臺灣博碩士論文加值系統

目前的伺服馬達皆導向高轉速、高精度及高扭矩之發展，在高轉速的環境，聯軸器的剛性與可靠度將是系統能否順利運作的關鍵因素，若要突破轉速之限制，聯軸器的剛性與動平衡將是關乎成敗的關鍵因素。
本研究主要探討撓性彈片型聯軸器之扭轉剛性與振動特性，根據聯軸器的結
構參數來找出影響動靜態性能的條件，進而模擬結構組裝之誤差來掌握聯軸器的性能變化，提升彈片型聯軸器的扭轉剛性與動態減振特性。本研究所選定的實驗參數為彈片數量、內孔粗糙度、螺絲型態、本體材質、螺絲力矩、扭轉轉速及裝配偏差(軸向、徑向及角度)，根據以上之實驗參數所測試之結果，撓性彈片型聯軸器的扭轉剛性提升了10%，失效力矩提升了119%，效果非常的顯著；在動態上，彈片型聯軸器屬於低阻尼結構，減振效果相對於系統而言太低，且甚至可能引起共振。根據本研究之成果將可以回饋業界廠商，作為聯軸器製造與設計之參考依據，並可將數據彙整提供客戶進行聯軸器之選擇與使用。

The servo motors trend toward to the high speed, high precision and high torque development. In the high speed environment, the stiffness and reliability will be the key factor for smooth functioning of shaft couplings. In other words, if you want to break the speed limit, the dynamic balance of the couplings is the key factor with success or failure.
This paper is investigating the torsional rigidity and shock absorption performance of the laminations flexible couplings. It is according to the structural parameter of couplings to find the key factors in statics and dynamics performance and then to simulation the errors of structure assembly to master couplings performance variation to increase the static torsional rigidity and dynamic performance of flexible couplings. The numbers of shrapnel laminations, surface roughness of the hole, screw patterns, materials, screw torque, rotating speed, and assembly errors (axial offset, radial offset, angle offset) were selected important factors into this study. From the testing results showed that the torsional rigidity of flexible couplings has increase of 10%, the failure torque of couplings has increase of 119%. The effect of the result is very significant. In dynamic, the laminations flexible couplings is belonged to low damping model. Damping effect is relative lower to system effect and it may lead to resonance. Based on the results of this study will give feedback to industrial vendors, as the couplings manufacturing and designer references. The data can be aggregated to provide customers choice to use the basis of the couplings.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
附錄圖目錄 xii
表目錄 xv
附錄表目錄 xvii
符號說明 xxi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 3
1.3 研究目的 3
1.4 研究方法 4
第二章 文獻探討 6
第三章 聯軸器介紹及專利剖析 13
3.1 功能介紹 13
3.1.1 聯軸器選用重點 15
3.1.2 聯軸器固定方式 16
3.1.3 聯軸器錯位類型 17
3.2 國內外相關專利剖析 18
3.2.1 國外專利剖析 18
3.2.2 國內專利剖析 20
3.3 國內外相關產業分析 32
第四章 聯軸器理論 34
4.1 馬達功率計算 34
4.2 聯軸器理論公式 34
4.3 振動學理論 36
4.3.1 單自由度自由振動 36
4.3.2 單自由度強迫振動 40
4.3.3 拍振現象 41
4.4 傅立葉轉換 43
第五章 實驗樣品、設備及步驟 49
5.1 實驗樣品 49
5.1.1 鋁合金本體 50
5.1.2 不鏽鋼彈片 51
5.1.3 標準螺絲 51
5.2 實驗治具 52
5.2.1 心軸 52
5.2.2 多功可調式基座 52
5.3 實驗設備 53
5.3.1 扭力測試機 53
5.3.2 全自動影像量測儀 53
5.3.3 表面粗度輪廓測定儀 54
5.3.4 扭矩板手 55
5.3.5 資料擷取器 55
5.3.6 雷射位移計 56
5.4 實驗步驟 57
5.4.1 扭轉剛性試驗 58
5.4.2 動態效應試驗 58
第六章 結果與討論 61
6.1 扭轉剛性試驗 61
6.2.1 不同彈片數量 61
6.2.2 不同孔粗糙度 66
6.2.3 不同螺絲型態 71
6.2.4 不同本體材質 77
6.2.5 不同螺絲力矩 81
6.2.6 不同扭轉轉速 85
6.2.7 不同裝配偏差 89
6.2.8 聯軸器性能提升 99
6.3 動態效應試驗 101
第七章 結論 106
參考文獻 108
附錄一：聯軸器安全係數表 113
附錄二：鋁合金之材料特性 114
附錄三：鋁合金之熱處理方法 115
附錄四：不鏽鋼之材料特性 117
附錄五：聯軸器之內孔粗糙度 118
附錄六：螺絲之螺紋角度 142

[1] 工具機與零組件雜誌，生產力4.0全速前進，No. 75，pp. 42-58，2015年10月。
[2] Q. Huang, B. Tang, L. Deng, “Development of high synchronous acquisition accuracy wireless sensor network for machine vibration monitoring,” Measurement, Vol. 66, pp. 35-44. April 2015.
[3] Q. Huang, B. Tang, L. Deng, J. Wang, “A divide-and-compress lossless compression scheme for bearing vibration signals in wireless sensor networks,” Measurement, Vol. 67, pp. 51-60, May 2015.
[4] S. Wei, J. Zhao, Q. Han, F. Chu, “Dynamic response analysis on torsional vibrations of wind turbine geared transmission system with uncertainty,” Renewable Energy, Vol. 78, pp. 60-67, 2015.
[5] M. Yanhong, L. Zhichao, C. Mengn, H. Jie, “Interval analysis of rotor dynamic response with uncertain parameters,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 332, pp. 3869-3880, 2013.
[6] L. Liu, W. Shao, “Design and Dynamic Response Analysis of Rail with Constrained Damped Dynamic Vibration Absorber,” Procedia Engineering, Vol. 15, pp. 4983-4987, 2011.
[7] M. Belloli, F. Fossati, S. Giappino, S. Muggiasca, “Vortex induced vibrations of a bridge deck: Dynamic response and surface pressure distribution,” Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, Vol. 133, pp. 160-168, 2014.
[8] M. Chandra Sekhar Reddy, A.S. Sekhar, “Detection and monitoring of coupling misalignment in rotors using torque measurements,” Measurement, Vol. 61, pp. 111-112, 2015.
[9] M. Perez, F. J. Belzunce, “The effect of deep cryogenic treatments on the mechanical properties of an AISI H13 steel”, Materials Science and Engineering, Vol. 624, pp. 32-40, 2015.
[10] P. Baldissera, “Deep cryogenic treatment of AISI 302 stainless steel: Part I - Hardness and tensile properties”, Materials and Design, Vol. 31, pp. 4725-4730, 2010.
[11] M. Koneshlou, K. M. Asl, F. Khomamizadeh, “Effect of cryogenic treatment on microstructure, mechanical and wear behaviors of AISI H13 hot work tool steel”, Cryogenics, Vol. 51, Issue. 1, pp. 55-61, 2011.
[12] B. Podgornik, F. Majdic, V. Leskovsek, J. Vizintin, “Improving tribological properties of tool steels through combination of deep-cryogenic treatment and plasma nitriding”, Wear, Vol. 288, pp. 88-93, 2012.
[13] T. Slatter, R. Lewisa, A. H. Jonesb, “The influence of cryogenic processing on wear on the impact wear resistance of low carbon steel and lamellar graphite cast iron”, Wear, Vol. 271, pp. 1481-1489, 2011.
[14] Nabeya Bi-tech Kaisha，https://www.nbk1560.com/en-US，2015。
[15] Kupplungstechnik，http://ktr-international.com/us/index/home.htm，2015。
[16] A Poppe + Potthoff，http://www.rw-america.com/，2015。
[17] Miki Pulley，http://www.mikipulley.co.jp/EN/，2015。
[18] Ruland Manufacturing，http://www.ruland.com/，2015。
[19] Mayr，http://www.mayr.com/en/products/shaft-couplings，2015。
[20] S. Tatsuya, H. Shigeyuki, S. Takayuki, K. Junpei, Flexible shaft coupling and method of manufacturing the same, Miki Pulley Co., Ltd., United States Patent, Patent No. US 8,992,334 B2.
[21] E. Seiji, Flexible shaft coupling, Miki Pulley Co., Ltd., United States Patent, Patent No. US 7,303,480 B2.
[22] K. Satoshi, Power transmission coupling, Miki Pulley Co., Ltd., United States Patent, Patent No. D533,204.
[23] 凱勒 伊森 吉伯特，撓性聯軸器，中華民國發明專利，專利證號：200528646，專利權起始日：2005年09月01日。
[24] 亞瑟 傑克 克拉克、查理 貝爾、小約瑟夫 羅利 達克、威廉 吳，可撓性聯結套筒及併入該套筒之可撓性聯軸器，中華民國發明專利，專利證號：I 284717，專利權起始日：2007年04月01日。
[25] 梅田 真一，聯軸器，中華民國發明專利，專利證號：200712356，專利權起始日：2007年04月01日。
[26] 張重興，聯軸器結構，中華民國發明專利，專利證號：I395887B1，專利權期間：2013年05月11日至2030年03月09日止。
[27] 潘德恩，簧片式聯軸器結構改良，專利證號：088611，專利權期間：1994年01月21日至2004年01月20日止。
[28] 孟春如，具編碼器功能之聯軸器，專利證號：439998，專利權期間：2001年06月07日至2012年07月24日止。
[29] 孟春如，聯軸器改良結構，專利證號：177557，專利權期間：2004年07月21日至2012年12月21日止。
[30] 鄭明權，聯軸器，專利證號：M 281090，專利權期間：2005年11月21日至2015年08月14日止。
[31] 佐藤良之、藤岡伸茂、木村方，彈性聯軸器(一)，專利證號：D108617，專利權期間：2006年01月01日至2016年09月09日止。
[32] 佐藤良之、藤岡伸茂、木村方，彈性聯軸器(二)，專利證號：D108618，專利權期間：2006年01月01日至2016年09月09日止。
[33] 佐藤良之、藤岡伸茂、木村方，彈性聯軸器(三)，專利證號：D108616，專利權期間：2006年01月01日至2016年09月09日止。
[34] 吳明山，聯軸器及其膠爪，新型專利第M370668號，專利權期間：2009年08月21日至2021年06月15日止。
[35] 吳明山，撓性聯軸器，設計第D 136934號，專利權期間：2010年09月11日至2021年06月15日止。
[36] 強納森 安德魯 尼斯豪、約翰 布萊克、亞瑟 傑克 克拉克，叉尖之套筒式可撓性聯軸器，專利證號：I 338089號，專利權期間：2011年03月01日至2028年01月14日止。
[37] 劉丁貴，聯軸器結構，專利證號：M 431965號，專利權期間：2011年10月21日至2021年06月16日止。
[38] 帕 特曼、吳榮昌，聯軸器，專利證號：M 414513號，專利權期間：2012年06月21日至2021年10月05日止。
[39] 江明財，聯軸器之軸連結器結構改良，專利證號：M 446244號，專利權期間：2013年02月01日至2022年09月27日止。
[40] 莊運清，具有感應功能之撓性聯軸器，專利證號：M444442U1，專利權期間：2013年01月01日至2022年07月08日止。。
[41] 莊運清，具有感應功能之彈片式撓性聯軸器結構，專利證號：M 440365號，專利權期間：2012年11月01日至2022年04月19日止。
[42] 周隆焜，避震連軸器，專利證號：M423172U1，專利權期間：2012年02月21日至2021年10月20日止。
[43] 吳明山，膠爪，設計第D 136588號，專利權期間：2010年08月21日至2021年06月15日止。
[44] 李茂碷、李承恩，聯軸器之彈性體結構，中華民國新型專利，新型第M 410813號，專利權期間：2011年09月01日至2021年03月20。
[45] 佐藤良之，彈性耦合器之彈性構件(一)，設計第D 117657號，專利權期間：2007年06月21日至2018年06月26日止。
[46] 佐藤良之，彈性耦合器之彈性構件(二)，設計第D 117658號，專利權期間：2007年06月21日至2018年06月26日止。
[47] 佐藤良之，彈性耦合器之彈性構件(三)，設計第D 117659號，專利權期間：2007年06月21日至2018年06月26日止。
[48] 佐藤良之，彈性耦合器之彈性構件(四)，設計第D 117660號，專利權期間：2007年06月21日至2018年06月26日止。
[49] 高明鐵企業股份有限公司，http://www.gmtlinear.com/index.php?no5=C，2015。
[50] Donald R. Askeland, Pradeep P. Phule, “The Science and Engineering of Materials”, pp. 540-548, 2005.