虎尾科技大學機械與機電工程研究所學位論文
國立虎尾科技大學,正常發行
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精抽製程透過小面積縮率與大眼模半角的條件進行工件最終的定寸，可提升工件表面的硬化程度，有利於後續工件表面晶粒細化之後處理，當應用於扣件頂鍛時可達到零件表面細緻，且疲勞強度較佳。而此製程的副作用是可能植入表面硬度週期分佈或裂痕等缺陷。因此，本研究將從隆起變形與表面缺陷等方面進行分析，探討各製程參數對精抽製程的影響。 本研究使用DEFORM-2D軸對稱模組，分析圓棒在不同面積縮率、模具半角、應變硬化指數與摩擦因子的製程參數組合，對隆起變形的成形特性、應變分佈、多餘變形因子與表面缺陷的影響。另一方面透過抽拉製程實驗所量測得到的硬度分佈，與有限元素模擬的結果對照，並定義硬度增率以檢驗等效應變分佈模擬分析結果的合理性。透過工具顯微鏡觀察工件成形後的微觀組織、隆起成形的分佈以及表面缺陷的分析，並將實驗與模擬的結果進行比較，以瞭解實驗與模擬之間的差異性與共通性，使軸對稱抽拉製程的分析更為完整。 研究後有以下結論：從模擬可以得到隆起變形造成軸向應變分佈在工件表面附近產生一峰值，此峰值到達工件表面的分佈會些微下降，而峰值的產生主因為工件在入口隆起部的軸向應變出現壓縮分佈，當材料持續成形到模具直部則轉換成為拉伸分佈，工件受到反覆的多餘變形累積而成。小面積縮率與大模具半角所造成的峰值幅度會更為明顯，而小應變硬化指數與大摩擦因子也會使峰值幅度更為劇烈。 從實驗與模擬的隆起高度分析結果顯示，固定模具半角的情況下，隨著面積縮率增加會使隆起高度出現先升後降的分佈，存在一敏感面積縮率對應最大隆起量；材料AISI 1015與AISI 1045的最大隆起量皆出現在面積縮率4%的條件，從敏感面積縮率成因之分析也可得到面積縮率4%為相同對應之條件。 實驗後透過硬度試驗量取工件中心到表面的硬度分佈，並與模擬的等效應變分佈對照，可得到在小面積縮率、大模具半角以及大摩擦因子的條件時，工件表面附近皆出現一峰值分佈，實驗與模擬的分佈類似。 由工件中心橫截面觀察工件表面附近的組織分佈，在小面積縮率、大模具半角以及大摩擦因子的條件下，工件從隆起變形端表面附近通過模具斜面到模具的直部出口處，會呈現纖維化的流線分佈，此乃對應到模擬分析時所呈現的應變峰值；工件在通過模具出口後的表面附近會形成一疏鬆與密集的週期分佈。 實驗的裂痕深度分佈趨勢與隆起量的分佈類似，裂痕深度隨著面積縮率增加而出現先升後降的分佈，可對應到一最大的裂痕深度，而材料AISI 1015與AISI 1045的最大裂痕深度皆出現在面積縮率4%的條件。
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鏡面加工方式對其加工後工件表面品質非常要求，而影響加工品質的因素包括：機台剛性、切削參數、工件材質屬性以及使用的刀具，其中又以刀具影響較大，而刀具設計中刃口的研磨精度又是影響較大的因素。 本研究是針對端銑刀以側銑削方式加工鋁合金時，其加工後工件表面會產生若干條光澤度不一的現象，稱為陰陽面，並對於刀具刃口研磨精度與圓面寬度進行分析與討論。端銑刀的刃口是由切削面與離隙面所構成，而本研究在徑向離隙工程研磨第一離隙時，補正其砂輪位置使之保留一條微量的寬度，稱為圓面寬度。本研究將不探討離隙面的製程參數，而是由圓面取代離隙面。 故影響刃口研磨精度的製程參數為：(1)切削面砂輪轉速、(2)切削面砂輪進給速度以及(3)切削面NC節距。評估研磨性能特性的指標為刃口平整度，使用全因子直接找出最佳參數組合，並進行趨勢的分析與討論。本研究將探討圓面寬度之合適尺寸，以各種尺寸的圓面寬度實際加工得到工件表面，並對於圓面寬度進行分析與討論。 實驗結果中，刃口研磨精度的分析顯示「砂輪進給速度」為影響最大的因子。經過確認實驗由最佳研磨參數組合得到的刃口平整度為1.910μm；圓面寬度要平均等寬且大約介於20μm~30μm。
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傳統的全彩LED燈照明系統，在無線傳輸大多使用紅外線傳輸做為控制架構。近年來因硬體技術成熟，市面上已有許多全彩LED燈採用藍芽、Wifi、Zigbee、Xbee等通訊傳輸架構，相對的成本提高，造成消費者購買意願低，且無法達成群體控制的通訊傳輸架構，因而造成在許多智慧居家中需要多套系統去設定與控制，卻面臨無法統一標準的控制架構。有鑑於此，本研究將針對全彩LED燈通訊傳輸架構上探討如何設計符合全彩LED燈照明系統應用價值與增加消費者購買意願指標。 本研究將提出一個具有智能控制與多組控制之LED情境智能燈，藉由nR24L01通訊技術以達到，無線化的多組全彩LED情境燈之控制，硬體系統控制架構建置在微處理機上，操作控制則由智慧型行動裝置作為控制系統之核心;軟體應用端則提出多組圖片式情境排程之規劃、時段排程、音光剪輯與QRcode圖庫分享等概念。 為了營造智慧居家中的全彩LED燈照明系統的統一標準性，研究中將針對LED情境燈系統上進行創新設計與瞭解照明產業相關產品的演進、競爭趨勢、優勢與弱勢;從中找全彩LED情境智能系統的利基市場。初期，本系統將以家用吊扇燈具搭配全彩LED燈泡作為開發設計案例。藉由照明產業市場分析、五力分析、產品競爭力分析與情境故事法，找出目標功能與產品應用情境，應用品質機能展開法工具分析，找出較優於其它全彩LED燈照明產品之系統架構的優點和優勢。主要目標是期望能貼近智慧家庭的生活趨勢與高機能品質，所該具備的潛力與優勢。
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台灣位於亞熱帶地區，一年四季氣候宜人，水果的出產一年四季不間斷，但基本上本島仍屬地小人稠，產量不大但因季節性的關係都非常集中，而產期集中的結果易造成銷售上的問題，若能加工成蜜餞，除可延長保存期限外，亦可增加食用風味，以提升產品價值。 若要製作成蜜餞，則需進一步加工處理，一般常見的是加上佐料醃製、浸泡以增加風味。在要醃製、浸泡之前往往需先將表皮加以針刺、壓碎或去除果核，而欲達到此動作，目前市面上雖有各類型的相關之機器可完成，但不是家庭用小型手工具就是大型之自動加工機具，這對於中小型的食品加工廠、蜜餞商或小果農，並無適當的機型可用，因此探討一種多功能且簡易之小型果實處理機則是本研究之主要動機。 本論文依上述目標設計出一種最常見的蜜餞處理方式，包括有針刺、壓碎和去除果核等三種功能兼具的多功能之小型果實處理機，只需更換模組方式即可分別完成上述之動作，而所設計之相關零組件也基於製作上之容易性、操作之簡易性和安全性，而機具也同時考慮到食品安全之材料，最後若實際生產則價格應是決定市場之關鍵，物廉價美這點也是本論文可肯定之處。
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當細胞種植於支架時，常因細胞小於支架孔洞太多而使得細胞直接掉落到培養皿上。因此，本研究提出以電紡絲黏結在支架的下層，使支架的孔洞上佈滿纖維細絲以增加細胞可以貼附於支架的表面積。為達到所提出支架的自動化製造目的，本研究開發「熱擠製-電紡絲生醫三維列印複合機」，其原理是先製作一般性支架的主結構後，再噴上電紡絲以完成複合支架的製作。支架的材料為自行合成的高分子材料mPEG-PCL-mPEG，為了驗證材料的生物相容性與複合支架的功能，進行物理特性量測與HA細胞活性測試。實驗結果發現材料mPEG-PCL-mPEG的接觸角約為62.6±2.3°、HA/mPEG-PCL約為64.4±3°，屬於親水性材料。mPEG-PCL-mPEG與HA/mPEG-PCL-mPEG的平均抗壓強度分別為18.2與19.6MPa，其維氏硬度分別為3.3±0.23(HV)與4.9±0.3(HV)，其物理實驗結果可知添加HA可使支架的機械性質提升，但距離人骨的抗壓強度133MPa仍然有距離。熱擠製-電紡絲生醫三維列印複合機可以製作複雜形狀支架且能控制支架孔洞，製作出來的支架經SEM觀察，mPEG-PCL-mPEG支架孔洞正向300μm、側向300~420μm，HA/mPEG-PCL-mPEG支架孔洞正向230μm、側向150μm，電紡絲纖維直徑為4~10μm，四種支架孔洞率約36±2%，所製作出來的支架均符合骨母細胞的成長環境需求。支架植入細胞(MC3T3-E1)數1×〖10〗^5進行體外培養1、4、7天，藉由MTT assay 觀察細胞的生長情形發現有點紡絲的支架在培養第4天活性優於無電紡絲的支架但在第七天同時活性下降，這顯示有電紡絲的支架確實能增加細胞的活性，從中性紅實驗中觀察細胞是能貼附於電紡絲上的。
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帶鋸床是近50年來陸續發展的機械切削技術，應用相當廣泛，例如：建築業、機械業、設備製造、汽車產業、航太特殊材料等等。帶鋸床為切削大型金屬工件最高效率的工作母機，有鋸切範圍大、鋸切成本低、材料損耗少、材料質變低等優點。 本研究量測帶鋸床鋸切振動、馬達電流及鋸切材料應變，來探討型鋼帶鋸床鋸弓傾斜角度對於鋸切之影響。因鋸臂為最靠近鋸切點之固定件，利用加速規黏貼於兩側鋸臂軸向與徑向量測鋸切時振動，了解鋸切過程中發生之振動行為。此外，因H型鋼切削時鋸帶接觸長度變化大，所以鋸切時振動較大，且因H型鋼之應力影響，會產生夾刀現象，所以將應變規黏貼於切縫兩側，建立應變量測系統來做材料應變量測。馬達為帶動鋸帶的主要動力，當鋸切阻力大時需較大電流來驅動馬達帶動鋸帶持續切削，藉由建立馬達量測系統監測馬達電流變化。利用調整切削率搭配適當之鋸帶速度，來研究切削率、鋸帶速度及鋸弓傾斜角度對振動、電流及應變之相關性。並利用ANSYS Workbench 來建立切削模型，觀察鋸帶的應力分佈以及張力變化，並與實際實驗結果進行比對分析。
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袖管(Sleeve)運用裝置在光纖轉接器中，當光纖端頭(Ferrule)插入後，袖管與接頭會產生摩擦力使得光纖端頭固定住。而當袖管有品質不佳或者是加工誤差的情況時，使用上就會有許多問題。因此我們製作出一台機器用來檢測袖管的品質，稱為插拔力試驗機。 這台機器是以水平和垂直方式作測試。其凹槽在於袖管放置進去後做軸向固定，接著光纖端頭後端連接著load cell在作動時於軸向插入至袖管。本實驗可以經由load cell中的放大電路得知，光纖端頭在做插入以及拔出的動作受到多少力量。 然而在這台機器用於工業量化檢測之前，我們必須知道這台機器所量取的數據是否穩定，並找出是否有外在因素影響數據的可信度。
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本研究之目的是開發出一下照式光投影多材料之三維列印系統，並以最佳化之層加工參數與全自動化系統來製作雙材料之原型。本系統主機構設計運用中空旋轉平台之旋轉將帶動成型平台與下方之光罩系統同步旋轉，使成型平台與光投影位置相同，故在層加工換材料製作時，層與層不會有錯位的情形發生；另外，換材料層加工時，將已成型之工件浸入清洗槽中將未固化之光可固化樹脂去除。本研究將以三種模式製作多材料模型為主要展示模型，有雙樹脂方塊、太極、多層次牙冠，製作結果發現換材料時經由清洗槽之清洗，不會發生光可固化樹脂顏色互染之現象發生。且多材料層與層間可緊密結合，無分層與裂縫之現象發生，最後依加工難易度為序，將雙樹脂方塊、太極與多層次牙冠製作完成。
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現今電動自行車產業創新設計理念，跳脫一般刻板印象騎腳踏車是費力省時的概念，所以在自行車上增添助力馬達，到省力又省時的腳踏車，基於設計馬達需要降低成本、減少噪音、強度需符合規範，自行車廠商需要最佳化馬達設計，要將齒輪更改為複合材料的塑膠齒輪，由於要減少打樣的風險及成本，所以將使用有限元素分析，預先知道強度是否符合規範及產品使用壽命。 本研究先以3D CAD軟體繪出整個馬達結構，針對探討齒輪部份，使用有限元素軟體 Hypermesh 作柔性體的轉換，最後以ADAMS動態模擬軟體仿真行星齒輪組之運動過程，藉由ADAMS動態模擬軟體，計算出馬達運轉過程中齒輪的應力強度，之後由此模擬結果，可了解到由金屬更改為塑膠齒輪，強度是否依然能夠符合標準；也可以計算出產品使用的壽命。
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本文主要分析直線切割機-糾線鼓組部位的剛性強度，糾線鼓組是由糾線鼓、糾線模及調整螺絲組合而成的。 直線切割機主要功能是將金屬線糾直，再進行切割，而糾線鼓組的主要功能就是糾直金屬線，但目前因為糾線鼓組的設計太過剛強，所以需要透過模擬知道糾線鼓組的剛性強度，進而以不下降剛性強度的情況下，可以減少重量，而公司未來也希望可以增加轉速，所以也需要透過模擬知道臨界轉速的範圍。 本研究先以3D CAD軟體繪出整個糾線鼓組的結構，針對剛性強度探討部份，使用有限元素軟體ANSYS/Workbench，最後以實驗設計法找出增強剛性的實驗因子，藉由Design Expert軟體，排出所有因子的實驗列表，再透過有限元素軟體ANSYS/Workbench中的modal模組進行每組實驗的模擬，找出最佳化設計。