誤差比較及分析

因為撓性絞鍊大多是在平面結構上作設計，並使用均質材料一體成 型；再者，我們需要的只是相對尺寸變化上的比較結果，故我們計畫以平 面2D 模擬簡化立體 3D 的結構，但我們仍需要先確認在 2D 分析上和 3D 分析上的差異。我們先以2D 構圖，接著利用程式指令直接延 Z 軸向上延 伸為一3D 立體結構，以此兩者的表現量作一差異比較。

接著我們利用參數偏移的設置，探討在機械加工所造成的尺寸誤差 上，對其表現量的影響。以一個基本設計作一參數的變化，以測試在進刀 過量、不及或進刀偏移時所產生的結果誤差，以提供製造者在加工上一個 考量的依據。

4.1.1 2D 與 3D 的誤差分析比較

針對加拿大學者對平面圓角割痕式絞鍊所作的分析，將 2D 與 3D 分析 結果作比較[32]，從他們的比較結果可知：當厚度與最窄寬度之比小於 2 或大於12.5 時，利用平面 2D 模擬的結果是可以被接受的，然而使用 3D 模擬可更有效率並精確的評估分析結果。

對於微機電結構，相較於其他尺寸，其結構趨近於一薄膜平面；但對 於精密位移要求的工具機，其結構是一確實的3D 實體，此時 2D 平面的模 擬結果是否能符合3D 實體設計的要求，達到所需的精確度，是值得關注 地。故我們在此先利用圓角割痕式絞鍊作一2D 與 3D 的分析比較。

在軟體上雖然選擇是薄殼結構，但仍可設定該薄殼在厚度上的差異，

故我們選擇在其他尺寸固定下，以不同的厚度進行測試：對厚度b = 1mm、

8mm、15mm 作比較。這樣選擇的好處是當我們將最窄的寬度設定在 0.8≦t≦1.2 時，恰好可分佈在加拿大學者研究結果的區間中。

圖4.1 2D 割痕式絞鍊分析網格圖

圖4.2 3D 割痕式絞鍊分析網格圖

在分析過程中，因為 3D 建模會產生較多的節點，故整體分析所花時 間較長：2D 分析約六、七秒時間即可得到結果；3D 分析平均約需花到 80 秒左右的時間。但是在應力表現方面：因在最窄寬度處變形量最大，應力 表現大多集中在此處，但在3D 的結果圖上，有時最大應力表現卻不見得 會在該處，反而會呈現在施力點處，並可表現出在厚度上各層的應力差 異，可更精準的確認應力表現情形。

2D 與 3D 的分析結果如下：

0.00E+00

2D平面 4.17E-07 5.22E-08 2.78E-08 3D實體 4.06E-07 4.16E-08 2.30E-08

1 mm 8 mm 15 mm

2D平面 965.877 120.735 64.392 3D實體 638.75 67.933 39.875

1 mm 8 mm 15 mm

4.1.2 機械加工誤差分析

我們對圓角割痕形式之絞鍊測試機械加工上的誤差，對於其特性的影 響。我們設定位於平面下方的割痕為正常加工之基準（與設計圖相同）， 相較於此，平面上方的割痕則利用些許偏移量的配置，造成與設計圖不同 的結構圖，形成進刀過量造成最窄寬度變小、進刀太少造成最窄寬度變 大、加工左右偏移造成割痕中心不在一垂直線上等與設計圖有偏差之結構 圖。並综合誤差結果，探討既加工不良又產生偏移之情況，並比較各差異 型式的誤差百分比。為了顯著加工誤差的差異，我們將偏移量取1 mm，

進刀差異取0.5 mm。

對於進刀過量或太少的問題，直接反應在最窄寬度的變化上，故我們 可推測進刀結果所產生的問題會直接反應在撓度的表現上，造成變形量的 增減，這在之後的基本分析我們會去探討最窄寬度的影響特性，故此我們 將重點放在割痕中心偏移，造成上下兩割痕中心點不在垂直線上的誤差影 響。

圖4.5 機械加工誤差示意圖

機械加工誤差分析比較，結果如下：

變形量 4.17E-08 4.02E-08 1.88E-07 1.52E-08 3.69E-08

最大應力值 96.588 85.925 272.938 39.059 81.68

變形量 3.60% 350.84% 63.55% 11.51%

最大應力值 11.04% 182.58% 59.56% 15.43%

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