高速間歇機構系統中，將因特定的間歇性輸入輸出運動關係，導致驅動系統之轉速與扭矩瞬間急遽變化，除衍生機電驅動系統轉速變異外，並易誘發傳動機構停歇時之異常殘振，造成定位精度喪失。為控制上述缺失，本文利用離心力與彈簧彈力，設計在一定轉速範圍內，隨轉速自動調變慣性矩的時變飛輪(Variable Inertia Flywheel；VIF )作為能量補償裝置。文中分別採用軸向式位移VIF與內嵌軸向式位移VIF兩種設計，應用於兩種不同驅動系統之工作機台：直流馬達驅動之實驗型滾子凸輪系統，以及財順公司之超高速行星型齒凸輪軋盒機。文中首先藉由拉格朗日與力矩平衡方程式，推導相對應兩機組具時變特性機構之運動方程，配合四階藍日庫達法之數值運算程式，進行此非線性系統的時域動態響應解析。文中除利用實驗數據驗證此分析模式之應用性外，亦比較不同變慣性矩飛輪設計與定慣性矩飛輪(Fixed Inertia Flywheel；FIF)設計，於高速驅動下之系統動態響應差異。並利用此分析程式模擬不同設計參數之VIF，對穩定馬達輸出扭矩與轉速異常變化之影響，及其對整體系統的抑振與精度提升效應。

The effect of variable inertia flywheel (VIF) on the driving speed fluctuation, and residual vibration of high speed machine systems is investigated in this thesis. Different variable inertia flywheels are proposed to an experimental purpose roller gear cam system and a commercial super high speed paper box folding machine. The effects of time varying inertia and intermittent cam motion on the dynamic responses of different high speed cam droved mechanism systems are simulated numerically. The nonlinear time varied system models are derived by applying the Lagrange’s equation and torque-equilibrium equations. The dynamic responses of these two nonlinear systems under different operating speed are simulated by employing the 4th order Runge-Kutta method.
The effects of VIF parameters on the dynamic responses, i.e. the output precision, variation of motor speed, and torque, during the active and dwell periods for these two systems are studied and discussed. The difference between the dynamic responses of constant inertia and variable inertia flywheel systems are also compared. The feasibility and effectiveness of depression of driving speed and torque fluctuations by analying variable inertia flywheel has also been demonstrated.

目錄 i
表目錄 iv
圖目錄 v
符號說明 viii
摘要 xvi
Abstract xvii
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 組織章節 5
第二章 變慣性矩飛輪(VIF)動態機構設計 7
2-1 變慣性矩飛輪(VIF)設計動機 7
2-2 變慣性矩飛輪(VIF)結構合成 8
2-2-1 軸向式位移VIF 10
2-2-2 內嵌軸向式位移VIF 14
2-3 變慣性矩飛輪(VIF)動力分析 16
第三章 變慣性矩飛輪(VIF)應用於實驗系統 20
3-1 滾子凸輪實驗系統介紹 20
3-2 系統數值模擬 23
3-2-1 整體系統運動方程 23
3-2-2 馬達運動方程 32
3-2-3 實驗驗證 34
3-3 變慣性矩飛輪(VIF)於滾子凸輪系統之動態分析 35
3-3-1 變慣性矩飛輪(VIF)響應 37
3-3-2 馬達響應 46
3-3-3 輸出端系統響應 56
3-3-4 特殊應用分析 59
第四章 變慣性矩飛輪(VIF)應用於高速化軋盒機 64
4-1 軋盒機系統介紹 64
4-2 系統數值模擬 67
4-2-1 馬達運動方程 67
4-2-2 整體系統運動方程 71
4-3 變慣性矩飛輪(VIF)於軋盒機系統之動態分析 78
4-3-1 變慣性矩飛輪(VIF)響應 79
4-3-2 馬達響應 85
4-3-3 輸出端系統響應 94
第五章 結論與未來方向 101
參考文獻 103
附錄A 凸輪運動曲線 107
A-1 修正型正弦曲線 107
A-2 有理式B仿線曲線 108
附錄B 等效飛輪 110

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