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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:鄭凱文
研究生(外文):CHENG KAI WEN
論文名稱:競賽型自行車手把之設計與分析
論文名稱(外文):Design and Analysis of Road Bicycle HandlebarDesign and Analysis of Road Bicycle Handlebar
指導教授:鄧作樑鄧作樑引用關係
指導教授(外文):TENG TSO LIANG
學位類別:碩士
校院名稱:大葉大學
系所名稱:機械工程研究所碩士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:自行車自行車手把法規EN14766法規DIN79100最適化設計
外文關鍵詞:BicycleHandlebarEN14766DIN79100optimum design
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中文摘要

手把為自行車重要支撐及承受負荷的零件,尤其自行車手把受到踩踏力以及騎乘者重量所產生的反力與壓力相當大,故在設計之初,自行車手把的強度與剛性為設計重點,並且必須要符合法規要求,以確保其結構強度及安全性。為建立CAE設計與模擬分析技術在自行車結構的研發能量,本論文將以競賽型自行車手把為研究對象,首先依照歐盟EN14766靜力和疲勞以及德國DIN79100的衝擊測試規範,使用ANSYS分析軟體進行數值模擬分析,並以測試實驗比對其模擬結果,以確定手把數值測試模擬分析的正確性。並藉由競賽型自行車手把設計重點的探討,改變傳統圓形截面的手把,依照不同尺寸的手把寬度設計出相對應的手把截面幾何形狀及管壁厚度,以減少因尺寸增加造成固定端應力集中增加的現象,並改善手把因受力變形導致踩踏能量損耗的現象。最後進行手把幾何尺寸的最適化設計,以達到比傳統圓形截面手把更輕且更強的競賽型手把設計。此競賽型手把數值模型之設計分析方法可提供相關產業未來在產品開發設計時的參考。
關鍵詞:自行車,自行車手把,EN14766,DIN79100,最適化設計,ANSYS
ABSTRACT
The handle is an extremely important component of the bicycle for supporting loads. The handle will sustain very high reaction force and pressure due to rider’s stamp and weight. Therefore, the strength and rigidity of handle is an emphasis on design; moreover, the handle must be meets a regulation. In order to establish the research and development energy of CAE in the bicycle structure, the design and analysis of road bicycle handle was studied with numerical method in this study. Based on the EN14766 and DIN79100 regulation, the numerical analysis of regulation test was performed using the ANSYS finite element code. To verify the accuracy of the numerical model, simulation results are compared with the experimental tests. Additionally, a different cross section shape of handle was developed based on the design emphasis of bicycle. The corresponding cross section shape and thickness of pipe with different width handle was proposed for reducing the stress concentration due to the increase in size; moreover, the energy loss in stamp due to handle distortion is improvable. Finally, the shape optimal design of handle was discussed to achieve a lighter and strength road bicycle handle. These results and procedures obtained here have potential for guiding the future development of bicycle designs and technologies.
Key Words: Bicycle, Handlebar, EN14766, DIN79100, optimum design, ANSYS
目錄

封面內頁
簽名頁
授權書 iii
中文摘要 iv
英文摘要 v
誌謝 vi
目錄 viii
圖目錄 xi
表目錄 xiv
符號說明 xv

第一章 前言
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究目的 5
1.4 論文架構 6
第二章 自行車手把測試規範
2.1自行車手把結構 9
2.2自行車手把測試法規 11
2.2.1手把靜力測試法規(EN 14766、EN 14781) 11
2.2.2手把疲勞測試法規(EN 14766、EN 14781) 12
2.2.3手把衝擊測試法規(DIN 79100) 13
2.3 自行車手把設計準則 13
第三章 自行車手把法規試驗數值模擬
3.1 自行車手把有限元素模型 21
3.2 手把靜力測試法規(EN14766) 22
3.2.1手把靜力測試實驗 22
3.2.2手把靜力測試數值模擬 22
3.3手把疲勞測試法規(EN14766) 23
3.3.1手把疲勞測試實驗 23
3.3.2手把疲勞測試數值模 24
3.4手把衝擊測試法規(DIN 79100) 25
3.4.1手把衝擊測試實驗 25
3.4.2手把衝擊測試數值模擬 26
第四章 競賽型手把之最適化設計
4.1競賽型手把設計重點 38
4.1.1手把管徑及厚度對結構的影響 39
4.1.2手把截面形狀對結構的影響 42
4.1.3手把寬度對結構的影響 44
4.2競賽型手把之結構設計 45
4.2.1手把有限元素模型 45
4.2.2手把靜力強度分析 46
4.3競賽型手把之最適化設計 47
4.3.1最適化設計理論 48
4.3.2橢圓管形手把最適化設計 50
4.4競賽型自行車手把法規驗證 52
第五章 結論 72
參考文獻 75






















圖目錄

圖1.1 自行車結構名稱圖 8
圖2.1 自行車系統圖 15
圖2.2 各種自行車手把構形 16
圖2.3 EN14766法規手把靜力測試示意圖 17
圖2.4 EN14781法規手把靜力測試示意圖 17
圖2.5 EN14766法規手把疲勞測試示意圖 18
圖2.6 EN14781法規手把疲勞測試示意圖 18
圖2.7 DIN79100法規手把衝擊測試示意圖 19
圖3.1 越野型自行車手把實體構型 28
圖3.2 越野型自行車手把實體模型 28
圖3.3 越野型自行車手把有限元素模型 29
圖3.4 AL6061-T6應力-應變曲線 29
圖3.5 AL6061-T6應力-壽命曲線 30
圖3.6 手把靜力實驗設備 30
圖3.7 手把靜力測試變形量反應圖 31
圖3.8 靜力測試施力點位移歷時圖 32
圖3.9 手把疲勞實驗設備 32
圖3.10 手把疲勞測試實驗 33
圖3.11 手把疲勞測試有限元素模型 33
圖3.12 手把衝擊實驗設備 34
圖3.13 手把衝擊測試有限元素模型 34
圖3.14 手把衝擊模擬動態反應圖 35
圖3.15 撞擊點變形量歷時圖 36
圖3.16 撞擊點應力歷時圖 36
圖4.1 競賽型手把應力集中部位示意圖 55
圖4.2 競賽型手把下把位彎曲處撓曲示意圖 55
圖4.3 競賽型手把固定端扭轉示意圖 56
圖4.4 競賽型手把固定端撓曲示意圖 56
圖4.5 競賽型手把應力分布圖 57
圖4.6 手把截面形狀示意圖 57
圖4.7 競賽型手把模型中心線 58
圖4.8 圓形截面手把有限元素模型 58
圖4.9 橢圓A型截面手把有限元素模型 59
圖4.10 橢圓B型截面手把有限元素模型 59
圖4.11 寬度380 mm之橢圓截面手把有限元素模型 60
圖4.12 寬度460 mm之橢圓截面手把有限元素模型 60
圖4.13 最適化設計過程之手把結構尺寸與應力值關係(380mm) 61
圖4.14 最適化設計過程之手把結構尺寸與重量關係(380mm) 61
圖4.15 最適化設計過程之手把結構尺寸與應力值關係(460mm) 62
圖4.16 最適化設計過程之手把結構尺寸與重量關係(460mm) 62
圖4.17 寬度380 mm手把靜力分析撓度圖 63
圖4.18 寬度460 mm手把靜力分析撓度圖 63
圖4.19 寬度380 mm手把疲勞分析應力分布圖 64
圖4.20 寬度460 mm手把疲勞分析應力分布圖 64
圖4.21 寬度380 mm手把衝擊模擬動態反應圖 65
圖4.22 寬度460 mm手把衝擊模擬動態反應圖 66
圖4.23寬度380 mm之手把衝擊分析撓度歷時圖 67
圖4.24寬度380 mm之手把衝擊分析應力歷時圖 67
圖4.25寬度460 mm之手把衝擊分析撓度歷時圖 68
圖4.26寬度460 mm之手把衝擊分析應力歷時圖 68




















表目錄

表2.1 各國法規總表 20
表3.1 手把法規測試實驗與數值模擬結果比較 37
表4.1 各式管材性質表 69
表4.2 不同管型之競賽型手把靜態強度分析結果 70
表4.3 寬度380mm之競賽型手把最適化設計結果 70
表4.4 寬度460mm之競賽型手把最適化設計結果 71
表4.5 手把之法規測試模擬結果 71
參考文獻

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[12]DIN Standard DIN79100: 2000, Bicycles Safety Requirements and Test Methods, http://www.ansi.org/.
[13]http://www.pats605cyclery.com/roadbikes/
[14]http://www.feryn.com/prorace/index.html
[15]自行車實用手冊(上)
[16]Requirements For Bicycles ISO-4210, International.
Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 1996
[17]ANSYS Inc.Version 9.0 http://www.ansys.com
[18]http://www.matweb.com/index.asp?ckck=1
[19]Metals Handbook, Vol.2 - Properties and Selection: Nonferrous Alloys and Special-Purpose Materials, ASM International 10th Ed. 1990
[20]Profile-design 2007年產品型錄
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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