1. 兼具降噪齒面磨紋及齒面修整之創成磨齒加工技術

隨著電動車市場的興起，有別於過去汽油引擎驅動之齒輪箱，以馬達為動力源之齒輪傳動設計及降噪問題將是產品競爭之關鍵技術，然而目前鮮少有關如何透過齒輪表面微結構加工以降低振動噪音之相關研究。如圖 1所示，後學在2019年獲得優秀年輕學者計畫之補助，自主開發數控磨齒機加工模擬程式，同時考慮修砂及磨齒動作，可獲得兼具降噪磨紋控制及齒面修整之齒面拓樸及粗糙度，結果亦近似於 Reischauer 之 LNS 磨紋，具磨紋控制之齒輪嚙合振噪實測目前亦在進行中。本研究成果預期將可提升國內磨齒機之附加價值，並改善輪傳動品質。指導學生論文「基於蝸桿創成磨齒加工之齒面磨削紋理模擬及控制方法」更於2021年榮獲「第十七屆上銀機械碩士論文獎」金質獎、第37屆CSME學生論文競賽第1名、台灣創新技術博覽會發明競賽「金牌獎」、並與上銀邁萃斯完成1項技轉、及簽定1件兩年期產學合作計畫。

2. 內/外珩齒齒面修整技術之開發

珩齒(Gear honing)為一種齒輪精加工方法，尤其適用於硬化齒面研磨，且具有可加工長軸齒輪工件、研磨效率高、可產生較低噪音的齒面削紋理之優點，故逐漸受到重視，然而過去之研究多著重於珩輪及齒輪工件之幾何及加工數學模型的建立，有關透過珩齒加工進行齒面修整方法之研究仍少。後學先投入外嚙合珩齒加工之研究，基於CNC珩齒機進行齒面加工數學模型之建立，提出可珩磨出無扭曲(Twist-Free)修整之鼓型齒面的方法、及加工軸間之相對運動數學關係，並證實具Twist-free鼓型齒面相較於不具無扭曲修整的鼓型齒面，可降低齒輪對傳動誤差及改善齒面接觸應力分佈。在具有前述基礎後，後學指導研究生進行CNC內嚙合珩齒加工及齒面修整技術之研究，創新提出可在具有長齒面寬之齒輪件上珩磨出雙鼓型修整之加工方法及數學模型(圖 2)；另外，更提出在CNC珩齒機上進行閉迴路齒面拓樸修整之加工方法及數學模型(圖 3)。亦應用內嚙合珩齒技術於螺桿轉子之精加工並建立相關數學模型(圖 4)。目前國內齒輪製造廠現行之珩齒機為歐美廠牌，國內尚無自行研發珩齒機之廠商，若可掌握前述後學發展之技術，未來可有助CNC珩齒機之開發。指導學生博士論文榮獲2020年CSME「博士論文獎佳作」。

近五年(2017-2021年)內，相關研究結果已發表3篇SCI期刊、1篇EI期刊及若干篇國內外研討會論文：

(1) Minh-Thuan Hoang, Yu-Ren Wu*, Van-Quyet Tran (2020, Dec). A general mathematical model for screw-rotor honing using an internal-meshing honing machine. Mechanism and Machine Theory, Vol. 154, 104038. (SCI, IF=3.312, Rank: 30/130 (Q1) in ENGINEERING, MECHANICAL) (MOST 108-2628-E-008-007-MY3)

(2) Van-Quyet Tran, Yu-Ren Wu* (2020, Mar). A novel method for closed-loop topology modification of helical gears using internal-meshing gear honing. Mechanism and Machine Theory, 145:103691. MOST 106-2221-E-008-045 & MOST 107-2221-E-008-052-MY2. (SCI, IF=3.535, Rank: 17/129 in ENGINEERING, MECHANICAL)

(3) Van-Quyet Tran, Yu-Ren Wu* (2018, Dec). Dual lead-crowning for helical gears with long face width on a CNC internal gear honing machine. Mechanism and Machine Theory, 130:170-183. MOST 106-2221-E-008-045. (SCI, IF=3.535, Rank: 17/129 in ENGINEERING, MECHANICAL)

(4) Van-Quyet Tran and Yu-Ren Wu* (2017, Dec). Dual lead-crowning for helical gears with anti-twist tooth flanks on the internal gear honing machine. Materials Science and Engineering, 282(012005):1-8. MOST 105-2221-E-008-047. (EI)

3.阻尼顆粒減振及動平衡技術開發

振動及動力響應一直是機械傳動系統中的熱門研究議題，後學與系上老師建立團隊，研究添加阻尼顆粒於齒輪本體孔中作為抑振機制，以降低齒輪傳動系統之齒輪接觸力、傳動誤差及轉軸質心加速度之問題，為國際上首次有研究團隊成功應用「多體動力學」及「離散單元法」雙向耦合分析技術於機械系統之抑振(圖5)，由實驗結果得知，具顆粒齒輪對與同質量對照組相比下，系統之振動加速度方均根值可降低達30％ (圖6)，研究成果更發表於力學領域知名期刊Nonlinear Dynamics。在轉子動平衡方面(MOST 109-2622-E-008-019)，創新在減速機中的馬達轉子兩端裝置可填充顆粒、不同相位容置腔之校正盤，透過動平衡理論計算各腔所需填充顆粒質量，除利用已開發之雙向耦合分析技術檢驗動平衡功效外，更透過「轉子動平衡校正」實驗驗證，證實可達到ISO1940 規範之G2.5 動平衡等級內，並同時具有抑制振動之功效(圖7 及圖8)。

近五年內相關之研究結果已發表3 篇SCI 期刊、1 件台灣發明專利及1 件美國發明專利：

(1)I-Cheng Wang, Yu-Ren Wu*, Yiin-Kuen Fuh, “Vibration Prediction and Experimental Validation of a Rotary Compressor Based on Multi-body Dynamics,” Mechanics Based Design of Structures and Machines, 2021. (MOST 106-2221-E-008-045)

(2)Yu-Ren Wu, Yun-Chi Chug*, I-Cheng Wang, “Two-way coupled MBD-DEM modeling and experimental validation for the dynamic response of mechanisms containing damping particles,” Mechanism and Machine Theory, 159:104257, 2021.(MOST 108-2628-E-008-007-MY3)

(3)Yun-Chi Chung, Yu-Ren Wu*, “Dynamic modeling of a gear transmission system containing damping particles using coupled multi-body dynamics and discrete element method,” Nonlinear Dynamics, 98(1):129-179, 2019.(MOST 107-2221-E-008-052-MY2)

(4)吳育仁、鍾雲吉，「動平衡裝置及維持動平衡且兼具減少振動之方法」，中華民國發明專利，專利號碼：I737334，核准日：2021/7/6。(MOST 107-2221-E-008-052-MY2)

(5)Yu-Ren Wu, Yun-Chi Chung, “Dynamic Balancing Apparatus,” US Patent, Pub. No.: US 2021/0381549 AI. (Patent Granted)(MOST 107-2221-E-008052-MY2)

4. 螺桿壓縮機及螺桿真空泵之轉子設計及加工方法

後學持續多年在壓縮機及真空泵之產學合作計畫，提出高設計調整彈性及考量間隙設計之多級魯式真空泵新型IVEC轉子線型設計方法，以適用於多級壓力下的工作需求，也透過實驗量測證實在相同條件下測試，新型真空泵可具有較佳的極限壓力(圖9)。已知透過螺桿轉子間嚙合間隙之洩漏是影響壓縮機或泵性能的重要因子，後學基於過去已提出之雙螺桿壓縮機轉子齒面間間隙計算方法，延伸應用於逆向工程中，可在得知量測的轉子齒廓點資料，即可獲得一對原始理論共軛轉子齒形、並得知此對轉子間之嚙合間隙分佈，並提出透過指狀成形銑刀廓形修整及刀具安裝偏置量可達到降低單導程螺桿轉子加工誤差之成果(圖10)，對廠商在解析競爭對手或廠內生產轉子之幾何設計、提升加工精度及評估性能，具有相當程度的貢獻。

近五年內，相關之研究結果已發表4篇SCI期刊、2篇EI期刊及若干篇國內外研討會論文：

(1)Minh-Thuan Hoang, Yu-Ren Wu*, Trong-Linh Nguyen. A universal rotor design method for twin-rotor fluid machines with a parameterized sealing line considering inter-lobe clearances. Vacuum, 189:110276, Jul 2021. (MOST 109-2221-E-008-004-MY2)

(2)Minh-Thuan Hoang, Yu-Ren Wu*. Error Compensation Method for Milling Single-Threaded Screw Rotors with End Mill Tools. Mechanism and Machine Theory, Vol. 157, 104170, Mar 2021. (MOST 108-2628-E-008-007-MY3)

(3)Minh-Thuan Hoang, Yu-Ren Wu* (2020, Sep). Inter-Lobe Clearance Estimation for Twin-Screw Rotor Pairs with Point-Meshing Features. Proceedings of the IMechE, Part E: Journal of Process Mechanical Engineering, Published On-line. (MOST 106-2221-E-008-045)

(4)Yu-Ren Wu*, Van-The Tran (2018, Oct). Generation method for a novel roots rotor profile to improve performance of dry multi-stage vacuum pumps. Mechanism and Machine Theory, 128:475-491. Oct 2018. (MOST 105-2221-E-008-047)

(5)Trong-Linh Nguyen, Yu-Ren Wu*. A Novel Rotor Profile Generation Method for Claw-Type Vacuum Pumps Based on Sealing Line. Applied Mechanics and Materials, 894:34-40, Sep 2019. (MOST 106-2221-E-008-045)

(6)Ruei-Hung Hsu, Yu-Ren Wu*, Zi-An Chen. A Numerical Method for Reversely Generating a Pair of Conjugated Rotor Profiles of Twin-screw Compressor from the Measured Profile Data. Procedia CIRP, 63:483-487, Mar 2017. (MOST 105-2221-E-008-047)