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研究生:黃啟華
研究生(外文):Chi-Hua Huang
論文名稱:虛擬口形氣浮導軌之精密線性滑動平台特性分析
論文名稱(外文):Characteristics Analysis of the Virtual Hollow Rectangular Aerostatic Guide Way in Precision Linear Motion Stage
指導教授:鄭俊誠鄭俊誠引用關係
指導教授(外文):Jyun-Cheng Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:機械工程系碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2001
畢業學年度:89
語文別:中文
中文關鍵詞:ADAMS非線性彈簧口形氣浮導軌虛擬原型機線性滑動平台
外文關鍵詞:ADAMSnon-linear springhollow rectangular aerostatic guide wayvirtual-prototypelinear motion stage
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本文將以有線元素法求解雷諾方程式的結果,所得到的軸承間隙壓力分佈狀況,利用高階機構動態模擬分析軟體(ADAMS),以建構非線性彈簧來模擬氣膜剛性,虛擬一口形氣浮導軌,並分析負荷能力與振動實驗,再與實際之導軌的實驗數據相互比較,以印證虛擬口形氣浮導軌之正確性。最後以虛擬原型機(virtual prototype)的方式,虛擬一由口形氣浮導軌所組成之線性滑動平台,並執行與實際狀況十分接近的運動模擬測試,而分析平台的整體剛性、負荷能力、共振頻率及角度偏擺等特性,希望經由這樣的研究能夠建立完全參數化的幾何模型和系統,使在精密機械中常使用的氣浮軸承所組成之平台,在還未實際生產之前,提供一種模擬分析的方式。
The purpose of this research is using non-linear spring to stimulate the stiffness of gap in air bearing, and applying advanced mechanical system simulation tool (ADAMS) to model a virtual hollow rectangular aerostatic guide way and analyze its loading behavior and vibration. Then do the experiment to prove its validity. Finally, using virtual-prototype concepts to construct a virtual hollow rectangular aerostatic guide way in precision linear motion stage, and run a simulated motion test that is extremely close to the real situation. Furthermore, analyze the characteristics of the precision linear motion stage such as the stiffness, loading behavior, natural frequency and dynamic behavior. Hopefully, through this study, the system and the geometric model that are complete parameter could be established. This research provide an analysis way of hollow rectangular aerostatic guide way in linear motion stage before it has not been invented yet.
目 錄
中文摘要 …………………………………………………………Ⅰ
英文摘要 …………………………………………………………Ⅱ
誌謝 ………………………………………………………………Ⅲ
目錄 ………………………………………………………………Ⅳ
表目錄 ……………………………………………………………Ⅵ
圖目錄 ……………………………………………………………Ⅶ
符號說明 …………………………………………………………Ⅹ
一、緒論 ……………………………………………………1
1.1 前言 ………………………………………………………………………1
1.2 文獻回顧 …………………………………………………………………1
1.3 研究目的 …………………………………………………………………2
1.4 論文架構 …………………………………………………………………3
二、氣體軸承與氣浮導軌簡介 ……………………………………4
2.1 氣體軸承的基本種類 ………………………………………………4
2.2 氣體軸承的優缺點及應用 …………………………………………6
2.3 氣體靜壓軸承工作原理 ……………………………………………8
2.4 靜氣壓導軌簡介 ……………………………………………………11
三、矩形氣體軸承之基本原理 ……………………………………15
3.1 簡介 …………………………………………………………………15
3.2 那維爾-史拖克斯方程式(Navier-Stokes Equation)…………15
3.3 雷諾方程式(Reynolds Equation) ……………………………18
3.4 程式模擬軸承間隙壓力分佈結果 ……………………………………21
四、虛擬口形氣浮導軌模型之建構與實驗 ………………………23
4.1 虛擬原型機技術介紹 ………………………………………………23
4.2 虛擬口形氣浮導軌模型之建構 ……………………………………24
4.2.1 口形氣浮導軌軸承工作間隙量測 ………………………………24
4.2.2 實體模型之建構 …………………………………………………26
4.2.3 非線性彈簧之設定 ………………………………………………27
4.3 虛擬口形氣浮導軌之運動拘束及參數設定 ………………………32
4.3.1 座標設定 …………………………………………………………32
4.3.2 運動拘束設定 ……………………………………………………33
4.3.3 動態參數設定 ……………………………………………………34
4.3.4 剛性參數設定 ……………………………………………………35
4.4 虛擬口形氣浮導軌與實體模型實驗結果比較 ……………………7
4.4.1 剛性實驗 …………………………………………………………37
4.4.2 負荷能力實驗 ……………………………………………………44
4.4.3 振動實驗 …………………………………………………………50
五、虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台特性分析 ………………55
5.1 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台模型建構 ………………………55
5.2 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台剛性分析 ………………………56
5.2.1 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台剛性分析 …………………56
5.2.2 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台位移量分析 ………………59
5.3 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台振動分析 …………………64
5.3.1 非週期性外力振動 ……………………………………………64
5.3.2 週期性外力振動 ………………………………………………68
5.4 虛擬口形氣浮導軌之線性滑動平台動態模擬 …………………73
5.4.1 平台之角度偏擺模擬 …………………………………………73
5.4.2 平台動態負荷模擬 ……………………………………………80
六、結論與未來展望 …………………………………………………86
6.1 結論 ……………………………………………………………86
6.2 未來展望 ………………………………………………………88
參考文獻 ………………………………………………………………89
附錄一 口形氣浮導軌軸承間隙實驗量測設備……………………91
附錄二 口形氣浮導軌剛性實驗與模擬數據(Gap7.5 )……………92
附錄三 口形氣浮導軌剛性模擬數據(Gap20 )………………………93
附錄四 非線性彈簧剛性參數設定(Gap10 )…………………………94
附錄五 氣浮平台軸承間隙與剛性實驗模擬數據………………………95
簡歷 …………………………………………………………………………96
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