系統識別號
論文名稱(中文)
氣靜壓平面軸承之參數最佳化設計分析
論文名稱(英文)
A Study on Optimization Design of Aerostatic Pad Bearing Parameters
系所名稱(中)
系所名稱(英)
Department of Mechanical Engineering
研究生(中文)
研究生(英文)
Yu-Kuei Lin
指導教授-施明璋口試委員-江茂雄口試委員-陳家豪口試委員-陳志鏗
中文關鍵字
英文關鍵字
學科別分類
本文運用空氣軸承氣浮原理與有限差分法建構了圓形及方形氣靜壓平面軸承的數學模型，並透過分析氣靜壓平面軸承的壓力分佈，了解平面軸承設計參數經由平面軸承的壓力分佈到平面軸承能力值的關係，並以多種最佳化設計方法對氣靜壓平面軸承的設計參數進行最佳化分析，包括田口品質分析、基因遺傳演算法及灰關聯分析，並比較各最佳化方法及混合式最佳化方法的結果，最後以結合混合式田口基因演算法(HTGA)與灰關聯分析的最佳化方法，簡稱灰關聯式田口基因法(HTGA/Gray)，找出具有高承載力、高剛性及高均勻壓力分佈的氣靜壓平面軸承。並針對實際應用可行的需求考量，改善並修正模擬的結果。
最後對本文所使用的灰關聯式田口基因法未來可改進的地方及氣靜壓平面軸承未來可應用的場合提出建議。
The objectives of the thesis are to design aerostatic bearings with high loading capacities, high stiffness and uniformly pressure distribution. The mathematic model of circular form aerostatic bearing and square form aerostatic has built by applying the finite difference method. Then by analysis the pressure distribution of aerostatic bearing, to understand the relationship from design parameters of aerostatic bearing to aerostatic bearing abilities. And applying optimal theories and analysis method such as Taguchi Method, Genetic Algorithm and Grey Analysis to find optimal parameters of aerostatic bearings. In this study, the combined optimal method of Hybrid Taguchi-Genetic Algorithm(HTGA) and Gray Analysis, HTGA/Gray, can optimize the design parameters of aerostatic bearings, let the aerostatic bearing can reach the object of high loading capacity, high stiffness and uniformly pressure distribution.
Finally, A feasible application of aerostatic bearings and suggestions of combined optimal method is taken.
3
英文摘要
17
符號說明
23
第一章 緒論
26
1.1研究動機
26
1.2研究目的及方法
26
1.3文獻回顧
27
第二章 氣靜壓平面軸承之分析
33
2.1氣體軸承簡介
33
2.1.1氣體軸承的原理分類
33
2.1.2氣體軸承的特色
36
2.2圓形氣靜壓平面軸承
38
2.2.1壓力分佈靜態理論分析
38
2.2.2圓形氣靜壓平面軸承無配氣槽
39
2.2.3圓形氣靜壓平面軸承具周向配氣槽
43
2.2.4圓形氣靜壓平面軸承具徑向配氣槽
44
2.2.5圓形氣靜壓平面軸承具周向及徑向配氣槽
45
2.2.6邊界條件的決定
46
2.3方形氣靜壓平面軸承
50
2.3.1方形氣靜壓平面軸承無配氣槽
51
2.3.2方形氣靜壓平面軸承具 向配氣槽
54
2.3.3方形氣靜壓平面軸承具 向配氣槽
55
2.3.4方形氣靜壓平面軸承具 向及 向配氣槽
57
2.3.5邊界條件的決定
58
第三章 氣靜壓平面軸承之參數最佳化設計
59
3.1田口品質分析
59
3.1.1田口品質分析中產品特性分類
60
3.1.2氣靜壓平面軸承特性
62
3.1.3圓形氣靜壓平面軸承應用田口品質分析
63
3.1.3.1圓形氣靜壓平面軸承固定承載力及供氣壓力
73
3.1.3.2圓形氣靜壓平面軸承固定承載力及氣膜厚度
78
3.1.4方形氣靜壓平面軸承應用田口品質分析
83
3.1.4.1方形氣靜壓平面軸承固定承載力及供氣壓力
91
3.1.4.2方形氣靜壓平面軸承固定承載力及氣膜厚度
96
3.2基因遺傳演算法
100
3.2.1圓形氣靜壓平面軸承應用基因遺傳演算法
105
3.2.1.1基因遺傳演算法適應函數的定義
107
3.2.1.2基因遺傳演算法適應函數中其權重的選擇
113
3.2.2方形氣靜壓平面軸承應用基因遺傳演算法
117
3.2.3基因遺傳演算法的優缺點
119
3.3混合式田口基因演算法(Hybrid Taguchi-Genetic Algorithm, HTGA)
119
3.3.1圓形氣靜壓平面軸承應用HTGA
120
3.3.2方形氣靜壓平面軸承應用HTGA
123
3.4混合式田口基因演算法與灰關係分析
124
3.4.1田口品質分析與灰關聯分析
124
3.4.2灰關聯式田口基因法(HTGA/Gray)
127
3.4.2.1圓形氣靜壓平面軸承應用HTGA/Gray
129
3.4.2.2方形氣靜壓平面軸承應用HTGA/Gray
131
3.4.2.3多尺寸氣靜壓平面軸承應用HTGA/Gray
135
第四章 氣靜壓平面軸承於實際應用中的考量
139
4.1 四個新設計參數的圓形氣靜壓平面軸承
139
4.2 三個新設計參數的圓形氣靜壓平面軸承
146
4.3 兩種新設計參數的氣靜壓平面軸承其最佳化結果比較
151
第五章 結論與建議
156
參考文獻
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