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研究生:李承和
研究生(外文):Cheng-Ho Li
論文名稱:連桿平衡機構之動態特性研究
論文名稱(外文):Study on Dynamic Characteristics of Linkage Balancing Mechanism
指導教授:左培倫
指導教授(外文):Pei-Lum Tso
學位類別:碩士
校院名稱:國立清華大學
系所名稱:動力機械工程學系
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:80
中文關鍵詞:平衡機構動態連桿平衡不平衡
外文關鍵詞:balancing mechanismdynamicslinkagebalancingunbalance
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機器在運作時,因內部機構本身的質量,受重力與運動時的加速度之效應,會產生動態慣性力作用在機架上,使機器產生不必要的振動或噪音,影響機器的性能表現,此即所謂動態不平衡。
本文的目的,在研究連桿動平衡機構之動態特性,利用「等效慣性質量分析法」,建立動平衡機構之平衡力模型,以了解諸如滑塊偏置量、桿件尺寸、桿件質量分布、平衡彈簧、平衡氣壓等參數對於平衡力曲線的影響。並提出設計連桿動平衡機構的原則,利用「雙肘節位置精確點的位置合成」,合成出滿足運動要求的機構尺寸,由諸多解答中,以動態力特性為指標,作分析及比較,找出平衡效果較好的解答,提供設計動平衡機構時的參考。
研究過程將完全程式化,利用電腦輔助設計,提升計算與選擇解答的效率。建立的程式中將包含動平衡機構運動分析、動平衡機構平衡力分析、機構合成解答線、機構合成解答分佈。最後並以實際沖床為例,設計一動平衡機構。
The characteristics of linkage balancing mechanism is first discussed on the base of Newton’s 2nd Law. Employing the Equivalent Mass Inertia method to model the balancing force of the linkage balancing mechanism. To synthesize the dimensions of the balancing mechanism by 2 precision toggle positions synthesis theory, establish the solution line, show the distribution of the solutions. Find the suitable dimensions for balancing mechanism within the solution line that satisfied the dynamic characteristic of design requirement. The study utilizes the computer-aided method to analyze the motion of the balancing mechanism, plot the curve of dynamic forces, establish the solution line and choose the right solution. At last, design a set of dimensions of balancing mechanism as a balancer for a press machine.
第一章 緒論 1
1.1 動態不平衡 2
1.2 動態不平衡的導因 3
1.3 動態平衡的目的 4
1.4 動態平衡的分類 4
1.5 電腦輔助機構合成 9
第二章 連桿動平衡機構之平衡力分析 11
2.1 無偏置型滑塊四連桿平衡機構平衡力推導 11
2.2 偏置型滑塊四連桿平衡機構平衡力推導 17
2.3 考慮平衡滑塊自重、彈簧力、平衡氣壓 21
2.4 平衡力程式建立 24
2.5 平衡力極值的探討 26
第三章 連桿動平衡機構之尺寸合成 31
3.1 動態慣性力條件之機構尺寸合成 31
a.滑塊四連桿兩個肘節位置精確點合成理論推導 32
b.滑塊四連桿的型態分類 35
c.滑塊四連桿尺寸合成解答線的建立 37
d.滑塊四連桿尺寸合成解答 42
3.2 機構尺寸合成解答之選取 44
3.3 動平衡機構之特性與調整性 50
a.動平衡氣壓對平衡力曲線的影響 50
b.動平衡彈簧對平衡力曲線的影響 52
c.偏置量對平衡力曲線的影響 53
d.耦桿質心位置對平衡力曲線的影響 56
e.動平衡力機構平衡力的可調整性 57
第四章 多連桿沖床之動平衡機構設計59
4.1 動平衡機構設計範例(一) 60
4.2 動平衡機構設計範例(二) 66
第五章 結論與未來展望 72
5.1 結論 72
a.平衡效果討論 72
b.滑塊四連桿合成與動平衡機構 73
c.具彈性的動平衡機構設計方法 74
d.滑塊四連桿平衡機構的限制 74
5.2 未來展望 76
參考文獻 78
圖目錄
圖1.1 連桿沖床動平衡機構圖 7
圖1.2 連桿沖床動平衡機構簡圖 7
圖2.1.1 滑塊四連桿代號示意圖 11
圖2.1.2 耦桿(2)質心示意圖 12
圖2.1.3 等效慣性質量 12
圖2.1.4 滑塊四連桿等效慣性質量模型 14
圖2.2.1 偏置型滑塊四連桿代號示意圖 17
圖2.2.2 偏置型滑塊四連桿等效慣性質量模型 18
圖2.3.1 偏置型滑塊四連桿動平衡機構 21
圖2.3.2 滑塊平衡裝置示意圖 22
圖2.4.1 滑塊四連桿動平衡機構平衡力分析程式界面 25
圖2.5.1 動平衡機構平衡力曲線範例(一) 27
圖2.5.2 動平衡機構平衡力曲線範例(二) 27
圖3.1.1 滑塊四連桿下死點肘節位置 33
圖3.1.2 滑塊四連桿上死點肘節位置 33
圖3.1.3 滑塊四連桿合成解答線範例(一) 39
圖3.1.4 滑塊四連桿合成解答線範例(二) 39
圖3.1.5 滑塊四連桿合成解答線範例(三) 39
圖3.1.6 滑塊四連桿合成解答線範例(四) 40
圖3.1.7 滑塊四連桿合成解答線範例(五) 40
圖3.1.8 滑塊四連桿合成解答分佈圖 41
圖3.1.9 滑塊四連桿尺寸解答列表 43
圖3.2.1 解答選取指標圖範例(一) 46
圖3.2.2 解答選取範圍範例(一) 47
圖3.2.3 解答選取指標圖範例(二) 48
圖3.2.2 解答選取範圍範例(二) 49
圖3.3.1 平衡氣壓與平衡力曲線範例(一) 51
圖3.3.2 平衡氣壓與平衡力曲線範例(二) 51
圖3.3.3 平衡彈簧常數與平衡力曲線範例(一) 52
圖3.3.4 平衡彈簧常數與平衡力曲線範例(二) 52
圖3.3.5 偏置量與平衡力曲線範例(一) 53
圖3.3.6 偏置量與平衡力曲線範例(二) 54
圖3.3.7 偏置量與平衡力曲線範例(三) 54
圖3.3.8 偏置量與平衡力曲線範例(四) 54
圖3.3.9 偏置量與平衡力曲線範例(五) 55
圖3.3.10 耦桿質心與平衡力曲線範例(一) 56
圖3.3.11 耦桿質心與平衡力曲線範例(二) 56
圖4.1 動平衡機構設計流程 59
圖4.1.1 史蒂芬生三型六連桿沖床機構圖 60
圖4.1.2 史蒂芬生三型六連桿沖床機構模型與動態慣性力分析 60
圖4.1.3 沖床機構動態曲線極值對應角度 61
圖4.1.4 多連桿沖床動平衡機構合成解答線 61
圖4.1.5 多連桿沖床動平衡機構解答指標圖 62
圖4.1.6 多連桿沖床動平衡機構適當尺寸解答範圍 62
圖4.1.7 平衡力曲線(一) 64
圖4.1.8 平衡力曲線(二) 64
圖4.2.1 瓦特二型六連桿沖床機構圖 66
圖4.2.2 瓦特二型六連桿沖床機構模型與動態慣性力分析 66
圖4.2.3 沖床機構動態曲線極值對應角度 67
圖4.2.4 多連桿沖床動平衡機構合成解答線 68
圖4.2.5 多連桿沖床動平衡機構解答指標圖 68
圖4.2.6 多連桿沖床動平衡機構適當尺寸解答範圍 69
圖4.2.7 平衡力曲線(一) 70
圖4.2.8 平衡力曲線(二) 71
表目錄
表2.4.1 機構尺寸與程式代號對應表 24
表3.1.1 滑塊四連桿機構存在條件 36
表3.1.2 滑塊四連桿機構運動型態分類 37
表3.3.1 動平衡機構尺寸範例(一) 50
表3.3.2 動平衡機構尺寸範例(二) 53
表3.3.3 偏置量列表 53
表3.3.4 偏置量與曲柄所受x方向平衡力極值 55
表3.3.5 偏置量與曲柄所受y方向平衡力極值 55
表3.3.6 動平衡機構調整參數與特性歸納 58
表4.1.1 多連桿沖床動平衡機構尺寸解答列表 63
表4.1.2 多連桿沖床動平衡機構平衡力分析尺寸條件 63
表4.2.1 多連桿沖床動平衡機構尺寸解答列表 69
表4.2.2 多連桿沖床動平衡機構平衡力分析尺寸條件 70
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