臺灣博碩士論文加值系統

摘要
保持架在滾針軸承中為維持滾針正常運動之重要元件，其品質優劣關係著整個軸承的壽命與性能表現。
本文主要是以合作廠商所提供的保持架模型作為研究對象，以有限元素方法，配合電腦輔助工程分析軟體ANSYS來模擬保持架受到作用力後，分析保持架結構之靜態應力變化，模擬方法能與廠商實際拉伸實驗具一致性，提供廠商做為研究的指標；並討論其網格化方式、程度、位移量及應力分佈狀態之行為，及提出一些驗證評估方法，以求進一步的了解保持架結構設計分析問題，經過分析之後發現在元素網格化0.45 mm的程度下已足夠求解，並得到較佳的誤差評估值，而將最大應力值區域再網格細化也得到更佳的誤差評估值。
關鍵字：保持架、滾針軸承、有限元素法、電腦輔助工程分析

Abstract
The needle roller bearing cage is a crucial element in maintaining the needle’s normal operation. The quality of the cage is strongly related to the needle roller bearing’s performance and live.
This research focuses on the cage models provided by the manufacturers. By using the finite element method with the computer aided engineering software, ANSYS, one can analyze the static stress of the cage structure. The analysis method consistent with the actual tensile experiments conducted by the manufacturers, and such analysis is used as an evaluation basis for further study. This research concentrates the meshing manners, level, displacement, and the stress distribution behavior of the cage, and provides a series of analysis method to break down the issues and understand the design of the cage structure. After a finite element analysis, the problem can be solved by the element size level 0.45 mm, and obtain a better in accuracy value. When the element performs even more delegate meshing in maximum stress value region, the result is as expected, an even better inaccuracy value.
Keywords: cage, needle roller bearing, finite element method, computer aided engineering

目錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
致謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅷ
符號說明 Ⅸ
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究目的 2
1.3 本文架構與內容 3
第二章 理論基礎 4
2.1 有限元素法的基本概念 4
2.2 有限元素法分析步驟 5
2.2.1 將一連續體結構切割成具有限個具有簡單幾何形狀的元
素，形成網格化架構 6
2.2.2 描述每一個元素的種類、材料性質及負載 7
2.2.3 建構每一個元素的力平衡方程式 7
2.2.4 將所有的力平衡方程式組合起來，以求獲得整體結構系
統的力平衡方程式 9
2.2.5 應用已知的邊界條件及負載代入整個結構系統的方程
式 11
2.2.6 解出未知位移量 12
2.2.7 利用解出的位移量來計算位移場、應變場及應力
場 13
2.3 von Mises降伏準則 13
第三章 研究方法與步驟 17
3.1 ANSYS簡介 17
3.2 ANSYS模型之假設 19
3.3 ANSYS分析步驟 20
3.3.1 3D模型之建立 21
3.3.2 3D模型轉入至ANSYS 22
3.3.3 在前處理器設定分析的元素種類及材料性質 23
3.3.4 模型網格化 27
3.3.5 施予邊界條件及負載狀況 31
3.3.6 求解 33
3.3.7 輸出計算結果 33
第四章 ANSYS分析結果與討論 35
4.1 位移量之分析結果 35
4.2 von Mises應力狀態分析結果 39
4.3 驗證分析結果 43
4.3.1 驗證網格化結果 43
4.3.2 網格再細化 45
第五章 結論與未來研究方向 52
5.1 結論 52
5.2 未來研究方向 53
參考文獻 54
附錄 56

參考文獻
1. 王志峰，＂滾針軸承保持架用材料之電鍍氫脆研究＂，國立中央大學機械工程研究所碩
士論文，2006 年6 月。
2. 王新榮、陳時錦、劉亞忠，＂有限元素法及其應用＂，中央圖書出版社，1997 年。
3. 李輝煌，＂ANSYS工程分析(Engineering Analysis with ANSYS)＂，國立成功大學工程
科學系上課講義。
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5. 徐業良，＂有限元素分析＂，私立元智大學機械系大三機械設計課程教材，2005 年9
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書。
7. 黃俊仁，＂金屬疲勞(Metal Fatigue)＂，中央大學機械系上課講義，2005 年 ME649
Spring。
8. 電腦輔助工程分析軟體ANSYS 9.0，元素代號輔助說明。
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10. Dary1 L. Logan ＂A First Course in the Finite Element Method＂，THIRD
EDITION，BOOKS/COLE，2002。
11. 康淵、陳信吉，＂ANSYS 入門＂，全華科技圖書股份有限公司，2004 年3 月。
12. 陳新郁、林政仁譯，＂有限元素分析-理論與應用ANSYS＂，台灣培生教育出版股份有限
公司，2003 年2 月。