำหรับการเรียนในห้อง หรือ 6 ปีรวมการฝึกภาคปฏิบัติ ในประเทศไทย หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลเป็นหลักสูตร 4 ปี

ในอเมริกา หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลระดับปริญญาตรีโดยส่วนมากจะได้รับการรับรองจากคณะกรรมการรับรองหลักสูตรสำหรับวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยี (Accreditation Board for Engineering and Technology (ABET)) เพื่อให้มั่นใจได้ว่าทุกมหาวิทยาลัยมีหลักสูตรการเรียนการสอนอยู่ในมาตรฐานที่คล้ายคลึงกัน สำหรับในประเทศไทยนั้น หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะได้รับการดูแลโดยสภาวิศวกร

วิศวกรเครื่องกลอาจจะเข้ารับการศึกษาเพิ่มเติมในระดับปริญญาโทและเอกในสาขา วิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต (วศ.ม.) วิทยาศาสตรมหาบัณฑิต (วท.ม.) หรือ ปริญญาเอกในสาขาวิศวกรรมศาสตร์ หรือปริญญาทางวิศวกรรมอื่น ๆ สำหรับกรศึกษาในระดับมหาบัณฑิตหรือปริญญาอื่น ๆ อาจจะทำหรือไม่ทำวิทยานิพนธ์ก็ได้

หลักสูตร

มาตรฐานของหลักสูตรที่ถูกกำหนดในแต่ละประเทศนั้นจะมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันด้านการเรียนการสอนในวิชาพื้นฐานทางด้านวัสดุศาสตร์ สร้างความสามารถในตัวบัณฑิตวิศวกรรมทุกคนให้มีความสามารถในการทำงานในฐานะผู้เชี่ยวชาญด้านวิศวกรรมได้เหมือนกัน สำหรับในประเทศไทย สภาวิศวกรได้กำหนดว่าหลักสูตรทางวิศวกรรมศาสตร์จะที่ได้รับการรับรองนั้นจำต้องมีการสอนความรู้วิชาพื้นฐานทางวิทยาศาสตร์, ความรู้วิชาพื้นฐานทางวิศวกรรม และความรู้วิชาเฉพาะทางวิศวกรรม อีกทั้งยังจะต้องมีคณาจารย์ และสถานที่ ห้องสมุด และห้องปฏิบัติการ เป็นไปตามเกณฑ์ และมีการจัดทำระบบประกันคุณภาพและผ่านการรับรองจากกระทรวงที่รับผิดชอบ อย่างไรก็ตาม วิชาเฉพาะในหลักสูตรนั้นอาจจะแตกต่างกันออกไปโดยบางมหาวิทยาลัยอาจจะบรรจุหลายสายวิชาลงในรายวิชาเดียว หรืออาจจะแยกสายวิชาออกมาเป็นหลายรายวิชา ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งอำนวยการสอน และสาขาการวิจัยของมหาวิทยาลัย โดยทั่วไปวิชาพื้นฐานของวิศวกรรมเครื่องกลประกอบด้วย

• สถิตยศาสตร์ และ พลศาสตร์
• ความแข็งแรงของวัสดุ และ กลศาสตร์ของแข็ง
• เครื่องมือวัดและควบคุม
• อุณหพลศาสตร์, การถ่ายเทความร้อน, ระบทำความร้อนและความเย็น
• กลศาสตร์ของไหล
• การออกแบบเครื่องกล (ทั้งในเชิงสถิตยศาสตร์ และ พลศาสตร์)
• การผลิต
• การเขียนแบบเชิงวิศวกรรม

วิศวกรเครื่องกลจำต้องมีความเข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้ความรู้พื้นฐานทางเคมี, ฟิสิกส์, วิศวกรรมไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์, วิศวกรรมโยธา อีกทั้ง หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลมีการสอนวิชาแคลคูลัสหลายรายวิชา อีกทั้งจะต้องมีการสอนวิชาคณิตศาสตร์ชั้นสูงเช่น สมการเชิงอนุพันธ์ (รวมถึงสมการเชิงอนุพันธ์เชิงย่อย) และ พีชคณิต อีกด้วย

นอกจากนี้ บางหลักสูตรทางวิศวกรรมเครื่องกล อาจจะเน้นเฉพาะทางลงไปเช่น วิศวกรรมยานยนต์, วิศวกรรมการบินและอวกาศยาน, วิศวกรรมต่อเรือ,วิศวกรรมขนถ่ายวัสดุ, วิศวกรรมจักรกลเกษตร หรือวิศวกรรมหุ่นยนต์หรือสาขาอื่น ๆ

โดยส่วนมาก หลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลจะบังคับให้นักศึกษาได้รับการฝึกงานในสถานประกอบการทางวิศวกรรมจริงอย่างน้อยหนึ่งรายวิชา แต่สำหรับประเทศไทยนั้น นักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลทุกคนจะต้องผ่านการฝึกงานจริงหนึ่งรายวิชา ส่วนมากการฝึกงานของนักศึกษาวิศวกรรมเครื่องกลในประเทศไทยจะถูกจัดอยู่ในภาคการศึกษาภาคฤดูร้อนของปีการศึกษาที่สาม

ใบอนุญาตประกอบวิชาชีพทางวิศวกรรม (ก.ว.)

ไม่จำเป็นว่าวิศวกรเครื่องกลทุกคนจะต้องมีใบประกอบวิชาชีพถึงจะทำงานได้ วิศวกรบางคนอาจจะขอใบอนุญาตประกอบวิชาชีพวิศวกรรมจากหน่วยงานภาครัฐระดับชาติ, รัฐ หรือมณฑล ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับกฎหมายที่บังคับใช้ในแต่ละรัฐ แต่สำหรับประเทศไทย สภาวิศวกรคือหน่วยงานเดียวที่สามารถออกใบรับรองให้วิศวกรทั่วประเทศ วิศวกรที่จะได้รับใบประกอบวิชาชีพนั้นคือวิศวกรที่ผ่านการตรวจสอบแล้วว่ามีความรู้เฉพาะทางที่จำเป็น, มีประสบการณ์งานจริง และมีความรู้ด้านกฎหมายที่เกี่ยวข้องกับงานทางวิศวกรรมในระดับผู้เชี่ยวชาญงานวิศวกรรม ในประเทศไทยนั้น วิศวกรที่จะได้รับการรับรองนั้นจะต้องสำเร็จการศึกษาในหลักสูตรวิศวกรรมเครื่องกลที่สภาวิศวกรรับรอง

สมาคมวิชาชีพ

ในหลาย ๆ ประเทศ มีองค์กรทางวิชาชีพวิศวกรรมเครื่องกลที่มีชื่อเสียง และทำคุณประโยชน์ในการพัฒนาวิชาชีพและนำวิชาการทางวิศวกรรมเครื่องกลสร้างประโยชน์สังคม หลาย ๆ องค์กร ได้แก่ ASME (American Society of Mechanical Engineers) หรือ JSME (Japanese Society of Engineers) ในประเทศไทยก็มีสมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย (Thai Society of Mechanical Engineers) สมาคมวิศวกรรมปรับอากาศแห่งประเทศไทย

เครื่องมือทางวิศวกรรมเครื่องกลยุคใหม่

ในหลาย ๆ บรรษัททางวิศวกรรม โดยเฉพาะบรรษัทจากประเทศอุตสาหกรรมเริ่มมีการใช้โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรม (CAE) ในการออกแบบและวิเคราะห์ระบบการผลิต รวมไปถึงการใช้โปรแกรมเขียนแบบทางวิศวกรรม (CAD) โปรแกรมเหล่านี้มีประโยชน์มากมายนัก ไม่ว่าจะทำให้การออกแบบง่ายขึ้นและแบบมีความสมบูรณ์แบบมากขึ้น, สามารถสร้างแบบเสมือนการประกอบกันของชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ และง่ายต่อการออกแบบส่วนเชื่อมต่อและการคำนวณความคลาดเคลื่อน

โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรมที่มักจะถูกใช้โดยวิศวกรรมเครื่องกลนั้นรวมไปถึง Product lifecycle management (PLM) และโปรแกรมในการจำลองสถานการณ์ที่ซับซ้อน โปรแกรมช่วยทางวิศวกรรมนี้อาจจะถูกใช้ในการคำนวณภาระที่อาจจะเกิดขึ้น รวมทั้งการคำนวณหาขีดจำกัดการล้า และความสามารถในการผลิต โปรแกรมเหล่านี้นั้นรวมไปถึง finite element analysis (FEA), computational fluid dynamics (CFD), และ computer-aided manufacturing (CAM).

สาขาย่อยของวิศวกรรมเครื่องกล

งานภาคสนามของวิศวกรเครื่องกลเกิดจากการประยุกต์ใช้ความรู้ในหลาย ๆ แขนงของวิศวกรรมเครื่องกล สาขาย่อยของวิศวกรรมเครื่องกลที่ถูกเขียนถึงต่อไปนี้มักจะจะถูกสอนในระดับตั้งแต่ปริญญาตรีลงมา นอกจากนี้บทความส่วนนี้จะอธิบายถึงรายละเอียดโดยย่อพร้อมทั้งตัวอย่างการประยุกต์ใช้ที่มักจะถูกใช้ สาขาย่อยบางสาขาเป็นสาขาเฉพาะสำหรับวิศวกรเครื่องกล แต่ในบางสาขาเกิดจากสนธิความรู้จากสาขาอื่น งานของวิศวกรเครื่องกลส่วนมากใช้ความรู้และทักษะจากสาขาต่าง ๆ เหล่านี้เข้าด้วยกันพอพอกับการใช้ความรู้จากสาขาที่เป็นความเชี้ยวชาญเฉพาะทาง สาขาความเชี่ยวชาญเฉพาะทางในบทความส่วนนี้มักจะสอนในระดับสูงกว่าปริญญาตรี หรือการฝึกสอนในภาคปฏิบัติมากกว่าการวิจัยในระดับปริญญาตรีหรือต่ำกว่า สาขาความเชี่ยวชาญเฉพาะทางจะถูกกล่าวถึงในส่วนท้าย ๆ ของเนื้อหาส่วนนี้

กลศาสตร์

{{วิกิตำรา|[[:en:Solid Mechanics}}

ดูบทความหลักที่: กลศาสตร์

 

วงกลมโมห์ร คือเครื่องมือทั่วไปที่ใช้ในการวิเคราะห์ค่าความเค้น-ความเครียดในทางวิศวกรรม

กลศาสตร์ คือการศึกษาแรงและผลกระทบของมันบนวัตถุ สำหรับกลศาสตร์วิศวกรรมแล้ว กลศาสตร์ถูกใช้เพื่อการวิเคราะห์และคำนวณความเร่งและการเปลี่ยนรูป (ทั้งบนวัสดุอีลาสติก และพลาสติก) บนวัสดุที่ทราบแรงที่เข้ากระทำ (หรือที่เรียกว่าภาระ) หรือทราบความเค้น สาขาย่อยของกลศาสตร์มีดังนี้

• สถิตยศาสตร์ (Statics) ศึกษาวัตถุที่อยู่นิ่งและทราบภาระ
• พลศาสตร์ (Dynamics) ศึกษาผลกระทบของแรงที่เข้ากระทำต่อวัตถุ
• ความแข็งแรงของวัสดุ ศึกษาการเปลี่ยนรูปของวัตสดุ ภายใต้ความเค้นแบบต่าง ๆ
• กลศาสตร์ของไหล ศึกษาปฏิกิริยาของของไหลอันเนื่องมาจากแรง
  • กลศาสตร์ของไหลนี้อาจจะแบ่งได้เป็นของไหลสถิตย์และของไหลจลน์ และกลสาสตร์ของไหลก็เป็นสาขาหนึ่งของ continuum mechanicsสำหรับการประยุกต์ใช้ความรู้ในสาขานี้มี ไฮดรอลิกส์ และ นิวแมติกส์
• Continuum mechanics คือวิธีการประยุกต์ใช้กลศาสตร์โดยสมมติว่าวัสดุนั้นมีความต่อเนื่องไม่ขาดช่วง

วิศวกรเครื่องกลมักจะใช้กลศาสตร์ในขั้นตอนการออบแบบและวิเคราะห์ ตัวอย่างเช่นในการออกแบบรถยนต์ สถิตยศาสตร์อาจจะถูกใช้ในการออกแบบโครงรถเพื่อหาว่าบริเวณใดท่ได้รับความเครียดสูงที่สุด พลศาสตร์อาจจะถูกใช้ในการออกแบบเครื่องยนต์เช่นคำนวณแรงในลูกสูบ ความแข็งแรงของวัสดุจะถูกใช้เพื่อการเลือกวัสดุที่มีความเหมาะสม ส่วนกลศาสตร์ของไหลอาจจะถูกใช้เพื่อการวิเคราะห์ระบบระบาบอากาศ หรือระบบดูดอากาศเข้าเครื่องยนต์

จลนศาสตร์

จลนศาสตร์ (kinematics) เป็นการศึกษาการเคลื่อนไหวของวัตถุและระบบโดยไม่สนใจแรงที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว การเคลื่อนไหวของเครนหรือการเคลื่อนที่กลับไปกลับมาของลูกสูบเป็นตัวอย่างหนึ่งของระบบทางจลนศาสตร์อย่างง่าย เครนเป็นตัวอย่างของระบบเปิดทางจลนศาสตร์ ส่วนลูกสูบเป็นระบบปิดแบบโฟร์บาร์ลิงเกจ

วิศวกรจะใช้จลนศาสตร์ในการออกแบบและวิเคราะห์กลไก ซึ่งจลนศาสตร์นี้สามารถใช้คำนวณหาขอบเขตการเคลื่อนที่ของกลไก หรือออกแบบกลไกที่มีเพื่อตอบสนองการเคลื่อนที่ของกลไก

 

เครื่อง CNC คือตัวอย่างผลงานของเครื่องกลไฟฟ้า

หุ่นยนต์และเครื่องกลไฟฟ้า

เครื่องกลไฟฟ้าเป็นศาสตร์ผสมระหว่างวิศวกรรมเครื่องกล, วิศวกรรมไฟฟ้าและวิศวกรรมซอฟต์แวร์ ซึ่งพิจารณาได้ว่าการผสมผสานความรู้ทางไฟฟ้าและเครื่องกลนั้นเป็นระบบผสม (Hybrid system) ดังนั้นเครื่องยนต์จะสามารถเคลื่อนไหวได้ด้วยตัวเองจากการใช้มอเตอร์ไฟฟ้า, กลไกเซอร์โว หรืออุปกรณ์ทางไฟฟ้าอื่น ๆ ภายใต้การควบคุมของโปรแกรมพิเศษ ตัวอย่างง่าย ๆ ของเครื่องกลไฟฟ้าคือเครื่องอ่านซีดีรอม โดยระบบเชิงกลนั้นคือระบบชักถาดซีดีเข้า/ออก, การหมุนแผ่นซีดี และกลไกขยับหัวอ่านเลเซอร์ โดยที่ระบบทางไฟฟ้าจะทำการอ่านข้อมูลและแปลงสัญญาณ ส่วนซอฟต์แวร์ทำหน้าที่ควบคุมกระบวนการและสื่อสารระหว่างซีดีกับคอมพิวเตอร์

สำหรับวิศวกรรมหุ่นยนต์นั้นเป็นการประยุกต์ใช้เครื่องกลไฟฟ้าเพื่อการสร้างหุ่นยนต์ ซึ่งส่วนมากจะใช้ปฏิบัติงานที่อันตราย, ไม่พึงประสงค์ หรืองานซ้ำซากสำหรับมนุษย์ หุ่นยนต์เหล่านี้จะมีรูปร่างหรือขนาดอย่างไรก็ได้ แต่พวกมันล้วนถูกโปรแกรมและสามารถตอบสนองทางกายภาพต่อสิ่งเร้าได้ เพื่อการสร้างหุ่นยนต์ วิศวกรจะใช้คิเนมาติกส์เพื่อออกแบบขอบเขตการเคลื่อนไหว และกลศาสตร์เพื่อวิเคราะห์ความเค้นในหุ่นยนต์

หุ่นยนต์ถูกใช้มากในอุตสาหกรรม ซึ่งทำให้ต้นทุนแรงงานต่ำลง สามารถทำให้ผู้ประกอบการทำงานที่อันตรายเกินไป หรือซ้ำซากเกินไปสำหรับมนุษย์ได้อย่างคุ้มค่าและสามารถรับประกันคุณภาพของผลิตภัณฑ์ได้ หลาย ๆ บรรษัทอาจจะใช้หุ่นยนต์ในขั้นตอนการประกอบชิ้นส่วน และบางโรงงานใช้หุ่นยนต์ในการทำงานทั้งหมดจนไม่ต้องใช้มนุษย์ในการทำงาน และนอกจากในโรงงานแล้ว หุ่นยนต์อาจจะถูกใช้ในการกู้ระเบิด, การสำรวจอวกาศ หรืองานอื่น ๆ นอกจากนี้หุ่นยนต์ก็สามารถทำงานบ้านได้

การวิเคราะห์โครงสร้าง

การวิเคราะห์เชิงโครงสร้างเป็นสาขาหนึ่งของวิศวกรรมเครื่องกล (และวิศวกรรมโยธา) เพื่อตรวจสอบว่าเป้าหมายนั้นพังเพราะเหตุใดและทำไม ความเสียหายเชิงโครงสร้างโดยทั่วไปแล้วจะเกิดขึ้นได้สองลักษณะใหญ่คือความเสียหายสถิตย์ (Static Failure) และความเสียหายล้า (Fatigue Failure) ความเสียหายเชิงโครงสร้างสถิตย์เกิดขึ้นเมื่อเป้าหมายที่ถูกพิจารณานั้นแตกหักหรือเปลี่ยนรูปแบบพลาสติก (Plastic Deforming) ขึ้นอยู่กับเกณฑ์พิจารณา (ในบางกรณี การเปลี่ยนรูปนั้นสามารถยอมรับได้ จึงไม่ถือว่าเกิดความเสียหาย) สำหรับความเสียหายล้าคือความเสียหายที่เกิดขึ้นจากการรับภาระที่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดอยู่ตลอดเวลาซ้ำไปซ้ำมาเป็นวงรอบหลาย ๆ รอบ สาเหตุของความเสียหายล้านี้เกิดความไม่สมบูรณ์แบบของวัสดุ เช่นเกิดการแตกหักในระดับไมโครบนผิวของวัสดุซึ่งจะค่อย ๆ ทวีความเสียหายมากขึ้นเรื่อย ๆ ในแต่ละรอบการทำงานจนกระทั่งรอยแตกหักนั้นกว่างมากพอที่จะถือได้ว่าเสียหายอย่างที่สุด (Ultimate Failure)

 

แบบmechanical double sealที่เขียนด้วยCAD

การเขียนแบบ

ดูบทความหลักที่: การเขียนแบบเชิงเทคนิก และ CNC

การเขียนแบบคือการที่วิศวกรเครื่องกลเขียนแบบเพื่อแนะนำชิ้นส่วนผลิตภัณฑ์ซึ่งให้รายละเอียดมิติที่จำเป็นต้องแจ้งให้ผู้ผลิตทราบ ตลอดจนการระบุหมายเหตุ, รายการวัสดุที่ต้องใช้และข้อมูลที่จำเป็นอื่น ๆ แบบที่เขียนนี้อาจจะเขียนด้วยมือหรือคอมพิวเตอร์ก็ได้ วิศวกรหรือช่างที่มีหน้าที่ในการเขียนแบบนี้จะถูกเรียกว่าช่างเขียนแบบ ในอตีตการเขียนแบบจะเป็นการเขียนภาพสองมิติ แต่โปรแกรมcomputer-aided design (CAD) ทำให้ช่างเขียนแบบสามารถเขียนภาพสามมิติได้

ข้อแนะนำในการผลิตนี้จำต้องป้อนเข้าสู่เครื่องจักรที่จำเป็น ไม่ว่าจะเป็นการป้อนข้อมูลโดยทั่วไปหรือผ่านการใช้โปรแกรม computer-aided manufacturing (CAM) หรือโปรแกรมผสม CAD/CAM โดยทางเลือกแล้ววิศวกรอาจจะทำการผลิตชิ้นส่วนโดยอาศัยแบบที่ได้รับมา แต่การประยุกต์ใช้เครื่องCNC (computer numerically controlled) นั้นได้รับความนิยมใช้มากขึ้นเช่นกัน ในเบื้องต้นวิศวกรยังผลิตชิ้นส่วนด้วยมนุษย์ในงานหรือกระบวนการที่การใช้เครื่องจักรไม่ให้ผลตอบแทนที่คุ้มค่าเชิงเศรษฐศาสตร์เช่นการพ่นสีเคลือบผิว หรือ การขัดผิว

การเขียนแบบถูกใช้แทบจะทุกสาขาทางวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมสาขาอื่นและสถาปัตยกรรม แบบจำลองสามมิติที่ถูกเขียนด้วย CAD โดยมากอาจจะถูกประยุกต์ใช้ในโปรแกรม finite element analysis (FEA) และ computational fluid dynamics (CFD) อีกด้วย

อุณหพลศาสตร์หรือวิทยาศาสตร์ความร้อน

 

วิกิตำรา มีคู่มือ ตำรา หรือวิธีการเกี่ยวกับ:
:en:Thermodynamics

อุณหพลศาสตร์คือวิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่ถูกใช้ในวิศวกรรมหลายสาขารวมไปถึงวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมเคมี อธิบายอย่างง่ายที่สุดเกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ก็คือศาตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับพลังงานและการเปลี่ยนรูปของพลังงานภายในระบบ สำหรับในทางวิศวกรรมแล้ว จะสนใจการเปลี่ยนรูปของพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งเป็นหลัก ตัวอย่างเช่นเครื่องยนต์รถยนต์ที่เปลี่ยนแปลงพลังงานเคมี (เอนทัลพี) ในน้ำมันไปเป็นความร้อน และพลังงานกลตามลำดับเพื่อการขับเคลื่อนล้อรถ

หลักการทางอุณหพลศาสตร์ถูกใช้มากในทางวิศวกรรมเครื่องกลในด้านการถ่ายเทความร้อน, thermofluids และการอนุรักษ์พลังงาน วิศวกรเครื่องกลใช้ความรู้ทางด้านนี้เพื่อการออกแบบเครื่องยนต์, โรงต้นกำลัง, ระบบความร้อน-ถ่ายเทอากาศ-การปรับอากาศ, อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน, อุปกรณ์ระบายความร้อน, ตู้เย็น, ฉนวนความร้อน ฯลฯ

หัวข้องานวิจัยที่เป็นเรื่องใหม่ในทางวิศวกรรมเครื่องกล

วิศวกรเครื่องกลพยายามขยายขอบเขตความรู้ในสาขาวิชาของตนออกไปอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่ปลอดภัยมากขึ้น, ลดต้นทุนการผลิต, และมีประสิทธิภาพมากขึ้น งานวิจัยใหม่ ๆ ที่กำลังเป็นที่สนใจมีดังนี้

อ่านเพิ่มเติม การค้นคว้าทางวิศวกรรม

 

ผ้าถักที่มีการผสมคาร์บอนไฟเบอร์

วัสดุผสม

ดูบทความหลักที่: วัสดุผสม

วัสดุผสมคือการผสมวัสดุเข้าด้วยกันเพื่อให้เกิดคุณลักษณะทางกายภาพที่แตกต่างออกไปจากวัสดุเดิมโดด ๆ การวิจัยวัสดุผสมในแวดวงวิศวกรรมเครื่องกลเจาะจงไปที่การออกแบบวัสดุที่แข็งแรงกว่า และมีความคงทนถาวรมากกว่า (และด้วยผลที่ตามมาก็คือสภาวะที่เหมาะสมต่อการใช้งาน) โดยพยายามที่จะลดน้ำหนักของวัสดุลง มีความคงทนต่อการสึกกร่อนและปัจจัยไม่ปรารถนามากขึ้น คาร์บอนไฟเบอร์เป็นตัวอย่างหนึ่งของวัสดุที่ถูกใช้ผสมลงในวัสดุซึ่งถูกใช้อย่างแพร่หลายตั้งแต่ในอวกาศยานลงมาจนถึงเบ็ดตกปลา

เครื่องกลไฟฟ้า

เครื่องกลไฟฟ้าคือการผสมผสานความรู้ทางวิศวกรรมเครื่องกล, ไฟฟ้า, อิเล็กทรอนิกส์ และคอมพิวเตอร์เข้าด้วยกัน เพื่อการศึกษาระบบอัตโนมัติและถูกใช้งานในการควบคุมระบบผสมชั้นสูง

 

ตัวอย่างการวิเคราะห์การชนของรถด้วยไฟไนท์อีลาเมนท์

ไฟไนต์ เอเลเมนต์

ระเบียบวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์ไม่ใช่สาขาใหม่ เนื่องจากแนวคิดพื้นฐานของมันได้ถูกคิดขึ้นมาตั้งแต่พ.ศ. 2484แล้ว แต่พัฒนาการของเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์ทำให้การวิเคราะห์ไฟไนท์อีลาเมนท์เป็นทางเลือกที่จับต้องได้ในปัญหาการวิเคราะห์โครงสร้าง มีโค้ดเชิงพานิชย์มากมายที่ได้รับความนิยมในอุตสาหกรรมเพื่อการวิจัยและออกแบบชิ้นส่วน เช่น ANSYS, Nastran and ABAQUS

เทคโนโลยีนาโน

ณ ขนาดที่เล็กที่สุด วิศวกรรมเครื่องกลได้กลายมาเป็นเทคโนโลยีนาโนและวิศวกรรมโมเลกุล โดยมีเป้าหมายเพื่อการสร้างอุปกรณ์ขนาดจิ๋วเพื่อสร้างโมเลกุลหรือวัสดุผ่านแม็คคาโนซินเทสิส

อื่น ๆ

วิกิตำรา (ภาษาอังกฤษ)

Aeronautical Engineering Astronautical Engineering Conveyor system Automotive Engineering Elasticity Engineering Mechanics Solid Mechanics Engineering Thermodynamics Fluid Mechanics

Engineering Acoustics Engineering Thermodynamics Heat Transfer Introduction to elasticity Microtechnology Nanotechnology Pro Engineer Strength of Materials

มหาวิทยาลัยวิกิ

• ภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล (ภาษาอังกฤษ)
• วิศวกรรมเครื่องกล มหาวิทยาลัยศรีปทุม http://www.spu.ac.th/fac/engineer/th/program.php?bid=5

อ้างอิง

1. Needham, Joseph (1986). Science and Civilization in China: Volume 4. Taipei: Caves Books, Ltd.
2. http://www.britannica.com/eb/article-9105842/engineering, accessed 06 May 2008
3. R. A. Buchanan. The Economic History Review, New Series, Vol. 38, No. 1 (Feb., 1985) , pp. 42–60
4. ASME history 2011-07-25 ที่ เวย์แบ็กแมชชีน, accessed 06 May 2008.
5. The Columbia Encyclopedia, Sixth Edition. 2001-07, engineering, accessed 06 May 2008
6. สภาวิศวกรรม, "การรับรองหลักสูตร, บทนำ", เข้าถึงเมื่อ 9 เมษายน 2552
7. สภาวิศวกร, การสมัครสมาชิกสภาวิศวกร เข้าถึงเมื่อ 9 เมษายน พ.ศ. 2552
8. American Society of Mechanical Engineers
9. Japan Society of Mechanical Engineers
10. TSME สมาคมวิศวกรเครื่องกลไทย