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研究生: 陳源甫
Chen, Yuan-Fu
論文名稱: 螺旋齒輪減速機箱體結構電腦模擬分析及實驗
The computer simulation and experiment of helical gear reducer box
指導教授: 何旭彬
Ho, Shi-Pin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2003
畢業學年度: 91
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 有限元素法接觸效應齒輪減速機
外文關鍵詞: gear reducer, finite element method, contact effect
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  • 本文之目標在於探討如何利用有限元素法對齒輪減速機箱體結構進行適切的模擬分析,以預估箱體應力應變型態進而提供設計改良參考。
    箱體結構本身形體複雜,在分析時需要做些簡化與假設以利電腦模擬的執行。首先以不含齒輪、傳動軸及軸承的齒輪減速機箱體來建立有限元素三維模型。只考慮靜態負荷。以靜力分析的方式將齒輪負荷分配到各軸承座,作為箱體模型的外力負荷,利用有限元素法模擬出箱體的應力應變分佈。同時對減速機箱體黏貼應變規進行實驗量測,以驗證電腦模擬的可靠度。
    由於模擬與實驗兩者的結果比較後發現差距極大,考慮將傳動軸加入分析模型中作為分析修正,但模擬後卻發現結果相差更遠。探究原因為忽略了軸、軸承、箱體三者間的接觸效應,導致在接觸區的負荷情形產生偏差。
    為了瞭解接觸效應對模擬的影響性,先對減速機中各軸局部進行簡單的二維接觸模式分析,由結果瞭解到接觸效應的特性以及先前模擬所存在的一些缺失。重新建立包含減速機箱體、傳動軸與軸承的有限元素三維接觸模型。同樣為靜態模擬,但此時的外力負荷則是以齒輪對傳動軸所造成的等效作用力為考量。
    再次將模擬與實驗的結果做比較,發現大幅降低了兩者間的差距。所以三維接觸分析雖然複雜,但能有效改善模擬適切性,是較好的模擬分析方式。

    The goal of this thesis is to set up a proper finite element model to simulate the gear reducer box. From the results of finite element simulation, we can estimate the state of stress and strain of the gear box and modify the design of the gear box.

    Since the geometry of the gear box is complicated, some simplifications and assumptions are needed to do the finite element simulation. We start with the three dimensional finite model of the gear box which does not include the gears, shafts and bearings of the gear reducer. At first, we use static load instead of dynamic load. We use the gear load and the concept from statics to calculate the load act on the bearings and use the above results as the input to the finite element model.

    Since there are big difference between the computer simulation results and experimental results, the finite element model must be improved. The gears, shafts and bearings are included in the second finite element model. But the difference between the simulation results and experimental results are bigger than before.

    The contact effect between the shaft and the bearing must be included. A two dimensional simplified model is studied first, after we study the results from the two dimensional case, we simulate the three dimensional model. The results from the three dimensional model which include the gears, shafts, bearings and contact effect are very close to the results from the experiment.

    中文摘要................................................Ⅰ 英文摘要................................................Ⅱ 誌謝....................................................Ⅲ 目錄....................................................Ⅳ 表目錄..................................................Ⅶ 圖目錄..................................................Ⅷ 符號說明................................................Ⅹ 第一章 緒論.............................................1 1.1 研究動機與目的......................................1 1.2 研究流程與文章架構..................................2 第二章 相關理論.........................................7 2.1 有限元素法..........................................7 2.1.1 平衡方程式........................................7 2.1.2 線性應變與位移方程式..............................8 2.1.3 材料應力與應變關係式..............................8 2.1.4 最小位能原理......................................9 2.2 齒輪原理...........................................11 2.2.1 螺旋齒輪幾何性質.................................11 2.2.2 螺旋齒輪作用力分析...............................12 第三章 有限元素模型的建立..............................17 3.1 分析的螺旋齒輪減速機簡介...........................17 3.1.1 減速機的箱體構件.................................18 3.1.2 減速機的傳動機件.................................20 3.2 定義參考座標.......................................23 3.3 有限元素模型的建構.................................23 第四章 電腦模擬分析與實驗量測的步驟....................26 4.1 電腦模擬分析—不含軸的有限元素模型.................27 4.2 電腦模擬分析—含軸的有限元素模型...................37 4.2.1 含軸的有限元素模型—二維模擬.....................37 4.2.2 含軸的有限元素模型—三維模擬.....................40 4.3 實驗量測...........................................44 4.3.1 實驗目的.........................................44 4.3.2 實驗方法.........................................44 4.3.3 實驗裝置.........................................44 4.3.4 實驗流程.........................................46 第五章 電腦模擬與實驗量測結果之比較與討論..............48 5.1 實驗量測結果.......................................48 5.2 電腦模擬與實驗量測之結果比較.......................49 5.3 模擬差異性的探討...................................53 第六章 結論與建議......................................61 參考文獻...............................................63 自述...................................................64

    參考文獻

    [1] Robert L. Mott , Machine Elements in Mechanical Design , 2nd Edition , Prentice Hall , U.S.A , 1992 .

    [2] 陳朝光,林守儀,盧燈茂,機械設計(二),高立圖書有限公司,台北,1991。

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    [4] COSMOS/WORKS version 7.0 Tutorial , Structural Research and Analysis Corp. , USA , 2001 .

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    [6] 林樹均,葉均蔚,劉增豐,李勝隆,材料工程實驗與原理,全華科技圖書股份有限公司,台北,1992。

    [7] 陳長有,許振聲,陳伯宜,機械工程實驗(Ⅰ)材料試驗,四版,全華科技圖書股份有限公司,台北,1990。

    [8] 陳朝光,盧燈茂,機械設計(一),高立圖書有限公司,台北,1990。

    下載圖示 校內:立即公開
    校外:2003-07-18公開
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