本文從現有傳統雨傘機構開始找尋適合展開與收合的機構，由運動鏈（4 , 4）的傳統雨傘至運動鏈（8 , 10）的折疊傘，加上含有凸輪對的運動鏈（3 , 3）包子成形機構，嘗試將雨傘的高展開與收合特性結合桿件較少並使用凸輪對的包子成形機構，找出適合用於風力發電機之可收折扇葉機構。本文主要參考顏鴻森 – 機械裝置的創意性設計機構合成之步驟，由一般化開始至具體化，使用運動鏈（6 , 7）之反摺傘機構與運動鏈（8 , 10）的折疊傘進行機構分析，最後得出四種具體化結果並選擇一種符合本文目的之結果進行RecurDyn之運動分析、Ansys Fluent及CFX之流場分析與Ansys Static Structural 強度分析，最後將設計完成的模型以3D列印呈現並進行風洞實驗最後與CFX分析比較其誤差值。
於具體化後的機構設計中，以收合時趨近於圓形為主要設計目標，而本文於凸輪上對採用銷槽對確保桿件在移動中的確定性。運動分析當中，發現此機構於延伸與收合可達到一定的效果，展開與收合的直徑相差約26公分，其桿件傳動角在主要展開階段也可接近90度，銷槽對中銷與槽中的壓力角也全程於25度以下，於廣泛認知中凸輪對壓力角需小於30度的觀點下是可以順利運行的。但因為設計時需確保桿件之間沒有互相干涉，因此在收合狀態時並不能達到完美的圓形，在扇葉與扇葉之間將出現些許縫隙。
然而在流場分析中，因為設計因素導致扇葉與扇葉之間產生縫隙，加上收合時半徑變小，因此收合狀態將比展開狀態轉速大上2倍之多。在Static Structural 強度分析當中因收合時受風面積減少，因此在相同風速下收合狀態雖轉速較快但變形比展開狀態還要少27%，表示收合狀態比展開狀態更適合置於強風中使用。而在風洞實驗中發現在地風速時因為收合狀態半徑減少，因此摩擦力對此將比展開狀態大上不少，導致收合狀態於低風速下無法順利由靜止狀態開始轉動，而展開狀態於低風速下也可順利啟動並維持旋轉。
綜合以上因素發現，低風速下將扇葉展開將可以順利啟動並維持一定轉速，當強風來襲或是轉速達到一定程度時收合扇葉，既可順利旋轉不必擔心啟動問題，也可達到降低變形，達到增加風力發電機效能，同時提高風力發電機耐用性的效果。

In this paper, starts from the general umbrella structure to find a suitable for folding and expansion, from general umbrellas (4, 4) kinematic chain to folding umbrellas (8, 10) kinematic chain and (3, 3) chain of bun making machine with cam pair. Then, combine the unfolding and folding characteristics of the umbrella with the bun making machine with fewer rods and cams to find a collapsible fan blade mechanism for wind turbines. This research mainly refers to Hong-Sen YAN, Creative Design of Mechanical Devices, from generalization to particularization, use (6, 7) chain of reflex umbrella mechanism and (8, 10) chain of folding umbrella for mechanism analysis, and get four particularization results then choose a mechanism that meets the purpose of this article, and perform motion analysis (RecurDyn), flow field simulation (Ansys Fluent and CFX), and strength analysis (Ansys Static Structural). Finally, assembly the prototype from 3D Printing and perform wind tunnel experiment to compare its deviation with CFX.
In the mechanism design after particularization, the main design goal is to approach a circle when folded, and this article uses pin in slot on the cam to ensure the certainty of the rod in the movement. During the motion analysis, it is found that this mechanism can achieve a certain effect in the extension and folding. The diameter difference between the expansion and the folding is 26 cm. The transmission angle of the rod can also be close to 90 degrees in the main expansion stage. The pressure angle between the pin and the slot in the pin in slot is also less than 25 degrees. It is widely recognized that the cam pressure angle should be less than 30 degrees and it can run smoothly. However, the design needs to ensure that there is no mutual interference between the rods, so the perfect circle cannot be achieved in the closed state, resulting in some gaps between the fan blades.
In the flow field analysis, due to design factors, there is a gap between the fan blade, and the radius becomes smaller when retracted, so the closed state speed will be twice as large as the unfolded speed. In the static structural strength analysis, because the windward area is reduced in the folded state, the folded state has a faster speed but the deformation is 27% less than the expanded state under the same wind speed, indicating that the folded state is more suitable for placement than the expanded state in the strong wind. In wind tunnel experiments, it was found that at low wind speeds due to the reduced radius in the folded state, the frictional force is much larger than that in the expanded state. As a result, the folded state cannot start to rotate from the stationary state at low wind speeds, while the expanded state is able to start smoothly and maintain rotation.
Based on the above reasons, expanding the fan blades at low wind speeds can smoothly start and maintain rotation. When strong wind strikes or the speed reaches a certain level, the fan blades can be retracted, which can rotate smoothly without worrying about starting problems, and can also achieve reduce the deformation of the fan blade, achieve the effect of increasing the efficiency of the wind generator and improving the durability.

目錄
目錄 i
摘要 iv
Abstract v
致謝 vii
圖目錄 viii
表目錄 xiv
第一章 緒論 1
1.1研究動機 1
1.2研究目的 3
1.3文獻回顧 4
1.4章節架構 6
第二章 構型設計 7
2.1原始機構介紹 7
2.1.1傳統雨傘機構 7
2.1.2反折雨傘機構 8
2.1.3摺疊傘機構 9
2.1.4包子成形機機構 9
2.2新型機構設計 11
2.2.1一般化 11
2.2.2設計需求限制 12
2.2.3數目合成 12
2.2.4挑選適合之一般化運動鏈圖譜 13
2.2.5特殊化 13
2.2.6具體化 16
2.3構型設計選擇與結論 17
2.4運動分析 18
2.5.1分析設定與說明 20
2.5.2運動分析結果討論 23
2.5.3運動分析驗證 29
第三章 流場分析 37
3.1展開狀態 37
3.1.1 CFX分析 37
3.1.2強度分析 46
3.1.3 Fluent 2D分析 55
3.2收合狀態 63
3.2.1 CFX分析 63
3.2.2 強度分析 66
3.3分析結果與討論 80
第四章 原型機製作與實驗驗證 81
4.1實驗設定與說明 81
4.1.1實驗儀器 81
4.1.2實驗模型簡介 82
4.1.3實驗設定 83
4.2展開時在各風速下的轉速 85
4.2.1 20%模型 85
4.2.2 30%模型 85
4.2.3 40%模型 86
4.2.4 綜合比較 86
4.3收合時在各風速下的轉速 88
4.3.1 20%模型 88
4.3.2 30%模型 88
4.3.3 40%模型 89
4.3.4 綜合比較 90
4.4實驗結果與討論 91
4.4.1展開狀態模型 91
4.4.2 收合狀態模型 93
第五章 結論與建議 95
5.1結論 95
5.2建議 96
參考文獻 97

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