臺灣博碩士論文加值系統

摘要

螺旋彈簧具有六自由度之彈性，故用作隔振器時，可吸收六自由度之振動能量。本文主要在探討螺旋彈簧在六自由度之彈簧常數，及其隔振特性的分析。同時並將彈簧隔振器應用於高速遊艇軸系艉I架之隔振，並分析其隔振效果及與實驗值比較，驗證分析模式之正確性。
彈簧隔振器的隔振原理與其自然頻率有關，彈簧之自然頻率為 ，其k即分別代表六自由度之彈簧常數。當物體激振頻率與彈簧的自然頻率比大於4時，可以達到90％以上的隔振效果。M為有效質量，利用樑的線性疊加原理計求出有效質量。使用Ansys電腦軟體將軸系隔振之數值模擬，其分析結果與陸上實驗結果誤差約為10％~15％。
由陸地上I架減振實驗結果，軸系受衝擊負荷時，底板振動加速度在最高五大峰值之減振效果在4.4～59.8dB之範圍。軸系受水平及垂向激振力時，底板振動加速度及角加速度在前五大峰值有40％~99％良好的減振效果。

Abstract

The helical spring possesses 6 degrees of freedom, thus when it is used as an isolator, it can absorb the vibration energy in 6 degrees of freedom. This article aims at discussing the spring constants of the helical spring at 6 degrees of freedom, as well as analyzing its vibration isolation properties. Meanwhile, the spring isolator will be applied to the I-frame of the shaft of a high-speed yacht to isolate the vibration. The isolation effectiveness is analyzed and compared with the experimental values to verify the correctness of the analysis model.
The vibration isolation principle of the spring isolator is related to its natural frequency. The natural frequency of the spring is , where k represents the spring constants of the 6 degrees of freedom respectively. When the ratio of vibration frequency of a body over natural frequency is larger than 4, a vibration isolation of over 90% can be achieved. While M is an effective mass supported by the spring isolator, which can be derived by utilizing the superposition principle of beam theory for case of shaft system. By using the computer software Ansys, the numerical simulation of the shaft’s vibration isolation is carried out, and the maximum error between the results of the analysis and the results of the land based experiment is approximately 10%~15%, which was mainly resulting from the assumed value of damping ratio and basically it was proved the feasibility of the computer analysis.
The result of I-frame’s vibration reduction experiment conducted on land shows that when the shaft is subjected to impulsive load, the vibration reduction of the vibration acceleration of the base-plate at the first 5 major peak vibration values is between 4.4~59.8dB. When the shaft is under horizontal or vertical excitation force, the first 5 major vibration values of the base-plate have attained a good vibration reduction in the range of 40%~99% in linear acceleration and angular acceleration.

目錄
表目錄
圖目錄
摘要
一、緒論
1.1 簡介
1.2 文獻回顧 1.3 研究動機
1.4 研究步驟
二、三向彈簧常數分析
2.1圓柱螺旋彈簧之軸向彈簧常數
2.2圓柱螺旋彈簧之彎曲勁度
2.3圓柱螺旋彈簧之側向彈簧常數
2.4圓柱螺旋彈簧幾何參數關係
三、彈簧隔振器之基礎理論
3.1振動自由度
3.2隔振器之自由振動方程式
3.3彈簧隔振器之隔振分析與設計 23
四、彈簧隔振器之應用
4.1複材遊艇結構隔振器設計與分析評估 26
4.2實船量測目的與紀錄
4.3 I架底板由主機及螺槳引致之激振頻譜量測 28
4.4隔振器設計方案
4.4.1自然頻率之決定
4.4.2 隔振器處有效質量計算
4.4.3 訂製彈簧隔振器之規格特性
五、軸系有限元素隔振分析
5.1 分析模型建立
5.2 FEM模擬效果
5.3 結果討論
六、軸系I架隔振器地面測試
6.1 軸系I架地面測試佈置
6.2 測試使用儀器
6.3未裝與安裝隔振器測試圖示
6.4未裝、安裝與電腦分析隔振器受激振力之振動頻譜
6.5以激振器激振之隔振測試驗證
6.5測試結果
七、結論
參考文獻

[1]賀瑞琛，“橫式螺旋鋼索防爆墊非線性結構之分析與應用”，國立海洋大學造船工程學系，1997年6月。
[2]張烈誌，“船艛結構振動與噪音預估及實驗”， 國立海洋大學造船工程學系，1994年6月。
[3]王偉輝、方重凱，“柴油機採用彈簧避震器之探討”， 國立海洋大學系統工程暨造船學系，2003年。
[4]吳重雄，“隔振系統之原理及設計”，振動量測技術之講習論文集，度量衡國家標準實驗室編印，1988年9月。
[5]吳重雄，“金屬螺旋彈簧及橡膠質彈簧避振器之特性分析”，量測資訊季刊，第八期，工研院量測中心出版，1989年7月。
[6] 張應會、劉輝航、王德成，“彈簧手冊”，機械工業出版社,1997,pp.176-193.
[7]褚世明、林欽德、何善杰，“漫談設備振動診治與工安衛生”，環保月刊2002年10月號第16期，pp.162-167。
[8]王偉輝、許榮鈞、劉得源，“船機振動與噪音之隔離技術與分析“，國立海洋大學系統工程暨造船學系，2001年11月。
[9]吳孝文，“聲音品質技術應用“，聲學與噪音工程應用研討會，華梵大學機械工程學系，2002年3月。
[10] GERB , “Elastic Support of Presses ”, 1990.
[11]吳永芳，“螺旋鋼彈簧減振道床的結構與特點”，深圳地鐵有限公司，2002。
[12] W.H.Wang ,R.Sutton and B.Dobson ,“Modelling Mobility and Transmissibility of Sound and Vibration from Machinery To ship Structure”, Journal of the society of Naval Architects and Marine Engineers , ROC, Vol.14,No2,1995,pp.31-52.
[13] W.H.Wang , “Integrated Study on the Inboard Sources of Structure-Borne Noise”, Proceedings of the NSC-Part A:Physical Science and Engineering , Vol.20, No.4.1996. pp.397-417.
[14] 高立冬、喻浩、王暖，“減振降噪技術的應用設計”，中國造船，43卷第2期,2002,pp.44-49.
[15] H.J.Baiter , Advance Views of Cavitations Noise , International Symposium on Propulsors and Cavitations , Hamburg , 1992 , pp.192-200.
[16] GERB , “Elastic Support Systems in Shipbuilding”, 1990.
[17] Odegaard & Danneskiold-Samsoe , “Luxury Yachts : The Current Generation”, ODS News , No.6-summer 2002.