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研究生:饒誌軒
研究生(外文):Chih Hsuan-Jao
論文名稱:自行車輪轂發電機電力輸出聯結器結構製作分析之研究
論文名稱(外文):Study of the Production and Structural Analysis - Bicycle dynamo hub power connector
指導教授:陳狄成陳狄成引用關係
指導教授(外文):Cheng Chen-Dyi
學位類別:碩士
校院名稱:國立彰化師範大學
系所名稱:工業教育與技術學系
學門:教育學門
學類:專業科目教育學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2010
畢業學年度:98
語文別:中文
論文頁數:143
中文關鍵詞:自行車輪轂發電機電力輸出聯結器
外文關鍵詞:BicycleDynamo hubPower connector
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台灣自行車產業被國際美譽為『自行車王國』,但在全世界暖化問題使得綠色能源興起,因此發展輪轂發電機與電力輸出聯結器,並使自行車產業帶來新希望。本研究對電力輸出聯結器蒐集相關專利與論文,則依據所蒐集之文獻作為設計上的基礎,再繪製出以結構零件最少與簡單的電力輸出聯結器。
本研究之電力輸出聯結器希望目標有成本最少、結構最強、而在輸出效益最高等效能特性,利用電腦輔助繪圖軟體Autodesk Inventor、Solid works建立電力輸出聯結器零件之3D模型,整體零件組合需考慮型態包括有組裝構思、耐候性、防水性、抗腐蝕性、耐振動與電力流通穩定性等。
實驗所得到結論與情形,可提升零件設計、尺寸公差擬定、材料選用等觀念,並在設計製造上做為參考依據減少不必要的錯誤,使用在自行車輪轂發電機上也可符合工業領域上之零件。

Taiwan's bicycle industry has been an international reputation as bicycle kingdom, but the problem in the world makes global warming green energy rise, the development of hub dynamo and power output connector to bring new hope to bike industry. In this study connector power output to gather public opinion related to patent, basis of collected documents as basis for design, structural components in least drawn to power output with simple connector.
Power output of this study objectives connector hope at least cost structure strongest, highest efficiency in output performance characteristics such as use of computer-aided drawing software Autodesk Inventor Solid works to establish power output connector parts of 3D model, the overall portfolio should be considered part types including assembly ideas, weather resistance, water resistance, corrosion resistance to vibration and power flow stability.
The conclusion and the experimental conditions, can improve part design, tolerance developed, material selection, concept and design of manufacturing as a basis for reducing unnecessary errors Shenkao, use not only in the bicycle dynamo hubhub generator on Lun can be found on the industry parts.

目次
中文摘要 I
Abstract II
謝 誌 III
符號表 IV
目次 VI
表目錄 IX
圖目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 3
1.3 類似專利 4
1.4 研究流程 8
第二章 電力聯結器結構成形簡介 10
2.1 聯結器結構簡介 10
2.2電力聯結器零件工程圖 13
第三章 有限元素分析軟體簡介 17
3.1 DEFORM 17
3.2 Mold flow Plastics Insight(MPI) 19
3.3 ANSYS 20
第四章 輪轂發電機電力聯結器研製分析 22
4.1 絕緣本體之射出成形 22
4.1.1塑膠射出成形概述 23
4.1.2 絕緣本體射出模具設計檢討 25
4.1.3絕緣本體射出模擬分析 31
4.1.4 絕緣本體震動模擬分析 47
4.2 電極片與封蓋之沖剪成形模擬分析 55
4.2.1沖剪成形概述 55
4.2.2電極片沖剪模擬分析 61
4.2.3 封蓋沖剪成形模擬分析 66
4.3 錨定件之冷鍛成形分析 70
4.3.1冷鍛成形概述 70
4.3.2 錨定件冷鍛成形分析 73
4.3.3 錨定件冷鍛成形 75
4.4 電極片之表面處理 77
4.4.1表面處理概述 77
4.4.2電極片之電鍍處理 82
第五章 發電機聯結器效能測試 85
5.1 耐候性測試 85
5.2 耐腐蝕性測試 89
5.3防水性測試 93
5.4電力輸出效益測試 96
5.5 實車測試 105
第六章 結論 107
參考文獻 109
附錄A 塑膠模具工程圖 112
附錄B 鍛壓模具工程圖 123
附錄C Fourier級數 127
附錄D 檢測電阻單、雙電橋原理 129
附錄E 沖壓模具工程圖 136


表目錄
表4-1 塑膠材料中英文對照 24
表4-2 澆道截面形狀公式表 27
表4-3 固定點手壓振動數據 49
表4-4 自由落體高度30cm振動數據 50
表4-5 零件材料參數 51
表4-6 不同材料沖頭與下模單邊間隙 59
表4-7 鍛壓材料在加工終點抗拉強度 72
表4-8 電鍍相關數據參數 81
表4-9 建浴所需條件與藥水比例組成 83
表5-1 車床轉速與前輪時速對照 97
表5-2 未架設燈具電力輸出 98
表5-3 架設2前、1後燈具電力輸出 101

圖目錄
圖1-1 電力連接器示意圖 4
圖1-2 端子轉接器示意圖 5
圖1-3 轉接器零件分解圖 6
圖1-4 連接器分解圖 6
圖1-5 轉接器與輪轂發電機組合示意圖 7
圖1-6 電力連接器實體 7
圖1-7 輪轂發電機電力聯結器研究流程圖 9
圖2-1錨定件部位描述 10
圖2-2 絕緣本體部位描述 10
圖2-3 電極片部位描述 10
圖2-4封蓋部位描述 10
圖2-5 組裝流程解析 12
圖3-1 DEFORM各模組互動關係 18
圖3-2 DEFORM軟體系統架構功能 18
圖3-3 Mold flow分析流程 19
圖4-1 模具分類魚骨圖 22
圖4-2 豎澆口(Sprue)示意圖 25
圖4-3澆道(Runner)示意圖 26
圖4-4 澆口(Gate)示意圖 28
圖4-5 澆口(gate)類型圖 30
圖4-6 射出成形順序循環圖 32
圖4-7 射出成形階段時間圖 32
圖4-8 塑膠射出模具結構 33
圖4-9 塑膠模具實體 33
圖4-10 Female die實體模具 33
圖4-11 Male die實體模具 34
圖4-12 機身立板零件圖 34
圖4-13 改良前固定板示意圖 35
圖4-14 改良後固定板示意圖 35
圖4-15 固定式澆道 36
圖4-16 可拆換式澆道 36
圖4-17 滑塊斜梢示意圖 37
圖4-18 伺服馬達定位示意圖 38
圖4-19 填充20%之波前圖 39
圖4-20 填充40%之波前圖 39
圖4-21 填充60%之波前圖 39
圖4-22 填充80%之波前圖 40
圖4-23 填充100%之波前圖 40
圖4-24溶合區分佈結果 41
圖4-25 溶接線分佈結果 41
圖4-26 鎖模力與時間關係 42
圖4-27 時間與壓力曲線 42
圖4-28 保壓階段溫度分析結果 43
圖4-29 分子配向結果 44
圖4-30填充結束壓力分佈 44
圖4-31(a) 填充狀態結束時正面體積溫度分佈 45
圖4-31(b) 填充狀態結束時背面體積溫度分佈 45
圖4-32 正向應力 46
圖4-33 灌注完成時間分佈 46
圖4-34 振動實驗設備 47
圖4-35 輪轂發電機裝置於自行車前叉 48
圖4-36 加速規固定至電力聯結器 48
圖4-37 各零件ANSYS模型建構 50
圖4-38 網格化分圖形 52
圖4-39 邊界條件位置 53
圖4-40 邊界位置與位移位置 53
圖4-41(a) 區域等效應力分佈 54
圖4-41(b) 區域等效應變分佈 54
圖4-42 沖剪加工示意 55
圖4-43 彈性變形 56
圖4-44 塑性變形 56
圖4-45 破裂撕斷 57
圖4-46 沖剪加工材料經過之過程 57
圖4-47 沖剪加工成品斷面四個區域 58
圖4-48 沖剪沖壓模具之沖頭與下模孔間之間隙 58
圖4-49(a) 電極片第一階段沖剪-等效應力 61
圖4-49(b) 電極片第一階段沖剪-等效應變 62
圖4-50電極片第一階段沖剪速度 62
圖4-51 電極片第一階段沖剪過程模具負荷曲線 63
圖4-52(a) 電極片第二階段沖剪-等效應力 64
圖4-52(b) 電極片第二階段沖剪-等效應變 64
圖4-53 電極片第二階段沖剪速度 65
圖4-54 電極片第二階段沖剪過程模具負荷曲線 65
圖4-55(a) 封蓋第一階段沖剪-等效應力 66
圖4-55(b) 封蓋第一階段沖剪-等效應變 66
圖4-56 封蓋第一階段沖剪速度 67
圖4-57封蓋第一階段沖剪過程模具負荷曲線 67
圖4-58(a) 封蓋第二階段沖剪-等效應力 68
圖4-58(b) 封蓋第二階段沖剪-等效應變 68
圖4-59 封蓋第二階段沖剪速度 69
圖4-60封蓋第二階段沖剪過程模具負荷曲線 69
圖4-61 切削與鍛造加工的金屬流動情形 70
圖4-62 閉模鍛造中材料的變形過程 71
圖4-63 金屬受力變形之應力與應變關係 72
圖4-64(a) 錨定件鍛壓-等效應力 73
圖4-64(b) 錨定件鍛壓-等效應變 73
圖4-65 錨定件鍛壓速度 74
圖4-66 錨定件鍛壓過程模具負荷曲線 74
圖4-67 鍛壓模具示意圖 75
圖4-68 鍛壓模具各部位名稱 75
圖4-69 冷鍛壓成品試片 76
圖4-70 電鍍元件架構圖 77
圖4-71 鍍錫電鍍設備構想示意 82
圖4-72 電鍍設備實體 83
圖4-73 起泡力、放置時間與廢水排放關係 84
圖5-1 硬度量測計與絕緣本體試片 85
圖5-2 炙熱模擬設備 86
圖5-3 室內溫度量測 86
圖5-4 烤箱預熱之溫度(60.8℃) 86
圖5-5 絕緣本體之炙熱模擬 87
圖5-6 絕緣本體之寒冷模擬 88
圖5-7 大甲與彰化之雨水 89
圖5-8 雨水pH檢測 89
圖5-9 電極片浸泡大甲雨水內(2010.3.29) 90
圖5-10 電極片浸泡彰化1雨水內(2010.4.4) 90
圖5-11 電極片浸泡彰化2雨水內(2010.3.29) 90
圖5-12 電極片浸泡大甲雨水後取出之觀察 91
圖5-13 電極片浸泡彰化1雨水後取出之觀察 91
圖5-14 電極片浸泡彰化2雨水後取出之觀察 92
圖5-15 未裝設防水之電力聯結器 93
圖5-16 霧氣模擬 94
圖5-17 進行霧氣模擬觀測電力 94
圖5-18 水流直沖電力聯結器觀測電力輸出情況 94
圖5-19 前輪浸泡水中 95
圖5-20 前輪浸泡水中發電 95
圖5-21 電力實驗設備 97
圖5-22 時速2.2-2.3km之示波圖 (未負載) 99
圖5-23 時速3.3km之示波圖 (未負載) 99
圖5-24 時速5.0-5.1km之示波圖 (未負載) 100
圖5-25 時速7.8-8.0km之示波圖 (未負載) 100
圖5-26 時速11.3km之示波圖(未負載) 100
圖5-27 時速2.2-2.3km之示波圖(架設2前、1後燈具) 101
圖5-28 時速3.3km之示波圖(架設2前、1後燈具) 102
圖5-29 時速5.0km之示波圖(架設2前、1後燈具) 102
圖5-30時速7.8~8.0km之示波圖 (架設2前、1後燈具) 103
圖5-31時速11.2~11.3km之示波圖 (架設2前、1後燈具) 103
圖5-32 時速2.2km 電壓1.5635V 103
圖5-33 時速3.3km 電壓2.3235V 103
圖5-34 時速5.0-5.1km電壓3.44V 104
圖5-35 時速7.8-8.0km電壓4.86V 104
圖5-36 時速11.2km電壓5.63V 104
圖5-37 停止驅動時情況 104
圖5-38 輪轂發電機與電力聯結器組裝置自行車上 105
圖5-39 測試安裝有無確實 105
圖5-40試騎-體驗電力輸出穩定性 106
圖5-41 夜騎-體驗電力輸出穩定性 106
圖6-1 台北國際自行車展簡報 108
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