間隔環、牙型係數與軌道表面粗糙度設計對於環狀式類滾珠軸承傳動磨潤行為之研究

Abstract

本研究中為模擬實際滾珠螺桿之運動行為，製作環形類滾珠軸承試件且具有兩種不同牙型係數(Groove factor)之設計，除了滾珠直徑相同，試件尺寸，內、外環粗糙度，滾珠數量，間隔環數量及厚度均稍有不同。利用理論分析運用在試驗機之軸向負載及轉速設定，使各牙型係數最大接觸應力接近2 0GPa，以進行不同牙型係數、表面粗糙度及間隔環與滾珠間隙對磨潤行為之影響。本研究之主要目的為，使用簡單且有效率之方法以研究類滾珠軸承之運動及磨潤行為。此研究與以往最大不同的地方是使用研究室所建立之三維幾何模型，配合實驗機台所量測之參數，代入基因演算法(Genetic algorithms)而解得?多以往不易計算之軸承重要參數，例如滾珠與內、外環之摩擦係數及滾珠與間隔環之正向力。 實驗中，發現擷取之摩擦扭矩、溫度、荷重訊號及滑動比產生振盪現象為軸承各種條件配置所致，此現象之控制因子為牙型係數、內環軌道表面粗糙度、有或無間隔環及間隔環與滾珠之間隙。滾珠公轉角速度，ω_br，直接受到牙型係數和間隙之影響，也因此造成起動及運轉一段時間後之摩擦扭矩穩定性。在0 52之牙型係數，間隙減少會造成ω_br之下降，但在0 54之牙型係數，間隙減少會造成ω_br之上升，實際之ω_br值在運轉一段長時間後如果仍小於ω_br之理論值，則扭矩之不穩定性容易發生。有及無間隔環與荷重穩定性有所關聯，在0 52牙型係數中特別顯著，能使滾珠公轉方向受力平均；牙型係數控制平均摩擦係數、滑動比及溫升，因為牙型係數會改變滾珠與軌道之配合度，而影響上述性質；內外環粗糙度影響溫升及滑動比，於0 52牙型係數中，由於滾珠與軌道之配合度較高，粗糙度性質影響也較大。當內環粗糙度較低時，滑動比會上升，而將內、外環之粗度提升，滑動現象則明顯下降；間隔環間隙為滑動比大小與滾珠運動順暢度之主因，0 52牙型係數中，於間隙0 27mm下扭矩產生跳動，為滾珠轉動不順暢所致。 研究顯示，0 54牙型係數有較好溫升、扭矩及滑動比之表現，且滾珠與軌道之配合度較小，受軌道表面粗度影響較小。配合較小粗糙度之內、外環配對有提升潤滑性能之現象。而0 54牙型係數之試件加入間隔環大部分皆能增加摩擦係數及滑動比，只有間隔環間隙0 86mm之試件相較於無間隔環試件有較佳之磨潤性能。

Date of Award	2017 Jul 26
Original language	Chinese
Supervisor	Jen-Fin Lin (Supervisor)