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研究生: 方俊瑋
Fang, Chun-wei
論文名稱: 新型自行車傳動元件之設計
The Design of a New Bicycle Transmission Component
指導教授: 黃金沺
Huang, Chin-tien
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 機械工程學系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2008
畢業學年度: 96
語文別: 中文
論文頁數: 84
中文關鍵詞: 齒面接觸分析齒形鏈條
外文關鍵詞: Tooth Contact Analysis, Tooth-Shaped Chains
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  • 本論文將結合滾子鏈與靜音鏈的特性並設計出新型自行車鏈條。鏈條是常用的撓性傳動元件之ㄧ,而滾子鏈與靜音鏈是工業界在動力傳輸方面應用廣泛的兩種鏈條。滾子鏈適合在低速高扭力的情況下使用,靜音鏈則適合使用在高速且高負荷的需求。由於自行車屬於低速傳動,一般靜音鏈並不適用,所以本論文提出了一種新型齒形鏈條─複合齒形鏈。

    本論文設計構想以滾子鏈為結構基礎,加上靜音鏈的齒形概念。複合齒形鏈有兩種不同嚙合形式,分別為最多單一鏈目和最多雙鏈目同時與鏈輪齒進行嚙合的狀態。本論文根據嚙合曲面理論進行複合齒形鏈條的運動分析,主要是採用齒面接觸分析方法搭配幾何拘束條件和三力平衡條件式。

    齒面接觸分析的結果顯示,最多單一鏈目嚙合複合齒形鏈的運動過程經過了六個時期,分別為緊邊期、嚙合期、暫時固定期、緊邊期、懸浮期及固定期。最多雙鏈目嚙合複合齒形鏈的運動過程經過七個時期,分別為緊邊期、嚙合期、暫時固定期、嚙合期、暫時固定期、懸浮期以及固定期。

    本論文也探討複合齒形鏈齒形羅拉的齒形與嚙合形式的關係,並比較複合齒形鏈兩種嚙合形式的弦線作用,比較之後發現最多雙鏈目嚙合的複合齒形鏈弦線作用較小。最後本論文將最多單一鏈目嚙合的複合齒形鏈實際應用於自行車傳動系統上,經過實際運轉測試,確定最多單一鏈目嚙合複合齒形鏈可在自行車系統上使用。

    This thesis investigates a new type of bicycle transmission chains—the compound tooth-shaped chains. Chains and belts are popular flexible transmission components in use. There are two types of chains used in power transmission applications: roller chains and silent chains. Roller chains are suitable for low-speed applications, while silent chains can be used to meet high-speed and high-load requirements. Roller chains are commonly used in bicycle transmissions; however, in order to pursue quieter transmissions, this thesis proposes a new type of chains—the compound tooth-shaped chains for used in bicycles.

    Two kinds of the compound tooth-shaped chains are investigated in this thesis: chains with at most one link in contact and chains with at most two links in contact. The motion analysis of compound tooth-shaped chains is conducted by employing conjugate theory. The tooth contact analysis of compound tooth-shaped chains is analyzed by incorporating geometric and force constraints.

    Results of the tooth contact analysis show that compound tooth-shaped chains with at most one link in contact undergo the following six stages: tight-span, conjugate contact, stationary, tight-span, suspended, and fixed stages. Compound tooth-shaped chains with at most two links in contact, on the other hand, undergo the following seven stages: tight-span, conjugate contact, stationary, conjugate-contact, stationary, suspended, and fixed stages.

    Furthermore, the relationship between the compound tooth-shaped chains and their contact patterns is also studied. In addition, a comparative investigation between the chordal actions of the two kinds of compound tooth-shaped chains is also conducted. Finally, this thesis gives a test report of a bicycle transmission employing the compound tooth-shaped chains with at most one link in contact. Satisfactory results have been obtained in the preliminary testing.

    中文摘要 I 英文摘要 II 目錄 III 表目錄 VI 圖目錄 VII 符號說明 XI 第一章 緒論 1.1 前言 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究動機與目的 3 1.4 本文架構 4 第二章 基礎概念 2.1 滾子鏈與靜音鏈 5 2.2 自行車傳動系統 9 2.3 漸開線齒形 9 2.4 共軛曲線 11 2.5 齒面接觸分析 12 第三章 複合齒形鏈之設計與模型 3.1 齒形羅拉之設計 14 3.1.1 齒形羅拉設計概念 14 3.1.2 齒形羅拉的齒形設計 15 3.1.3 齒形羅拉與半目鏈片之構造 15 3.2 複合齒形鏈的模型建構 16 3.2.1 分析緊邊鏈條 17 3.2.2 鏈條正規化 17 3.2.3 鏈片假設固定模式 18 3.2.4 三力平衡限制式 19 3.3 齒形羅拉的方向性 20 3.4 複合齒形鏈的嚙合形式 21 3.5 結論 22 第四章 最多單一鏈目嚙合的複合齒形鏈 4.1 鏈片固定高度與鏈輪參數 23 4.2 鏈片固定角 31 4.3 齒形羅拉的初始接觸點 36 4.4 嚙合期 40 4.5 暫時固定期 46 4.6 分析流程 48 4.7 數值模擬 49 4.8 結論 52 第五章 最多雙鏈目嚙合的複合齒形鏈 5.1 雙鏈目同時與鏈輪嚙合的初始接觸點 54 5.2 雙鏈目同時與鏈輪嚙合的運動狀態 59 5.3 暫時固定期 63 5.4 單一鏈目與鏈輪嚙合的運動狀態 64 5.5 分析流程 66 5.6 數值模擬 67 5.7 結論 71 第六章 複合齒形鏈嚙合形式的比較與探討 6.1 複合齒形鏈兩種嚙合形式的嚙合分析比較 72 6.2 複合齒形鏈兩種嚙合形式的弦線作用比較 72 6.3 齒形羅拉的齒形探討 75 6.4 複合齒形鏈的實際測試 76 6.5 結論 79 第七章 結論與未來展望 80 參考文獻 83

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    校外:2110-06-18公開
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