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研究生: 朱恩毅
Chu, En-Yi
論文名稱: V型傳動皮帶之疲勞試驗與應力分析
Fatigue Test and Stress Analysis of V-Belts
指導教授: 黃金沺
Huang, C.
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: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 87
中文關鍵詞: V型皮帶應力分佈疲勞試驗
外文關鍵詞: stress and strain distribution, fatigue test, V-Belts
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  • 皮帶與鏈條是目前常用的撓性傳動元件,其中皮帶可以傳遞較高轉速且運轉時產生的噪音相當微小,適合用於汽機車及工業輸送裝置。撓性機構中,傳動皮帶與皮帶輪組成皮帶傳動系統,由馬達帶動主動輪藉著皮帶與皮帶輪間的摩擦力來傳動從動輪,而傳遞動力。一般工業上設計皮帶時,必須先決定馬力、轉速、皮帶輪直徑大小之後,再由傳動帶使用技術手冊中的皮帶馬力轉速規範圖表來決定所使用的皮帶規格,以保持較佳的皮帶設計壽命及傳遞效率。
    本論文將針對皮帶與皮帶輪間的運動分析做相關的探討,並根據疲勞理論分析皮帶內部應力與皮帶壽命。由馬達馬力、皮帶輪轉速、皮帶輪直徑及組成皮帶的橡膠特性,導出皮帶馬力與轉速關係的數學模式。接著設計出適合的皮帶疲勞試驗,得到疲勞壽命曲線(S-N Curve),並由拉伸試驗得到皮帶機械特性,而建立出皮帶馬力轉速關係圖表,試驗中同時也可判別皮帶品質的差異性。最後,為了快速判斷皮帶運動時的機械性質,使用有限元素法分析運轉時皮帶的應力分佈。本論文將可建立適當的傳動皮帶規範圖表,並分析皮帶在運動中受力的分佈情況,模擬並預測皮帶破壞的情況。

    Belts and chains are the most popular flexible transmission components in practice. Belts can be used in high-speed applications, and they are quieter in operation. A belt power transmission system includes belts and pulleys, and torque is transmitted through friction force between the driving and driven pulleys. When designing industrial belts, we need to specify the power to be transmitted, speed of operation, and the diameters of pulleys. Then, according to the cross section selection chart and the drive selection table in belts design manual, we can choose suitable belts for the application. In order to achieve better belt life and transmission efficiency, accurate cross section selection chart and drive selection table are necessary. This thesis aims to create the cross section selection chart and the drive selection table based on experimental data and to conduct stress analysis of belts using finite element analysis.
    In creating the cross section selection chart and the drive selection table, we begin with the relationship between stress and belt life from fatigue theory. Second, we derive the mathematic model of the cross section selection chart and the drive selection table by considering power requirements, operation speeds, diameters of pulleys, and the properties of rubber. Finally, we conduct belt fatigue tests to construct the S-N curve and obtain the rubber properties from tensile tests. This thesis then sets up the cross section selection chart and the drive selection table for belt selections. Furthermore, this thesis applies the finite element analysis method to simulate stress and strain distribution in belts for determining the quality of belts, and the results substantially reduce the time needed to forecast the failure of belts.

    頁次 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 表目錄 VIII 圖目錄 IX 符號說明 XI 第一章 緒論 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究動機與目的 2 1.4 本文架構 3 第二章 基礎概念 2.1 皮帶簡介 5 2.1.1 皮帶的組成與性質 5 2.1.2 皮帶的表示方法 7 2.2 傳動用皮帶 8 2.2.1 傳動皮帶動力的傳遞方式 8 2.3 皮帶機械特性 9 2.4 皮帶於傳動時的力量分析 9 2.4.1 緊邊張力 10 2.4.2 彎曲力 13 2.4.3 向心力 14 2.5 皮帶的失效情況 15 2.6 S-N曲線與疲勞破壞理論 16 2.6.1 曲線 16 2.6.2 法則預估疲勞壽命 17 2.6.3 曲線與疲勞壽命的關係 17 2.7 馬力與轉速關係 18 2.7.1 馬力與皮帶運轉時的作用力關係 18 第三章 型傳動皮帶疲勞分析與試驗 3.1 型皮帶模型建構與試驗 21 3.1.1 皮帶的標準化 21 3.1.2 型皮帶幾何尺寸 22 3.1.3 型傳動皮帶SPA模型 23 3.1.4 皮帶基本機械性質試驗 24 3.1.5 疲勞破壞試驗 27 3.2 V型傳動帶張力分析 28 3.2.1 緊邊張力分析 29 3.2.2 彎曲力分析 29 3.2.3 向心力分析 30 3.2.4 峰力值分析 30 3.3 V型傳動帶馬力與轉速分析 32 3.3.1 單條皮帶的馬力與轉速數學模式分析 32 3.3.2 馬力與轉速表建立 32 3.3.3 聯體皮帶的馬力與轉速數學模式分析 33 3.3.4 馬力與轉速圖建立 33 3.4 影響V型皮帶馬力轉速的因子 37 3.4.1 接觸因子 37 3.4.2 長度因子 38 3.4.3 功能因子 40 3.5 結論 42 第四章 V型傳動皮帶之有限元素應力分析 4.1 有限元素法與物理問題描述 44 4.1.1 大變形理論 44 4.1.2 傳動皮帶物理模型 45 4.2 皮帶與皮帶輪模型建構與模擬方法 46 4.2.1 三維V型皮帶傳動系統建模 47 4.2.2 材料性質設定 49 4.2.3 接觸行為模擬方法 50 4.2.4 皮帶動態模擬方法 52 4.3 V型皮帶應力分析結果 53 4.3.1 三維靜態模擬結果 54 4.3.2 三維動態模擬結果 58 4.3.3 皮帶應力分析結果探討 60 第五章 結論與未來展望 61 參考文獻 63 附錄一 馬力轉速圖表製作軟體 65 附錄二 十噸拉力測試機規格 85 附錄三 皮帶耐久測試機規格 87

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    下載圖示 校內:2010-07-21公開
    校外:2010-07-21公開
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