多體機械系統之公差優化設計

Translated title of the thesis: Optimal Tolerance Allocation for Multibody Mechanical Systems
  • 李 哲葦

Student thesis: Master's Thesis

Abstract

公差設計為機械設計與製造中之重要環節,常被用來權衡品質和成本之間的取捨,適當訂定公差精度可以提升產品品質且節省生產成本,若要進行公差設計就需要取得生產活動中大量產品偏差值之數據進行統計分析。拜電腦科技優化統技法進步之賜,現代工業產品得以透過電腦技術進行生產環境、產品規格,與各項設計製造程序之系統性整體優化。 本文以多體系統分析為出發點,透過多體系統分析推導出組合件之約束方程式並且得到組合件中的關鍵節點,將節點設定公差精度後再利用蒙地卡羅法模擬零件之生產,最後透過優化法計算得到模擬組合件之誤差與其相對總生產成本(comprehensive cost)再進一步比較不同精度設定下之相對總生產成本,其中最低相對總生產成本之精度設定即為最佳公差精度設定。本文中使用了三種模型,即四孔模型、四聯桿模型和實際工具機煞車機構模型作為範例,實際運用本文所呈之研究方法進行分析、模擬,以得出數據與分析結果結果後並與文獻、廠商實際訂定之公差精度設定下生產產品準確度和廠商常用之傳統公差設計法作比較,視其結果能否顯示本文所用之研究方法相較於其他研究方法的獨特之處。 為了得到機械系統中各個零件之最佳公差精度設定,本文透過四孔模型、四聯桿模型和工具機煞車系統模型使用公差設計優化法計算在可能的生產製造精度範圍下所有精度設定之排列組合,找出最佳的公差精度設定。從公差設計優化法模擬實驗得到的結果可以歸納為以下五點結論,首先將公差設計優化法利用旅行商人問題引入,並應用於解決不同形態組合件之公差設計問題。其次,由模擬零件生產之製程能力指數得知,公差設計優化法之模擬數據較為準確,模擬四孔模型的結果顯示公差設計優化法可應用於靜態系統,接著利用四聯桿模型之模擬結果實證公差設計優化法亦可應用於三維動態系統,最後透過真實的機械煞車系統模擬,將公差設計優化法應用於現實業界中實際生產之產品中,優化後之最佳公差精度設定符合ISO之規範,代表著公差設計優化法不僅能夠優化假想的組合件或機構更可以應用於實際生產之產品,滿足設計者決定各個零件公差之需求
Date of Award2015 Jul 23
Original languageChinese
SupervisorSteven Hsin-Yi Lai (Supervisor)

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