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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:吳翔宇
研究生(外文):Shiang-Yu Wu
論文名稱:氣動工具衝擊塊幾何設計
論文名稱(外文):A Guide to the Geometric Design of Hammer Applied on Air Industrial Impact Wrench
指導教授:王培郁
指導教授(外文):Pei-Yu Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立虎尾科技大學
系所名稱:機械設計工程系碩士班
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:衝擊部幾何設計HyperMeshLS-DYNA
外文關鍵詞:ProtrusionDesign GeometricHyperMeshLS-DYNA
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動力手工具係指以手提操作為主,藉由外界動力(電力、壓縮空氣、內燃機等)的幫助,而用於物品的組立、分解、修理、檢查、調整等作業,所使用的工具稱之。氣動工具(Pneumatic tool)由氣動馬達驅動,內部構造包含衝擊塊(Hammer)、砧座(Anvil)以及傳動軸(Cam Shaft)等。
本文以氣動工具之衝擊機構為探討對象,以Autodesk Inventor繪製衝擊塊、砧座、傳動軸並組合之。藉由Mathematica軟體,針對手工具內部V型槽,探討衝擊行程並建立相關輸入參數,將輸入參數匯入HyperMesh前處理器進行有限元素法,包括模型網格劃分、材料性質設定、局部座標系設定、邊界條件設定、碰撞接觸模式設定、速度載荷設定等,最後藉由LS-DYNA軟體以及LS-PREPOST軟體進行分析求解運算,以瞭解衝擊塊與砧座衝擊部於撞擊瞬間受力情形。
由於氣動工具輸出扭矩是經由衝擊部的撞擊而產生扭矩,故研究也將對衝擊部的幾何進行設計,以原始設計為標準,考慮其裝配尺寸、材料強度、使用環境以及加工方式建構設計準則,將設計準則導入至各設計方案進行審核,探討不同型式的幾何接觸對輸出扭矩的影響,以提出合理方案。
藉由比較各設計方案之瞬間扭矩、衝擊行程時間以及衝擊塊衝擊部體積,可了解扭矩大小以及影響衝擊行程時間之相關參數。針對結果進行交叉比對,可發現各項設計方案都有其特點,根據不同場合有不同需求。經由分析可發現圓弧相切幾何可取代漸開線幾何。


Power Hand Tool means driven by a user’s hand ,with external power’s(electricity ,compressed air or the internal combustion engine ,etc.) help .And group legislature for goods disassemble ,repair ,inspection , adjustment and other operations ,tools used termed .Air Industrial Impact Wrench driven by a pneumatic motor, the internal structure have the Hammer, the Anvil and Camshaft and the like.
In this paper, the impact mechanism as discussed. Using Autodesk Inventor to draw Hammer, Anvil and Camshaft ,and to combination it. The researcher used Mathematica software to build, the impact of stroke in hand tools to ensure the V-groove. And use Autodesk Inventor software to construct three-dimensional models. Then, models imported HyperMesh pre-processor were in the process of finite element model mesh, material properties setting, the local coordinate system setting, the boundary conditions setting, scratching mode setting, speed load setting, etc. Finally, by LS-DYNA and LS-PREPOST software of dynamics, the researcher analyzed the moment of impact force scenario between Hammer and Anvix.
Since the output torque via the impact from the protruding portion generating torque, the research also will design geometric of the protrusion, and build a standard design criteria from original design. Consider its assembly size, strength of materials, use of the environment and processing methods to construct the design criteria .Import the standard design criteria to design cases to review .Investigate the effects of impact to different types of geometry on the output torque to reasonable solution.
By comparison between the various design instantaneous torque, the impact of travel time as well as the impact of impact block unit volume. Can understand torque value and the relevant parameters during the impact . Results for cross comparison. Can be found in the design has its own characteristics. According to the different needs of different occasions. During analysis,a tangent arc can be found to replace the involute geometry.


摘要....................................................I
Abstract...............................................ii
誌 謝.............................................IV
目錄 ................................................V
表目錄 ................................................X
圖目錄 ...............................................XI
符號說明 ...............................................XV
第一章 緒論..............................................1
1.1 研究動機與目的.......................................1
1.2 文獻回顧.............................................2
1.3 研究方法.............................................4
第二章 最佳跨齒側撞參數建立................................5
2.1 衝擊機構的組成以及原理................................5
2.2 V型槽參數建立........................................8
2.2.1 V型槽幾何建構......................................8
2.2.2 最佳跨齒路徑.......................................9
2.3 衝擊過程模擬系統建立..................................9
2.3.1 衝擊塊蓄力行程數學模式建立...........................9
2.3.2 跨齒行程數學模式建立...............................11
2.3.3 衝擊行程數學模式建立...............................12
2.3.4 衝擊過程扭矩建構...................................13
2.3.5 反推凸輪軸角速度...................................14
2.4 小結...............................................15
第三章 衝擊部幾何設計....................................16
3.1 概念設計............................................16
3.1.1 原始設計..........................................16
3.1.2 直邊設計..........................................17
3.1.3 圓弧設計一........................................17
3.1.4 圓弧設計二........................................18
3.1.5 圓弧設計三........................................18
3.1.6 圓弧設計四........................................19
3.1.7 圓弧設計五........................................19
3.1.8 設計準則..........................................20
3.2 物件幾何模型建構.....................................21
3.2.1 原始幾何模型......................................21
3.2.2 直邊幾何模型......................................22
3.2.3 圓弧設計二幾何模型.................................24
3.2.4 圓弧設計三幾何模型.................................25
3.2.5 圓弧設計四幾何模型.................................27
3.3 小結...............................................28
第四章 衝擊動態模擬分析..................................29
4.1 HyperWork簡介......................................29
4.1.1 HyperMesh簡介....................................29
4.1.2 建立有限元素......................................30
4.1.3 網格劃分與建立....................................32
4.1.4 元素性質..........................................33
4.1.5 創建資料集合集....................................34
4.1.6 材料機械性質設定...................................35
4.1.7 座標系設定........................................36
4.1.8 接觸面定義........................................37
4.1.9 材料剛體拘束條件設定 ...............................40
4.1.10 運動狀態拘束條件設定..............................40
4.1.11 速度曲線設定.....................................41
4.1.12 扭矩曲線設定.....................................43
4.1.13 沙漏模態控制.....................................44
4.2 LS-DYNA簡介........................................44
4.2.1 中央分叉法........................................45
4.2.2 LS-DYNA主程式處理.................................46
4.3 LS-PREPOST 後處理器.................................46
4.3.1 壓應力變化........................................46
4.3.2 砧座扭矩半徑抓取...................................48
4.3.3 輸出扭矩整合......................................49
4.4 小結...............................................49
第五章 衝擊部幾何設計分析結果.............................50
5.1 理論模擬分析........................................50
5.1.1 凸輪軸於衝擊行程旋轉大於180度.......................50
5.1.2 凸輪軸於衝擊行程旋轉等於180度.......................52
5.1.3 小結.............................................53
5.2 幾何設計模擬分析動畫截取..............................54
5.3 衝擊行程間輸出扭矩變化...............................65
5.3.1 確保最低扭矩......................................65
5.3.2 小結.............................................66
5.4 幾何設計輸出扭矩.....................................67
5.4.1 輸出扭矩比較......................................67
5.4.2 衝擊行程時間比較...................................69
5.4.3 衝擊部體積比較....................................69
5.4.4 小結.............................................70
第六章 結論與未來展望...................................71
6.1 結論...............................................71
6.2 未來展望............................................72
參考文獻................................................73
Extended Abstract......................................75
簡歷...................................................80

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