近年來，隨著休閒運動風氣的盛行，自行車已成為休閒運動器材市場上最受矚目的產品之一，目前市面上的自行車款式眾多，但多數產品仍以領導品牌業者推出新車款後，其他同業再以其產品進行仿傚。本論文之目的在於應用工程設計方法的概念，提出一套系統化的二輪自行車系統之設計理論。首先調查市面自行車之基本需求，進行決定建立二輪自行車系統之性能規格；其次分別就所選定車架結構、前懸吊機構、後懸吊機構、車把調整裝置與座墊調整裝置等五部份的二輪自行車子系統進行構想設計；最後應用形態學矩陣進行系統解，同時建立合成程序，將合成之系統解進行具體化設計。

In recent years, with the prevailing of outdoor activity, the bicycle has already become one of the most attractive products on equipment market of the outdoor activity, the bicycle styles on the market are numerous at present, but after most products still introduce the new car fund with the leading brand industry person, other same trades and then imitate with its products. Thesis this purpose lie in use concept , project of design method, put forward one systematized two design theory , bicycle of system. Investigate the basic demand for the business bicycle at first, carry on the performance specification of setting up two bicycles system of the decision；Secondly the structure of the frame selected separately, ago it suspend organization in midair, after suspend by organization, handlebar in midair it adjust there aren't device ; Use morphology matrix to solve systematically finally, set up the procedure of formating at the same time , solve the system formated and specify to design.

目 錄
頁次
誌謝 ……………………………………………………………….…I
目錄 …………………………………………………………..…II
圖目錄 ………………………………………………………………..VI
表目錄 ……..…………………………………………………………IX
中文摘要 …………..…………………………….……………………...X
英文摘要……………..…………………………………………………XI
第一章 前言……………………………………………………………1
1.1 文獻回顧……………………………………………………….1
1.2 研究目的…………………………………………………….4
1.3 論文架構…………………………………………………….5
第二章 基本概念………………………………………………………7
2.1 自行車演進史………………………………………….7
2.2 自行車之分類與基本組成…………………………………11
2.3 專利整理……………………………………………………...18
2.4 自行車之基本需求與特性…………………………………...24
第三章 二輪自行車系統之設計程序………………………………..29
3.1 設計程序……………………………………………………...29
3.2 自行車系統區域配置………………………………………31
3.3 設計方法與理論.……………………...……………………...33
第四章 車架之構想設計………………………………………....37
4.1 節點滑移法…………………………………………...…37
4.2 前三角車架之合成…………………………………….…39
4.3 後三角車架之合成…………………………………….…45
4.4 車架之組合…………………………………….……………50
4.5 車架之分類 ………………………………………...........53
第五章 懸吊機構、車把與座墊調整裝置之構想設計……………….61
5.1 前懸吊機構之構想設計…………………………………...61
5.2 後懸吊機構之構想設計…………………………………...65
5.3 車把調整裝置之構想設計………………………………….....67
5.3 座椅調整裝置之構想設計………………………………….....73
第六章 具體化設計…………………………………………………..81
6.1 形態學矩陣法………………………………………………...81
6.2 二輪自行車系統解之合成…………..…………………….....82
6.3 具體化合成步驟…………….………….…………………….91
6.4 實體繪圖與模型製作….………….………………………...102
第七章 結論與建議……………………………………………….109

參考文獻………………………..……………………………………111
附錄一 自行車座管長度(Seat Tube Length)之參考資料………….114
附錄二 拓樸學理論所合成之車架造型……………………….…115
附錄三 新型路跑、登山、休閒車架…………………………...126
附錄三 TRIZ理論之衝突矩陣表…………………………...135







圖 目 錄
頁次
圖2.1 達文西的自行車描述………………….…..…………………..7
圖2.2 自行車技術演進圖…………………….…..…………………10
圖2.3 自行車產品種類………….………………..…………………11
圖2.4 路跑車……………….………..………………………………12
圖2.5 登山車……………………………………………………...…13
圖2.6 休閒車……………………………………………...............…13
圖2.7 自行車基本組成圖…………………………………………...15
圖2.8 自行車技術系統圖………………………………….………..15
圖2.9 基本自行車型式…………………………………………...…16
圖2.10 傳動系統……………………………………….....………..…16
圖2.11 變速裝置…………………………………………...…………16
圖2.12 車輪系統……………………………………………………...17
圖2.13 把手型式……………………………………………………...17
圖2.14 前叉型式……………………………………………….……..18
圖2.15 制動裝置……………………………………………………...18
圖2.16 專利搜集車架外型…………………………………………...19
圖2.17 自行車前後三角車架………………………………………...20
圖2.18 避震車架……………………………………………………...21
（a） 四連桿式避震車架……………………………………...…....21
（b） 六連桿式避震車架……………………………………...….....21
圖2.19 避震前叉……………………………………………………...22
（a） 四連桿式避震前叉……………………………………...…....22
（b） 六連桿式避震前叉……………………………………...…....22
圖2.20 豎管式避震前叉……………………………………………...22
圖2.21 伸縮式避震前叉……………………………………………...22
圖2.22 座椅調整機構………………………………………………...23
（a） 腳踏車之座椅調整桿….………………………………...…...23
（b） 自行車之座椅………….………………………………...…...24
圖2.23 把手調整機構………………………………………………...24
自行車之把手調整裝置………….……..…..…………...…..24
圖2.24 鑽石結構車架與所受之作用力……………………………...25
圖2.25 路跑車之特色………………………………………………...27
圖2.26 登山車之特色………………………………………………...27
圖2.27 休閒車之特色………………………………………………...28
圖3.1 二輪自行車之系統化設計程序…………………...…...…….30
圖3.2 人車介面待確定之相關尺寸………...…………...………….31
圖3.3 自行車人機介面區域圖……………………………………...32
圖3.4 系統化機構創造設計程序之流程圖…......…...……………..34
圖3.5 TRIZ發明問題解決理論之流程圖…........….....……………35
圖3.6 型態學矩陣表格………...……………...……...……………..36
圖4.1 鑽石型自行車架………...……………...……...……………..38
圖4.2 自行車架簡圖………...……………...………...……………..38
圖4.3 車架拓樸構造簡圖……...…………...………...……………..38
圖4.4 利用「節點滑移」之概念進行車架的構想設計...…………..38
圖4.5 第一層前三角車架合成程序……......………...……………..39
圖4.6 根據H03、H05、H08合成3型新的前三角拓樸構造………..40
圖4.7 H02合成5型新的前三角拓樸構造….………………...…...41
圖4.8 H04合成5型新的前三角拓樸構造………..……..…....…...41
圖4.9 H06合成4型新的前三角拓樸構造……………….…...…...41
圖4.10 H07合成5型新的前三角拓樸構造...……………………....42
圖4.11 H09合成4型新的前三角拓樸構造….………………...…...42
圖4.12 H10合成4型新的前三角拓樸構造………….…….…...…...42
圖4.13 H01所合成之前三角拓樸構造………………………….…..43
圖4.14 H01所合成之前三角構造……………………………….…..44
圖4.15 第一層後三角車架合成程序…………………………….…..45
圖4.16 根據D03、D05、D07合成3型新的前三角拓樸構造…….45
圖4.17 D02合成5型新的後三角拓樸構造….………………...…...46
圖4.18 D04合成5型新的後三角拓樸構造………..……..…....…...46
圖4.19 D06合成4型新的後三角拓樸構造……………….…...…...47
圖4.20 D08合成5型新的後三角拓樸構造...……………………....47
圖4.21 D09合成4型新的後三角拓樸構造….………………...…...47
圖4.22 D10合成4型新的後三角拓樸構造….……….…….…...…..48
圖4.23 D01所合成之後三角拓樸構造……..…..……………….…..48
圖4.24 D01所合成之後三角構造……………………………….…..49
圖4.25 前後三角車架合成時同構情形……………………………...50
圖4.26 拓樸構造不合情形…………………………….......................51
圖4.27 H01車架所合成之車架………………………………….…..52
圖4.28 H07所合成之車架………...……………………………..…..52
圖4.29 H16所合成之車架……………………………..………..…...52
圖4.30 具有後懸吊功能之車架概念…………...………………..…..53
圖4.31 後三角車架座支桿釋放之設計…..………………...........…..53
圖4.32 路跑車架子系統解…..…………………………...…………..54
圖4.33 剛性登山車架子系統解…..………………………………….55
圖4.34 避震登山車架子系統解…..………………………………….55
圖4.35 剛性休閒車架子系統解…..………………………………….56
圖4.36 避震休閒車架子系統解…..………………………………….56
圖4.37 市面車廠現有18型車款.……………………..................…..58
圖4.38 對應圖4.37現有車廠現有18型車款之構造圖集.….............59
圖5.1 避震前叉專利申請分佈圖…...............…...……...…………..61
圖5.2 可用運動鏈………………...……………..…………………..63
圖5.3 前懸吊機構的構想創新設計過程...……………..…………..64
圖5.4 前懸吊機構構想設計之機構簡圖...……………..…………..65
圖5.5 後避震方式…...............…...……...…………………………..65
圖5.6 後懸吊機構的構想設計簡圖...…...……...…………………..66
圖5.7 現有車把調整方式...…...……...……………………………..67
圖5.8 自行車車把結構...…...……...………………………………..68圖5.9 運用NO.12原理-方案一..…………...………...……………..69
圖5.10 運用NO.17-1原理-方案二…………………………………..72
圖5.11 運用NO.17-2原理-方案三…….........………...……………..72
圖5.12 運用NO.17-3原理-方案四…….........………...……………..73
圖5.13 現有座椅調整方式………...............…...……...……………..73
圖5.14 自行車座椅結構………………...……………..……………..74
圖5.15 運用NO.12原理-方案一…………….………...……………..77
圖5.16 運用NO.17-1原理-方案二…………………………………..77
圖5.17 運用NO.17-2原理-方案三…………………………………..78
圖5.18 4-1型後懸吊機構…………………………………………….79
圖5.19 6-1型後懸吊機構…………………………………………….79
圖5.20 6-3型後懸吊機構…………………………………………….79
圖5.21 6-4型後懸吊機構…………………………………………….79
圖6.1 構想設計著重之設計部位…………………………………...82
圖6.2 Giant TCR 車款……………………………………………...86
圖6.3 市面輕便車款………………………………………………...87
圖6.4 Top IMAGE車款……………………………………………..88
圖6.5 Terk車款……………………………………………………...89圖6.6 Merida車款…………………………………………………...90
圖6.7 Goant Revive車款…………………………………………....91
圖6.8 後輪軸………………………………………….......................91
圖6.9 輪距…………………………………………...........................92
圖6.10 輪徑…………………………………………...........................92
圖6.11 鏈止距與五通管高…………………………...........................92
圖6.12 頭管角…………………………...............................................93
圖6.13 座管角…………………………...............................................93
圖6.14 跨下高………………………...................................................93
圖6.15 座管長………………………...................................................94
圖6.16 車架型式……………………...................................................94
圖6.17 偏距……………………...........................................................94
圖6.18 前叉型式………………...........................................................95
圖6.19 後懸吊機構型式………...........................................................95
圖6.20 把手與座墊型式………...........................................................95
圖6.21 五款路跑車系統解之線性組合圖….......................................96
圖6.22 五款剛性登山車系統解之線性組合圖…...............................97
圖6.23 五款避震登山車系統解之線性組合圖…...............................98
圖6.24 五款剛性休閒車系統解之線性組合圖…...............................99
圖6.25 五款避震休閒車系統解之線性組合圖….............................100
圖6.26 建立繪圖區之參考座標系統….............................................103
圖6.27 構件之間干涉與空間層配的關係….....................................104
圖6.28 路跑車之設計….....................................................................105
圖6.29 剛性登山車之設計….............................................................105
圖6.30 避震登山車之設計….............................................................105
圖6.31 剛性休閒車之設計….............................................................106
圖6.32 避震休閒車之設計….............................................................106
圖6.33 繪製零組件件形狀圖之畫面….............................................107
圖6.34 加工模擬畫面…...................................................108
圖6.35 二輪自行車模型圖…....................................................108

表 目 錄
頁次
表3.1 市面自行車相關尺寸一覽表………………………….……32
表5.1 手把調整所涉及到的參數轉換成標準的39個工程參數.…..69
表5.2 衝突矩陣表…………………………………………………….70
表5.3 可行的建議原理……………………………………………….70
表5.4 座椅調整所涉及到的參數轉換成標準的39個工程參數.…..75
表5.5 衝突矩陣表…………………………………………………….75
表5.6 可行的建議原理……………………………………………….76
表6.1 構想設計之型態學矩陣…………………………….………83
表6.2 各構想設計之機構解法…………………………….………83
表6.3 路跑車系統解之型態學矩陣…………………………….…86
表6.4 剛性登山車系統解之型態學矩陣………………………….88
表6.5 避震登山車系統解之型態學矩陣………………….………88
表6.6 剛性休閒車系統解之型態學矩陣……………….…………90
表6.7 避震休閒車系統解之型態學矩陣……………….…………90
表6.8 五款車型之創新性評價…………………………………..101

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