滾珠導螺桿低頻噪音源之鑑別及改善研究｜國立清華大學博碩士論文庫

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研究生：	王建文
論文名稱：	滾珠導螺桿低頻噪音源之鑑別及改善研究
指導教授：	王志宏
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：	2006
畢業學年度：	94
語文別：	中文
論文頁數：	1冊
中文關鍵詞：	滾珠導螺桿、低頻噪音、噪音源鑑別
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本論文之目的在於鑑別滾珠導螺桿低頻噪音（2kHz以下）之來源，探討影響噪音源大小之因素，並提出具體改善方案。研究對象有四種型式之滾珠導螺桿，包括外循環無間隔環、內循環無間隔環、端塞循環無間隔環及端塞循環有間隔環。
研究方法主要是利用加速規量測滾珠導螺桿的振動行為，將所得結果與過去學者研究所得之數據進行比較，以鑑別出低頻噪音的來源；利用高階機構動態模擬軟體進行滾珠導螺桿運動行為之模擬，用以尋找影響低頻噪音源之機制並加以驗證，最後針對低頻噪音提出改善方案。研究之結果整理如下：
（1）鑑別出引發滾珠導螺桿低頻噪音之機制有二，分別為滾珠在運動時所產生的撞擊，以及承載螺帽的滾珠剛性變化。
（2）如果滾珠之球通頻率及其倍頻和滾珠剛性變化之頻率及其倍頻與使用螺桿之機器系統的自然頻率重合，則以上之兩種機制就會引發嚴重的振動與噪音。
（3）滾珠的撞擊以及承載螺帽的滾珠剛性變化，此兩種機制對於滾珠導螺桿的低頻噪音與振動之影響，以滾珠的撞擊為最主要之因素。
（4）具體之改善方案包括改變幾何形狀尺寸以減少滾珠撞擊之衝量、使承載螺帽之剛性的變化量為最小，以及避免球通頻率與系統自然頻率發生偶合現象等方法。

目錄
摘要-----------------------------------------------------I
誌謝----------------------------------------------------II
目錄---------------------------------------------------III
第一章 前言----------------------------------------------1
　　1-1 研究動機-----------------------------------------1
    1-2 文獻回顧-----------------------------------------2
    1-3 研究目標-----------------------------------------4
第二章 研究方法------------------------------------------6
    2-1 實驗方法及目的-----------------------------------6
        2-1.1 滾珠導螺桿之架設---------------------------6
        2-1.2 實驗儀器及設備-----------------------------9
        2-1.3 實驗儀器之架設-----------------------------9
        2-1.4 實驗步驟----------------------------------10
    2-2 其他實驗方法------------------------------------11
    2-3 數據之分析方法----------------------------------11
    2-4 滾珠導螺桿之運動分析----------------------------14
        2-4.1 座標系之定義------------------------------14
        2-4.2 相鄰兩滾珠所夾相位角----------------------16
        2-4.3 滾珠公轉及自轉角速度----------------------18
        2-4.4 滾珠撞擊力--------------------------------23
    2-5 軟體模擬流程------------------------------------24
第三章 結果與討論---------------------------------------28
    3-1 低頻噪音分析與轉速之關係------------------------28
        3-1.1 低頻噪音分佈與轉速之關係------------------28
        3-1.2 低頻振動分佈與轉速之關係------------------29
        3-1.3 低頻噪音頻譜與低頻振動頻譜之相關性--------30
    3-2 有無間隔環噪音頻譜之差異------------------------31
    3-3 低頻噪音主要來源--------------------------------37
        3-3.1 迴流管噪音特性之探討----------------------37
        3-3.2 擷取振動訊號之探討------------------------39
    3-4 軟體模擬結果與討論------------------------------44
        3-4.1 外循環式模擬結果--------------------------46
        3-4.2 內循環式模擬結果--------------------------49
        3-4.3 端塞循環式模擬結果------------------------51
        3-4.4 三種循環方式模擬結果之比較----------------54
        3-4.5 模擬結果與實驗數據之比較------------------56
    3-5 引發低頻噪音之機制（1）-------------------------58
        3-5.1 單顆滾珠撞擊之探討------------------------58
        3-5.2單顆撞擊頻譜與原始數據頻譜之比較-----------64
    3-6 引發低頻噪音之機制（2）-------------------------79
    3-7 螺帽Z方向振動之探討-----------------------------93
    3-8 低頻振動主要因素及螺桿噪音大小之比較------------95
第四章 具體改善方案-------------------------------------99
    4-1 滾珠撞擊力之改善--------------------------------99
    4-2 螺帽承載剛性之改善-----------------------------111
    4-3 其他改善方法-----------------------------------121
第五章 結論--------------------------------------------123
參考文獻-----------------------------------------------125
附錄A  外循環無間隔環各轉速低頻噪音頻譜----------------A-1
附錄B  內循環無間隔環各轉速低頻噪音頻譜----------------B-1
附錄C  端塞循環無間隔環各轉速低頻噪音頻譜--------------C-1
附錄D  端塞循環有間隔環各轉速低頻噪音頻譜--------------D-1
附錄E  各螺桿低頻振動頻譜圖----------------------------E-1
附錄F  滾珠導螺桿系統頻率響應函數----------------------F-1
附錄G  迴流管各方向受力圖------------------------------G-1

                                

參考文獻
【1】Igarashi, T. , Tokunaga, Y. and Ookuma, K. “Studies
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【2】Igarashi, T. , Tokunaga, Y. and Sugiura, T. “Studies on the sound and vibration of a ball screw”, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Part C, Vol.55, No.520, pp.2945-2950, 1989
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【4】Yamaguchi, H. “Development of NSK S1 Series Ball Screws and Linear Guides”, Motion & Control ,NSK Ltd., No.11, pp.27-34, 1996
【5】Kato, M. “Development of High-Speed and Low-Noise Ball Screws”, Motion & Control, NSK Ltd., No.16, pp.22-28, 2004
【6】Tatsunobu Momono and Banda Noda “Sound and Vibration in Rolling Bearings”, Motion & Control, NSK Ltd., No.6, pp.29-37, 1999
【7】蘇栢賢 “滾珠導螺桿噪音特性之研究”, 上銀科技股份有限公司計畫報告, 2005
【8】Igarashi,T. , Goto, M. and Kawasaki, A. “Studies on Impact Sound（First Report, The Sound Generated by a Ball Colliding with a Plate）”, Bulletin of JSME, Vol.28, No.235, pp.148-154, 1985
【9】魏進忠“單螺帽雙圈滾珠螺桿在預負荷及潤滑作用條件下運動機制與機械性能的理論分析及實驗印證”, 國立成功大學博士論文, 2002
【10】Kato, S., Matsumoto, J. “Recent development in highly precise NSK linear guide” Motion ＆Control, NSK Ltd., No.9, pp.27-32, 2000
【11】虛擬原型工作小組“電腦輔助工程設計－ADAMS基礎應用手冊”, 高立圖書有限公司,2004

全文公開日期本全文未授權公開 (校內網路)
全文公開日期本全文未授權公開 (校外網路)

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