技術名稱 應用阻尼顆粒於兼具轉子動平衡及減振之技術
計畫單位 國立中央大學
計畫主持人 吳育仁
技術簡介
「振動抑制」一直以來為機械系統的重要研究議題,而「顆粒阻尼器」為一種被動減振裝置,係將適量顆粒體置入結構內部腔體或結構附加腔體中,結構振動時藉由顆粒間以及顆粒與腔體間不斷地摩擦與碰撞,消耗結構系統的振動能量,具有顯著減振效果、能耐高溫惡劣環境、附加質量小、且對原結構系統的配置較無影響等優點,因此已廣泛應用在土木工程、機械工程與航空工程等領域。然而阻尼顆粒體與機械零件的接觸以非常複雜的方式相互作用,同時也影響結構系統中的能量耗散與減振機制,這種相互作用仍然知之甚少。此外,工業中「轉子動平衡」對旋轉機械之壽命、振動及噪音有相當大的影響,但尚未有研究應用阻尼顆粒於動平衡的設計之中。
本研究團隊提出一項創新發明技術,突破了傳統轉子動平衡方式無法兼具減振降噪之侷限,透過在轉子內部或附加腔體中添加適當配重的顆粒質量,可有效「降低不平衡轉動慣性力」並同時達到「減少振動」、「消除噪音」之目的。本團隊更實際將此技術應用於齒輪傳動裝置進行實驗測試,在齒輪本體孔洞中置入阻尼顆粒,並進行對應的齒輪傳動模擬,研究結果顯示添加顆粒體顯著降低了齒輪傳動裝置之振動,另由於受制於旋轉離心力,相較於顆粒碰撞機制,顆粒摩擦機制主導了轉動機械系統中之振動能量消耗。此外,更透過振動量測技術,得知齒輪軸在轉動時之軸心偏移軌跡後,在齒輪本體不同孔洞中適當分配不同質量之顆粒,除了可降低振動量外,更可同時達到平衡齒輪軸轉動慣量之目的。本創新技術為數個科技部多年期計畫之產出成果,更已提出一項中華民國發明專利申請(申請號:109118709),其它國外專利申請亦在準備階段,未來預期可廣泛應用於工業領域中需動平衡校正之轉子系統,以改善產品性能及延長使用壽命,具有相當大的產業應用價值。
科學突破性
本創新技術突破了傳統動平衡方法無法兼具降低轉子振動之侷限,透過「多體動力學」及「離散元素法」之雙向耦合建模及分析,可供預測轉子動態行為並得到最佳的設計參數,以合理設計顆粒阻尼配重裝置,此技術不僅校正了轉子系統之不平衡轉動離心力、更可達到抑制振動之目的。
產業應用性
本技術可應用於工業界中需要經「動平衡校正」之轉動系統上,並同時兼具「振動抑制」之功效。可直接在轉動元件上加工孔洞或外加具容納腔體之裝置,將配重好之阻尼顆粒填入孔洞或腔體,最後進行密封。此技術在現今加工製造方式均可容易達成,具有加工成本低、幾何設計變更彈性大、對原結構改動小、耐高溫及不易磨損等優點。
關鍵字 顆粒阻尼器 阻尼顆粒 振動 動平衡 轉子 齒輪 多體動力學 離散元素法 噪音
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