粉末冶金螺旋齒輪模具設計與驗證

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賴柏方(Po-Fang Lai) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系

論文名稱

粉末冶金螺旋齒輪模具設計與驗證
(The Design and Verification of Helical Gear Mold by Powder Metallurgy)

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摘要(中)

本論文之目的為改良現有粉末冶金螺旋齒輪模具機構設計，粉末冶金螺旋齒輪模具因模具間摩擦過大，使得模具壽命過短，故本論文為解決粉末冶金螺旋齒輪模具因摩擦導致模具壽命過短之問題。
本論文利用主動驅動模具旋轉之方式來解決模具摩擦過大的問題，提出利用油壓系統結合模具旋轉運動關係，使模具可透過油壓方式產生旋轉，增加模具之壽命。
本論文共設計出兩種不同形式的機構，分別利用撓性傳動及撓性與剛性結合之傳動模式，設計並製作出實體，透過實驗驗證找出問題。
為了比較傳統設計與新型設計之差異，本論文設計一個實驗測試平台，模擬實際粉末冶金成型機之上冲與中模之運動關係，並結合本論文之新型粉末冶金螺旋齒輪模具設計與傳統設計。實驗內容主要為量測上冲與中模因實際壓合過程中所產生之磨耗，並比較兩者磨耗之差異。
實驗結果數據顯示新型模具設計之磨耗情形明顯優於傳統模具設計，累積磨耗量低於傳統模具設計50%以上，使得模具壽命提升2倍以上。另外，不考慮額外驅動設備成本，新型模具之製造成本較傳統模具低。
綜合上述實驗結果，確認本論文所設計製作之新型粉末冶金螺旋齒輪模具可取代傳統模具設計。

摘要(英)

The purpose of this paper is to improve the existing mechanism of powder metallurgy helical gear mold design. The helical gear mold of powder metallurgy due to excessive friction between the molds so that the mold life is too short. This paper is to solve the short life problem of helical gear mold of powder metallurgy that due to the friction.
In this paper, the use of actively driving the rotation of the mold to solve the problem of excessive friction of the mold. Proposed the use of a hydraulic system combines rotary motion relationship of the mold. The mold can be generated by hydraulic rotary and increasing the life of the mold.
This thesis designed two different forms of mechanism. Namely the use of flexible transmission drive mode and the flexible and rigid coupling. Design, manufacture and identify the problem through experimental verification.
To compare the difference between traditional design and new design, design an experimental test platform to simulate the relationship with the movement of the top punch and the mold of the powder metallurgy molding machine. Then the experimental test platform combined with the new design and traditional design. The experiment is to measure the wear by friction, and compare the difference between the two designs.
The experimental results show the wear of the new mold design is better than traditional mold design. The cumulative amount of wear of the new mold design is lower than 50% or more of the traditional mold design. The new mold design enhance the life of more than 2 times. In addition, without considering the additional cost of driving, the manufacturing cost of the new mold is lower than the traditional mold.
The above results confirm this thesis designed the new helical gear mold of powder metallurgy can replace the traditional mold design.

關鍵字(中)

★ 粉末冶金
★ 螺旋齒輪
★ 油壓系統
★ 磨耗

關鍵字(英)

★ powder metallurgy
★ helical gear
★ hydraulic systems
★ wear

論文目次

摘要 i
Abstract ii
謝誌 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xv
第 1 章緒論 1
1.1 研究背景與發展現況 1
1.2 研究目標與方向 5
1.3 論文研究架構 6
第 2 章粉末冶金螺旋齒輪模具設計現況分析 7
2.1 螺旋齒輪粉末冶金模具設計概述 7
2.2 被動式模具設計 8
2.2.1 中模旋轉 8
2.2.2 中模固定 11
2.3 主動式模具設計 17
2.3.1 中模旋轉 17
2.3.2 中模固定 20
第 3 章螺旋齒輪粉末冶金模具機構概念設計 29
3.1 模具機構設計方向 29
3.2 模具機構概念設計 30
第 4 章直接式油壓驅動旋轉機構設計 32
4.1 整體架構 32
4.2 細部設計 33
4.3 旋轉軸設計配置 34
4.3.1 軸承配置 35
4.3.2 軸封挑選配置 36
4.3.3 扇葉設計 38
4.4 油室箱體設計配置 43
4.4.1 油室設計 45
4.5 油壓缸挑選與配置 48
4.6 運動控制 49
4.6.1 時序規劃與控制 49
4.6.2 定位設計 52
4.7 油室組裝測試結果與討論 53
4.8 小結 57
第 5 章間接式油壓驅動旋轉機構設計 59
5.1 整體架構 59
5.2 細部設計 60
5.2.1 旋轉軸與外殼設計 61
5.2.2 齒條配置設計 63
5.3 油壓缸挑選與組裝 66
5.4 運動控制 67
5.4.1 時序規劃與控制 68
5.4.2 定位設計 70
5.5 油壓缸復歸設計 71
5.5.1 夾爪離合設計 72
5.5.2 彈簧復歸機構設計 79
第 6 章功能驗證測試實驗 82
6.1 實驗設備規劃設計 82
6.1.1 測試平台規劃 82
6.1.2 減速機構設計 83
6.1.3 曲柄滑塊設計 84
6.1.4 實驗模具設計 86
6.2 模具磨耗測試 89
6.2.1 測試目的 89
6.2.2 測試項目與方法 90
6.2.3 中模浮動角度計算方法 94
6.3 結果討論 96
6.3.1 傳統設計結果與討論 96
6.3.2 新型設計結果與討論 98
6.3.3 結果比較與討論 104
第 7 章結論與未來展望 107
7.1 結論 107
7.2 未來展望 108
參考文獻 109
附錄A 中模旋轉中模浮動數據 111
A-1 新型設計實驗一 111
A-2 新型設計實驗二 114

參考文獻

1 黃坤祥， “粉末冶金學”。中華民國粉末冶金協會，2003
2 US3694127, Powder Compacting Device for Forming Helical Gear Compact, Sept. 26, 1972
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4 US3891367, Apparatus for Moulding Helical Gears by Compression of Powders, June 24, 1975
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8 US2561735, Machine for Molding Helical Gears, July 21, 1951
9 US3394432, Apparatus for the Production of Helically Toothed Mechanical Parts from Sintered Metals, July 30, 1968
10 EP0528761, Modulare Vorrichtung zum Pressformen oder Kalibrieren von Werkstücken mit schraubenlinienförmigen Konturen, Feb. 24, 1993
11 US6165400, Compacted-Powder Opposed Twin-Helical Gears and Method, Dec. 26, 2000
12 US6383447, Method of Manufacturing Helical Gears by Compacting Powder Materials, May 7, 2002
13 CN101497130，粉末冶金工艺45˚螺旋斜齿轮及其制造该齿轮的模具，2009年8月5日
14 HIWIN公司交叉滾柱軸承 CRB系列技術手冊，2013。
15 TRELLEBORG Rotary Seals，August 2009。
16 伍全企業股份有限公司，http://www.tohatsu.com.tw/pages/page_index_tw。

指導教授

蔡錫錚(Shyi-Jeng Tsai)

審核日期

2016-2-24

推文