臺灣博碩士論文加值系統

隨著環保、健身、休閒等風氣的盛行，越來越多人開始騎乘腳踏車。雖目前大多數腳踏車是採用圓形鏈盤來騎行，不過隨著科技的進步，非圓形鏈盤也慢慢受到注目。其具有減少踩踏力量的損耗及輸出的特性，藉此提升整體效率。
本研究針對腳踏車不同非圓形鏈盤來進行踩踏分析，藉由將兩種不同偏心率鏈輪相互結合在一起以改善左、右腳驅動力並進行實驗，以追求效率的提升。除了提升效率外，本論文利用人體腿部關節受力之平衡方程式，得出各關節受力情形，來比較不同鏈輪所帶來的影響。在實驗中亦利用腳踏車訓練台藉以調整阻力值，來模擬實際路面騎行之阻力，在實驗中利用無線傳輸模組，經由踩踏來取得不同齒形之各項數據以進行討論。並利用影像工具攝取踩踏之角度，方便推算關節受力之方程式。

With the prevalence of environmental protection, fitness, leisure and other trends, more and more people are riding bicycles. Most of the design for the bicycles in the market are using the circular sprocket in the power transmission system, As the technology advances, research has shown that the non-circular sprocket can have a higher power transmission efficiency than the circular ones.
This research targets focuses on the application of non-circular sprocket having JISS and U shape. Two different eccentric combination of sprocket is applied in the experiment to increase the efficiency. The human joint force formula are derived to stimulate the moment and force of the joints by using the different types of sprocket. The bicycle training platform is selected to adjust the resistance force to stimulate the resistance encountered during riding. The wireless receptors is applied to revive and record the data obtained from the riding of different non-circular sprockets. In the investigation, visual video recording is also used to investigate the angle of the human leg for the calculation of force and moment happened in the joins.

摘要..................i
Abstract..................ii
誌謝..................iii
目錄..................iv
表目錄..................vii
圖目錄..................viii
符號說明..................xii
第一章 緒論..................1
1.1 前言..................1
1.2 研究方法..................3
1.3 文獻探討..................3
1.3.1 非圓形鏈輪節曲線設計..................3
1.3.2 騎乘效益分析..................4
1.4 內容大綱..................5
第二章 非圓形鏈輪生成原理..................7
2.1 自行車測試平台..................7
2.1.1 量測原理..................7
2.1.2 編碼器（Encoder）..................9
2.1.3 無線傳輸模組..................11
2.1.4 智慧訓練台阻力量測..................12
2.1.5 腿部角度量測..................14
2.2 左右腳平均施力最佳化及鏈輪設計..................16
2.2.1 改善左右腳平均施力之鏈輪設計..................17
2.2.2 非慣用腳區段鏈輪節曲線生成[4]..................18
2.2.3 齒形配置方法..................21
1. 滾子鏈與鏈輪齒形參數[3]..................21
2. 齒形配置[3]..................26
2.2.4 左右腳平均施力最佳化之非圓形鏈輪..................28
2.3 小節..................30
第三章 腿部受力分析..................31
3.1 踏力量測..................31
3.1.1 踏力之計算..................31
3.1.2 曲柄與踏板角度之量測..................31
3.2 腳部各關節之角度[16]..................33
3.3 腳部各關節之重心加速度[16]..................36
3.4 腳部各關節之平衡方程式[16]..................37
3.5 腳部各關節之參數數值..................39
3.6 腿部各關節力量分析..................41
3.6.1 各式偏心率鏈輪測試..................41
1. 關節力矩..................41
2. X、Z方向受力..................43
3.6.2 複合非圓形鏈輪之測試..................46
1. X、Z方向受力..................46
2. 關節力矩..................49
3.7 小節..................51
第四章 實驗與分析..................52
4.1 鏈輪樣本..................52
4.2 各式偏心率鏈輪測試..................56
4.2.1 曲柄之扭矩、轉速與功率..................56
4.2.2 騎乘效率..................63
4.3 複合非圓形鏈輪之測試..................64
4.3.1 曲柄之扭矩、轉速與功率..................64
4.3.2 騎乘效率..................66
4.3.3 不同負載之騎乘分析..................67
1. 圓形鏈輪..................67
2. 0-0.45U複合之非圓形鏈輪..................70
3. 0-0.59U複合之非圓形鏈輪..................72
第五章 結論與未來展望..................76
5.1 結論..................76
5.2 未來展望..................77
參考文獻..................78
Extended Abstract..................80

[1] https://goo.gl/8bjx3M，腳踏車，維基百科。
[2] https://goo.gl/AySi10，公路車零件圖解。
[3] 鄭盛遠，2017，“自行車非圓形鏈輪設計”，國立虎尾科技大學動力機械工程研究所，碩士論文。
[4] 張信良，1992，“漸開線橢圓形齒輪的設計”，國立清華大學動力機械工程研究所，碩士論文。
[5] Stephen Pheasant, 1996, Bodyspace: Anthropometry, Ergonomics and the design of work, Taylor & Francis, London。
[6] Gratien Bouillon and George V. Tordion, 1965, "On polygonal action in roller chain drives", Journal of engineering for industry, Volume 87, pp. 243-250, May.
[7] Haiou Wang, Shuangyin Wang, Yixing Wang, 1995, "Design and machinery of non-circular sprocket's tooth", IFToMM, World congress on the theory of machines and mechanisms, 9, pp. 556-559.
[8] 馮麗萍，2004，“非圓形鏈輪傳動理論鬆弛量分析”，陜西科技大學，碩士論文。
[9] Biing-Wen Bair, 2004,"Computer aided design of elliptical gears with circular-arc teeth", Mechanism and machine theory, Volume 39, pp. 153-168.
[10] Ming-Frng Tsay and Zhang-Hua Fong, 2005, "Study on the generalized mathematical model of noncircular gears", Mathematical and computer modeling, Volume 41, pp. 555-569.
[11] 廖顯大、陳維方、陳維亞、葉金學、張瑞德，2010，“非圓形齒輪之節線設計”，遠東學報，27卷，3期，pp. 297-304，9月。
[12] 李柏緯，2013，“自行車橢圓大齒盤偏心圓鏈輪系統效益分析”，國立臺灣大學機械工程研究所，碩士論文。
[13] 朱偉誠，2014，“自行車可變長度曲柄機構創新設計”，國立臺北科技大學機電整合研究所，碩士論文。
[14] Norman R. Miller and Daniel Ross, 1980, "The design of variable-ratio chain drives for bicycles and ergometers-application to a maximum power bicycle drive", Journal of engineering for industry, Volume 102, pp. 711-717, October.
[15] Matt D. Kidd, N. E. Loch, R. L. Reuben, 1998, "Bicycle chain efficiency", The engineering of sport, pp. 217-222.
[16] 黃有烽，2000，“騎腳踏車之踏力與速度之最適化研究”國立清華大學動力機械工程研究所，碩士論文。
[17] Kevin C. Farrell, Kim D. Reisinger, Mark D. Tillman, 2003, "Force and repetition in cycling: possible implications for iliotibial band friction syndrome", The Knee, Volume 10, pp. 103-109, March.
[18] 汪旖文、陳家祥、謝伸裕，2011，“自行車不同齒盤對肌肉活化之影響”，第四屆運動科學暨休閒遊憩管理學術研討會論文集。
[19] 朱祐慶，2014，“騎乘腳踏車運動之腿部生物力學分析”，國立虎尾科技大學機械與電腦輔助工程研究所，碩士論文。
[20] http://www.ni.com/tutorial/7109/zht/，編碼器概述 - National Instruments
[21] http://www.ni.com/white-paper/3642/zht/，應變規概述 - National Instruments
[22] http://www.esense.com.tw/loadcell.asp?pid=2，煜昕科技有限公司- 荷重元
[23] http://apisc.com/camera_pixoel_USB3.0uEyeCP.htm，Pixoel攝影機
[24] 科技編輯群，1987，齒輪設計便覽，機械設計出版社，臺北市。
[25] 鄭志峰，1992，鏈傳動設計與應用手冊，機械工業出版社，中國大陸。
[26] Maury L. Hull and M. Jorge, 1985, "A method for biomechanical analysis of bicycle pedalling", Journal of biomechanics, Volume 18, pp. 631-644.