A Method of Press Design Improvement Based on Kinematic Analysis

本研究以動態分析的方式探討伺服沖床。本研究以Microsoft Excel建立的動態分析工具，以便於設計階段針對常見問題（包含機台規格評估、馬達能力是否足夠及運轉振動等）提出改善方案，有助於縮短開發時程。 第一階段以機動學動態分析理論基礎，第二階段以動態分析理論基礎建構Excel分析工具，第三階段利用Excel動態分析工具及Solidworks Motion分析機器可能問題，第四階段以機台量測驗証。 本工具是以動態分析理論建構，避免以往忽略慣性力所帶來的誤差。於實際應用時，Excel動態分析工具評估的伺服馬達能力，與廠商評估的結果相符；且從節點受力曲線圖中得出之可能發生碰撞角度與實際狀況相同。而且，與Solidworks Motion分析相比，本研究開發之Excel動態分析工具，可縮短計算時間達75%。Servo-motor presses is analysed in this study using dynamic analysis. By building a Microsoft Excel-based dynamic analysis tool, common problems (including machine specification evaluation, motor capacity and operating vibration) are dealt with at the design stage, thus shorten the duration for machine development. Dynamic analysis theory is constructed in the first stage based on kinetic theory. In the second stage, the Excel dynamic analysis tool is built based on the theory. The third stage uses Excel dynamic analysis tool and Solidworks Motion to analyze potential problems, and the fourth stage is validation based on the experiments on an actual machine. The tool developed in this work is based on dynamic analysis, which avoids modeling error introduced by neglecting inertia effects. In applying the Excel-based analysis tool, the servo motor capacity prediction matches the results provided by the manufacturer, and possible collision angles based on nodal force curve agree with the actual situation. Moreover, computation time involved in the tool is shorten by 75% compared with Solidworks Motion analysis.摘要 ii Abstract iii 第一章 前言 1 1.1 研究動機 1 1.2 研究目的 2 1.3 研究流程及方法 2 1.4 文獻回顧 4 1.5 論文架構 10 第二章 理論基礎 12 2.1 機械結構 12 2.2 機構運動學分析 14 2.3 桿件受力分析 16 2.4 桿件加速度分析 19 2.5 求解矩陣方程式 22 2.6 沖壓能力與扭力分析 23 2.7 節點摩擦力 24 2.8 齒輪嚙合頻率 26 2.9 振動分析 27 第三章 分析工具建構、應用與動態分析 30 3.1 分析工具建構 30 3.2 沖壓能力分析 38 3.3 伺服馬達扭力分析 39 3.4 節點受力與碰撞 45 3.5 Solidworks動態與Excel理論受力分析 46 3.6 節點間隙的影響 51 3.7 改變運動曲線對受力影響 53 第四章 機台量測與分析 55 4.1 實驗方式 55 4.2 量測數據分析 57 4.3 偏心輪轂齒輪嚙合頻率 61 第五章 結論與展望 63 5.1 結論 63 5.2 展望 65 參考文獻 67 附錄(一)：解矩陣方程式VBA程式 70 附錄(二)：解矩陣方程式Matlab程式 71 附錄(三)：解伺服馬達全負載時能提供的沖壓能力VBA程式 7