臺灣博碩士論文加值系統

線性滑軌的滑塊在滾珠進入及離開其預壓區之處存在一段差，使滾珠及滑塊在作動時持續會承受一衝擊力，影響線性滑軌的壽命及順暢度。本研究針對TBI全球傳動的TRH25VL型線性滑軌建立滾珠接觸模型，探討在無外力負載情況下，以有限元素分析模擬三種預壓等級(Z1、Z2、Z3)線性滑軌之滾珠進入滑塊預壓段的受力情況。首先以無導引角為對照組比對滑塊施作滾珠導引角的效果，接著利用田口方法結合灰關聯分析法，以滾珠通過導引角範圍之滑塊X方向(滑塊運動方向)及Y方向(滾珠與滑塊接觸法線方向)平均接觸力做多重品質特性分析，以(A)導引角深度、(B)導引角長度、(C)導引角末端圓角半徑、(D)滾珠槽半徑為控制因子，找出各預壓等級下的滾珠導引角最佳設計參數，研究結果如下：
1. 施作滾珠導引角能將滾珠進入滑塊預壓段過程的負荷分散至較長的時間，有效緩和滑塊及滾珠受到的衝擊。
2. 在所有預壓等級下，導引角深度皆為影響力明顯顯著的因子，其次為滾珠槽半徑，導引角長度及末端圓角半徑的影響力則相近，提供最小的影響力。
3. 在所有預壓等級下最佳因子排列組合皆為A1B3C3D3，即導引角深度0.05 mm、導引角長度4.56 mm、末端圓角半徑30 mm、滾珠槽半徑3.2 mm。

In a linear rolling guideway, there are steps at where balls entering and exiting the loading section of the carriage, which causes severe variety of force loading and impact on balls and the carriage, affects smoothness while transmitting and endurance of linear guideways. In this study, a single-ball contact model is established and FEM is used to simulate the circumstance of an interference fitting ball entering the loading section of the carriage under three preload levels (Z1, Z2, Z3,) while there is no external loads. First, a control group of FEM simulation with non-chamfered carriage is established to verify the affection of ball-access-chamfering on carriages. Then the optimization of combining Taguchi method and grey relation analysis is established, which has multi-quality characteristics of average contact force on X and Y directions among the range of ball access chamfering on the carriage, and control factors of (A) depth, (B) length, (C) end round off radius of ball access chamfering and (D) radius of ball notch on the carriage. The result of this study is shown as follow:
1. FEM analysis has shown that processing ball access chamfering have obvious effect on dispersing force loading and reducing impact while the ball is accessing to the carriage.
2. Among all three preload levels, depth of ball access chamfering is the most obvious control factor, while the radius of ball notch on the carriage is the second, and the other control factors are the least obvious ones.
3. Among all three preload levels, the best design specifications of ball access chamfering is A1B3C3D3, which is 0.05 mm, 4.56mm, 30mm on depth, length, end round off radius of the chamfering, and 3.2mm on radius of ball notch on the carriage.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究動機與目的 4
1.4 論文架構 5
第二章 基本理論 6
2.1 線性滑軌工作原理 6
2.2 滾珠導引角 8
2.3 赫茲接觸理論 9
2.4 圓球對內圓柱接觸理論 14
2.5 單顆滾珠接觸模型之動量方程式推導 15
2.6 有限元素分析法介紹 17
2.7田口方法與灰關聯分析 18
2.7.1 簡介 18
2.7.2 品質特性與理想機能 20
2.7.3 影響品質特性的因子 20
2.7.4 實驗直交表 21
2.7.5 S/N比 22
2.7.6 正規化 22
2.7.7 灰關聯度 23
2.7.8 因子效應 24
第三章 滾珠導引角與接觸力 26
3.1 滾珠導引角設計參數 27
3.1.1 分析模型 27
3.1.2 滾珠導引角 28
3.1.3 實驗參數設定 28
3.2 有限元素分析設定 30
3.2.1 模型建立及匯入 30
3.2.2 材料性質設定 32
3.2.3 建立網格 32
3.2.4 設定分析時間 34
3.2.5接觸交互作用設定 34
3.2.6 邊界條件設定 35
3.2.7 設定感應器輸出 35
3.3 網格收斂性分析 36
3.4 有限元素分析結果 37
3.4.1 滾珠導引角對照實驗 37
3.4.2 滑塊接觸力 42
第四章 田口分析 45
4.1 分析流程 45
4.1.1 品質特系 45
4.1.2 控制因子與水準值 45
4.1.3 挑選適當直交表 47
4.2 滑塊接觸力分析 48
4.2.1 預壓等級Z1 48
4.2.2 預壓等級Z2 51
4.2.3 預壓等級Z3 53
4.3 驗證分析 55
4.3.1 預壓等級Z1 55
4.3.2 預壓等級Z2 56
4.3.3 預壓等級Z3 57
第五章 結果與討論 59
5.1 論文總結 59
5.2 結果與討論 60
第六章 結論與未來展望 62
6.1 結論 62
6.2 未來方向與建議 62
參考文獻 64
符號彙編 66
附錄 A TRH25VL型線性滑軌規格尺寸 69
B 圓球對內圓柱接觸計算參數表 70
C Abaqus常用物理量單位轉換表 70
D 三種預壓等級之滑塊接觸力結果 71
E 三種預壓等級之最佳設計參數接觸力結果 73

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