摘 要

近年來，隨著休閒運動風氣的盛行，登山自行車已成為休閒運動器材市場上最受矚目的產品，且基於更高標準的操控性與舒適性的要求，性能優異的後懸吊機構更是登山自行車必備的關鍵性組件之一。本研究之目的在於應用工程設計方法的概念，提出一套登山自行車後懸吊機構之設計程序。首先針對登山自行車的騎乘條件與特性進行調查，並將焦點集中於後懸吊機構的需求，以訂定量化的設計規格；其次整理出後懸吊機構的構造需求與限制，並依據系統化機構創造設計程序進行後懸吊機構之創新設計；接著針對創新設計所得的結果進行各項分析，以了解後懸吊機構的特性，做為設計時的依據；最後歸納後懸吊機構的性能需求與限制，並以啟發式組合型最佳化方法擬定後懸吊機構之運動設計程序，以期能夠由性能需求得到後懸吊機構的尺寸，並以實例說明其過程。最後並以Visual BASIC 6.0程式語言撰寫交談式的電腦程式，將後懸吊機構之分析與運動設計程序連貫並整合，以利設計工作的進行。

英文摘要

The purpose of this work is to provide a design procedure of rear suspension mechanisms of mountain bikes by using the concept of engineering design method. First, the conditions and particularities of mountain biking are investigated and the performance specification of rear suspension mechanisms is set by focusing the investigations on the requirements of rear suspension mechanisms. Second, the requirements and constraints of generating different types of rear suspension mechanisms are developed and the systematic process of creative mechanism design is followed. Third, the different types of rear suspension mechanisms resulted from creative mechanism design are analyzed to realize the property of each type of rear suspension mechanisms and the procedure of kinematic design is developed by using the algorithm of heuristic combinatorial optimization method. Finally a computer aided design program written in Visual BASIC 6.0 programming language is developed to be the powerful tool of performance analysis and kinematic design of rear suspension mechanisms.

目 錄
頁次
誌謝 ……………………………………………………………… I
摘要 ……………………………………………………………… II
英文摘要 ……………………………………………………………… III
目錄 ……………………………………………………………… IV
圖目錄 ……………………………………………………………… VI
表目錄 ……………………………………………………………… IX
第一章 前言……………………………………………………… 1
第二章 基本概念………………………………………………… 6
2-1 登山自行車及其功能與構造………………………….. 6
2-2 登山自行車之後懸吊機構…………………………….. 16
2-3 後懸吊機構之特性與基本需求……………………….. 20
第三章 後懸吊機構之設計程序………………………………… 23
3-1 工程設計方法與設計程序…………………………….. 23
3-2 設計需求……………………………………………….. 24
3-3 構想設計階段的工作………………………………….. 30
3-4 運動設計階段的工作………………………………….. 31
3-5 性能分析階段的工作………………………………….. 32
第四章 後懸吊機構之構想設計………………………………… 33
4-1 構造需求與限制…………………………………..…… 33
4-2 系統化機構創造設計程序……………………..……… 35
4-3 後懸吊機構之創新設計……………………………..… 37

第五章 後懸吊機構之電腦輔助分析…………………………… 45
5-1 位移分析………………………………..……………… 45
5-2 力比分析……………………………………………….. 51
5-3 靜力分析……………………………………………….. 57
5-4 性能分析……………………………………………….. 64
5-5 電腦程式……………………………………………….. 69
第六章 後懸吊機構之構想設計………………………………… 83
6-1 性能需求與限制……………………………………….. 83
6-2 電腦輔助設計方法…………………………………….. 84
6-3 應用實例……………………………………………….. 94
第七章 結論與建議……………………………………………… 108
參考文獻…………………………………………………………….. 110

參考文獻

1. J. G. Seifert, M. J. Luetkemeier, M. K. Spencer, D. Miller, and E. R. Bruke, “The Effects of Mountain Bike Suspension Systems on Energy Expenditure, Physical Exertion, and Time Trial Performance During Mountain Bicycling,” Int. J. Sports Med., Vol. 18, No. 3, pp. 197-200. 1997.
2. 陳道遠，自行車騎乘在坡度震動環境下的主觀舒適度及生理反應之研究，國立成功大學工業設計研究所碩士論文，中華民國八十八年六月。
3. E. L. Wang and M. L. Hull, “A Model for Determining Rider Induced Energy Losses in Bicycle Suspension Systems,” Vehicle System Dynamics, Vol. 25, pp. 223-246, 1997.
4. E. L. Wang and M. L. Hull, “Minimization of Pedaling Induced Energy Losses in Off-road Bicycle Rear Suspension Systems,” Vehicle System Dynamics, Vol. 28, pp. 291-306, 1997.
5. S. A. Needle and M. L. Hull, “An Off-Road Bicycle With Adjustable Suspension Kinematics,” ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 119, pp.370-375, 1997.
6. 劉武虎武虎、聶祖蕊、黃信福、陳中杰、蔡天成、汪宏鐘、劉金生、黃裕哲、廖忠義、陳淳和、楊敏雄、廖進榮、許振華、蔡溪川、吳法震、賴大渭、蔡博名，避震自行車後懸吊系統之特性評估與分析，財團法人自行車工業研究發展中心技術報告，中華民國八十八年六月。
7. E. Pennestri and A. Strozzieri, “Optimal Design and Dynamic Simulation of A Motorcycle with Linkage Suspension,” Int. J. of Vehicle Design, Vol. 9, No. 3, pp. 339-350, 1988.
8. 石昭明，具可變槓桿比之機構設計，國立成功大學機械工程研究所碩士論文，中華民國七十五年五月。
9. 許正和，機車後懸吊機構之構想設計，機械工業雜誌，85-94頁，中華民國七十八年十二月。
10. 蔡國昌，機車後懸吊機構之設計，國立中山大學機械工程研究所碩士論文，中華民國八十三年六月。
11. J. S. Busby, “Bicycle rear suspension system,” U. S. Patent Number: 5409249, Apr. 25, 1995.
12. J. S. Busby, “Bicycle with shock absorbing rear assembly and common chain stay shock absorber mounting bracket,” U. S. Patent Number: 6036213, Mar. 14, 2000.
13. W. M. Wilcox, M. A. Rhoades and M. L. Zeigle, “Suspension for a bicycle having a Y shaped frame,” U. S. Patent Number: 5685553, Nov. 11, 1997.
14. T. L. Harris, “Rear wheel suspension for a bicycle and bicycle equipped therewith,” U. S. Patent Number: 5452910, Sep. 26, 1995.
15. M. Lawwill, “Rear suspension bicycle,” U. S. Patent Number: 5957473, Sep. 28, 1999.
16. C. P. D’Aluisio and M. M. Galasso, “Bicycle suspension system,” U. S. Patent Number: 5791674, Aug. 11, 1998.
17. D. Shiau, “Bicycle frame with shock absorber,” U. S. Patent Number: Des. 390506, Feb. 10, 1998.
18. 曾鼎煌，複合式多連桿避震登山車，中華民國專利公告編號379698，中華民國89年1月11日。
19. 何永斌，避震式車架，中華民國專利公告編號242055，中華民國84年2月21日。
20. 柳金鎮，自行車車架之活動連桿避震構造，中華民國專利公告編號235595，中華民國83年12月01日。
21. J. Olsen, “Mountain Biking,” Stackpole Books, 1989.
22. R. Van der Plas, “Bicycle Technology,” Bicycle Books —San Francisco, 1991.
23. L. Zinn, “Mountain Bike Performance Handbook,” MBI Publishing Company, 1998.
24. 許正和，「工程設計之系統化程序」，機械工業雜誌，第151期，第128頁-134頁（1995）。
25. G. Pahl and W. Beitz, “Engineering Design”, Second Edition, translated by Wallance, K., Blessing, L., and Bauert, F., edited by Wallance, K., Springer-Verlag London Limited, 1996.
26. 顏鴻森、許正和，「新機構之類型合成法」，中國機械工程學刊，第四卷，第一期，第11-23頁（1983）。
27. 許正和，「機車後懸吊機構之構想設計」，機械工業雜誌，第81期，第255-263頁（1989）。
28. T. W. Lee and F. Freudenstein, “Heuristic Combinatorial Optimization in the Kinematic Design of Mechanisms”, ASME Journal of Engineering for Industry, Nov. 1976, pp. 1277-1280.