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研究生:蕭威廉
研究生(外文):Wei-Lien Hsiao
論文名稱:十桿件十三接頭之雨傘收摺機構之創新設計與評估
論文名稱(外文):Innovative Design and Evaluation of Folding Mechanisms for Folding Umbrella of Ten-Link and Thirteen-Joint
指導教授:陳正光陳正光引用關係
口試委員:劉昭華賴明鈞
口試日期:2008-06-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
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:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:112
中文關鍵詞:摺疊傘收摺機構傘骨十桿十三接頭運動鏈
外文關鍵詞:Folding UmbrellaFolding MechanismRibTen-Link and Thirteen-JointKinematic Chain
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傘具是日常生活必備的物品之一,其中具有摺疊功能的傘具最廣為人使用,原因就是收摺體積小而便於攜帶;然而使用傘具之際,常會碰上強風,因此傘具必需具有抗風能力。摺疊傘的收摺機構便是設計的關鍵所在,理想的收摺機構,不僅可以有效縮小傘具收摺後的體積,受到強風吹襲時,亦能有良好的抗翻轉能力。
本研究的目的便是找出由十桿十三接頭構成之摺疊傘的最佳收摺機構構型,首先探討現有的摺疊傘專利文獻,以瞭解摺疊傘作動原理、特性與設計條件;接著針對十桿十三接頭的運動鏈進行機構創新設計與合成,並繪出所有可行之收摺機構圖集,其中單滑件有12個創新構型,2個現有專利,共計14個;而雙滑件有57個創新構型,3個現有專利,共計60個。再使用電腦輔助分析軟體ADAMS建立模型,經模擬後驗證其可行性,最後透過收摺體積以及抗風能力之評比,得到最佳的收摺機構構型。評比結果發現,在單滑件四摺摺疊傘收摺機構中,得到的最佳收摺機構尚未出現於專利中,屬於一種創新機構設計;在雙滑件三摺傘收摺機構中,得到的最佳收摺機構也尚未出現於專利中,也是屬於一種創新機構設計。
Umbrella has become a necessity for daily life. Among all kinds of umbrellas, the folding umbrella is widely used, because it can be folded up for people very convenient to carry it. However, it is very often to come upon the occasion of raining with strong wind. Therefore, the ability of resisting wind of an umbrella also becomes very important at this moment. It is obvious that the design of folding mechanism for a folding umbrella is the most critical part. An ideal folding mechanism should be able to reduce the volume of the umbrella after folding up and have the ability to stand against the wind force as well.
The purpose of this study is to find out the best designs among all different types of folding mechanisms for folding umbrellas with ten-link and thirteen-joint. Firstly, we review the related literature and patents to understand the principle of folding umbrella’s action, characteristics and design requirements. Then, we apply the method of creative mechanism design for the kinematic chains with ten-link and thirteen-joint to obtain all potential mechanisms, and then draw the kinematic diagrams for all feasible folding mechanism. Totally, we obtain 14 feasible folding mechanisms of single slider which includes 12 innovative mechanisms and 2 from patents, and 60 feasible folding mechanisms of double sliders which includes 57 innovative mechanisms and 3 from patents. Then, we build the models of those potential folding mechanisms in ADAMS software, and verify the models by simulation. Finally, obtain the best designs of those folding mechanisms by evaluating and comparing the volume after folding up and the ability to resist the wind.
The results show that the best design of folding mechanism for four-section folding umbrella with single slider is an innovative design which has not been found in the patents, and the best design of folding mechanism for three-section folding umbrella with double slider is also an innovative design which has not been found in the patents too.
摘要 i
ABSTRACT ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方法與步驟 1
1.3 論文架構 3
第二章 文獻探討 4
2.1 四摺手動傘 4
2.1.1 中華民國專利 #M303652 5
2.2 四摺單滑件自動傘 6
2.2.1 中華民國專利 #00352522 7
2.3 三摺雙滑件自動傘 8
2.3.1 中華民國專利 #M247058 8
2.4 文獻總結 10
第三章 機構創新設計 12
3.1 摺疊傘收摺機構之拓樸構造特徵 13
3.2 摺疊傘收摺機構之一般化運動鏈 13
3.3 摺疊傘之設計需求與限制 15
3.4 摺疊傘之特殊化運動鏈 16
3.4.1 四摺手動傘與四摺單滑件自動傘之特殊化運動鏈 17
3.4.2 三摺雙滑件自動傘之特殊化運動鏈 23
3.5 機構具體化 30
3.6 收摺機構之摺數判別 41
3.7 同素同構之摺疊傘收摺機構 41
3.8 退化型收摺機構 42
3.9 降摺型收摺機構 43
3.10 創新機構設計總結 44
第四章 單滑件四摺傘收摺機構之模擬與評估 45
4.1 MSC.ADAMS簡介 45
4.2 單滑件四摺傘收摺機構之尺寸定義 46
4.2.1 單滑件四摺傘收摺機構之尺寸合成 46
4.2.2 單滑件四摺傘收摺機構之連桿尺寸 48
4.3 單滑件四摺傘收摺機構之模擬與分析 49
4.3.1 建構模型 49
4.3.2 收摺長度 50
4.3.3 接頭承受風力施加的分析 50
4.3.4 建立量測 51
4.3.5 單滑件四摺傘之模擬分析 51
4.3.5.1 十桿十三接頭降摺型單滑件收摺機構模擬分析 52
4.3.5.2 十桿十三接頭單滑件四摺傘收摺機構模擬分析 62
4.4 總合評比數據 68
4.5 單滑件四摺傘收摺機構模擬與評估總結 69
第五章 雙滑件三摺傘收摺機構模擬與評估 70
5.1 雙滑件三摺傘收摺機構之尺寸定義 70
5.1.1 雙滑件三摺傘收摺機構之尺寸合成 70
5.1.2 雙滑件三摺傘收摺機構之連桿尺寸 71
5.2 雙滑件三摺傘收摺機構之模擬與分析 72
5.2.1 建構模型 72
5.2.2 收摺長度 72
5.2.3 接頭承受風力施加 73
5.2.4 雙滑件三摺傘之模擬分析 73
5.2.4.1 十桿十三接頭降摺型雙滑件收摺機構模擬分析 73
5.2.4.2 十桿十三接頭雙滑件三摺傘收摺機構模擬分析 78
5.2.4.3 不理想之雙滑件三摺傘收摺機構構型 104
5.3 雙滑件三摺傘收摺機構模擬與評估總結 107
第六章 結論與建議 108
6.1 結論 108
6.2 建議與未來研究方向 109
參考文獻 110
作者簡介112
[1]央氣象局全球資訊網,http://www.cwb.gov.tw/。
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[4]李彥彬,“北京師範大學校友通訊第14期-我所知道的老焱若教授”,http://www.bnu.edu.cn/alumni/bnu100/14/face14.htm。
[5]林秀信,“傘具之結構改良”,中華民國專利#M303652,2007。
[6]Lai, C. M., “Four Section Umbrella Strut Spreader Structure”, U. S. Patent #5392799, 1995.
[7]Wang, M. S., “Collapsible Umbrella”, U. S. Patent #5337770, 1994.
[8]CHEN M. L. KUO、H. Wang, “Structure Four-Section Umbrella Framework With Attachable Flexible Frame Member”, U. S. Patent #5472006, 1995.
[9]吳增榮、陳進才,“摺疊傘之傘架改良結構”,中華民國專利#M304244,2007。
[10]林俊光、張榮仁,“四折等多折用自動開收傘”,中華民國專利#00477179, 2002。
[11]劉福田,“多段中棒自動傘安全結構”,中華民國專利#M247058,2004。
[12]曾獅,“兩段式自動傘安全開傘按鈕”,中華民國專利#00146206,1980。
[13]吳增榮、劉金松,“藉上下推動方式操控開收傘之自動傘具”,中華民國專利#00199286,1992。
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[15]王勝和,“三折自動傘之改良構造”,中華民國專利#00390145,1998。
[16]林俊光、張榮仁,“質輕化安全自動傘”,中華民國專利#00353306,1997。
[17]MSC.Software 台灣官方網站技術支援,http://www.mscsoftware.com.tw/training_support/support.htm,2008。
[18]傅增棣,ADAMS基礎應用手冊,台灣,高立圖書股份有限公司,2004。
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