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標題: 線性馬達驅動進給系統之摩擦特性量測分析
Measurement and Analysis of the Friction Characteristics of a Linear-Motor-Driven Feeding System
作者: 簡振宏
Chien, Chen-Hung
關鍵字: linear motor;線性馬達;friction force;摩擦力
出版社: 機械工程學系所
引用: [Tustin, 1947] A. Tustin, “The effects of backlash and of speed-dependent friction on the stability of closed-cycle control systems,” Journal of the Institution of Electrical Engineers, Part IIA: Automatic Regulators and Servo Mechanisms Measurement and Control, vol. 94 , pp.143-151, 1947. [Karnopp, 1985] D. Karnopp, “Computer simulation of stick-slip friction in mechanical dynamic systems,” Transactions of the ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, vol. 107, pp.100-103, 1985. [Armstrong, 1991] B. Armstrong, Control of Machines with Friction, Kluwer Academic, 1991. [Ninomiya & Kato, 1999] M. Ninomiya & S. Kato, “Analysis of linear guide and ball screw stiffness,” International Journal of the Japan Society for Precision Engineering, vol.33, pp.173-177, 1999. [Hanselman, 2003] D. Hanselman, Brushless Permanent Magnet Motor Design, Cranston, 2003. [Chen & Chen, 2003] J.-S. Chen and K.-C. Chen, “Friction characterization and compensation of a linear motor rolling guide stage,” International Journal of Machine Tools and Manufacture, vol.43, pp.905-915, 2003. [Ohta, 2007] H. Ohta, “Effects of ball groupings on ball passage vibration of a linear guideway type ball bearing (pitch and yawing ball passage vibrations) ,” ASME Journal of Tribology, vol.129, pp.188-193, 2007. [Hsuea, 2007] W.-J. Hsuea, “Comparison on linear synchronous motors and conventional rotary motors driven Wire-EDM processes,” Journal of Materials Processing Technology, vol.192–193, pp.478–485, 2007. [Mua, 2009] H.-H. Mua, “Calibration and compensation of cogging effect in a permanent magnet linear motor,” Mechatronics vol.19, pp.577–585, 2009. [Ohta & Tanaka, 2010] H. Ohta and K. Tanaka, “Vertical stiffnesses of preloaded linear guideway type ball bearing incorporating the flexibility of the carriage and rail,”, ASME Journal of Tribology, vol.132 (1), 011102, 2010. [Fujita, 2011] T. Fujita, “Experimental characterization of disturbance force in a linear drive system with high-precision rolling guideways,” International Journal of Machine Tools & Manufacture, vol.51, pp.104–111, 2011. [林榮盛,1994] 林榮盛,潤滑學,全華科技圖書股份有限公司,1994。 [林茂興,2000] 林茂興,線性滑軌滑塊與軌道介面剛性與阻尼值驗證,國立中興大學碩士論文,2000。 [張富鈞,2002] 張富鈞,線性馬達驅動系統之研製,逢甲大學碩士論文,2002。 [田恩和,2002] 田恩和,線性馬達運動系統摩擦力研究,國立交通大學碩士論文,2002。 [邱奕範,2002] 邱奕範,命令及摩擦力前饋控制於工具機之研究,國立成功大學碩士論文,2002。 [鄭其原,2003] 鄭其原,數位訊號處理器為基礎之線性馬達驅動器設計與製作,逢甲大學碩士論文,2003。 [蕭與徐,2006] 蕭德瑛與徐耿豪,“線性滑軌剛性實驗與分析”,中華民國力學學會第三十屆三十屆全國力學會議論文集,論文編號E036,2006。 [范正偉等,2007] 范正偉、洪瑞斌與謝明珠,“線性滑軌結構振動特性與負載效應分析”,第十五屆中華民國振動與噪音工程學術研討會論文集,2007。
摘要: 
線性馬達近年來已逐漸應用於工具機進給系統之驅動,但線性馬達驅動之進給平台在運動狀態下受頓動推力及摩擦力之干擾,會惡化其定位誤差及速度跟隨誤差,本研究針對使用於高速高精度加工機之線性馬達配合滾柱型線性導軌之進給系統,探討其運動摩擦行為,並透過量測此線性馬達驅動平台在不同速度下之非線性摩擦力變化,建立其運動摩擦特性曲線,作為機器運動控制之依據。
本研究先由摩潤原理及線性馬達運動特性著手,分析不同速度下運動體摩擦力之變化,進一步針對線性馬達驅動之進給系統設計實驗,藉由量測該進給系統分別在500、1000、1500、3000、5000、7000以及10000mm/min不同運動速度下之驅動力與運動加速度,據以推算其運動摩擦特性。研究根據該進給系統往復運動之力量特性,分解其有效驅動力、頓動推力與運動摩擦力,實驗在各運動速度下各量測10次,以確定量測之重現性。研究結果顯示(i)透過實驗設計與數據分析可量測線性馬達頓動推力及進給系統運動摩擦力;(ii)進給系統在不同速度下之運動摩擦力不同,其運動摩擦特性符合Stribeck摩擦力模式,亦即在低速運動時其摩擦力隨運動速度增加而降低;而在高速運動時,其摩擦力隨速度提高而增加;(iii)進給系統之摩擦特性與運動速度關係模式可根據量測數據建構,以本研究之線性馬達驅動進給系統為例,其模式為f(v)=[130.56+(185.45-130.56)v/0.0015]+96 ×v此模式為後續機器進給系統之控制補償的重要基礎,亦可作為工程設計與機器使用的依據。
URI: http://hdl.handle.net/11455/1583
其他識別: U0005-1908201108251400
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