數位機上盒掉落模擬分析及驗證研究

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陳暉勝(Hui-sheng Chen) 查詢紙本館藏

畢業系所

機械工程學系在職專班

論文名稱

數位機上盒掉落模擬分析及驗證研究
(Drop simulation and test validation of STB)

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摘要(中)

數位機上盒具有高精度、高單價之特點，在產品物流運送過程中，可能受到振動、衝擊、掉落等機械力，使產品造成損壞。在產品環境測試項目中，掉落測試造成的衝擊最為劇烈，本研究即以此為探討對象。研究之宗旨為使產品於設計初期，即能評估整體結構於掉落試驗下之衝擊加速度G值，研究中將以4組硬碟托架結構設計，並與實驗數據進行驗證，以建立完整的掉落試驗數值及分析模式。
經本研究結果發現，硬碟托架是數位機上盒結構設計的重點。運用結構實際設計經驗，利用Pro/E CAD繪圖軟體結合有限元素法Abaqus的模擬分析，並配合落下試驗機對硬碟心軸承受加速度詳細觀察，將其結果進行相互比對，以期在有限的空間條件限制下，使得硬碟托架能達到設計預期的強度，同時賦予高的耐摔功能。
應用本文採用之機構設計模式，可有效改善產品於掉落試驗中承受之衝擊加速度G值，幫助設計者於開發初期預估產品強度、發掘並改善問題，以縮短設計開發時程及降低成本，進而提高產業競爭力。

摘要(英)

Digital Set-Top Box is one of products with high precision and high unit price. It may be damaged by shock, vibration or drop during transportation. This research is aimed to study drop. The goal is make designers are able to evaluate impact of drop on the structure in early development stage. The research will use 4 groups of hard disk bracket design and experimental data to build up complete data and analysis mode of drop tests.
The result found that hard disk bracket is one the most important factor of the structure design of STB. This research uses the simulation results by CAD software Pro/E and Finite Element software Abaqus to compare with the actual drop test of STB observed by drop machine to prove computer simulation technique can be a useful method in the design of hard disk bracket structure. Then we use design rules obtained by experience to modify the hard disk bracket structure. The new design has successful overcome problems happened in old design.
The method of mechanical design in the article can greatly reduce damage from drop and help designers to predict product strength and dig out issues. Furthermore, it can shorten development time, lower cost, and increase competitive advantage

關鍵字(中)

★ 3D結構設計
★ 掉落試驗
★ 數位機上盒
★ 機構設計改良

關鍵字(英)

★ 3D d
★ drop test
★ STB
★ mechanical design improvement

論文目次

目錄
第一章緒論...............................................1
1.1 研究動機與背景........................................1
1.2 相關文獻回顧..........................................2
1.3 本文研究範疇..........................................5
第二章基礎理論...........................................7
2.1 數位機上盒之掉落理論模式..............................7
2.2 結構體掉落之有限元素分析.............................10
第三章數位機上盒掉落分析與試驗..........................12
3.1 掉落試驗架構.........................................12
3.1.1 掉落試驗簡介.......................................12
3.1.2 量測系統規劃.......................................16
3.1.3 硬碟托架design 1設計...............................18
3.1.4 硬碟托架design 1測試結果...........................20
3.2 掉落試驗架構.........................................27
3.2.1 分析模型架構.......................................27
3.2.2 模型簡化...........................................28
3.2.3 元素形式與材料常數設定.............................29
3.2.4 網格設定...........................................32
3.2.5 接觸元素與邊界條件設定.............................33
3.2.6 硬碟衝擊加速度比對.................................35
3.2.7 分析與實驗比對結果.................................36
第四章設計改善..........................................38
4.1 硬碟托架design 2設計改善.............................38
4.1.1 模型簡化...........................................40
4.1.2 模型網格化 .......................................41
4.1.3 硬碟托架 Design 2硬碟衝擊加速度比對................42
4.1.4 硬碟托架 Design 2分析與實驗比對結果................44
4.2 硬碟托架design 3設計改善.............................45
4.2.1 模型簡化...........................................47
4.2.2 模型網格化 .......................................48
4.2.3 硬碟托架 Design 3硬碟衝擊加速度比對................49
4.2.4 硬碟托架 Design 3分析與實驗比對結果................51
4.3 硬碟托架design 4設計改善.............................52
4.3.1 模型簡化...........................................54
4.3.2 模型網格化.........................................55
4.3.3 硬碟托架 Design 4硬碟衝擊加速度比對................56
4.3.4 硬碟托架 Design 4分析與實驗比對結果................58
第五章結論與未來展望....................................59
5.1 結論.................................................59
5.2 未來展望.............................................62
圖目錄
圖1-1掉落試驗與分析研究流程圖.............................6
圖2-1雙自由度系統.........................................7
圖3-1 Comcast RNG-200 Content Protection Specification ..13
圖3-2 Drop Test 測試示意圖...............................14
圖3-3 Comcast 8.3.1 Drop Test Step.......................14
圖3-4 Vibration & shock environmental equipment 掉落試驗機圖.......................................................15
圖3-5數位機上盒掉落測試照片..............................16
圖3-6硬碟中芯軸感測器佈置圖..............................17
圖3-7分析模型之3D圖......................................18
圖3-8分析模型之剖面圖....................................19
圖3-9分析模型之Mock-Up照片...............................19
圖3-10硬碟托架design 1 Bottom Side測試照片...............20
圖3-11硬碟托架design 1 Bottom Side測試結果...............21
圖3-12硬碟托架design 1 Top Side測試照片..................22
圖3-13硬碟托架design 1 Top Side測試結果..................22
圖3-14硬碟托架design 1 Left Side測試照片.................23
圖3-15硬碟托架design 1 Left Side測試結果.................24
圖3-16硬碟托架design 1 Right Side測試照片................25
圖3-17硬碟托架design 1 Right Side測試結果................25
圖3-18分析模型簡化之3D圖.................................28
圖3-19緩衝阻尼之材料曲線.................................29
圖3-20分析模型之網格圖...................................32
圖3-21分析模型之邊界條件設定.............................33
圖3-22數值分析硬碟中芯軸加速度擷取點.....................34
圖3-23硬碟中芯軸數值分析模擬加速度圖形...................35
圖3-24硬碟數值分析模擬等効應力圖形.......................37
圖4-1硬碟托架 Design 2 3D設計圖面........................38
圖4-2硬碟托架 Design 2 側面剖視圖........................39
圖4-3硬碟托架 Design 2 Mock-Up 照片......................39
圖4-4硬碟托架 Design 2分析模型簡化之3D圖.................40
圖4-5硬碟托架 Design 2分析模型之網格圖...................41
圖4-6硬碟托架 Design 2硬碟中芯軸數值分析模擬加速度圖形...42
圖4-7硬碟托架 Design 2硬碟中芯軸實驗加速度圖形...........43
圖4-8硬碟托架 Design 3 3D設計圖面........................45
圖4-9硬碟托架 Design 3 側面剖視圖........................46
圖4-10硬碟托架 Design 3 Mock-Up 照片.....................46
圖4-11硬碟托架 Design 3分析模型簡化之3D圖................47
圖4-12硬碟托架 Design 3分析模型之網格圖..................48
圖4-13硬碟托架 Design 3硬碟中芯軸數值分析模擬加速度圖形..49
圖4-14硬碟托架 Design 3硬碟中芯軸實驗加速度圖形..........50
圖4-15硬碟托架 Design 4 3D設計圖面.......................52
圖4-16硬碟托架 Design 4 側面剖視圖.......................53
圖4-17硬碟托架 Design 4 Mock-Up 照片.....................53
圖4-18硬碟托架 Design 4分析模型簡化之3D圖................54
圖4-19硬碟托架 Design 4分析模型之網格圖..................55
圖4-20硬碟托架 Design 4硬碟中芯軸數值分析模擬加速度圖形..56
圖4-21硬碟托架 Design 4硬碟中芯軸實驗加速度圖形..........57
圖5-1硬碟托架 Design 1~4硬碟中芯軸數值分析模擬加速度圖形.60
圖5-2硬碟托架 Design 1~4硬碟中芯軸實驗加速度圖形.........61
表目錄
表3-1加速規規格表........................................16
表3-2硬碟托架design 1 Bottom Side測試結果................21
表3-3硬碟托架design 1 Top Side測試結果...................23
表3-4硬碟托架design 1 Left Side測試結果..................24
表3-5硬碟托架design 1 Right Side測試結果.................26
表3-6硬碟托架design 1 Total測試結果......................26
表3-7 各部件之元素形式...................................30
表3-8材料常數表..........................................30
表3-9主要構件質量對照表..................................31
表3-10主要構件體積表.....................................31
表3-11模擬與實驗誤差表...................................36
表4-1硬碟托架 Design 2硬碟中芯軸實驗加速度結果...........43
表4-2硬碟托架 Design 2模擬與實驗誤差表...................44
表4-3硬碟托架 Design 3硬碟中芯軸實驗加速度結果...........50
表4-4硬碟托架 Design 3模擬與實驗誤差表...................51
表4-5硬碟托架 Design 3硬碟中芯軸實驗加速度結果...........57
表4-6硬碟托架 Design 4模擬與實驗誤差表...................58
表5-1硬碟托架 Design 1~4模擬與實驗數值表.................61

參考文獻

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[26] 愛發股份有限公司,2011,Abaqus進階動力學,全華科技圖書
[27] 顏智偉,2000,產品機構設計,全華科技圖書

指導教授

潘敏俊(Min-chun Pan)

審核日期

2012-8-8

推文