臺灣博碩士論文加值系統

伺服電動缸現今取代液油壓缸，採用伺服馬達配合滾珠導螺桿達到由轉動變直線運動的特性，時常用於六軸平台或運輸設備上。本文依據設計的規範，推導伺服電動缸最大出力，以利於使用在適當的場合與時機。配合動態模擬軟體ADAMS/View分析伺服電動缸於等速與加速狀態下之機構動態行為，求得伺服電動缸各零組件最大受力負載。再藉由有限元素軟體ANSYS分析各關鍵零組件之應力分佈，進而探討伺服電動缸各零組件之強度與壽命。

Today electric servo cylinder replaces hydraulic cylinder to reach the linear motion by using servo motor with ball screw. It was often used in six-axis platforms or transport equipment. This research is according to the design specification to derive the maximum axial thrust of electric servo cylinder so that we can use it in appropriate place. First, using the CAE simulation software ADAMS/View to do dynamic simulation of electric servo cylinder in the condition of same velocity and 1G acceleration, and get the load of components of electric servo cylinder. Next, using the FEM software ANSYS to analyze the stress distribution on key components of electric servo cylinder, and finally investigate the strength and life time of key components of electric servo.

目 錄
頁次
中文摘要……………………………………………i
英文摘要……………………………………………ii
誌謝…………………………………………………iii
目錄…………………………………………………iv
表目錄………………………………………………vii

圖目錄………………………………………………viii
符號說明……………………………………………x

一、
緒論……………………………………………………1
1.1 前言…………………………………………… 1
1.2 文獻回顧……………………………………… 2
1.3 研究背景與動機……………………………… 3
1.4 論文架構……………………………………… 4

二、
伺服電動缸之構造……………………………………5
2.1 伺服電動缸簡介……………………………… 5
2.2 滾珠導螺桿(Ball screw) ……………………7
2.2.1 滾珠導螺桿之特性………………………… 7
2.2.2 滾珠導螺桿的預壓方式…………………… 9
2.2.3 滾珠導螺桿之類型………………………… 10
2.2.4 滾珠導螺桿之安裝方式與製程…………… 12
2.3 斜角滾珠軸承(angular contact ball bearing)…14
2.3.1 滾珠軸承分類與組合方式………………… 15
2.3.2 斜角滾珠軸承預壓方式…………………… 17
2.3.3 斜角滾珠軸承剛性分析…………………… 18
2.4 伺服馬達(Servo motor) …………………… 21
2.5 時規皮帶輪…………………………………… 23
2.6 伺服電動缸實體模型建立…………………… 24

三、
伺服電動缸之出力推導與受力分析…………………27
3.1 伺服電動缸出力推導………………………… 27
3.1.1 伺服電動缸最大推力之推導流程………… 28
3.1.2 滾珠導螺桿之各負荷扭矩………………… 29
3.2 伺服電動缸受力探討………………………… 32
3.2.1 滾珠導螺桿軸受力情形…………………… 32
3.2.2 斜角滾珠軸承之受力情形………………… 33
3.2.3 後塊、前塊與剛體圓管之受力情形……… 34

四、
伺服電動缸之動態模擬與應力分析…………………35
4.1 伺服電動缸之動態模擬……………………… 35
4.1.1 伺服電動缸於等速運動之動態模擬……… 39
4.1.2 伺服電動缸於非等速運動之動態模擬…… 43
4.2 伺服電動缸各零組件之應力分析…………… 46
4.2.1 幾何模型建立……………………………… 47
4.2.2 設定材料性質……………………………… 47
4.2.3 伺服電動缸各零組件之收斂性測試……… 48
4.3 活塞推桿之應力分析………………………… 49
4.3.1 等速運動之活塞推桿應力分析…………… 49
4.3.2 非等速運動之活塞推桿應力分析………… 51
4.4 滾珠導螺桿軸之應力分析…………………… 52
4.4.1 等速運動之滾珠導螺桿軸應力分析……… 52
4.4.2 非等速運動之滾珠導螺桿軸應力分析…… 54
4.5 後塊之應力分析……………………………… 55
4.5.1 等速運動之後塊應力分析………………… 57
4.5.2 非等速運動之後塊應力分析……………… 57
4.6 剛體圓管(PIPE)之應力分析………………… 58
4.6.1 等速運動之剛體圓管(PIPE)應力分析…… 58
4.6.2 非等速運動之剛體圓管(PIPE)應力分析… 60
4.7 前塊之應力分析……………………………… 61
4.7.1 等速運動之前塊應力分析………………… 61
4.7.2 非等速運動之前塊應力分析……………… 63

五、
伺服電動缸之關鍵零組件強度與壽命探討…………65
5.1 伺服電動缸之各零組件強度探討…………… 65
5.2 伺服電動缸之壽命探討……………………… 66
5.2.1 滾珠導螺桿壽命探討……………………… 67
5.2.2 斜角滾珠軸承之壽命探討………………… 68

六、
結論與未來研究方向…………………………………70
6.1 結論…………………………………………… 70
6.2 未來研究方向………………………………… 72

參考文獻………………………………………………73
簡歷……………………………………………………74

參考文獻
1.M.B.Shkapenyuk, 1990, “ Ways of Improving the Performance of Ball-screw
Drives, ” Stanki I Instrument,vol.61,No,4,pp9-11.
2.Xiao-Dong Ren,2009, “ A new calibration method for parallel kinematics machine tools using orientation constraint, ”International Journal of Machine Tools & Manufacture 49(2009)708-721
3.David Lippett, 2003, “Development of a new High-Speed Multi-Stage Compressor Facility;Experimental Set Up, ”Proceedings of the international Gas Turbine Congress 2003 Tokyo,IGTC2003Tokyo Ts-114.
4.Parker-Electric Cylinder with Roller Screw Technology catalog,1898.
5.EXLAR-Product catalo,2010.
6.TOX- Product catalog,2008.
7.謝介銘, 1995, 精密機械零組件及系統可靠度分析,國立交通大學，碩士論文。
8.孫明華, 2001, 預壓對滾珠螺桿磨耗之實驗探討,國立中興大學，碩士論文。
9.謝尚鋒,2002, 虛擬雙軸線性滑動平台剛性分析及動態模擬,國立雲林科技大學，碩士論文。
10.魏進忠, 2003, 單螺帽雙圈滾珠螺桿在預負荷及潤滑作用條件下運動機制與機械性能的理論分析及實驗印證,國立成功大學，博士論文。
11.莊傳勝,2004, 多輪獨立懸吊系統之機構動態模擬與分析,國立雲林科技大學，碩士論文。
12.蔡宗佑,2006, 研究太陽能發電差異之間的固定角度與雙軸追蹤系統,南台科技大學，碩士論文。
13.丁敏峻,2009, 導螺桿進給系統構造與裝配之公差敏感度分析,國立雲林科技大學，碩士論文。
14.NSK Corp.,1992, “Technical Report”,Cat.No.A728.
15.THK 综合商品目錄,Cat.No.300-4T.
16.TBI型錄-台灣滾珠工業股份有限公司(全球滾珠)
17.上銀滾珠導螺桿技術手冊,S99TC10-0909.
18PMI Ballscrews Linear Guideway General Catalog_CPMI 滾珠螺桿線軌綜合型錄_中文版，第A15頁。
19錦林英一、田原九祺著 鄭振東 編譯，1993，”最新軸承漫談”，建宏出版社。
20莊明家 編著，1990，”機械設計及分析(上)”，復文書局。