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研究生：	林敬銘 Lin, Ching-Ming
論文名稱：	架空移動式起重機結構強度分析及桁架最佳化設計 Structure Analysis and Box-Girder Design Optimization of Overhead Travelling Cranes
指導教授：	黃聖杰 Hwang, Sheng-Jye
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 機械工程學系碩士在職專班 Department of Mechanical Engineering (on the job class)
論文出版年：	2010
畢業學年度：	98
語文別：	中文
論文頁數：	124
中文關鍵詞：	有限元素分析、田口方法、最佳化設計、起重機
外文關鍵詞：	FEM analysis, Taguchi methods, optimum design, crane
相關次數：	點閱：123 下載：10
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在工廠中，對於搬運廠房內之物料，起重機可說是不可或缺之機械，由於起重機具有能量大、高危險性的特性，如設計不當時，往往很容易造成機械的嚴重損壞及勞工生命威脅等問題，因此，起重機為政府目前主要列管的危險性機械之一。
而起重機在傳統的計算方法，由於結構的簡化分析，使得計算準確度降低，因而存在與實際受力狀況不同之情況。而在桁架設計上，製造商一般皆以經驗來決定起重機相關尺寸，對於各尺寸對結構強度之影響關係並未納入設計時評估，因而設計出之起重機未能有效達到最佳化設計，存在設計不良、浪費材料及製造成本過高等問題，將降低製造商之競爭力。
本研究共分為三部份進行，第一部份為取得市場上已生產之起重機資料，再輔以3-D繪圖軟體SolidWorks建立起重機模型的樣本，並利用有限元素軟體ANSYS Workbench 12進行結構應力及撓度分析，且針對起重機有無補強板之影響做一比對分析，以了解簡化公式與實際受力狀況之差異。第二部份為利用田口方法對起重機桁架進行最佳化設計，以求得桁架最佳設計尺寸，使得設計出之起重機能以最經濟的用料成本來符合法規強度要求。第三部份為對起重機之局部挫屈、應力集中及疲勞問題進行研究探討，使設計之起重機能確保其安全性並符合市場需求。

Cranes is one of the essential and necessary machines to move the materials within the plant. With the features of great energy and high-risk characteristics, any inadequate design of the cranes will be likely to cause the big problems such as serious mechanical damages and threatening lives to labors. For this reason, cranes are one of the major dangerous machines restricted by the government.
Traditionally, crane-makers simplified the model to calculate the structure of cranes, it will lead to the accuracy diminishes and causes the different stress on situations. In general, the makers determine the relevant size of cranes in box-girders designing by virtue of experience, they did not assess the influences of the structural strength respectively, so they could not achieve the optimum designs effectively, for poor design、materials- waste、high manufacturing costs and so on, the competitiveness of manufactures might be reduced.
This paper was divided into three parts. The first part obtained information of produced cranes on market, supplemented by 3-D graphics software-SolidWorks to establish a sample of crane models, analyzed structural stress and deflection by finite element software ANSYS Workbench 12 and comparatively analyzed the stiffeners how to influence the cranes, so we could understand the differences between the simplified formulas and the actual stress conditions.
The second part optimized to get optimum designs for box-girders of cranes by using Taguchi methods and got dimensions which fit in with codes and regulations and at the minimum of material cost.
The last part studied the local buckling, stress concentration and fatigue problems of the cranes, so the designed cranes could be ensured safety and met the demands of market.

第一章 緒 論.............1 
1-1 研究動機與目的.............1 
1-2 研究方法.............3 
1-3 文獻探討.............3 
1-4 章節提要.............6 
第二章 研究理論基礎.............8 
2-1 固定式起重機法規之結構分析.............8 
2-2 起重機結構公式探討.............15 
2-2.1 樑結構負載產生之應力及撓度理論.............15 
2-2.2 起重機桁架之應力公式.............19 
2-2.3 起重機桁架之撓度公式.............21 
2-3 有限元素分析.............25 
2-3.1 有限元素分析法.............25 
2-3.2 ANSYS有限元素分析軟體.............30 
2-4 田口方法理論.............32 
2-4.1 簡介.............32 
2-4.2 田口方法的步驟.............32 
2-4.3 S /N比............. 34 
2-4.4 田口式直交表.............36 
2-4.5 變異數分析.............39 
第三章 起重機結構分析及最佳化實驗流程.............43 
3-1 起重機結構分析實驗流程.............43 
3-1.1 起重機結構分析.............44 
3-1.2 起重機模型建立.............45 
3-1.3 起重機結構有限元素分析.............46 
3-2 起重機桁架最佳化實驗流程............. 53 
第四章 起重機結構分析結果.............55 
4-1 起重機撓度分析.............55 
4-1.1 起重機撓度實驗.............55 
4-1.2 公式計算之撓度結果.............58 
4-1.3 使用ANSYS 有限元素撓度模擬結果.............58 
4-2 起重機結構應力分析............. 64 
4-2.1 公式計算之應力結果.............64 
4-2.2 模擬起重機實際負載之應力結果............. 65 
4-3 結果分析.............71 
4-3.1 撓度結果分析.............71 
4-3.2 應力結果分析.............72 
4-3.3 綜合結果分析.............74 
第五章 田口方法最佳化設計.............75 
5-1 田口方法實驗設計.............75 
5-2 實驗結果與資料分析............. 77 
5-2.1 實驗結果............. 77 
5-2.2 模擬實驗資料分析............. 80 
5-2.3 設計最佳化.............87 
5-2.4 設計確認............. 89 
5-3 桁架結構局部強度分析探討.............96 
5-3.1 桁架挫屈分析及改善.............96 
5-3.2 桁架應力集中分析及改善.............103 
5-3.3 桁架疲勞破壞分析.............105 
第六章 結論與未來展望.............110 
6-1 結論............. 110 
6-2 未來展望.............112 
參考文獻.............113 
附錄 
附錄A 缺口強度之分類............. 116 
附錄B 桁架區間部分之挫屈係數.............118 
附錄C 起重機之分類.............120 
索引.............121
                                    

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校內：2012-08-09公開
校外：2012-08-09公開

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