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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:孫明華
研究生(外文):Ming-Hua Sun
論文名稱:預壓對滾珠螺桿磨耗之實驗探討
論文名稱(外文):Experimental Investigation on Preload for Wear of Ball Screw
指導教授:邱顯俊邱顯俊引用關係
指導教授(外文):Shean-Juinn Chiou
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:機械工程學系
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:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:107
中文關鍵詞:滾珠螺桿磨耗預壓負載
外文關鍵詞:ball screwwearpreloadload
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精密定位是任何加工或機構運動的關鍵技術,滾珠螺桿是精密定位中常用的零組件,滾珠以滾動方式作為螺桿與螺帽間動力傳輸介面,大幅降低運動時的摩擦阻力,經過一段時間的使用,滾珠與螺桿、螺帽間會產生磨耗,形成軸向間隙使預壓效果逐漸消失。
本文探討滾珠螺桿在預壓及負載下的磨耗狀況,滾珠的受力狀態與滾動距離是磨耗產生的主要因素,本文先探討磨耗相關知識及經由實驗所獲得的磨耗方程式,瞭解與磨耗損失有關的變數,再分析滾珠在平面的滾動及受力情形,以及預壓及負載下滾珠的受力狀況。
為了解滾珠螺桿實際運轉時的磨耗情形,本研究設計一實驗平台來模擬滾珠螺桿的工作情形,控制滾珠的受力來瞭解實際的磨耗,比較負載及預壓對滾珠受力的影響,選擇可以符合本實驗平台的控制預壓方式來進行實驗,調整各種預壓量以瞭解預壓的改變對磨耗的影響,並探討負載重量及組裝因素對磨耗的影響,以滾動距離為單位進行磨耗量的量測,以瞭解滾珠螺桿在負載與預壓下的磨耗特性,期望能使機械設計人員更加瞭解滾珠螺桿的特性。
Ball screw is often used in the precise positioning which is the key technique of processing and mechanism motion. The friction force can be highly reduced by using the ball screw, because it transmits the power through rolling contact between the ball and nut, and between the ball and screw. But after operating for a period, wear will happen on the screw, ball, and nut, which will generate the clearance and cause the effect of preload disappear gradually.
In this paper, the wear conditions of ball screw under different preloads and external loads have been discussed. The main factors of causing wear are the applied force on the ball and the rolling distance of the ball. Wear equations obtained from other researches have been studied in this paper to understand the relationships of the wear parameters. An analysis of the ball rolling the surface also have been done to understand the applied force on the ball under preload and external load.
In order to understand the wear conditions of the ball screw under operation, a testing platform has been set up. By adjusting the preload and external load on the ball screw, different applied force conditions on the ball can be obtained. The wear amount was measured under different rolling distance to study the relationships between the wear conditions and the preload and external load. Also the factor of assembly and disassembly during the testing was analyzed in this research. The purpose of this research is trying to provide the information of wear conditions of ball screw under different loading conditions which can help the machine designers to understand more about the characteristic of the ball screw.
摘要 I
Abstract II
目錄 IV
圖目錄 VI
表目錄 VIII
附表目錄 IX
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 4
1.4 滾珠螺桿相關介紹 5
1.4.1 滾珠螺桿的特性 5
1.4.2 滾珠螺桿的接觸牙形 6
1.4.3 滾珠螺桿材質與熱處理 7
1.4.4 滾珠螺桿製程 8
1.4.5 滾珠螺桿預壓方式 10
1.4.6 滾珠螺桿磨耗 13
1.5 實驗計畫與範圍說明 13
1.6 論文架構說明 15
第二章 磨耗探討與滾珠受力分析 16
2.1金屬表面間的接觸 16
2.2 金屬磨耗 19
2.2.1 熔接-剪斷-犁割(welding- shearing-ploughing) 19
2.2.2 金屬磨耗機制 21
2.2.3 磨耗測定方式 23
2.3 磨耗對定位與預壓效果之影響 24
2.4 磨耗方程式探討 26
2.5 滾珠滾動受力分析 31
2.6 螺帽預壓受力 37
2.7 負載及預壓對滾珠受力分析 42
第三章 實驗設計與規劃 50
3.1 實驗規劃與說明 50
3.2 實驗平台的規劃與動作說明 54
3.3 負載與預壓對滾珠受力影響比較 61
3.4 實驗平台拆卸順序與過程 65
3.5 量測過程說明 68
第四章 實驗結果與討論 72
4.1 滾珠量測結果與討論 72
4.2 滾珠螺桿量測結果與討論 81
4.3 螺帽量測結果與討論 84
4.4 拆卸組裝過程對實驗影響比較 87
4.5 實驗結論 89
第五章 結論與建議 92
5-1 結論 92
5-2 未來展望與建議 93
參考文獻 95
附錄一 滾珠量測結果 98
附錄二 螺桿量測結果 100
附錄三 螺帽量測結果 101
附錄四 拆卸組裝因素探討量測結果 102
附錄五 標準預壓值外的磨耗情形 103
誌謝 107
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