臺灣博碩士論文加值系統

滾珠導螺桿包含螺桿、螺帽、循環系統及鋼珠。主要功能為將旋轉運動轉換為線性運動，或將扭矩轉換為軸向反覆作用力。本研究主要研究如何由已知條件選擇適當的滾珠導螺桿，找出最符合設計需求之規格，並藉由軟體功能計算滾珠導螺桿相關應力。
本研究係利用Excel工作表間函數計算式，依據需求計算並決定適當之滾珠導螺桿規格，計算內容包含:軸向負荷、行程、轉速、平均負荷、平均轉速及壽命等，並且進行馬達慣性矩及驅動扭矩計算，再依據前述內容進行相關應力及容許壓縮負荷等計算。
藉由Excel計算之最大軸向負荷及最大驅動扭矩結果，將其值代入ANSYS APDL模擬分析程式中進行分析。APDL模擬分析程式中滾珠導螺桿長度、根徑、扭矩..等皆設定為可變函數，可變函數設定可讓使用者快速建模與分析。
研究結果顯示，Excel計算關係式與ANSYS APDL模擬分析兩者之分析結果相符合，表示此研究內容可廣泛運用於快速計算，滾珠導螺桿選用必須計算之相關內容。



關鍵詞：滾珠導螺桿、ANSYS、APDL

In this study, by the known conditions to study how to select the appropriate ball screw design that best fits the needs of specifications and software features calculated by ball screws related stress. Use Excel worksheet functional relationship between, depending on demand computing and determining the appropriate ball screw specifications, calculations contains: axial load, stroke, speed, average load, average speed and lifetime of such operations, and then the moment of inertia and the motor drive torque calculations, and then based on the aforementioned content and related allowable compressive load and other stress calculation.
With Excel calculates the maximum axial load and maximum drive torque result, its value is substituted into ANSYS APDL simulation program for analysis. APDL simulation program ballscrews length, root diameter, variable torque .. mused set function, variable function settings allow users to quickly Modeling and Analysis.
The results show, Excel calculate the relationship between simulation with ANSYS APDL analysis results are consistent, which means that this research can be widely used rapid calculation, ball screws used must calculate the related content.






Keywords: Ball screw, ANSYS ,APDL

摘 要 I
ABSTRACT II
誌 謝 III
目 錄 IV
表目錄 VI
圖目錄 VII
第一章 緒論 1
一、 研究目的與動機 1
二、 本文架構 2
第二章 文獻探討 3
第三章 研究理論 11
一、 選擇滾珠導螺桿流程 14
二、 滾珠導螺桿計算內容 15
三、 有限元素法 31
(一)、 ANSYS介紹 32
(二)、 APDL介紹 34
四、 材料力學 41
(一)、 拉力、壓力與剪力 41
(二)、 扭力 42
(三)、 組合應力 42
第四章 研究內容與規劃 43
一、 定義目標 44
二、 Excel計算設計與規劃 44
(一)、 已知條件 44
(二)、 螺桿規格 46
(三)、 螺桿計算 47
(四)、 馬達性能 49
(五)、 馬達出力計算 49
三、 APDL模擬分析程式撰寫 50
(一)、 最大驅動扭矩之分析 50
(二)、 最大軸向負荷之分析 62
(三)、 最大剪應力分析 66
第五章 分析結果與討論 67
一、 Excel計算之條件內容 67
二、 APDL模擬分析之條件內容 67
三、 Excel計算之分析結果 68
四、 APDL模擬分析之分析結果 69
五、 最大剪應力分析結果: 69
六、 Excel計算與APDL模擬分析結果數據比較 70
第六章 結論與未來展望 71
一、 結論 71
二、 展望 72
參考文獻 73
符號彙編 76

1.HIWIN上銀科技股份有限公司，線上技術手冊_ Ballscrew-(C)，S99TC11-1009，第1、4、7、176-177頁。
2.林育賢，軸向重負荷滾珠導螺桿振動與熱溫升量測模擬分析，虎尾科技大學，碩士論文，2009。
3.陳仕岳，軸向重負載滾珠螺桿承載與壽命實測驗證，虎尾科技大學，碩士論文，2009。
4.余思緯，滾珠螺桿系統螺帽熱分析，國立成功大學，碩士論文，2009。
5.陳政傳，滾珠螺桿振動及機械效率之理論及實驗分析，國立成功大學，碩士論文，1998。
6.魏進忠，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，2003。
7.賴鴻琪，具滾珠導螺桿背隙之串並聯式工具機誤差分析及最佳化設計，國立中正大學，碩士論文，2003。
8.郭乃華，在進給加速度誤差下之串並聯式工具機誤差分析，國立中正大學，碩士論文，2002。
9.許清鈞，高導程螺桿傳動進給機構之慣性力分析，國立台北科技大學，碩士論文，2001。
10.林柏州，滾珠螺桿定位控制及精度之模式研究及實驗分析，國立成功大學，碩士論文，1998。
11.何益君，公差與受力對機械結構變形影響之探討，國立中興大學，碩士論文，1999。
12.黃國軒，旋轉軸於斜向移動負載下之動態分析，國立中正大學，碩士論文，2000。
13.邱垂德，螺桿受研磨切削力之動態行為對表面粗糙度之影響，國立中正大學，碩士論文，2008。
14.蕭旭原，預拉對於雙螺帽滾珠導螺桿之轉動摩擦扭矩與溫升影響之探討，中興大學，碩士論文，畢業年份 97。
15.張國豐，雙螺帽滾珠導螺桿組裝預拉與運轉溫升之探討，中興大學，碩士論文，2010。
16.錢信諺，聲紋診斷滾珠導螺桿預壓力失效之研究，國立彰化師範大學，碩士論文，2011。
17.黃弘竣，滾珠螺桿進給系統預壓偵測技術之研發，國立中正大學，碩士論文，2012。
18.羅凱鴻，滾珠螺桿預壓之偵測，國立中正大學，碩士論文，2011。
19.劉志宏，高速滾珠螺桿振動響應與扭矩分析，虎尾科技大學，碩士論文，2011。
20.蘇栢賢，滾珠導螺桿振動噪音之研究，國立清華大學，碩士論文，2005。
21.陳宏原，往復移動式表面加熱之導螺桿熱傳分析，國立成功大學，碩士論文，2008。
22.王義傑，工具機主軸與滾珠導螺桿之熱變位模擬分析，雲林科技大學，碩士論文，2009。
23.張詠欽，工具機滾珠導螺桿之熱效應研究，中興大學，碩士論文，畢業年份 96。
24.黃暉笙，高精密搪床之滾珠導螺桿熱變位量測與模擬分析，雲林科技大學，碩士論文，2008。
25.楊晉嘉，滾珠導螺桿之溫升與熱變位模擬分析，雲林科技大學，碩士論文，2010。
26.廖子恩，滾珠螺桿溫昇熱變位量測之研究，國立中正大學，碩士論文，2000。
27.曹博涵，滾珠螺桿預壓力、軸向剛性與尺寸及公差關係之探討，國立中興大學，碩士論文，2005。
28.張政翔，以ANSYS分析雙圓弧螺旋齒輪接觸應力及齒形修型研究，正修科技大學，碩士論文，2005。
29.蘇崑熙，使用ANSYS之機械結構動態分析，中原大學，碩士論文，2003。
30.邱朝慶，雙螺桿壓縮機振動之分析與探討，國立中正大學，碩士論文，2008。
31.沈暐庭，雙螺桿壓縮機動態分析之研究與模擬，國立中正大學，碩士論文，2006。
32.楊詠超，引擎排氣歧管固定鉗之電腦輔助疲勞分析，逢甲大學，碩士論文，2007。
33.Ching Yuan Lin, Jui Pin Hung, Tzuo Liang Lo, “Effect of preload of linear guides on dynamic characteristics of a vertical column–spindle system”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 50, Issue 8, Pages 741–746, August 2010.
34.Jui-Pin Hung, Yuan-Lung Lai, Yuan-Lung Lai, Tzuo Liang Lo, “Modeling the machining stability of a vertical milling machine under the influence of the preloaded linear guide”, International Journal of Machine Tools and Manufacture, Volume 51, Issue 9, Pages 731–739, September 2011.
35.留偉倫，滾珠螺桿之螺帽應變分析及動態量測系統建立，虎尾科技大學，碩士論文，2010。
36.許迺奇，同步工程應用於滾珠導螺桿設計製造之研究，國立台灣科技大學，碩士論文，1995。
37.謝介銘，精密機械零組件及系統之可靠度分析，國立交通大學，碩士論文，1996。
38.藍英鴻，鑽孔攻牙機之進給系統設計技術與分析研究，中興大學，碩士論文，2013。
39.J. Fleischer, S. Herder, “Adaptronic ball screw for the enhancement of machine precision”, 5th CIRP Conference on High Performance Cutting 2012, Procedia CIRP 1 , 621 – 626, 2012.
40.A. Garinei, R. Marsili, “A new diagnostic technique for ball screw actuators”, Measurement, Volume 45, Issue 5 , Pages 819–828, June 2012.
41.Chun-Jen Chen, Wenyuh Jywe, Yu-Chun Liu, Hsin-Hong Jwo, “The Development of using the digital projection method to measure the contact angle of ball screw”, Physics Procedia, Volume 19 , Pages 36–42, 2011.
42.PMI銀泰科技股份有限公司，線上綜合技術型錄_ General Catalog_TC_BS，第17-43頁。
43.THK，綜合技術型錄，NO.3004T，第28、46-65頁。
44.原著: Moaveni 譯者 陳新郁、林政仁，有限元素分析_理論與應用 ANSYS，高立圖書有限公司，初版四刷，台北，台灣，96年。
45.龔曙光、謝桂蘭、黃云清，ANSYS 參數化編程與命令手冊，機械工業出版社，第一版二刷，北京，中國，2010。
46.廖慶聰、許長卿等校閱，溫烱亮、吳黎民、王派祥、張振添等共著，材料力學，文京圖書有限公司總經銷大揚出版社，初版三刷，台北，台灣，87年。
47.陳宏州，機械力學(下)，全華科技圖書股份有限公司，再版，台北，台灣，82年。
48.高耀東主編劉學杰、周可璋，ANSYS 機械工程應用精華 30例第二版，電子工業出版社，初版，北京，中國，第83-96頁，1995。