微渦輪轉子軸承系統動態特性有限元素法之研究

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研究生：	趙家興 Chia-Hsing Chao
論文名稱：	微渦輪轉子軸承系統動態特性有限元素法之研究 Micro-Turbine Rotor-Bearing System Analysis Using FEM
指導教授：	蔣小偉 Hsiao-Wei Chiang
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工學院 - 動力機械工程學系 Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年：	2005
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	81
中文關鍵詞：	有限元素法、牙鑽手機、轉子軸承系統、臨界轉速
外文關鍵詞：	Finite element method (FEM), Dental hand-piece, Rotor-bearing system, Critical speed
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近代渦輪機的發展多為高速轉子軸承系統，包括醫學用牙鑽手機、攜帶型微型渦輪發電機、航空渦輪引擎…等，而以往的文獻在此方面著墨卻不多，於是本文結合前人的分析經驗，使用有限元素法對牙鑽渦輪系統進行分析與研究。
本文主旨在於利用有限元素分析法，建立一套渦輪轉子系統分析與設計方法，並由實驗與模擬分析比對模型。使用DyRoBeS及Matlab程式與文獻比對，驗證其可靠性，其後對於牙鑽渦輪系統進行模型建立與分析，由此完成了一套完整的微渦輪轉子軸承系統的設計分析方法。

The development of modern turbine system is focused on the high speed rotor-bearing system, including dental hand-piece, portable micro-turbine generator, aviation turbine engine…etc. But, there are few papers for this respect. The paper, combined forefathers’ analysis experience, uses finite element method (FEM) to analyze and study the ball-bearing and the air-bearing dental hand-piece turbine systems.
The object of the investigation is to develop a design and analysis method for the micro-turbine rotor-bearing system using finite element method (FEM), and utilize the experiment and simulation to analyze the model. And then we use DyRoBeS, and Matlab program to compare with past papers for verifying its dependability. Thereafter set up and analyze models about the dental hand-piece turbine system.

摘要……………………………………………………………………Ⅰ
Abstract………………………………………………………………Ⅱ
誌謝……………………………………………………………………Ⅲ
目錄……………………………………………………………………Ⅳ
圖目錄…………………………………………………………………Ⅶ
表目錄…………………………………………………………………Ⅹ
符號說明……………………………………………………………ⅩⅠ

第一章 緒論……………………………………………………………1
  1.1引言………………………………………………………………1
  1.2文獻回顧…………………………………………………………2
  1.3研究動機與目的…………………………………………………4

第二章 理論分析………………………………………………………7
  2.1 基本假設 ………………………………………………………7
  2.2 位移方程式推導 ………………………………………………8
   2.2.1 座標軸定義…………………………………………………8
   2.2.2 基本樑理論…………………………………………………8
  2.3 具剪力效應之形狀函數………………………………………10
  2.4 運動方程式之推導……………………………………………14
   2.4.1 圓盤之運動方程式 ………………………………………14
   2.4.2 轉軸之運動方程式 ………………………………………15
   2.4.3 軸承之運動方程式 ………………………………………18
   2.4.4 系統之運動方程式 ………………………………………19
  2.5 運動方程式之求解……………………………………………19
第三章 數值分析方法建立與驗證 …………………………………25
  3.1 DyRoBeS商用套裝軟體介紹 …………………………………25
   3.1.1 軟體功能 …………………………………………………25
   3.1.2 DyRoBeS數學模型…………………………………………26
  3.2 Matlab數值分析軟體…………………………………………26
   3.2.1 軟體功能 …………………………………………………27
   3.2.2 Matlab數學模型 …………………………………………27
  3.3 文獻比對………………………………………………………27
   3.3.1 均勻軸系統 ………………………………………………27
   3.3.2 不均勻軸系統 ……………………………………………28
   3.3.3 多轉軸轉子系統 …………………………………………28

第四章 牙鑽渦輪系統動態分析 ……………………………………39
  4.1 牙鑽介紹………………………………………………………39
  4.2 建立模型………………………………………………………40
   4.2.1 滾珠軸承牙鑽渦輪系統 …………………………………40
   4.2.2 氣浮軸承牙鑽渦輪系統 …………………………………42
  4.3 分析結果………………………………………………………43
   4.3.1 滾珠軸承牙鑽渦輪系統 …………………………………43
   4.3.2 氣浮軸承牙鑽渦輪系統 …………………………………45
第五章 實驗與數值分析比對 ………………………………………59
  5.1 敲擊測試………………………………………………………59
  5.2 動態測試………………………………………………………61
第六章 結論與未來研究方向 ………………………………………68
  6.1 結果與討論……………………………………………………68
  6.2 未來研究方向…………………………………………………69

參考文獻………………………………………………………………70

附錄A …………………………………………………………………73
附錄B …………………………………………………………………74
附錄C …………………………………………………………………78

                                

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全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
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全文公開日期本全文未授權公開 (國家圖書館：臺灣博碩士論文系統)

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