跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(34.204.180.223) 您好!臺灣時間:2021/08/01 17:03
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

我願授權國圖
: 
twitterline
研究生:蔡孟哲
研究生(外文):Meng-Che Tsai
論文名稱:凸輪式線性致動器之設計與製造
論文名稱(外文):Design and Manufacture of a Cam Type Linear Actuator
指導教授:蔡得民
指導教授(外文):Der-Min Tsay
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:機械與機電工程學系研究所
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:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:107
中文關鍵詞:線性致動器凸輪機構軟性電路板
外文關鍵詞:FPCBslinear actuatorover-head cam mechanism
相關次數:
  • 被引用被引用:2
  • 點閱點閱:171
  • 評分評分:
  • 下載下載:0
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:0
應用於軟性電路板沖孔加工之機構式線性致動器,其缺點為:系統之零件數多、傳動效率低、能源耗損大等。為提供快速與高品質之沖孔加工製程工作,其設計基本通則為追求組成系統之零件數要少、輕量化、加工件品質高、整體效率佳與能源耗損低。針對改善傳統連桿式線性致動器之運動與動態特性,首先分析現有連桿機構式線性致動器之性能表現,以獲得設計參考,並訂定欲設計之目標。依循工作需求與規格,進行非等轉速控制下,凸輪機構之合成與分析工作,以取代皮帶輪與搖臂等零件。凸輪式線性致動器之性能表現,所得成果遠優於預期目標,並且已獲得高速沖切薄型加工件所需能量觀點之初步實際驗證。本文所得之研究成果,亦可提供現行從事線性致動器相關設計,或從事高速沖切相關工作參考之用。
The drawbacks of the mechanical linear actuator which is applied to punch flexible printed circuit boards(FPCBs), are many components involved, low transmission efficient, and high proportion of energy consumption. In order to design and manufacture a device that can generate a rapid and high quality punching processes, the fundamental rules that can be followed are to use few parts with light weight design, good working piece, energy conserved, and perfect efficient. To improve the kinematic and dynamic characteristics of the existing mechanism, design, manufacture, and assessment are to be taken for developing new linear actuated mechanisms. The first step is to analyze the performance of the existing linkage actuator . The second step is to design a over-head cam mechanism of non-constant rotational speed to substitute the pulley and the rock arm according to the design specifications. The performance of the new type actuated device is superior to the existing mechanism, and this research had preliminary verified the viewpoint of the energy in high speed punching. The achievements of this research also provide references for linear actuator designers and high speed punching producers.
謝誌 Ⅰ
目錄 Ⅱ
圖目錄 Ⅲ
表目錄 Ⅵ
中文摘要 Ⅶ
英文摘要 Ⅷ
第一章 前言 1
1.1 背景與動機 2
1.2 文獻回顧 4
1.3 研究目的與研究方法 5
1.4 內容說明 6
第二章 連桿式線性致動器特性分析 7
2.1 連桿式線性致動器機構之位置解析 7
2.2 連桿式線性致動器機構之速度解析 10
2.3 連桿式線性致動器機構之加速度解析 11
2.4 連桿式線性致動器機構之急跳度解析 12
2.5 連桿式線性致動器之應用與缺失 15
2.6 連桿式線性致動器之改善對策 20
第三章 凸輪從動件運動曲線之合成 23
3.1 凸輪與凸輪從動件型式之介紹與分析 24
3.2 凸輪從動件運動特性理論基礎 27
3.3 凸輪從動件運動曲線與B-spline函數插值法 29
第四章 控制系統與伺服馬達控制曲線 40
4.1 運動控制卡之選擇 40
4.2 伺服控制器與伺服馬達之選擇 42
4.3 伺服馬達控制曲線—S型曲線之簡介 44
第五章 凸輪機構設計範例 50
5.1 凸輪外廓之合成與分析 50
5.2 凸輪機構之動態模擬與分析 53
5.3 凸輪從動件之沖孔能量模擬與分析 71
第六章 凸輪式線性致動器之實測與分析 74
6.1 凸輪式線性致動器之設計 75
6.2 量測系統之規劃與量測分析 77
第七章 軟性電路板沖孔能量實驗 85
7.1 偏心輪式線性致動器之設計與量測分析 85
7.2 軟性電路板沖孔能量實驗 89
第八章 結論與討論 99
參考文獻 102
附錄A 伺服驅動器參數設定與運動控制卡接線參考說明 105
附錄B 相關計畫與申請專利 116


圖目錄

圖1.1 龍門式機台之應用[1] 1
圖1.2 懸臂式機台之應用[1] 1
圖1.3 旋轉式機台之應用[1] 2
圖1.4 連桿式線性致動器[2] 2
圖1.5 螺桿式線性致動器[3] 3
圖1.6 空壓式線性致動器[4] 3
圖1.7 音圈馬達式線性致動器[6] 4
圖2.1 連桿式線性致動器平台[2] 7
圖2.2 機構示意圖 8
圖2.3 機構向量迴路 8
圖2.4 沖頭部機構 9
圖2.5 伺服馬達運動曲線 14
圖2.6 連桿式線性致動器沖頭部運動曲線 15
圖2.7 軟性印刷電路板(厚度:83μm) 15
圖2.8 軟性印刷電路板截面圖 16
圖2.9 軟性印刷電路板沖切加工示意圖 17
圖2.10 連桿式線性致動器沖頭部之能量變化 18
圖2.11 連桿式線性致動器加工孔件 19
圖2.12 沖頭部加速度與機台殘振量測示意圖 20
圖2.13 連桿式線性致動器沖頭部實際加速度 20
圖2.14 連桿式線性致動器機台殘振量 21
圖3.1 凸輪設計與製造流程 23
圖3.2 徑向凸輪 24
圖3.3 軸向凸輪 25
圖3.4 直動平板型從動件 25
圖3.5 直動滾子型從動件 26
圖3.6 直動傘型從動件 26
圖3.7 DRRD凸輪從動件運動位移曲線圖 27
圖3.8 凸輪無因次角位移與時間之關係 34
圖3.9 MS型凸輪從動件無因次運動特徵 35
圖3.10 MT型凸輪從動件無因次運動特徵 35
圖3.11 Polydyne型凸輪從動件無因次運動特徵 36
圖3.12 偏心輪從動件無因次運動特徵 37
圖3.13 B-spline型凸輪從動件無因次運動特徵 38
圖4.1 控制系統架構圖 40
圖4.2 運動控制卡與DDA關係圖 41
圖4.3 DDA功能示意圖 42
圖4.4 S型曲線之運動特徵 44
圖4.5 Ss=0與Ss=1之加速度曲線 46
圖4.6 S型曲線與梯型曲線加速度關係 46
圖4.7 S型曲線與梯型速度曲線之轉換關係 47
圖4.8 點對點之S型曲線規劃 47
圖4.9 凸輪無因次角位移與其從動件無因次位移特徵之關係 49
圖5.1 凸輪與傘型從動件示意圖 50
圖5.2 MS型凸輪外廓 51
圖5.3 MT型凸輪外廓 51
圖5.4 Polydyne型凸輪外廓 52
圖5.5 偏心輪外廓 52
圖5.6 B-spline型凸輪外廓 53
圖5.7 S型凸輪壓力角與曲率半徑 54
圖5.8 MT型凸輪壓力角與曲率半徑 54
圖5.9 Polydyne型凸輪壓力角與曲率半徑 55
圖5.10 偏心輪壓力角與曲率半徑 55
圖5.11 B-spline型凸輪壓力角與曲率半徑 56
圖5.12 MS型凸輪從動件運動曲線 57
圖5.13 MT型凸輪從動件運動曲線 58
圖5.14 Polydyne型凸輪從動件運動曲線 58
圖5.15 偏心輪從動件運動曲線 59
圖5.16 B-spline型凸輪從動件運動曲線 59
圖5.17 MS型凸輪與傘型從動件之接觸力與接觸應力 61
圖5.18 MT型凸輪與傘型從動件之接觸力與接觸應力 62
圖5.19 Polydyne型凸輪與傘型從動件之接觸力與接觸應力 62
圖5.20 偏心輪與傘型從動件之接觸力與接觸應力 63
圖5.21 B-spline型凸輪與傘型從動件之接觸力與接觸應力 63
圖5.22 MS型凸輪與滾子型從動件之接觸力與接觸應力 64
圖5.23 MT型凸輪與滾子型從動件之接觸力與接觸應力 65
圖5.24 Polydyne型凸輪與滾子型從動件之接觸力與接觸應力 65
圖5.25 偏心輪與滾子型從動件之接觸力與接觸應力 66
圖5.26 B-spline型凸輪與滾子型從動件之接觸力與接觸應力 66
圖5.27 MS型凸輪機構之沖切力 67
圖5.28 MT型凸輪機構之沖切力 68
圖5.29 Polydyne型凸輪機構之沖切力 68
圖5.30 偏心輪機構之沖切力 69
圖5.31 B-spline型凸輪機構之沖切力 69
圖5.32 MS型凸輪從動件輸出能量變化 71
圖5.33 MT型凸輪從動件輸出能量變化 71
圖5.34 Polydyne型凸輪從動件輸出能量變化 72
圖5.35 偏心輪從動件輸出能量變化 72
圖5.36 B-spline型凸輪從動件輸出能量變化 73
圖6.1 凸輪式線性致動器系統 74
圖6.2 B-spline型凸輪 75
圖6.3 凸輪式線性致動器主要機構部之零件 75
圖6.4 凸輪式線性致動器 76
圖6.5 凸輪式線性致動器之主要機構部 77
圖6.6 整體系統實驗之架設圖 78
圖6.7 Measurement Automation Explorer控制介面圖 78
圖6.8 馬達實際運作速度曲線圖 79
圖6.9 馬達實際運作轉矩曲線圖 79
圖6.10 沖頭部加速度量測裝置 80
圖6.11 機台殘振量測裝置 81
圖6.12 凸輪式線性致動器沖頭部實際加速度 82
圖6.13 凸輪式線性致動器機台殘振量 83
圖6.14 凸輪式線性致動器加工孔件( ) 84
圖7.1 偏心輪 86
圖7.2 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度 86
圖7.3 偏心輪式線性致動器機台殘振量 87
圖7.4 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 88
圖7.5 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 89
圖7.6 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 89
圖7.7 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 90
圖7.8 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 90
圖7.9 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 91
圖7.10 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 91
圖7.11 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 92
圖7.12 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 92
圖7.13 偏心輪式線性致動器加工孔件( ) 93
圖7.14 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 94
圖7.15 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 94
圖7.16 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 95
圖7.17 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 95
圖7.18 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 96
圖7.19 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 96
圖7.20 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 97
圖7.21 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 97
圖7.22 偏心輪式線性致動器沖頭部實際加速度( ) 98
圖A.1 UMI-7764介面圖[51] 105
圖A.2 MELSERVO-J2S-10A之速度模式控制接線圖[35] 106
圖A.3 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=49, Kd=0, Ki=0) 109
圖A.4 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=75, Kd=0, Ki=0) 110
圖A.5 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=100, Kd=0, Ki=0) 110
圖A.6 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=49, Kd=50, Ki=0) 111
圖A.7 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=49, Kd=100, Ki=0) 111
圖A.8 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=49, Kd= 0, Ki=50) 112
圖A.9 馬達空負載運轉曲線圖(Kp=49, Kd=0, Ki=100) 112
圖A.10 實際系統機構馬達運轉曲線圖(Kp=10, Kd=0, Ki=0) 113
圖A.11 實際系統機構馬達運轉曲線圖(Kp=20, Kd=0, Ki=0) 114
圖A.12 實際系統機構馬達運轉曲線圖(Kp=50, Kd=0, Ki=0) 114


表目錄

表2.1 連桿式線性致動器運動特徵值 14
表2.2 PI之基本性質(25℃)[20] 17
表2.3 RA銅之基本性質(25℃)[20] 17
表2.4 連桿式線性致動器規格 22
表3.1 設計限制條件表 32
表4.1 步進式馬達與伺服式馬達之比較 42
表4.2 S型曲線之運動特徵最大值 45
表4.3 S型曲線之運動特徵時間 47
表5.1 各型凸輪從動件之運動特徵值 60
表5.2 各型凸輪機構之沖切力 70
表5.3 各型凸輪從動件之能量變化 73
表6.1 凸輪式線性致動器機械規格 76
表6.2 量測設備規格 81
表6.3 凸輪式線性致動器與連桿式線性致動器之比較 84
表A.1 UMI-7764介面說明 105
表A.2 MELSERVO-J2S-10A與UMI-7764連接參考 107
表A.3 MELSERVO-J2S-10A參數設定參考 108
1.Ball Screws & Actuators Company, Inc., 1998, BSA Applications.
2.楊惠國、李國富、劉東官,2002,軟性電路板連續沖孔機,中華民國專利公告,第553586號。
3.Danaher Motion, 2001, Electrak Linear Actuator Systems.
4.Bimba Manufacturing Company, 1999, The New Range of ISO 6431 and VDMA 24562 Cylinders.
5.Toru, I., Shinobu, K., and Yasuaki, M., 2001, ”Drilling Device for Roll Type Sheet,” Patent Abstracts of Japan, JP2001341097.
6.BEI Technologies, Inc., 2002, Voice Coil Actuators An Applications Guide.
7.McCarty, and Lyle H., 1990, “Linear Actuator Improves Accuracy/Speed of PCB Drilling,”Design News (Boston), Vol. 46, No. 3, pp. 238-239 .
8.林志育,1996,有間隙凸輪驅動式沖床機構之動力解析,國立台灣大學機械工程學系碩士論文,台灣。
9.Yabuuchi, Y., Kobayashi, M., Watada, M., Edihara, D., Takura, T., and Okada, T., 1996, ”Application of a Cylindrical Moving Coil Linear DC Motor to Printer Head,” IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 32, No. 5, pp. 5028-5030.
10.Huynh, P., Arai, T., Koyachi, N., and Sendai, T., 1997, “Optimal Velocity Based Control of A Parallel Manipulator with Fixed Linear Actuators, “ IEEE/RSJ International Conference, Vol. 2, pp. 1125-1130.
11.Evans, S. A., Smith, I. R., and Kettleborough, J. G, 2001, ”Permanent-magnet Linear Actuator for Static and Reciprocating Short-stroke Electromechanical Systems,” IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 6, I. 1, pp. 36-42.
12.Bang, K. G., and Lee, D. G., 2002, “Thrust Bearing Design for High-speed Composite Air Spindles,” Composite Structures, Vol. 57, pp.149-160.
13.Chen, M. F., Chen, Y. P., and Lin C. D., 2002, “Research on the Arc Type Aerostatic Bearing for a PCB Drilling Station,” Tribology International, Vol. 35, pp.235-243.
14.Madni, A. M., Vuong, J. B., Lopez, M., and Wells, R. F., 2002, A Smart Linear Actuator for Fuel Management System, BEI Technologies.
15.劉宜德,2002,軟性電路板自動化視覺導引鑽孔系統之研發,國立中山大學電機工程研究所碩士論文,台灣。
16.張昫揚,2002,長行程奈米定位系統研究,國立中興大學機械工程研究所碩士論文,台灣。
17.林振華、林振富,1990,高密度軟性電路板入門,全華科技,12月,台灣。
18.American Society of Tool and Manufacturing Engineers, 1965, Die Design Handbook, McGraw Hill, New York.
19.Kalpakjian, S., and Schmid, S. R., 2001, Manufacturing Engineering and Technology, Prentice-Hall, New Jersey, pp.394-407.
20.Parker, E. R., 1977, Materials Data Book for Engineers and Scientists, 馬陵出版社。
21.Rothbart, H. A., 2003, CAMS Design Handbook, Mcgraw Hill, New York.
22.Tesar, D., and Matthew, G. K., 1976, The Dynamics Synthesis, Analysis, and Design of Modeled Cam Systems, Lexington Books, Lexington, MA.
23.Yan, H. S., Tsai, M. C., and Hsu, M. H., 1996, “An Experimental Study of the Effects of Cam Speeds on Cam-follower Systems,” Mechanism and Machine Theory, Vol.31, No.4, pp.397-412.
24.方銘國,1993,多項式可變轉速凸輪運動曲線設計之研究,國立成功大學機械工程研究所碩士論文,台灣。
25.Norton, R. L., 2001, Cam Design and Manufacturing Handbook, Industrial Press, New York.
26.Schulz, E. J., and Evridge, B. L., 1989, Diesel Mechanics, McGraw-Hill, New York.
27.Chen, F. Y., 1982, Mechanics and Design of Cam Mechanisms, Pergamon Press, New York.
28.Stoddart, D. A., 1953, ”Polydyne Cam Design,” Machine Design, pp.121-164.
29.Cox, M. G., 1972, ”The Numerical Evaluation of B-spline,” Journal of Institutional Mathematical Application, Vol.10, pp.134-149.
30.de Boor, C., 2001, A Practical Guide to Splines, Springer-Verlag, New York.
31.Butterfield, K. R., 1976, ”The Computation of All the Derivatives of a B-spline Basis,” Journal of Institutional Mathematical Application, Vol.17, pp.15-25.
32.Curry, H. B., and Schoenburg, I. J., 1966, “On Polya Frequency Functions Ⅳ: the Fundamental Spline Function and Their Limits,” Journal of Institutional Mathematical Application, Vol.17, pp.71-107.
33.Tsay, D. M., and Huey, C. O., Jr., 1988, “Cam Motion Synthesis Using Spline Functions,” ASME Journal of Mechanisms, Transmissions, and Automation in Design, Vol.110, June, pp.161-165.
34.National Instruments Corp., 2003, Measurement and Automation Catalog 2003, pp.612-620.
35.Mitsubishi Electric Corp., 2000, MR-J2S Series Manual.
36.Erkorkmaz, K., and Altintas, Y., 2001, “High Speed CNC System Design. Part I: Jerk Limited Trajectory Generation and Quintic Spline Interpolation ,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 41, I. 9, pp.1323-1345.
37.施慶隆、李文猶,2002,機電整合控制-多軸運動設計與應用,全華科技,9月,台灣。
38.Churchill, F. T., and Hanson, D. R. S., 1962, ”Theory of Envelopes Provides New Cam Design Equations,” Product Engineering, Aug. 20, pp.45-55.
39.John, R. C., 1984,“Force Reduction by Motion Design in Spring-Loaded Cam Mechanisms,” Journal of Mechanisms, Transmissions and Automation in Design, Vol.106 , pp.278-284.
40.Agilent Technologies, 2000, Agilent 35670A Dynamic Dynamic Signal Analyzer.
41.Zener, C., and Hollomon, J. H., 1944, ”Effect of Strain Rate upon Plastic Flow of Stell,” Journal of Applied Physics, Vol. 15, pp.22-31.
42.Ong, N. S., and Chan, L. T., 1989, “Blanking of Thick-gauge Metals Using a Variable-speed Pneumatic Accelerator Designed for a Mechanical Press,” Journal of Mechanical Working Technology, Vol. 18, pp.17-31.
43.Jana, S., and Ong, N. S., 1989, ”Effect of Punch Clearance in the High-speed Blanking of Thick Metals Using an Accelerator Designed for a Mechanical Press,” Journal of Mechanical Working Technology, Vol. 19, pp.55-72.
44.Goijaerts, A. M., Stegemen, Y. W., Govaert, L. E., Brokken, D., Brekelmans, W. A. M., and Baaijens, F. P. T., 2000, ”Can a New Experimental and Numerical Study Improve Metal Blanking,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 103, pp.44-50.
45.Mahmudi, R., 2001, “Ductile Tearing Energy of Aluminium Alloy Sheets Determined by the Single Tensile Testing(STT) Method,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 118, pp.316-320.
46.Mohammadi, R., and Mahmudi, R., 2001, “Ductile Tearing Energy of Sheet Metals Determined by the Multiple Tensile Testing(MTT) Method,” International Journal of Plasticity, Vol. 17, pp.1551-1562.


47.Mahmudi, R., and Mohammadi, R., 2002, “Effect of Guage Length on Uniaxial Deformation-energy Components of Copper and Brass Sheets,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 121, pp.36-42.
48.Fan, H., Wang, B., and Lu, G., 2002, “On the Tearing Energy of a Ductile Thin Plate,” International Journal of Mechanical Sciences, Vol. 44, pp.407-421.
49.Li, J. H., Du, H., Niu, Y. S., and Fu, X. L., 2002, “Research of the Plastic Status Parameter and Instantaneous Clearance of a Punching without Burr,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 129, pp.305-309.
50.Hatanaka, N., Yamaguchi, K., and Takakura, N., 2003, “Finite Element Simulation of the Shearing Mechanism in the Blanking of Sheet Metal,” Journal of Materials Processing Technology, Vol. 139, pp.64-70.
51.National Instruments Corp.,1999, Universal Motion Interface (UMI) Accessory, pp.2-11.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top
1. 譚光鼎(2002)。原住民適應與流失問題-新竹縣原住民學生的探究。原住民教育季刊,27,45-68。
2. 簡紅珠(1998)。多元智能理論對課程與教學的啟示。教師天地,93,23-27。
3. 劉慧慧(2002)。Gardner多元智能論在國小英語教學的應用。屏縣教育季刊,(10),17-20。
4. 楊恩慈(2001)。多元智能觀對國語科教學的啟示。國教輔導,40(5),23-28。
5. 黃琡惠(2001)。多元智能教學--迦德納[Gardner, Howard]的「多元智能」。師說,(159),41-47。
6. 張瑜芳(2002)。淺談音樂及肢體智能在英語教學上的應用。敦煌英語教學雜誌,(32),21-26。
7. 張湘君(2002)。多元智能理論與英語教學法探究。國民教育,40(6),48-54。
8. 張湘君(2000)。多元智能理論與英語教學法的探究。國民教育,40(6),48-55。
9. 張玉芳(2002)。非都會型地區的國小英語教學情形及師資現況調查。教育資料與研究,(49),94-100。
10. 許添明、劉貞蘭(2000)。原住民學校與家長互動之個案研究-以太陽國小為例。教育政策論壇,3(2),99-127。
11. 陳密桃、陳埩淑(2003)。多元智能理論在幼兒品格教育教學上的探討。教育研究月刊。(110),9。
12. 孫志麟(1991)。自我效能的基本概念及其在教育上的應用。教育研究雙月刊,22,47-53。
13. 何政達(2001)。應用多元智能論協助學習困難的原住民學生。南投文教。14,31-34。
14. 毛連塭(1993)。談小學實施外語教學探討。教師天地,67,2-5。
15. 王叔銘(1996)。原住民音樂教育隨談。原住民教育季刊,1,74-77。