臺灣博碩士論文加值系統

登山自行車（Mountain bike, MTB）的設計方式在傳統上是各個設計環節均獨立作業，零組件設計與結構分析並非整合為一，且進行結構分析時，大多只針對單一零組件進行分析與最佳化，無法快速發現且解決整體車架的結構問題，因此本論文導入Top-down design的設計方法來進行MTB的設計，首先以產品配置圖（Layout）與骨架圖（Skeleton）進行參數式設計，使得設計者在零件設計與後續設計變更上，能更加有效率與系統化。接著模擬MTB在山道騎乘時進行的跳躍動作，以得到整體車架在運動過程中所受到的負載變化，並利用此資訊進行車架結構應力分析，即可在設計初期透過運動模擬找出車架結構可能會出現的問題，進而透過靈敏度分析來得知影響應力變化的關鍵參數，並以最佳化設計來解決之。後續設計者欲針對分析結果來進行設計變更時，亦可在產品配置圖的參數表格內進行尺寸修改，MTB各零件的實體模型亦會隨之設計變更，達到MTB整合設計的功效。

The traditional way of mountain bike (MTB) design is composed of many independent stages, thus rendering a bad integration of component design and structural analysis. In addition, mechanical analysis is often undertaken for each single component, without the consideration of the entire structure of MTB. This leads to little chance of finding and solving relevant structural problems in the early design stage. To reduce the impacts of these drawbacks, this thesis introduces the concept of “top-down design” and evolves a new design process for MTB. Firstly, this study uses layout and skeletons in Pro/ENGINEER to describe the structure of the MTB in a parametric manner. By doing so, we can improve the design process since it allows us to design more efficient and less time consuming. Secondly, we simulate MTB’s working condition and analyze forces which act on the MTB’s frame to see if the current structure works well under that condition. Finally, an optimization process will be done to optimize crucial parameters which are obtained from a sensitivity analysis, and use the optimal parameters to modify the initial geometry.

摘要 I
ABSTRACT II
誌 謝 I
目 錄 II
圖表索引 V
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的 3
1.3 文獻探討 4
1.4 研究方法 6
1.5 論文架構 11
第二章 MTB之VPP車架 14
2.1 VPP車架介紹 14
2.2 瞬時中心與等效轉點的定義 16
2.3 避震車架槓桿比 18
第三章 MTB之Top-down design 19
第四章 MTB運動模擬 33
4.1 後避震器彈簧係數設定 33
4.2 後避震器阻尼係數設定 36
4.3 騎乘者負載設定 37
4.4 MTB驅動設定 38
4.5 MTB跳躍高低差模擬 38
4.5.1 彈簧壓縮量與負載變化 40
4.5.2 前後輪轉軸負載變化 43
4.5.3 運動模擬負載匯入Mechanica進行結構分析 45
第五章 MTB車架結構分析 47
5.1 簡化MTB模型 48
5.2 MTB材料設定 52
5.2負載設定 53
5.3限制條件與連接設定 54
5.3.1 前車架設定 54
5.3.2 後車架設定 55
5.3.3 上連桿設定 56
5.3.4 下連桿設定 57
5.3.5介面設定 58
5.4 模型網格處理 59
5.5 靜態負載分析 60
第六章 MTB車架最佳化設計 61
6.1 靈敏度分析 61
6.1.1 局部靈敏度分析 63
6.1.2整體靈敏度分析 72
6.2最佳化設計 79
第七章 結論與未來方向 86
7.1 結論 86
7.2未來研究方向 87
參考文獻 88
作者簡介 90

1.Richard Ballantine & Richard Grant，自行車聖經，貓頭鷹出版社，台北，2004。
2.James B. Klassen and Jamie W. Calon, Bicycle rear suspension system. United States Patent, Patent No.5553881, 1996。
3.Santa Cruz - Blur LT，取自:http://www.santacruzmtb.com/blurlt1/
4.陳正昇，「登山自行車後懸吊機構之設計」，國立中山大學機械工程研究所碩士論文，2001。
5.曾建霖，「面板鐵框之快速化沖壓模具設計」，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文，2007。
6.李書賢，「自行車懸吊系統動力分析與參數設計」，國立台灣大學機械工程研究所碩士論文，2001。
7.蔡瓊瑋，「電腦輔助連續沖模運動模擬」，國立台灣科技大學機械工程系碩士論文，2008。
8.謝勝任，「自行車鑽石型車體結構疲勞分析與最佳化設計之研究」，大葉大學自動化工程學系碩士論文，2004
9.林俊印，「自行車結構在動態與靜態負載下之力學探究」，元智大學機械工程研究所碩士論文，2001。
10.凌偉益，「腳踏車架摺疊機構之構造分析與最佳化尺度合成」，國立台灣科技大學機械工程研究所碩士論文，2008。
11.林清安，Pro/ENGINEER Wildfire 2.0零件組立與產品設計，知城數位科技股份有限公司，台北，2004。
12.林清安，Pro/ENGINEER野火3.0動態機構設計與模擬，旗標出版股份有限公司，台北，2006。
13.林龍震老師工作室，Pro/MECHANICA Wildfire 3.0/4.0 結構/熱力分析，文魁資訊股份有限公司，台北，2008。
14.方述誠，線性規劃(Linear Programming)，
取自: http://www.math.sinica.edu.tw/math_media/d171/17104.pdf
15.Mountain Bike Spring Rate Calculator V6.0，
取自: http://www.bearandwife.com/bear/cycling/springcalc.html
16.機械工程手冊編輯委員會，機械工程手冊4-非金屬材料，五南圖書出版公司，台北，2002。
17.劉惟信，機械最佳化設計，全華科技圖書股份有限公司，台北，1996。