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EBJ95 固定位置在油封背部與設定接觸條件

同4.1 節所述,本節將討論把固定位置放在油封背部的位置,及接觸面 設定接觸條件來作分析探討。由於網格為13.8847mm 時 EBJ Cage 將無法 產生網格,即表示此時網格過大,故 EBJ95 系列之分析將只針對網格為 6mm 與 3mm 來討論。

我們先設定高斯點為 4、16、29,網格為 6、3mm,假設扭力位置相 同,使用100Nm、200Nm、300Nm,固定位置在油封背部(圖 4-21),材 質皆為一般碳鋼,設定接觸的條件,則可得最大應力值如下表4-4 所示。

圖4-21 EBJ 固定在油封背部之設定 100 5.8956e+007

200 1.1791e+008 油封

背部 是 4 6

300 1.7687e+008

3295 (12.7299,

100 6.7804e+007 200 1.3561e+008 油封

背部 是 4 3

300 2.0341e+008

21298

(11.1767, -11.3423, -6.5485)

EBJ Shaft 近內輪處

2.206e +008

100 5.896e+007 200 1.1792e+008 油封

背部 是 16 6

300 1.7688e+008

3295 (12.7299,

100 6.7803e+007 200 1.3561e+008 油封

背部 是 16 3

300 2.0341e+008

21298

(11.1767, -11.3423, -6.5485)

EBJ Shaft 近內輪處

2.206e +008

100 5.8960e+007 200 1.1792e+008 油封

背部 是 29 6

300 1.7688e+008

3295 (12.7299,

100 6.7803e+007 200 1.3561e+008 油封

背部 是 29 3

300 2.0341e+008

21298

(11.1767, -11.3423, -6.5485)

由表4-4 所示,此時的 EBJ 次總成所受的最大應力值皆在 EBJ Shaft

100Nm 200Nm 300Nm

輸入扭力值

Von-Mises、合位移及等效應變之狀況。

圖 4-23 EBJ 之應力 Von-Mises

圖 4-24 EBJ 之合位移

圖 4-25 EBJ 之等效應變

4.5 EBJ95 固定位置在輸出端外輪桿部與設定接觸條件

同4.1 節所述,本節將討論把固定位置放在輸出端外輪桿部的位置,及 接觸面設定接觸條件來作分析探討。由於網格為13.8847mm 時 EBJ Cage 無法產生網格,故EBJ95 系列之分析將只針對網格為 6mm 與 3mm 來討論。

我們先設定高斯點為 4、16、29,網格為 6、3mm,假設扭力位置相 同,使用100Nm、200Nm、300Nm,固定位置在輸出端外輪桿部(圖 4-26), 材質皆為一般碳鋼,設定接觸的條件,則可得最大應力值如下表4-5 所示。 100 1.1127e+008

200 2.2254e+008 外輪

桿部 是 4 6 26691

(-58.7784, 9.57397,

輸出端外

100 1.1033e+008 200 2.2067e+008 外輪

桿部 是 4 3

300 3.3100e+008

124574

(-58.7784, -9.06543, -7.6068)

100 1.1077e+008 200 2.2154e+008 外輪

桿部 是 16 6

300 3.3230e+008

26691

(-58.7784, 9.57397, -6.9559)

100 1.1032e+008 200 2.2064e+008 外輪

桿部 是 16 3

300 3.3096e+008

124574

(-58.7784, -9.06543, -7.6068)

100 1.1159e+008 200 2.2319e+008 外輪

桿部 是 29 6

300 3.3478e+008

26691

(-58.7784, 9.57397, -6.9559)

100 1.1032e+008 200 2.2064e+008 外輪

桿部 是 29 3

300 3.3096e+008

124574

(-58.7784, -9.06543, -7.6068)

100Nm 200Nm 300Nm

輸入扭力值

從圖4-27 我們可得 6 條曲線,分別在高斯點為 4、16、29 及網格為 6、

3mm 之條件下所產生之最大應力值對輸入扭力值呈現正比關係。在這裡我 們可以發現,雖然一共有6 條曲線,但實際卻只看到 2 條曲線,這是因為 部份曲線非常接近的緣故,而這兩條曲線也僅有1.2%的差異而已。這也就 是說唯有在網格不同時,才會有較明顯的曲線差異,且此應力值也近於收 斂,高斯點的多寡對於曲線差異不大,除狀況3 之最大應力值之外,其他 2 個狀況皆在彈性限範圍內。

上述 6 個曲線之最大應力值位置皆產生在 EBJ 輸出端外輪桿部小徑 處,故將以高斯點為4,網格為 3mm,輸入端扭力值為 300 N-m 所產生之 圖作示意,下圖 4-28、圖 4-29、圖 4-30 分別表示 EBJ 次總成之應力 Von-Mises、合位移及等效應變之狀況。

圖4-28 EBJ 之應力 Von-Mises

圖4-29 EBJ 之合位移

圖 4-30 EBJ 之等效應變

由上述 4.2 節至 4.5 節可知道,其降伏強度皆為 2.206x108 N/m2。我 們所設定的輸入扭力值所得出來的對照應力皆非常接近降伏強度,甚至出 現超出降伏強度者,接下來我們將在第五章中來討論我們經由軟體求得的

應力值與其輸入條件之關係。

4.6. BJ95L 與 EBJ95 之 0 度角/ 5 度角靜力比較

針對前述4.2 至 4.5 節中的比較我們將在第五章討論其中對於最大應力 影響最大的條件為何,至於本節主要討論的是BJ95L 與 EBJ95 在工作角度 為0 度與 5 度下之靜態應力比較。

4.6.1. BJ95L 在工作角度為 0 度時之靜態應力

同4.1 節步驟所述,我們先假設扭力位置相同,使用 100Nm、200Nm、

300Nm,固定位置在外輪桿部,材質皆使用一般碳鋼,設定接觸的條件,

高斯點為4,網格為 3mm,則可得到下圖 4-31 的結果。

圖4-31 BJ 3 個狀況的最大應力

從圖4-31 我們可以得知 3 個狀況之條件所產生之最大應力值對輸入扭

力值呈現正比關係,唯狀況3 之外,其餘 2 個狀況仍在彈性限範圍之內。

我們回到設計方案裏,分別檢查狀況1,2,3 之結果。

以下將直接以狀況3 所產生之圖表(即 300N-m)表示出來並作說明。

下圖4-32、圖 4-33、圖 4-34 分別表示 BJ 次總成之應力 Von-Mises、合位 移及等效應變之狀況。

圖4-32 BJ 之應力 Von-Mises

圖4-33 BJ 之合位移

圖 4-34 BJ 之等效應變

此時我們將整理此種條件下所得之分析結果,BJ 次總成及單件在工作 角度為0 度所受到的最大應力分別如下表 4-6 所示:

表4-6 BJ 次總成與單件之最大應力值

最大應力值(N/m2) 位置

應力

部位 扭力100Nm 扭力200Nm 扭力300Nm 位置 節點 Remark Assy 1.0244e+08 2.0488e+08 3.0731e+08 外輪桿部小徑 123558

I/R 5.2770e+07 1.0554e+08 1.5830e+08 內徑前端處 21395 Cage 4.6810e+07 9.3620e+07 1.4040e+08 外徑近窗口處 57824 O/R 1.0244e+08 2.0488e+08 3.0731e+08 外輪桿部小徑 123558 Shaft 8.1420e+07 1.6284e+08 2.4430e+08 近內輪交接處 21386 Ball#1 2.069e+07 4.137e+07 6.206e+07 鋼珠表面 21445 Ball#2 1.821e+07 3.641e+07 5.462e+07 鋼珠表面 22841 Ball#3 2.556e+07 5.112e+07 7.668e+07 鋼珠表面 24071 Ball#4 2.461e+07 4.922e+07 7.384e+07 鋼珠表面 25468 Ball#5 2.148e+07 4.296e+07 6.444e+07 鋼珠表面 26778 Ball#6 1.623e+07 3.246e+07 4.870e+07 鋼珠內部近表面處

降伏強度:

2.206e+008 位置為相對 於作動圓心

由表 4-6 所示,此時的 BJ 次總成所受的最大應力值皆在 BJ 外輪桿部 小徑處,除狀況 3 之外,其餘 2 個狀況皆在彈性限且非常接近材料之降伏 點。

4.6.2. BJ95L 在工作角度為 5 度時之靜態應力

同4.1 節步驟所述,我們先假設扭力位置相同,使用 100Nm、200Nm、

300Nm,固定位置在外輪桿部,材質皆使用一般碳鋼,設定接觸的條件,

高斯點為4,網格為 3mm,則可得到下圖 4-35 的結果。

圖4-35 BJ 3 個狀況的最大應力

從圖4-35 我們可以得知 3 個狀況之條件所產生之最大應力值對輸入扭 力值呈現正比關係,唯狀況2、3 之外,狀況 1 仍在彈性限範圍之內。我們 回到設計方案裏,分別檢查狀況1,2,3 之結果。

以下將直接以狀況3 所產生之圖表(即 300N-m)表示出來並作說明。

下圖4-36、圖 4-37、圖 4-38 分別表示 BJ 次總成之應力 Von-Mises、合位 移及等效應變之狀況。

圖 4-36 BJ 之應力 Von-Mises

圖 4-37 BJ 之合位移

圖 4-38 BJ 之等效應變

此時我們將整理此種條件下所得之分析結果,BJ 次總成及單件在工作 角度為5 度所受到的最大應力分別如下表 4-7 所示:

表4-7 BJ 次總成與單件之最大應力值

最大應力值(N/m2) 位置

應力

部位 扭力100Nm 扭力200Nm 扭力300Nm 位置 節點 Remark Assy 1.3363e+08 2.6725e+08 4.0088e+08 內輪R 角處 30080

I/R 1.3363e+08 2.6725e+08 4.0088e+08 內輪R 角處 30080 Cage 4.3467e+07 8.6930e+07 1.3040e+08 外徑近窗口處 54929 O/R 1.0070e+08 2.0140e+08 3.0210e+08 外輪桿部小徑 123167 Shaft 7.9870e+07 1.5970e+08 2.3960e+08 近內輪處 18133 Ball#1 2.306e+07 4.612e+07 6.918e+07 鋼珠表面 21320 Ball#2 2.289e+07 4.579e+07 6.868e+07 鋼珠表面 23374 Ball#3 2.975e+07 5.949e+07 8.924e+07 鋼珠表面 25246 Ball#4 3.108e+07 6.216e+07 9.324e+07 鋼珠表面 25303 Ball#5 2.636e+07 5.273e+07 7.909e+07 鋼珠表面 27633 Ball#6 1.882e+07 3.764e+07 5.646e+07 鋼珠表面 28906

降伏強度:

2.206e+008 位置為相對 於作動圓心

由表4-7 所示,此時的 BJ 次總成所受的最大應力值在 BJ 內輪 R 角處,

除狀況2、3 之外,只有狀況 1 皆在彈性限且非常接近材料之降伏點。

4.6.3. EBJ95 在工作角度為 0 度時之靜態應力

同4.1 節步驟所述,我們先假設扭力位置相同,使用 100Nm、200Nm、

300Nm,固定位置在外輪桿部,材質皆使用一般碳鋼,設定接觸的條件,

高斯點為4,網格為 3mm,則可得到下圖 4-39 的結果。

圖4-39 EBJ 3 個狀況的最大應力

從圖4-39 我們可以得知 3 個狀況之條件所產生之最大應力值對輸入扭 力值呈現正比關係,唯狀況3 之外,其餘 2 個狀況仍在彈性限範圍之內。

我們回到設計方案裏,分別檢查狀況1,2,3 之結果。

以下將直接以狀況3 所產生之圖表(即 300N-m)表示出來並作說明。

下圖4-40、圖 4-41、圖 4-42 分別表示 EBJ 次總成之應力 Von-Mises、合 位移及等效應變之狀況。

圖4-40 EBJ 之應力 Von-Mises

圖4-41 EBJ 之合位移

圖 4-42 EBJ 之等效應變

此時我們將整理此種條件下所得之分析結果,EBJ 次總成及單件在工 作角度為0 度所受到的最大應力分別如下表 4-8 所示:

表4-8 EBJ 次總成與單件之最大應力值

最大應力值(N/m2) 位置

應力

部位 扭力100Nm 扭力200Nm 扭力300Nm 位置 節點 Remark Assy 1.1033e+08 2.2067e+08 3.31002e+08 外輪桿部小徑 124574

I/R 4.8780e+07 9.7550e+07 1.4630e+08 內徑邊緣處 21294 Cage 1.7270e+07 3.4540e+07 5.1810e+07 外徑近窗口處 53184 O/R 1.1033e+08 2.2067e+08 3.31002e+08 外輪桿部小徑 124574 Shaft 6.7967e+07 1.3593e+08 2.0390e+08 外徑近內輪處 21298 Ball#1 1.2747e+07 2.5893e+07 3.884e+07 鋼珠表面 22063 Ball#2 1.3693e+07 2.7386e+07 4.108e+07 鋼珠表面 22199 Ball#3 1.1810e+07 2.3620e+07 3.543e+07 鋼珠表面 23053 Ball#4 1.3873e+07 2.7746e+07 4.162e+07 鋼珠表面 23851 Ball#5 1.3967e+07 2.7933e+07 4.190e+07 鋼珠表面 24664 Ball#6 1.2140e+07 2.4280e+07 3.642e+07 鋼珠表面 25440 Ball#7 1.2476e+07 2.4953e+07 3.743e+07 鋼珠表面 26267 Ball#8 1.2783e+07 2.5567e+07 3.835e+07 鋼珠表面 27122

降伏強度:

2.206e+008 位置為相對 於作動圓心

由表4-8 所示,此時的 EBJ 次總成所受的最大應力值皆在 EBJ 外輪桿 部小徑處,除狀況 3 之外,其餘 2 個狀況皆在彈性限且非常接近材料之降 伏點。

4.6.4. EBJ95 在工作角度為 5 度時之靜態應力

同4.1 節步驟所述,我們先假設扭力位置相同,使用 100Nm、200Nm、

300Nm,固定位置在外輪桿部,材質皆使用一般碳鋼,設定接觸的條件,

高斯點為4,網格為 3mm,則可得到下圖 4-43 的結果。

圖4-43 EBJ 3 個狀況的最大應力

從圖4-43 我們可以得知 3 個狀況之條件所產生之最大應力值對輸入扭 力值呈現正比關係,狀況3 已超出彈性限範圍。我們回到設計方案裏,分 別檢查狀況1,2,3 之結果。

以下將直接以狀況3 所產生之圖表(即 300N-m)表示出來並作說明。

下圖4-44、圖 4-45、圖 4-46 分別表示 EBJ 次總成之應力 Von-Mises、合 位移及等效應變之狀況。

圖4-44 EBJ 之應力 Von-Mises

圖4-45 EBJ 之合位移

此時我們將整理此種條件下所得之分析結果,EBJ 次總成及單件在工 作角度為5 度所受到的最大應力分別如下表 4-9 所示:

表4-9 EBJ 次總成與單件之最大應力值

最大應力值(N/m2) 位置

應力

部位 扭力100Nm 扭力200Nm 扭力300Nm 位置 節點 Remark Assy 1.1031e+08 2.2061e+08 3.3092e+08 外輪桿部小徑 125712

I/R 5.0267e+07 1.0053e+08 1.5080e+08 球軌前端邊界 17945 Cage 3.6733e+07 7.3466e+07 1.1020e+08 窗口與外徑交接 52313 O/R 1.1031e+08 2.2061e+08 3.3092e+08 外輪桿部小徑 125712 Shaft 6.7866e+07 1.3573e+08 2.0360e+08 外徑近內輪處 21305 Ball#1 1.2590e+07 2.5180e+07 3.7770e+07 鋼珠表面 22239 Ball#2 1.4877e+07 2.9753e+07 4.4630e+07 鋼珠表面 22378 Ball#3 1.2900e+07 2.5800e+07 3.8700e+07 鋼珠表面 23903 Ball#4 1.2907e+07 2.5814e+07 3.8721e+07 鋼珠表面 24697 Ball#5 1.3333e+07 2.6667e+07 4.0000e+07 鋼珠表面 25530 Ball#6 2.3013e+07 4.6026e+07 6.9040e+07 鋼珠表面 26203 Ball#7 1.2940e+07 2.5880e+07 3.8820e+07 鋼珠表面 27240 Ball#8 1.7977e+07 3.5953e+07 5.3930e+07 鋼珠表面 27827

降伏強度:

2.206e+008 位置為相對 於作動圓心

由表4-9 所示,此時的 EBJ 次總成所受的最大應力值皆在 EBJ 外輪桿部小 徑處,除狀況3 之外,其餘 2 個狀況皆在彈性限且非常接近材料之降伏點。

五、結果分析與討論

100 5.6976e+007

200 1.1395e+008 油封

背部 否 4 13.8847

300 1.7093e+008

517

(14.7763, 11.3423, 6.5485)

100 5.8975e+007 200 1.1795e+008 油封

背部 否 4 6

300 1.7692e+008

2671

(11.0887, -7.69822, -10.5957)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 7.9437e+007 200 1.5887e+008 油封

背部 否 4 3

300 2.3831e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 5.7044e+007 200 1.1409e+008 油封

背部 否 16 13.8847 517

(14.7763, 11.3423,

輸入端BJ

Shaft 近內 2.206e +008

100 5.8991e+007 200 1.1798e+008 油封

背部 否 16 6

300 1.7697e+008

2671

(11.0887, -7.69822, -10.5957)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 7.9458e+007 200 1.5892e+008 油封

背部 否 16 3

300 2.3837e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 5.6951e+007 200 1.1390e+008 油封

背部 否 29 13.8847

300 1.7085e+008

517

(14.7763, 11.3423, 6.5485)

100 5.8991e+007 200 1.1798e+008 油封

背部 否 29 6

300 1.7697e+008

2671

(11.0887, -7.69822, -10.5957)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 7.9458e+007 200 1.5892e+008 油封

背部 否 29 3

300 2.3837e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 5.7068e+007 200 1.1414e+008 油封

背部 是 4 13.8847

300 1.7120e+008

517

(14.7763, 11.3423, 6.5485)

100 5.8880e+007 200 1.1776e+008 油封

背部 是 4 6

300 1.7664e+008

3661

(11.0887, 9.73297, 8.7636)

100 8.0477e+007 200 1.6095e+008 油封

背部 是 4 3

300 2.4143e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 5.7070e+007 200 1.1414e+008 油封

背部 是 16 13.8847

300 1.7121e+008

517

(14.7763, 11.3423, 6.5485)

100 5.8880e+007 200 1.1776e+008 油封

背部 是 16 6

300 1.7664e+008

3661

(11.0887, 9.73297, 8.7636)

100 8.0477e+007 200 1.6095e+008 油封

背部 是 16 3

300 2.4143e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 5.7067e+007 200 1.1413e+008 油封

背部 是 29 13.8847

300 1.712e+008 517

(14.7763, 11.3423, 6.5485)

100 5.8880e+007 200 1.1776e+008 油封

背部 是 29 6

300 1.7664e+008

3661

(11.0887, 9.73297, 8.7636)

100 8.0477e+007 200 1.6095e+008 油封

背部 是 29 3

300 2.4143e+008

21386

(8.96075, -2.12404, 12.9236)

輸入端BJ Shaft 近內

輪處

2.206e +008

100 9.2385E+007 200 1.8477E+008 外輪

桿部 是 4 13.8847

300 2.7716E+008

8233

(-58.5098, -12.0314, 2.12146)

輸出端BJ 桿部小徑

2.206e +008

100 1.0841e+008 200 2.1682e+008 外輪

桿部 是 4 6

300 3.2523e+008

25276

(-57.7784, -11.7692, -1.237)

100 1.0244e+008 200 2.0488e+008 外輪

桿部 是 4 3

300 3.0731e+008

123558

(-57.7784, 11.3369, -3.39405)

輸出端BJ 桿部小徑

2.206e +008

100 9.4724E+007 200 1.8945E+008 外輪

桿部 是 16 13.8847

300 2.8417E+008

8233

(-58.5098, -12.0314, 2.12146)

輸出端BJ 桿部小徑

2.206e +008

100 1.0841e+008 200 2.1682e+008 外輪

桿部 是 16 6

300 3.2523e+008

25276

(-57.7784, -11.7692, -1.237)

100 1.0244e+008 200 2.0488e+008 外輪

桿部 是 16 3

300 3.0731e+008

123558

(-57.7784, 11.3369, -3.39405)

輸出端BJ 桿部小徑

2.206e +008

100 9.4721E+007 200 1.8944E+008 外輪

桿部 是 29 13.8847

300 2.8416E+008

8233

(-58.5098, -12.0314, 2.12146)

輸出端BJ 桿部小徑

2.206e +008

100 1.0841e+008 200 2.1682e+008 外輪

桿部 是 29 6

300 3.2523e+008

25276

(-57.7784, -11.7692, -1.237)

100 1.0244e+008 200 2.0488e+008 外輪

桿部 是 29 3

300 3.0731e+008

123558

(-57.7784, 11.3369, -3.39405)

輸出端BJ

2. 設定接觸條件與否會些微影響最大應力值的大小與節點位置,尤其

是網格為6mm;

3. 高斯點數對於最大應力值的大小與節點位置的影響不大;

4. 網格大小的不同將會直接影響最大應力值的大小與位置;

4. 網格大小的不同將會直接影響最大應力值的大小與位置;

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