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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳郁文
研究生(外文):Yu-wen Chen
論文名稱:煞車來令片接觸介面之研究
論文名稱(外文):A Study of Contact interface for Brake Pads
指導教授:姚創文姚創文引用關係
指導教授(外文):Chuang-Wen Yao
口試委員:吳政憲傅尹坤姚創文
口試委員(外文):Cheng-Hsien WuYiin-Kuen FuhChuang-Wen Yao
口試日期:2015-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:模具工程系
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:2015
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:95
中文關鍵詞:超音波檢測接觸面積來令片
外文關鍵詞:ultrasonic testingthe contact areaBrake Pad
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本次使用的超音波技術有檢測表面幾何的探知能力,而超音波在物體間傳遞時,若碰到不同介質時就會產生訊號反射的現象,並透過超音波探頭將訊號發射與接收的功能,來記錄物體接觸訊號值,這樣就可用來進行測量於機車碟煞來令片和鋼板在不同負載力下的接觸面積。研究目的是用超音波檢測在越來越大的負載力下機車碟煞來令片的接觸面積以及結合表面粗糙儀量測使用前後的粗糙度,以提供業界去判斷來令片更換里程數亦或者是確認是否達到安全標準要求。

研究步驟是利用PC系統,控制和驅動X、Y軸的伺服馬達螺桿,就可以使超音波探頭可以以0.2mm路徑去進行移動和掃描,再收集接觸區域的超音波訊號後,把一長串的超音波訊號值轉換成二維矩陣的超音波訊號值,再透過MATLAB軟體將2維的超音波訊號值進行繪製2D 接觸圖形及範圍大小,並以PIA 軟體量測圖形面積值。

經由PIA分析後,未磨耗來令片接觸面積介於628.79mm²到1598.95mm²之間,而已磨耗來令片接觸面積介於52.37mm²到592.29mm²之間,由實驗結果可知其負載愈大接觸面積愈大,也發現已磨耗過來令片之接觸面積比未磨耗來令片來的小,再藉由量測接觸面積之大小與大量的數據評估,另外也使用表面粗糙儀來觀察來令片表面粗糙度,藉由上述幾種數據可推算來令片磨耗之程度,藉此用來決定更換來令片里程數,以利來令片在煞車時有更好的工作效率。

The use of ultrasound technology has the ability to detect surface geometry of the Discovery, while ultrasound passed between objects, will produce the phenomenon reflected signal if encountered different media, and through ultrasound probe to the signal transmitting and receiving functions to record the signal value objects come into contact, so you can be used for measurements in motorcycle Disc Brake Pads and steel contact area at different loading capacity. Objective is to use ultrasound to detect an increasing load force under the locomotive Diesha to make the contact area and the combination of roughness sheet surface roughness measurement instrument before and after use, in order to provide to the film industry to judge also replace mileage or confirm whether safety standards.

After studying step is the use of PC systems, control and drive X, Y axis servo motor of the screw, you can make the ultrasonic probe can be moved to 0.2mm and scan path, and then collecting the ultrasonic signal contact region, the long list converted ultrasound signal value to a two-dimensional matrix of ultrasonic signal value, and then through the ultrasound signal values MATLAB software will be drawing two-dimensional graphics and 2D exposure range size, and measurement software PIA graphics area value.

After analysis by PIA, to the film not wear contact area between 628.79mm² to 1598.95mm², wear it to the film contact area between 52.37mm² to 592.29mm², from the experimental results that its load, the greater the contact area more Great, also found to have been worn over the contact area of the sheet so that the ratio to the film to not wear a small, and then by measuring the size of the contact area of the large amounts of data evaluation, is also observed using a surface roughness tester to the film surface roughness degree, by the several data can be projected to make the degree of wear of the sheet, thereby to determine the replacement to the film mileage, to the film in order to facilitate a better work efficiency at braking.

目錄
摘要 ...............................................................i
Abstract...........................................................ii
致謝 .............................................................iv
目錄.............................................................v
圖目錄 ............................................................vii
表目錄 ............................................................x
符號說明 ..........................................................xi
第一章 緒論 .......................................................1
1.1 前言 ..................................................1
1.2研究目的與動機 ........................................2
1.3 文獻回顧 ..............................................3
1.4 論文架構 ............................................4
第二章 基礎理論....................................................5
2.1 超音波原理 ............................................5
2.2 音波的種類及特性 ......................................6
2.2.1 縱波(Longitudinal Wave)..............................7
2.2.2 橫波(Transverse Wave) ................................7
2.2.3 表面波(Surface Wave) ................................8
2.2.4 藍姆波(Lamb Wave) ....................................8
2.3 音波之傳送特性 ........................................9
2.4 超音波檢測技術........................................13
2.5 超音波探頭 ...................................14
2.6 表面粗糙度 ...........................................15
2.6.1 表面粗糙度對物件的影響 ...........................15
2.6.2 表面粗糙度檢測 .....................................16
2.7來令片介紹............................................17
第三章 研究方法、實驗設備及流程 ..................................20
3.1 研究方法 .............................................20
3.1.1 耦合劑 ............................................20
3.1.2 接觸面的訊號情況 ....................................21
3.2 實驗設備 .............................................22
3.2.1 輔助設備介紹 .......................................23
3.3 實驗流程圖............................................29
3.4實驗流程說明..........................................30
第四章 結果與討論.................................................39
4.1 實驗(1):未磨耗與已磨耗之來令片,施50 kgw之負載與鋼板接觸.39
4.2 實驗(2):未磨耗與已磨耗之來令片,施以75 kgw之負載與鋼板....46
4.3 實驗(3):未磨耗與已磨耗之來令片,施以100kgw之負載與鋼板....53
4.4 實驗(4):未磨耗與已磨耗之來令片,施以125 kgw之負載與鋼板...58
4.5 實驗(5):未磨耗與已磨耗之來令片,施以150 kgw之負載與鋼板...63
4.6未磨耗來令片與已磨耗來令片之印泥測試...................68
4.7未磨耗來令片與已磨耗來令片之表面粗糙度量測..............70
4.8 總結討論 ..............................................75
第五章 結論 ......................................................77
5.1 結論 ..................................................77
5.2 未來展望 ...............................................78
參考文獻 .........................................................79
簡歷..............................................................80





















圖目錄
圖2-1音波頻率關係圖...................................................5
圖2-2縱波示意圖....................................................7
圖2-3橫波示意圖.................................................7
圖2-4表面波示意圖..........................................8
圖2-5對稱藍姆波(擴張波)........................................8
圖2-6不對稱藍姆波(彎曲波) ..........................................9
圖2-7固體、液體、氣體之超音波衰減.....................................9
圖2-8波在兩物質之間傳遞圖........................................10
圖2-9反射角.............................................10
圖2-10折射示意圖........................................11
圖2-11散射現象.............................................11
圖2-12波之繞射現象.........................................12
圖2-13表面粗糙度...........................................15
圖2-14粗糙度大小與物體接觸示意圖...................................15
圖3-1來令片實際接觸示意圖......................................20
圖3-2耦合劑使用示意圖..........................................21
圖3-3兩物體接觸面的訊號傳遞示意圖......................21
圖3-4超音波設備示意圖.......................................22
圖3-5超音波儀器設備..........................................23
圖3-6油壓千斤頂整體 ........................................23
圖3-7油壓泵 ..........................................23
圖3-8千斤頂................................................24
圖3-9油壓表................................................24
圖3-10超音波脈衝產生/接收器(UPR) ...........................24
圖3-11數位類比訊號示波器顯示介面............................25
圖3-12本實驗使用之超音波探頭....................................25
圖3-13超音波探頭結構示意圖.....................................26
圖3-14 LabVIEW程式控制介面..........................................26
圖3-15寸動螺桿...............................................27
圖3-16伺服器馬達控制器......................................27
圖3-17表面粗度量測儀器.......................................28
圖3-18來令片.....................................................28
圖3-19來令片放置在量測治具中固定.............................30
圖3-20來令片和鋼板受力示意圖................................30
圖3-21 設定掃描範圍介面 ..............................31
圖3-22設定每步移動距離之介面 .................................32
圖3-23掃描區域DxD之每步0.2mm移動距離.........................32
圖3-24選取訊號值............................... 33
圖3-25超音波影像圖.......................................33
圖3-26分割數據資料串...........................................34
圖3-27分數據分割矩陣形式與實際的圖像........................35
圖3-28由MATLAB轉出的像素圖....................................35
圖3-29 PIA影像分析軟體與計算面積..................................36
圖3-30 PIA影像分析軟體粗糙度量測軟體...........................37
圖3-31PIA對比度...........................................37
圖3-32操作介面.............................................37
圖3-33設定參數.............................................38
圖3-34掃描完成.............................................38
圖3-35利用Excel繪製表面輪廓圖..................................38
圖4-1 超音波掃描影像(50kgw) .....................................39
圖4-2 MATLAB漸層像素圖(50kgw) ...............................40
圖4-3(a)來令片使用前後PIA接觸率10~30%之面積計算結果...........40
圖4-3(b)來令片使用前後PIA接觸率40~90%之面積計算結果............41
圖4-3(c)來令片使用前後PIA接觸率100%之面積計算結果.................42
圖4-4圖像之訊號強度(顏色越深代表越緊密接觸,穿透過物體的訊號越多,回傳的訊號就低).................................................43
圖4-5(a)來令片接觸最密的部分.................................43
圖4-5(b)來令片接觸最多的部分.............................43
圖4-6(a)使用前來令片面積曲線圖(50kgw)..................44
圖4-6(b)使用後來令片面積曲線圖(50kgw)..................45
圖4-7超音波掃描影像(75kgw).....................................46
圖4-8 來令片使用前後MATLAB漸層圖像(75kgw)...................47
圖4-9(a)來令片使用前後PIA接觸率10~40%之面積計算結果(75kgw)....48
圖4-9(b)來令片使用前後PIA接觸率50~90%之面積計算結果(75kgw)...49
圖4-9(c)來令片使用前後PIA接觸率100%之面積計算結果(75kgw) .....50
圖4-10實驗(1)和實驗(2)之未磨耗來令片面積比較......................50
圖4-11實驗(1)和實驗(2)之磨耗過來令片面積比較...................51
圖4-12(a)來令片使用前接觸面積曲線圖(75kgw)...................52
圖4-12(b)來令片使用後接觸面積曲線圖(75kgw).......................52
圖4-13超音波掃描影像(100kgw) ...................................53
圖4-14來令片使用前後MATLAB漸層像素圖(100kgw).................53
圖4-15(a)來令片使用前後PIA接觸率10~60%面積計算結果(100kgw)...54
圖4-15(b) 來令片使用前後PIA接觸率70~100%面積計算結果(100kgw)..55
圖4-16 (a) 實驗(2)和實驗(3)之已磨耗來令片面積比較...............56
圖4-16 (b) 實驗(2)和實驗(3)之未磨耗來令片面積比較..........56
圖4-17(a)來令片使用前接觸面積曲線圖(100kgw)....................57
圖4-17(b)來令片使用後接觸面積曲線圖(100kgw)........................57
圖4-18超音波掃描影像(125kgw) ..................................58
圖4-19來令片使用前後MATLAB漸層像素圖(125kgw).....................59
圖4-20(a)來令片使用前後PIA接觸率10~60%之面積計算結果(125kgw)..60
圖4-20(b)來令片使用前後PIA接觸率70~100%之面積計算結果(125kgw)..57
圖4-21 (a) 實驗(3)和實驗(4)之未磨耗來令片面積比較............60
圖4-21 (b) 實驗(3)和實驗(4)之已磨耗來令片面積比較...............61
圖4-22(a)新來令片接觸面積曲線圖(125kgw)........................62
圖4-22(b)舊來令片接觸面積曲線圖(125kgw).......................62
圖4-23 來令片使用前後超音波掃描影像(150kgw).....................63
圖4-24來令片使用前後MATLAB漸層像素圖(150kgw).....................63
圖4-25(a) 來令片使用前後PIA接觸率10~60%之面積計算(150kgw)......64
圖4-25(b) 來令片使用前後PIA接觸率70~100%之面積計算(150kgw)...65
圖4-26(a) 實驗(4)和實驗(5)以磨耗來令片面積比較................66
圖4-26(b) 實驗(4)和實驗(5)未磨耗來令片面積比較...............66
圖4-27(a) 新來令片接觸面積曲線圖(150kgw)......................67
圖4-27(b) 舊來令片接觸面積曲線圖(150kgw).....................67
圖4-28 舊來令片超音波與印泥接觸面積比較圖....................68
圖4-29 新來令片超音波與印泥接觸面積比較圖.....................69
圖4-30實際來令片和來令片等高線圖相對對位置圖........................70
圖4-31 (a)來令片第一部分表面輪廓&粗糙度(磨耗過)..............71
圖4-31 (b)來令片第一部分表面輪廓&粗糙度(未磨耗).............71
圖4-32 (a)來令片第二部分表面輪廓&粗糙度(磨耗過).................72
圖4-32 (b)來令片第二部分表面輪廓&粗糙度(未磨耗)...............72
圖4-33 (a)來令片第三部分表面輪廓&粗糙度(磨耗過)...............73
圖4-33 (b)來令片第三部分表面輪廓&粗糙度(未磨耗)...............73
圖4-34粗糙度折線圖..........................................74
圖4-35來令片粗糙度對面積影響圖.................................74
圖4-36(a) 來令片實測面積x、y分佈圖(未磨耗).....................75
圖4-36(b) 來令片實測面積x、y分佈圖(磨耗過)....................76
表目錄
表2-1來令片代號……………………………………………………………………18
表2-2各係數煞車距離………………………………………………………………19
表4-1 不同接觸率之接觸面積(50kgw)…………………………………………44
表4-2 不同接觸率之接觸面積(75kgw)…………………………………………51
表4-3 不同接觸率之接觸面積(100kgw)…………………………………………57
表4-4 不同接觸率之接觸面積(125kgw)…………………………………………62
表4-5 不同接觸率之接觸面積(150kgw)…………………………………………67
表4-6來令片之粗糙度(Ra)…………………………………………………………74
表4-7來令片粗糙度對面積之影響…………………………………………………74
表4-8不同接觸率之接觸面積(未磨耗)……………………………………………75
表4-9不同接觸率之接觸面積(磨耗過)……………………………………………76






















1. Greenwood, J. A., Williamson, J. B. P., 1966, Contact of Nominally Flat Surfaces, Proc. R. Soc. Lond. A, Vol 295, pp 300–319.

2. Hertz, H., 1881, The Contact of Elastic Solids, J. Reine Angew. Math., Vol. 92, pp156–171.

3. Lin, S. C., Lin, R. J., 1996, Tool Wear Monitoring in Face Milling Using Force Signals, Wear, Vol. 198, pp. 136-142.

4. Choudhury, S. K., Rath Subhashree, 2000, In-process Tool Wear Estimation in Milling Using Cutting Force Model, Vol. 99, pp. 113-119.

5. 唐新民,1996,超音波入門及應用,無線電界雜誌社,第1-19頁

6. 馬憲亭,2009,機械零件品質檢測,天津大學出版社,第74-78頁。

7. 周良璋,2013,以超音波量測六刃銑刀之接觸面積之研究

8. 陳嘉勳,2013,改善碟式剎車片因磨耗所引起的振動噪音

9. 洪秋伶,2007,全地形車輛煞車系統之研究

10.吳志成,2013,以超音波方法量測螺絲攻磨耗與接觸面積之研究。

11.簡延勛,2013,以超音波方法量測鳩尾槽銑刀之接觸面積。

12J.C.BRAKE公司,來令片係數,http://redmedia066.so-buy.com/front/bin/home.phtml

13剎車來令片淺談,http://car.ssvs.tn.edu.tw/liline.htm

12 zess公司,來令片介紹,http://www.exzess.com.tw/

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