跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(100.28.0.143) 您好!臺灣時間:2024/07/19 17:13
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:鍾育仁
研究生(外文):Yu-Jen Chung
論文名稱:超高轉速主軸數位訊號擷取與控制及動平衡研究
指導教授:趙繼舜
指導教授(外文):Chi-Chun Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:造船工程研究所
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:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:引信安全備位機構備位時間高轉速氣浮軸承動平衡校正轉速控制訊號擷取
外文關鍵詞:Safety and Arming DeviceArming TimeHigh Rotating SpeedAir BearingDynamic BalancingRotating Speed Control
相關次數:
  • 被引用被引用:0
  • 點閱點閱:507
  • 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:2
一枚彈頭通常具備酬載及引信兩項組件,其中,引信是指能感測目標或其他訊息並適時引爆彈頭的一種裝置。引信安全備位機構(S&A, Safety and Arming Device)為引信非常關鍵裝置,因此必須對其性能進行測試與驗證。為確保高性能引信之設計性能夠充分發揮,因此有必要針對其備位特性,設計並製造一套完整的測試系統,並建立此項關鍵技術能力。
本論文之研究主題為實際設計製造一套引信安全備位機構性能測試系統,使引信備位機構之特性可以完全掌握,由於此測試系統之轉速高達60,000RPM,故摩擦力於傳統軸承之影響非常大,因此主軸是採用氣浮軸承,並且也針對此系統進行馬達轉速控制測試及動平衡校正。由設計、製造及發展之相關硬軟體,來進行主軸轉速控制、電磁鐵作動控制、備位訊號擷取及時間計算等功能。經過初步測試可知此系統已可有效量測引信備位時間。
A warhead system normally contains two major parts i.e., payload and fuse. The fuse is a device used to sense the target or the other messages and therefore enable it to correspondingly induce an explosion in a proper time. In general, the S&A (Safety and Arming Device) is the very important component parts of the fuses, it is necessary to use a testing system to verify the performance of the fuses.
The main purpose of this study is to design and manufacture a complete fuse testing system. By using this testing system, the arming time of fuses can be measured accurately. Due to the high rotating speed (up to 60,000 RPM), resulting in significant friction which will be detrimental to traditional bearing, therefore an air bearing is used in this study. The dynamic balancing and rotating speed control test are carried out for the testing system.
目錄

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 ix
圖目錄 x
符號說明 xv
1. 緒論 1
1.1 前言 1
1.1.1 引信基本功能 1
1.1.2 引信安全備位機構工作原理 2
1.2 文獻回顧 7
1.3 研究目的與實驗設計方法 8
1.3.1 研究目的 8
1.3.2 研究方法 8
1.4 論文架構 9
2. 硬體系統設計規劃 10
2.1 氣浮主軸系統 10
2.1.1 高速主軸選用評估 11
2.1.2 氣浮軸承的優點 13
2.1.3 氣浮主軸配置與規格 14
2.1.4 氣浮主軸性能要求及測試 16
2.2 空氣冷凍乾燥系統 24
2.3 主軸冰水冷卻系統 24
2.4 變頻控制器 26
3. 超高轉速主軸動平衡校正 29
3.1 轉子不平衡類型 29
3.1.1 靜不平衡(Static Unbalance) 29
3.1.2 偶不平衡(Moment or Couple Unbalance) 30
3.1.3 準靜不平衡(Ouasi-Static Unbalance) 31
3.1.4 動不平衡(Dynamic Unbalance) 32
3.2 轉子不平衡量定義 34
3.3 平衡機平衡校正 39
3.4 現場平衡校正 43
3.4.1 單面向量作圖法 43
3.4.2 雙面向量法 45
3.5 轉子動平衡校正實驗 49
3.5.1 轉子平衡校正相關儀器 49
3.5.2 轉子平衡校正參數設定及實驗程序 52
3.5.3 轉子平衡校正實驗結果與討論 57
3.6 高轉速氣浮主軸動平衡校正 61
3.6.1 高轉速氣浮主軸動平衡校正儀器 61
3.6.2 高轉速氣浮主軸動平衡校正步驟 61
3.6.3 高轉速氣浮主軸校正結果 64
3.7 轉子平衡校正注意事項 68
4. 數位訊號擷取及控制系統設計 70
4.1 引信備位時間量測系統描述 70
4.2 引信備位時間測試系統硬體架構 70
4.2.1 主軸控制與轉速回饋 70
4.2.2 電磁鐵套筒之控制 72
4.3 系統控制程式設計說明 77
4.3.1 人機介面控制程式設計架構 77
4.3.2 控制軟體說明 82
5. 引信備位測試機構系統測試與結果 86
5.1 測試過程及困難點 86
5.1.1 電磁鐵套筒過熱問題 87
5.1.2 氣浮主軸不穩定現象 88
5.1.3 引信樣品備位時通路問題 89
5.1.4 待測引信內電阻效應 91
5.1.5 引信製具軸向位移問題 92
5.2 高轉速氣浮主軸振動量測 93
5.2.1 高轉速氣浮主軸量測裝備與配置圖 93
5.2.2 高轉速氣浮主軸振動量測參數設定與分析程序 95
5.2.3 高轉速氣浮主軸振動量測結果 98
5.2.4 高轉速氣浮主軸振動量測結果討論與分析 106
5.3 引信安全備位裝置測試機構測試結果 109
6. 結論與展望 111
6.1 結論與建議 111
6.2 未來發展 112
參考文獻 114
附錄壹 118
附錄貳 119
附錄參 121
附錄肆 123
附錄伍 124
自傳 126

表目錄

表2. 1 轉速與DN值的關係 10
表2. 2 各種軸承性能比較表 12
表2. 3 振動標準(ISO 2372 Standard) 20
表3. 1 各種典型剛性轉子平衡等級ISO 1940(1973) 37
表3. 2 軟支撐平衡機與硬支撐平衡機之比較 41
表3. 3 轉子校正方式與適用對象 42
表3. 4 動態訊號分析儀量測相關參數設定 53
表3. 5 高轉速氣浮主軸動平衡基本資料表 65
表3. 6 高轉速氣浮主軸動平衡校正結果 66
表4. 1 凱恩斯(KEYENCE)光纖轉速計規格表 71
表4. 2 串列埠RS-232腳位編號與意義 81
表5. 1 實驗儀器設備規格表 95
表5. 2 必凱(B&K) PULSE 3560C動態訊號分析儀量測相關參數設定 95
表5. 3 各轉速下水平Y軸一倍頻處振動量變化表 108
表5. 4 各轉速下垂向Z軸一倍頻處振動量變化表 108
表5. 5 本測試機構於設定轉速10,000RPM實際測試結果 109
表5. 6 本測試機構於設定轉速13,000RPM實際測試結果 109
表5. 7 本測試機構於設定轉速15,000RPM實際測試結果 109


圖目錄

圖1. 1 安全備位機構實體圖 3
圖1. 2 引信機構分解圖 3
圖1. 3 引信安全備位機構結構分解圖 4
圖1. 4 引信安全備位機構上部結構分解圖 4
圖1. 5 引信安全備位機構示意圖 5
圖1. 6 引信安全備位機構測試製具實體圖 6
圖2. 1 氣浮主軸示意圖 13
圖2. 2 氣浮主軸系統各項裝備及配置圖 15
圖2. 3 氣浮軸承進氣量測試 16
圖2. 4 超高轉速馬達實體圖 17
圖2. 5 氣浮主軸功率測試(扭力計) 17
圖2. 6 氣浮主軸振動量測 19
圖2. 7 安裝待測引信夾具前頻譜圖 21
圖2. 8 安裝待測引信夾具後頻譜圖 21
圖2. 9 氣浮主軸、電磁鐵套筒及鋁合金待測引信夾具實體圖 22
圖2.10 實際氣浮主軸外型圖 23
圖2.11 空氣冷凍乾燥機實體圖 24
圖2.12 氣浮主軸冷卻系統管路圖 25
圖2.13 氣浮主軸冷卻系統實體圖 25
圖2.14 變頻控制器尺寸圖(側視圖) 26
圖2.15 變頻控制器尺寸圖(正視圖) 27
圖2.16 變頻控制器(K-4000)分解圖 28
圖3. 1 轉子靜不平衡 30
圖3. 2 轉子偶不平衡 31
圖3. 3 轉子準靜不平衡 32
圖3. 4 轉子動不平衡 33
圖3. 5 靜平衡與動平衡的選擇(轉子寬度:b;轉子直徑:D) 34
圖3. 6 轉子不平衡示意圖 35
圖3. 7 轉子各種平衡等級曲線(ISO 1940 Standard) 36
圖3. 8 振動量及相位示意圖 38
圖3. 9 試重與平衡配重向量關係圖 39
圖3.10 單面向量法示意圖 45
圖3.11 單面向量代數法(Single-point phase-angle method) 45
圖3.12 雙面向量法示意圖 49
圖3.13 必凱(B&K) PULSE 3560C動態訊號分析儀 50
圖3.14 三軸加速規實體圖(KILSTLER) 51
圖3.15 轉子系統(RotorKi)實體圖 51
圖3.16 小型轉子模型系統(Rotorkit)振動頻譜量測硬體配置圖 52
圖3.17 將三軸加速規固定於軸承基座上 53
圖3.18 利用光學轉速計進行轉速測量工作 54
圖3.19 轉子配重校正角度示意圖 55
圖3.20 本平衡校正儀校正方式選擇功能表 56
圖3.21 小型轉子模型系統(Rotorkit)平衡校正不平衡量分布示意圖 57
圖3.22 轉子平衡前X軸(水平向)振動頻譜圖 58
圖3.23 轉子平衡前Y軸(軸向)振動頻譜圖 58
圖3.24 轉子平衡前Z軸(垂向)振動頻譜圖 59
圖3.25 轉子平衡後X軸(水平向)振動頻譜圖 59
圖3.26 轉子平衡後Y軸(軸向)振動頻譜圖 60
圖3.27 轉子平衡後Z軸(垂向)振動頻譜圖 60
圖3.28 軟式平衡機 62
圖3.29 氣浮主軸外套進行動平衡校正 62
圖3.30 軍規加速規及光學轉速感測器架在底座上 63
圖3.31 平衡機雙平面影響係數建立主畫面 63
圖3.32 平衡機雙平面影響係數系統參數設定畫面 64
圖3.33 高轉速氣浮主軸雙面動平衡校正法示意圖 65
圖3.34 高轉速氣浮主軸動平衡校正結果示意圖(平面一) 67
圖3.35 高轉速氣浮主軸動平衡校正結果示意圖(平面二) 67
圖4. 1 引信性能測試系統主要功能圖 70
圖4. 2 引信測試系統主要硬體架構圖 71
圖4. 3 凱恩斯(KEYENCE) FS-V10光纖轉速計 72
圖4. 4 電磁鐵套筒側視圖 73
圖4. 5 引信性能測試系統硬體訊號流路架構圖 73
圖4. 6 電氣迴路斷路狀態圖 74
圖4. 7 電氣迴路通路狀態圖 74
圖4. 8 待測引信夾具與製具分解圖 75
圖4. 9 待測製具實體分解圖 75
圖4.10 待測引信夾具安裝於氣浮主軸上 76
圖4.11 電磁鐵套筒安裝於氣浮主軸上 76
圖4.12 美商國儀NI-6024E DAQ卡 77
圖4.13 基太克(G-TECH) GT-4600 端子板 78
圖4.14 程式主要架構圖 78
圖4.15 並列傳輸與串列傳輸之比較 80
圖4.16 串列埠RS-232腳位對照圖 81
圖4.17 備位時間的計算流程圖 83
圖4.18 控制程式主畫面 84
圖5. 1 電磁鐵套筒因連續使用發生電磁鐵過熱燒壞 87
圖5. 2 為防電磁鐵套筒過熱燒壞故測試完後用冷空氣冷卻 88
圖5. 3 塞入引信安全備位組之銅線 90
圖5. 4 待測引信及其製具 90
圖5. 5 並聯1kΩ電阻以減低引信內電阻效應 91
圖5. 6 引信製具預先備位示意圖 92
圖5. 7 美商國儀NI-6024E DAQ卡程式之訊號測試畫面 93
圖5. 8 高轉速氣浮主軸振動量測硬體架設示意圖 94
圖5. 9 高轉速氣浮主軸振動數據量測與處理系統流程圖 96
圖5.10 未加電磁鐵套筒之量測點 97
圖5.11 加入電磁鐵套筒後之量測點 97
圖5.12 加入電磁鐵套筒前5,000RPM水平Y軸振動頻譜 98
圖5.13 加入電磁鐵套筒前5,000RPM垂向Z軸振動頻譜 98
圖5.14 加入電磁鐵套筒前10,000RPM水平Y軸振動頻譜 99
圖5.15 加入電磁鐵套筒前10,000RPM垂向Z軸振動頻譜 99
圖5.16 加入電磁鐵套筒前15,000RPM水平Y軸振動頻譜 100
圖5.17 加入電磁鐵套筒前15,000RPM垂向Z軸振動頻譜 100
圖5.18 加入電磁鐵套筒前20,000RPM水平Y軸振動頻譜 101
圖5.19 加入電磁鐵套筒前20,000RPM垂向Z軸振動頻譜 101
圖5.20 加入電磁鐵套筒後5,000RPM水平Y軸振動頻譜 102
圖5.21 加入電磁鐵套筒後5,000RPM垂向Z軸振動頻譜 102
圖5.22 加入電磁鐵套筒後10,000RPM水平Y軸振動頻譜 103
圖5.23 加入電磁鐵套筒後10,000RPM垂向Z軸振動頻譜 103
圖5.24 加入電磁鐵套筒後15,000RPM水平Y軸振動頻譜 104
圖5.25 加入電磁鐵套筒後15,000RPM垂向Z軸振動頻譜 104
圖5.26 加入電磁鐵套筒後20,000RPM水平Y軸振動頻譜 105
圖5.27 加入電磁鐵套筒後20,000RPM垂向Z軸振動頻譜 105
圖5.28 各轉速下水平Y軸一倍頻處振動量比較圖 107
圖5.29 各轉速下垂向Z軸一倍頻處振動量比較圖 107
圖5.30 各轉速下測試結果比較圖 110
圖貳. 1 氣浮主軸冷卻系統控制面板之功能名稱 119
圖貳. 2 氣浮主軸冷卻系統警告面板名稱說明 119
圖參. 1 變頻控制器面板 121
圖肆. 1 基太克GT-5052線上動平衡分析儀各項配件介紹 123
圖肆. 2 基太克GT-5052 線上動平衡分析儀各項功能介紹 123
圖伍. 2 軟式動平衡機(GT-4800)電腦主機 124
圖伍. 3 軟式動平衡機(GT4800A)主軸自轉式平衡機 124
圖伍. 4 軟式動平衡機(GT4800B)皮帶傳動式平衡機 125
[1]馬志高、趙繼舜、周錫明、鍾育仁、戴中傑, “超高轉速測試機構備位時間量測之研究” ,九三年度國防科技學術合作計畫成果發表會論文集,龍潭渴望園區,2004。
[2]張堯勝、曾釋鋒、陳明飛, “單頻雷射暨麥克森干涉技術在高速氣靜壓主軸動平衡校正之應用研究” ,機械月刊,第二十九卷,第三期,2003。
[3]Herr, F., “ALACV Airbust Demonstration Fuze for 40mm Cannon Caliber Ammunition,” 48th Annual Fuze Conference, April, 2004.
[4]Yang, L. C., Dao-Randall, M. T., Pham, D. C., Jones, M. E., Seward, J. H., and Kuennen, T., “Testing of Minuteman II Safety and Arming Device with Improved Testing Techniques,” 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Florida, July, 2004.
[5]徐清泉、程受浩,近炸引信測試技術,北京理工大學出版社,北京市,1996。
[6]曹柏楨,飛航導彈戰鬥部與引信,宇航出版社,北京市,1995。
[7]劉瑞榮、陳功, “引信備位時間測定方法之研究” ,中正理工學院,國防科技學術合作協調小組研究計劃成果報告,2000。
[8]宋貴銘、王建鈞、平新治, “安全備位組時間計算與機構動力分析” ,中正理工學院,國防科技學術合作協調小組研究計劃成果報告,1992。
[9]宋貴銘、周康樂、王玥, “引信安全備位機構之參數設計研究” ,中正理工學院,國防科技學術合作協調小組研究計劃成果報告,1996。
[10]宋貴銘、周康樂、林煥堯, “引信設計電腦整合軟體之開發研究” ,中正理工學院,國防科技學術合作協調小組研究計劃成果報告,1997。
[11]陳永樹、邱昭智、蘇啟宗、鄭一德, “高速主軸之止推軸承對系統特性之影響與氣浮軸承之參數鑑別研究” ,第二十屆機械工程研討會論文集,國立台灣大學,台灣台北,2003。
[12]賴勁憲、游憲一, “氣潤飾多孔性頸軸承之分析” ,碩士論文,中興大學, 2002。
[13]十合普一、賴耿陽,氣體軸承-從設計到製造,復漢出版社,台灣台南,2000。
[14]謝欣珀、黃光裕, “氣體靜壓軸承之設計開發與效能量測” ,碩士論文,台灣大學,2003。
[15]日本設備維護協會,設備診斷技術實用手冊,中衛出版社,台灣,1999。
[16]Thearle, E. L., “Dynamic Balancing of Rotating Machinery in the Field,” ASME Journal of Applied Mechanics, Vol. 56, pp. 745-753, 1934.
[17]Baker, J. G., “Method of Rotor-Unbalance Determination,” ASME Journal of Applied Mechanics, Vol. 61, A6-A6, 1939.
[18]Kang, Y., Sheen, G. J., and Tang, P. H., “The Principle and Application of Multi-Plane Separation for Balancing Machines,” Journal of Sound and Vibration , Vol. 208, No. 2, pp. 167-173, 1997.
[19]Kang, Y., Liu, C. P., and Sheen, G. J., “A Modified Influence Coefficient Method for Balancing Unsymmetrical Rotor-Bearing Systems,” Journal of Sound and Vibration , Vol. 194, No. 2, pp. 199-218, 1996.
[20]Kang, Y., Chang, Y. P., Tseng, M. H., and Chang, Y. F., “A Modified Approach based on Influence Coefficient Method for Balancing Crank-Shafts,” Journal of Sound and Vibration, Vol.234, No.2, pp.277-296, 2000.
[21]Kang, Y., Tseng, M. H., Wang, S. M., Chiang, C. P., and Wang, C. C., “A Accuracy Improvement for Balancing Craft-Shafts,” Mechanism and Machine Theory, Vol. 38, pp. 1449-1467, 2003.
[22]馬志高、趙繼舜、周燕龍、鍾育仁, “超高轉速主馬達控制與動平衡研究” ,中正理工學院,國防科技學術合作協調小組研究計劃成果報告,2003。
[23]Bang, K. G., and Lee, D. G., “Thrust Bearing Design for High-Speed Composite Air Spindles,” Composite Structures, Vol. 57, pp. 149-160, 2002.
[24]Lo, C. Y., Wang, C. C., and Lee, Y. H., “Performance Analysis of High-Speed Spindle Aerostatic Bearings,” Tribology International, Vol. 38, pp. 5-14, 2005.
[25]張恩生, “高速主軸之技術發展與應用” ,機械工業雜誌,2000。
[26]王端新, “高速主軸及高速切削簡介” ,晶機通訊工具機類技術專欄,2000。
[27]陳育斌、方思巽,陳政雄, “PCB鑽孔機氣靜壓高速主軸軸承設計” ,機械月刊,第二十八卷,第三期,2002。
[28]張錫晴、蔡垂錫, “主軸性能對高速切削加工之影響” ,機械工業雜誌,2000。
[29]羅國杰,變頻器驅動技術,全華圖書,台北,1999。
[30]“ACOMEL K-4000 Technical Specifications,” Danaher Motion SA, 2002.
[31]“ACOMEL K-4000 User Manual,” Danaher Motion SA, 2002.
[32]“ACOMEL K-4000 Communication Protocol in Terminal Mode Using the Serial Interface RS-232,” Danaher Motion SA, 2002.
[33]馮治中,轉子平衡原理,基太科國際股份有限公司,台灣台中,2002。
[34]Layne, M. H., “Detecting and Correcting Unbalance in Toolholders for High-Speed Machining,” American Hofmann Corporation, 2000.
[35]李元勳, “軍艦螺槳平衡檢驗實務” ,海軍學術月刊,第十九卷,第四期,第43-47頁,2000。
[36]“Fundamentals of Balancing,” Schenck Trebel, April, 1990.
[37]ISO 1925, “Balancing Vocabulary,” International Qrganization for Standardization, 1974.
[38]ISO 1940/1, “Balance Quality of Requirements of Rigid Rotors,” International Qrganization for Standardization, 1997.
[39]Ryan, V., “Complete Site Maintenance (CSM) The Way Forward,” IRD Mechanalysis (UK) Ltd, Electrical Repairers’ Convention-96, 13th-15th September, 1996.
[40]Halfen, E. M., “Shop Balancing Tolerances,” IRD Tech Paper 120, 1984.
[41]Lyons, J., “Dynamic Balancing,” EntekIRD International, MainTech South ’98, 2 December, 1998.
[42]黃錦鐘,振動分析法的設備診斷及治療技術-轉動機器的現場動平衡校正技術,全華圖書,台北,1987。
[43]Chou, C. L. and Liao, C. C., “Experimental Studies on the Use of Influence Coefficient Method to Rotor Balancing,” Journal of C.C.I.T., Vol. 17, No. 2, pp. 27-43, January, 1989.
[44]Liao, C. C., Kao, Y. K., and Chou C. L., “A Microcomputer-Based Dynamic Balancing System for Class 2G-Quasi Flexible Rotors,” Journal of C.C.I.T., Vol. 17, No. 1, pp. 51-62, June, 1988.
[45]Marven, C. and Ewers, G., A Simple Approach to Digital Signal Processing, John Wiley & Sons, Inc., New York, 1997.
[46]Sasaki D., “A Revolutionary High Power Digital Amplifier-Hybrid Fibreoptic Sensor FS-V10 Series,” KEYENCE Corporation, Japan, 1999.
[47]“NI-DAQ 6023E/6024E/6025E User Manual-Multifunction I/O Devices for PCI, PXITM, CompactPCI, and PCMCIA Bus Computers,” National Instruments Corp., 2000.
[48]“NI-DAQ7-DAQ Quick Start Guide,” National Instruments Corp., 2004.
[49]陳雙源,機電整合導論,臺灣東華出版社,臺北市,1999。
[50]范逸之、廖錦棋,Visual Basic資料擷取卡控制,文魁資訊,台灣桃園,2003。
[51]范逸之、陳立元,Visual Basic與RS-232串列通訊控制,文魁資訊,台灣桃園,2002。
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top