介�����相�的益智�品

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B94611021 �淳皓

再以�校��重寄一次 看�次是否仍有����

From: �淳皓 [mailto:dannychang.koala@gmail.com]
Sent: Monday, June 04, 2007 9:41 PM
To: 'martinfon.talks@blogger.com'
Subject: 介�����相�的益智�品

　不知各位同���次杜�花�����展出的自���玩具有�有印象，那一�用�架和螺��成，�以有��控器�控的模型，走起路�的�子就像一只螃蟹，如果你有印象�且感�趣的�，那你可以去以下介�的�站

　

　大人的科�　http://otonanokagaku.net/

　�是由日本��研究社「The Mechanical Animal Series」仿照生物��，��合�代�控技�所做成的＂玩具＂，杜�花�上���展示的是＂螃蟹＂（Mobile01介�），其�容物可�前面的介��站看到，未��前的零件可看出�多�的��，�一系列的�品特色就是�生物的某些��加以�化，再以����模��些���使其�作。

　不��一套�近2000 up台�的玩具可能在��上就令你�步了，但�灰心，日本��研究社也有出一系列精�版的小模型，大人的科�-扭蛋版（mobile01介�），甚至，自己也可以用�克力或厚�板��作自己的��模型。

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手排的離合器

４
我是王啟維

另外手排最重要的離合器以下介紹：

離合器(Clutch): 離合器?嗯,光從字面上就可以看出有"分離"與"合併"的功能,它就是專司動力傳遞的接合或分離的裝置,也因此,只要是變速箱都會有它的存在,無論是手排還是自排!而手排變速箱所使用的是屬於"磨擦片離合器",利用磨擦片的磨擦來產生力矩,來傳遞動力;一片磨擦片與動力輸入端連接, 另一片與變速箱輸出端連接,當兩片緊緊接合時,動力就接通了,而兩片分開時,動力就切斷囉~~

開手排車時,入檔時必須踩最左邊的踏板-離合器分離,這時動力切斷了,於是我們可以換檔,入好檔位時,我們慢慢放開離合器的踏板,離合器片相連接,此時,我們右腳同時慢慢踩油們,車輛加速前進!離合器就是扮演動力傳遞與否的角色;也由於它是靠磨擦來傳遞動力,所以,久而久之離合器的磨擦片(離合器來令片)是會磨損而需要更換的,且強大動力輸出的引擎也需要摩擦系數更夠大的離合器來令片!所以當來令片抓不住飛輪時,飛輪可能空轉,動力無法順利傳遞,也就是動力不必要的漏失掉了,那就要換離合器來令片了;此時,常見的現象有:換檔時不再那麼俐落.直接,出入檔位不順,或離合器踏板的行程變長了(就是左腳踩離合器踏板時,腳放的時候要比以前抬的更高才行)

這時大概就是離合器來令片的壽命差不多囉,當然,來令片壽命長短這跟駕駛人的開車習慣有很大 的關係,如常重踩油門者,或離合器片未完全分離就換檔者.....

三.齒輪比(Gear ratio)的意義與重要性:
變速箱的重要動作就是更換不同的齒輪組合,我們可以藉由撥動手排檔的檔位來改變齒輪的相對位子,藉著不同齒輪間的咬合與連接,以達到變換"齒輪比"的目的,完成我們換檔的目的!

就像我們騎變速腳踏車時,撥動手把上的變速器的道理是一樣的無論是手排還是自排,都有變換齒輪組合以達成更換齒輪比的動作,而『齒輪比』我們定義成: 被動齒輪的大小(半徑)/驅動齒輪的大小(半徑)";我們以一台'99 Acura TL 2.5 V6的汽車來舉例: 這台車有1490kg重,VTEC設計的它有200hp/6200rpm與24.5kgm/4600rpm的動力性能,原廠提供的齒比資料是:

一檔(1速)是2.534;二檔(2速)1.502;三檔(3速)是0.947;四檔(4速)是0.632;而倒退檔是1.846;就一檔而言:2.534就是被動齒輪的大小(Output)/驅動齒輪的大小(Input)是2.534。

因此, 如果以一檔而言,當引擎在4600rpm時有24.5kgm的扭力值,此時(4600rpm),真正推動車身上的扭力就是:24.5kgm*2.534=62.08kgm;以四速變速箱而言'99 TL的齒比是很普遍化的例子! 我們再看看另一部車Peugeot 206 1.4它的一檔齒比是3.418,二檔是1.810,206 1.4 手排是五檔位的設計,當206由一檔換到二檔時,它的齒比上的落差就有些大了,應此換檔的頓挫感 應該會比較明顯!

但是,206在一檔時高達3.4的齒輪比,原廠的用意就相當明顯:起步時會很有力!在市區行駛, 走走停停的,這樣的設計是有助於起步衝刺;而各檔位的齒輪比或檔位間齒比的差異,再再都是影響車子的運動性能,如低檔的高齒比是為了扭力,而高檔(四檔或五檔)的低齒比就是為了高速行駛與引擎極速的發揮了;再加上又要考慮換檔時的動力差異不致於過大,那到底要如何設定齒輪比呢?因為齒比過高,就轉的慢;齒比太低又有扭力不足的可能,又不能各檔齒比差異過大。

怎麼辦呢?嗯,你一定想的到:那就發展更多的檔位囉!如TL的檔位只有四速而已,如果再加入一個檔位,那一檔(1速)的2.534就可以再高些,那末檔位第五檔就可以再比0.632再低一些些, 且各檔間也可以調整成更縝密的齒比變化!而緊密的齒比變化就是動力銜接順暢,拉轉速換檔快速的優點,因此,高性能車款都是採多檔位且緊密度良好的變速箱,如:五檔位的自排變速箱, 或六檔位甚至於七檔位的手排變速箱! 同樣的道理,市面上也有更換變速箱齒輪比的套件供車主使用,如果希望低檔位扭力再高一些就把齒輪比改的大一些;如果車主希望在尾速的Top-speed再加以突破的話,就可以把高檔位 的齒比調的小一些,Of course,不能調的太離譜,小到扭力不足以驅動飛輪 以上是離合器和齒輪比的介紹。 Read more!

自手排的換檔

５
我是王啟維

這是補充一些我之前說過自手排的觀念
一台能"變速"的腳踏車,後輪換成大齒輪的檔位,不必花太大的力氣就能騎上坡,不過,你可得多踩幾下囉~~.....

Ya,利用齒輪來為我們作事,是日常生活中常碰到的設計;回憶一下國中時的理化教材,我們學過 一個很簡單卻很實用的公式:

大齒輪的半徑x大齒輪的轉速=小齒輪的半徑x小齒輪的轉速

換成另一的角度看,它就是一個"功(wrok)"的形式;我們腳踏車時所給我們的實際經驗就可以 體會的到,當我們想快速起步時,我們可以把前輪換成小齒輪,後輪換成大齒輪,這時我們就可以 輕易且快速的起步,however,隨時腳踏車速度的增加,我們會發現腳再怎麼用力踩,速度還是增 加的有限,這時候,我們可以變換後輪的齒輪由大換成小,再把前輪換成較大的齒輪,這時踏板 的感覺變重了,但是,不必像之前踩的這麼多圈,腳踏車的速度可以更快了.......

嗯,我想這是大伙騎腳踏車的共同經驗吧,同樣的道理,我們汽車在設計使用上時,並不是直接 把引擎的輸出接到傳動軸上,而是接到"變速箱"上面,再由變速箱的輸出軸接到傳動軸上輸出; 汽車在起步時,需要先克服靜摩擦力,然後再推動車身前進,這時是需要較大的扭力來幫忙的, 於是低檔位(一檔)時,是類似腳踏車起步的"前面小齒輪,後面大齒輪"的設計,當車速越來越快 時,我們不必需要這麼大的扭力輸出,在高速檔時,變速箱將換成類似騎腳踏車時的"後面小齒輪, 前面大齒輪"的設定。

現在先簡單的介紹"齒輪比"的定義:你可以想成是腳踏車的後齒輪 的半徑除以前齒輪的半徑;如下圖,右邊是我們腳去踏的地方,左邊是相當於腳踏車的後輪;而圖上面是我們快速起步時的齒輪狀態,下面的圖是我們"飆腳踏車"時的齒輪狀態!See? 腳踏車在起步時(上)與高速時(下)的變速設定。

利用不同的齒輪搭配,應付我們不同的需要,如載重起步或爬坡時,我們需要較大的扭力來使用, 所以,我們汽車也設計了"變速箱",供不同的狀況使用,就跟騎腳踏車時變速換檔的目的一模一樣:) 然而,哪個檔位跟引擎的輸出並沒有關係,例如:20.0kgm/2300rpm的扭力值,在一檔時,當轉速是 2300rpm時,引擎就是輸出20.0kgm的扭力;二檔時,引擎的轉速在2300rpm時,引擎還是一樣是20kgm 的扭力輸出;但是,真正出力在車輛上時,一檔時是"20.0"乘以"一檔的齒輪比",二檔時是"20.0" 乘以"二檔的齒輪比"......這些值將不是20.0kgm而已!

二.手排變速箱的基本構造: 變速箱發展至今,已經有手排檔,自動排檔的設計,其中自排變速箱更發展出無段變速系統, 或手-自變速系統,然而,它們都一樣有共同的功能：

• (1)傳遞引擎的輸出動力
• (2)能變換齒輪 的組合以應付不同需求

現在我們來看看手排變速箱的基本構造:

• (1)變速箱輸入軸: 通過離合器,變速箱輸入軸跟引擎的曲軸連接在一起,它的功能就是輸入 引擎的動力!
• (2)變速箱輸出軸: 變速箱輸出軸和汽車的傳動裝置直接連接在一起,把動力輸出使用.
• (3)排檔機構(shifting mechanism): 這個機構就是整個變速箱功能的地方,它就是各種齒輪的地方,藉由不同的組合, 實現變速箱操作的目的!
• (4)同步器(synchronizing device): 同步器的目的是幫助變速齒輪能同步咬合,確保變速箱換檔操作時的平順. 其實,變速箱是一個精密度相當高且複雜的機械,直到今天,大多數的車廠是"不自己生產"變速箱的!

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減少齒隙的方法

５
B94611028 李儀珊

減少齒隙的方法可分為靜態與動態兩種：

靜態方法是指在調整齒輪組的齒隙後，齒輪位置固定的方法；動態方法是指為消除齒隙而對齒輪施加作用力，使齒輪保持在無齒隙狀態下運轉。

(1) 靜態方法

根據對齒輪做調整固定和對中心距做調整固定兩種方法的有無可以有四種組合

• I對齒輪和中心距離不做調整，在中心距離固定的條件下製造出可以達到最小程度齒隙的齒輪。
• II在固定中心距離下讓齒輪咬合後，在將齒輪的齒隙條小然後再將齒輪固定

　調整齒輪齒隙的方法有下列三種

• １將兩片相同的齒輪重疊後,讓其中的一片沿迴轉方向錯開，將齒隙填滿後固定此兩片齒輪。
• ２將兩片相同代有螺旋角的齒輪，如螺旋齒輪等相互重疊後，將其中的一個沿軸向移動，將齒隙填滿後固定兩片齒輪。

(圖一)


III不調整齒輪，而在中心距離可以調整的構造中，將齒隙調整到需要的程度後，再將中心距離固定的方法。

調整中心距離的方法有下列兩種：

• １平行移動方式：將齒輪研中心距離減少的方向平行移動，調整到需要的齒隙後，再將中心距離固定。
• ２旋轉移動方式： 利用與齒輪不同心之偏心懸臂機構，以偏心的懸臂為中心旋轉齒輪，調整到需要的齒隙後，再將懸臂位置固定。

受偏心量大小的影響，旋轉移動的方式的構造會有不同

(圖二)



IV這是調整齒輪與調整中心距離同時並用的方法，由於單項調整就足以因應，所以同時並用的方法幾乎不被採用 。



(2) 動態方法

這種強制去除齒隙的方法，基本上與(1)中所述的調整．固定方式相同。強制實施(1)方式的調整，即是所謂(2)動態方式，這種方式，分為調整齒輪強制去除齒隙和調整中心距離去除齒隙的兩種方法。

• I調整齒輪強制去除齒隙的方法：這種方法是在圖一所示方法II情況下，利用彈簧等的力量，將齒隙強制去除的方法。
• II調整中心距離強制去除齒隙的方法： 這種方法是在圖二所示方法III的情況下，利用彈簧等的力量，強制去除齒隙的方法。

這種彈簧等強制力Ｆ的大小，需要大於加諸齒的力Ｆ1和摩擦力F2的和


F>F1+F2


強制力F太小的話，無法達到除去齒隙的目的，相反地，如果太大的話，齒輪的預壓會過大，對於齒輪 的磨耗及壽命會有不良的影響，在使用強制方法除去齒隙時，必須連同預壓一併列入齒輪的設計計算中。

(3) 雙導程蝸桿副

使用雙導程蝸桿是減少齒隙的方法之一，例如滾齒機的Master worm等，用在精度要求高的地方

下圖為雙導程蝸輪組的示意圖


雙導程蝸輪蝸桿的左面節距PL和右齒面節距PR不相等



上圖之例為PR＞PL。與之咬合的蝸輪，是用與雙導程蝸桿同樣，左右齒面的節距分別為PL、PR之滾齒刀切削出來的。在上圖的情況下，由於蝸桿的齒厚由左到右逐漸變厚，所以將蝸桿沿軸方向左右移動調整，即可得到所要求的齒隙 Read more!

凸輪進階的應用

４
B94611028 李儀珊

上了一學期的機動學
學會了大部分基本原理後
我們可以試著去閱讀理解一些目前其在科技上的應用及研究
以增加自己的知識並學以致用

下面這個網址是由虎尾科技大學機械與機電研究所做的研究
凸輪控制系行星齒輪系
http://www.mscsoftware.com.tw/training_support/support/VPD_2005/final-stru3.pdf

這個機構是將凸輪及行星齒輪系兩個機械元件組合起來,
目前最主要的應用在影片的驅動上，
具有產生大範圍的便轉速輸出運動，具長時間的停留，
及較小加速度的間歇運動等特性

在這研究中我們可以看到他們運用最適合的公差合成
本研究中將運用最適當的公差合成和研磨凸輪槽、凸輪槽改良成錐形槽、使用高等級齒輪讓接觸面更平滑，
最後對系統做動平衡以降低因旋轉而造成之動搖力的方法，

使凸輪控制式行星齒輪系有良好的動態特性與傳動精度，降低因加工而產生的振動誤差，
並以 CATIA 繪出實體模型，以 ADAMS 模擬進行動態特性分析，之後做出實體驗證其可行性。

另外下面這篇文章是
SIEMENSS7-200在小型半自動車床上模擬電子凸輪的應用(簡)
http://www.cechinamag.com/Article/html/2007-05/2007531020735.htm

我們可以看到將傳統機械凸輪利用現今最先進的電子技術改進後
可以改善許多舊有機械所有的缺點，如噪音、易磨損等等
如此一來機械儀器的使用壽命能得以延長，使用起來也比之前更方便！

提供給大家做參考，希望對大家有幫助

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幾個連桿組的應用模擬圖

５
B94611028 李儀珊

這些是我逛網頁偶然發現的

主要是一些連桿組的運用的動畫模擬

希望對大家會有幫助

卡片，紙張等薄物之供給裝置

從圖中可以看到藉由左邊綠色圓圈的上下運動來帶動其他的連桿運作

可將左上方的紙張或卡片等一張張的取下

在2處近似停留的連桿機構動畫

由圖片可以明顯的看到，左側的桿為驅動桿以逆時針方向運轉帶動，

藉由中間支撐的桿傳動，可使右邊之連桿轉動時在其中２處呈現停留狀態

直線運輸

藉由下方驅動軸的帶動運轉牽動平台的運動，注意到平台皆是作平移運動並不會產生旋轉傾斜

如此可以能規律地推動物體前進

機器腳

上圖的機器腳是由下面的六連桿裝置所運作

http://www.mes.musashi-tech.ac.jp/edu/kikogaku/6setu.html

此圖是以成人男性的腿部的長度做為參考，進行人的腿部的大腿部，小腿部及踝的運動模擬的平面6連桿機構．
圖中的紅桿是驅動桿以順時針迴轉帶動，由白色的原點可清楚的看出膝部與足部的運動軌跡

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齒輪的運作模擬及製程影片

５
B94611028 李儀珊

最近這幾次的上課主要是介紹齒輪

齒輪的種類眾多，且其功用大不相同，應用廣泛

之前在上課的時候，僅看課本上的平面圖，較難去想像齒輪其運轉的詳細情況，

所以這幾天上網搜尋是否有模擬動畫圖可以作為了解的輔助工具

以下是日本一家齒輪製造公司ＫＨＫ所製作的Flash動畫

以汽車為例，說明內部各種齒輪的運轉情況，希望能對大家有所幫助

http://www.khkgears.co.jp/gear_technology/sample_gears/gear_sample.html

此外這是同一家公司所製作的標準齒輪的製作過程影片

http://www.khkgears.co.jp/tw/gear_technology/virtual_tours/make_gears.wmv

裡面介紹各類齒輪的生產線製程

從之中可以看到各種精密的加工及檢測儀器以及各種切削技術

我覺得拍的非常棒，提供給大家參考

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飛機引擎與汽車引擎的差異

３
B94611036 黃君席

老師您好，很抱歉我6/3貼的兩篇文章忘了要留學號姓名
ㄧ篇是"直列引擎、V型引擎、水平引擎的差異"
ㄧ篇是"推薦matlab好書!! "

飛機引擎是以壓縮空氣向後排出造成向後的反作用力.使飛機前進,而飛機的推進系統常見的有「往復式內燃機」和「渦輪引擎」二類。

　「往復式內燃機」是最傳統的飛機動力源，萊特兄弟的第一架飛機就是採用四衝程的內燃機。通常是使用螺旋槳把往復式內燃機的輸出馬力轉變成推進力。「渦輪引擎」可分為
:「渦輪噴射」、「渦輪扇噴射」和「渦輪軸引擎」三大類。

　　往復式內燃機和汽車、機車使用者的原理相同，除了模型飛機之外，絕少使用二衝程引擎者。四衝程引擎分為進氣、壓縮、爆炸、排氣四個衝程，其原理在今日已成常識，不多說明。「渦輪引擎」由前面吸入空氣，經由壓縮器增壓之後，即將油與氣混合並於燃燒室引燃。燃燒後的高溫排氣流經渦輪產生轉動的力量，此力量經過傳動軸去驅動壓縮器。此時排氣仍含有甚多熱能，即經由噴嘴高速噴出，依反作用定律產生推力。上述為「渦輪噴射引擎」。

　　扇式噴射是把壓縮器或渦輪葉片延長成為類似較短的螺旋槳葉片。壓縮器葉片延長者叫作前扇式，渦輪葉片延長者叫作後扇式。

汽車引擎是使用輪軸轉動使車子前進,而引擎是汽車的動力來源，汽車四行程引擎必需先將適當比例的燃料與空氣之混合汽(柴油引擎為定量純空氣)吸入汽缸中（進氣行程），然後將其壓縮為高溫、高密度的混合汽或噴射高壓柴油後（壓縮行程），經火星塞點燃，燃燒的氣體急劇膨脹，推動活塞在汽缸中做往復式的直線運動，產生動力（動力行程），最後將燃燒後的無用廢氣自汽缸排出（排氣行程）此一由進氣、壓縮、動力到排氣的行程週而復始且連續不斷，形成循環(cycle)，其所產生的動力經連桿傳遞到曲軸，配合方向控制系統，即可帶動汽車前進或後退。

往復式引擎的基本構造除前述活塞（piston）、連桿（connecting）及曲軸（crank
shaft）外，最主要的是汽缸和汽門。汽缸本體為正圓筒形，因其中有活塞高速往復運動，故通常採用鎳鉻合金鑄鐵以離心澆鑄法內外精密加工，使其耐磨且耐高溫，又可分為乾式及濕式二種，一般來說，汽油引擎大多使用乾式缸套，磨損時經由搪缸即可再使用；但使用於大型柴油引擎車輛或少部份小型車輛（如標緻及雷諾等）的濕式缸套一旦汽缸磨損，通常不搪缸，而直接更換新品。雖然三缸（汽缸）引擎在大慶、大發等小馬力汽車上仍然可見，但多數小型汽車均採用四缸式引擎，至於汽缸的排列方式又可分為直列、水平相對及V型三種，而以直線排列最為常見，少數進口車（如通用及雪佛蘭等）則採用水平對臥方式；
V-6及V-8車輛的汽缸則採V型排列方式。整體來看，汽車的汽缸數愈多則引擎動力輸出愈平順，馬力及扭力也更為提昇，故V-6引擎已漸為小型車輛採用。

凸輪軸的主要功用除控制進、排汽門之開閉外，並可藉由軸上的齒輪驅動汽油泵、分電盤、機油泵等。早期引擎的凸輪軸通常裝在汽缸體內，使用汽門推桿來控制汽門之開閉，稱為OHV(Over Head Valve汽門頂上式)引擎，但因其有噪音較大的缺點，其後推出的OHC(Over Head Cam凸輪軸頂上式)引擎乃將凸輪軸裝在汽缸蓋上，由凸輪經搖臂控制汽門開閉，改善引擎性能；近年則更進一步省略搖臂，改用二根凸輪軸分別控制進、排氣門，使進氣更充份，排氣更順暢，此即所謂雙凸輪軸引擎（簡稱雙凸引擎或DOHC），也有汽車業者稱之為TWIN
CAM(雙凸輪)。

汽門是引擎機件中任務最艱鉅的，不但其本身最高溫度將近攝氏八百度（排氣閥門更需承受高達攝氏二千二百度以上的溫度），並需控制約三○至四○匹馬力和約五百公斤的氣體壓力，每小時進行數萬次的啟閉作用，因此通常使用　　為材質，早期四缸引擎車輛為八汽門（進、排氣閥門各半），近年來則以十六汽門為設計主流；多汽門引擎不但可提高進氣效率及促進排氣順暢，其與雙凸輪軸配合，更使引擎性能大幅提昇，而使駕駛人更能得心應手，享受駕駛的樂趣。

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作業十二動畫製作分享

５

我是生機二 b94611040 廖婉婷

關於這次作業十二最後一題

要我們將兩齒輪運轉繪製成動畫

雖然講義上已有move2_gear.m

可直接輸入函數就有動畫產生 : move2_gear(Dpitch,nn1,nn2,phi,omega1)

但我想分享另一個作法

也就是延續前一題繪製兩輪接合情形

改寫老師講義上的draw_gear函式做成動畫

以下為函式內容(附說明):

function [coords]=move_gears(Dp,N,phi,range,x0,y0,k)
%Input:

%Dp= 節徑
%N= 齒輪數
%phi= 壓力角
%range= 繪製範圍
%x0,y0= 齒輪中心座標
%新增變數k= 齒輪的起始繪製角度
[coord,theta,rp,rb]=tooth(Dp,N,phi);
coords=[];
range2 = range+k;
%因起始角度增加,range也要跟著往後移
%不然會出現在360度內齒數越來越少之情況
while k<range2
coord1=rotate2D(coord,k,x0,y0);
%如果將k改為-k;旋轉方向會相反
coords=[coords;coord1];
k=k+theta;
end
plot(coords(:,1),coords(:,2));hold on;
[coord]=bushing(rp/8,x0,y0);
plot(coord(:,1),coord(:,2),'b-');
[coord]=bushing(-rp,x0,y0);
plot(coord(:,1),coord(:,2),'r:');
[coord]=bushing(-rb,x0,y0);
plot(coord(:,1),coord(:,2),'b:');
axis equal;

接著以move_two_gears函式呼叫
以繪製兩個齒輪
function A=move_two_gears(Dp,n2,n3,phi,k)
%Inputs:
%Pd= 徑節;
%N1,N2= 兩輪齒數;
%phi= 壓力角(deg);
%新增函數k= 起始繪製角度;
[coords]=move_gears(Dp,n2,phi,360,0,0,1.6*k);%第一個齒輪設定中心在(0,0)
[c_ratio,c_length,ad,pc,pb,r2,r3,d2,d3,ag]=contact_ratio(Dp,n2,n3,phi);
%這一行是為了取出d2和d3兩個節圓直徑
x=d2/2+d3/2;
%兩齒輪節圓半徑合 為了作為第二個齒輪的中心座標
[coords2]=move_gears(Dp,n3,phi,360,x,-0,360/n3/2-k);
%第二個齒輪設定中心在(x,0)
%並且旋轉一起始角度(半個齒的角度)使得兩齒輪能契合
%需留意此處起始角度加上一負號
%因此兩輪才會是反向旋轉

執行程式:
for k = 0 : 360;
%以迴圈改變繪製起始角度以達動畫效果
title('b94611040-模擬兩齒輪運轉動畫') %標註
pause(0.08) %畫面停留時間
clf; %清除畫面
move_two_gears(8,30,48,20,k)
end;

重點在新增一輸入函數k做為齒輪繪製起點角度

如此,就可以得到跟講義move2_gear.m相似動畫了!

結果如下:

齒輪動畫

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水運渾象儀為原理

５
我是B94611033劉德一
大致上來說就是以水車為動力帶動齒輪裝置,以相思豆的數目來計時,由於其原理參考至我國古代水運渾象儀,故還找了些水運渾象儀資料,這是一項頗有趣的機構設計希望大家會喜歡.

相思豆計時儀之整體設計概念

圖5為 相思豆計時儀之整體設計概念示意圖。整體系統以恆定水流帶動「水車主軸」轉動，供應各機構所需動力。「供給機構」以每秒鐘一顆的速度，將相思豆掉入由「減速機構」和「下倒機構」組成的計時器中；計時器依分、刻、小時分成三層，藉由減速機構讓每層轉盤產生不同的旋轉速度，依分、刻、小時三種不同時間要求的旋 轉速度運轉，下倒機構則依分、刻、小時設定將相思豆逐層下倒，最後傾倒於底層之總收集桶中，「回收機構」再將最下層的相思豆送回供給機構，讓相思豆計時的 動作能持續的進行。

圖5. 相思豆計時儀設計佈置圖

3.第一代相思豆計時儀設計
在做相關子系統設計之前，首先隨機取樣50顆相思豆（如圖6）實際量測其尺寸，得知相思豆每一顆的平均重量為0.271g，而平均標準差是0.027g，長度為9.123mm，平均標準差為0.478mm，寬為6.043mm，平均標準差為0.264mm，此尺寸將作為各子系統設計之依據。
3.1 計時器設計
如前所述，計時器由「減速機構」和「下倒機構」組成，依分、刻、小時分成三層，藉由減速機構讓每層轉盤產生不同的旋轉速度，依分、刻、小時三種不同時間要求的旋轉速度運轉，下倒機構則依分、刻、小時設定將相思豆逐層下倒，最後傾倒於底層之儲存槽中。
為求一次輸出有分、刻、小時，60:15:1的減速比，且動力由同一軸輸入，首先設計了如圖7之概念，使用行星式齒輪來達成多層減速比，且動力由同一軸輸入。但由於體積過大，且製作與加工上成本過高，所以放棄此設計概念。



圖7. 太陽行星齒輪

為讓相思豆計時儀三層轉軸圓盤達成分、刻、小時轉速比為60:15:1的高減速比，且而為了要有效地配置空間，第二代設計概念減速機構使用蝸桿搭配蝸齒輪。圖8為減速機構示意圖，主軸末端連接水車，再由蝸桿蝸齒輪或是傘齒輪的搭配，分、刻、時這三種不同轉速的軸可以達到相對的轉速比，同時將動力的傳遞轉了九十度。圖中可看到，帶動第二、三層，「刻」和「小時」兩圓盤的這兩個軸採用蝸桿蝸齒輪組，以提供高減速比以及較高的動力。而在帶動第一層「分」圓盤的這一個軸，使用傘齒輪來將動力源做九十度的垂直傳遞。



圖8. 減速機構各層輪軸示意圖

圖9是下倒機構示意圖，主要功能是為了讓每一層的相思豆能夠順利的從上一層到達下一層。下倒機構主要是由一個儲存相思豆的容器和有著開關卡筍的容器蓋子所組成，圖10是 下倒機構和減速機構間的觸發介面，在平常底蓋卡筍頂著圓盤底層，所以桶子是關著的，相思豆不會掉下來。而等到減速機構帶動圓盤凹槽轉到開關卡筍的位置，底 蓋卡筍沒有被圓盤底層卡著，且此時容器裝滿沈重的相思豆，所以底蓋就會順勢打開，如此及可以讓上層的相思豆倒到下層的容器裡。之後開關卡筍順著凹槽的導軌 回到圓盤蓋底即可以將容器蓋子關起來。

為了節省空間的配置，圖9中下倒相思豆的桶子都設計在同一個平面上，而且將桶子配置成一直線，讓下倒的相思豆能動得更加流暢。圖11所示為了將桶子佈置在同一直線，所以將第二層和第三層的底蓋卡筍用一個連桿拉了出來，但是桶子蓋子作動的方式還是相同。




圖9. 下倒機構示意圖





圖10. 下倒機構和減速機構間的觸發介面






圖11. 第二、三層下倒桶連桿示意圖

3.2 相思豆回收機構設計

回收機構主要功能在將最下層的相思豆送回供給機構，讓相思豆計時的動作能持續的進行。圖12為回收機構設計示意圖。如圖所示，相思豆逐層下倒，最後傾倒於底層之總收集桶中，傳輸用桶子由馬達帶動傳動輪下降，觸發下倒卡筍後（如圖13），總收集桶中的相思豆倒到傳輸用桶子中，再由馬達經行走軌道將傳輸用桶子拉回上端，觸發卡筍後打開蓋子（如圖14），將相思豆經斜板倒入供給機構，完成循環。




圖12. 回收機構設計示意圖




圖13. 回收機構下端設計示意圖



圖14. 回收機構上端設計示意圖


3.3 相思豆供給機構設計

供給機構主要功能在以每秒鐘一顆的速度，將相思豆掉入計時器中。圖15為供給機構設計示意圖。如圖所示，以固定軸為中心的旋轉鼓，四周配置60個凹槽；當鼓旋轉時會順勢將上方漏斗的相思豆帶到出口處落下，而只須設定旋轉鼓旋轉的速度為每分鐘一轉，就可以控制以每秒鐘一顆的速度，將相思豆掉入計時器中。




圖15. 供給相思豆機構


3.4 整合與測試

接下來我們製作了第一代相思豆計時儀原型，進行整合與測試。圖16為相思豆計時儀主體，圖17為減速機構，圖18為計時機構主體，圖19為供給機構，圖20為回收機構。經過與觀想公司討論過後，觀想公司接受本設計的想法，並希望將此模型放大。同時在測試過程中發現以下問題：
(1) 相思豆容易在供給機構的漏斗中卡住。
(2) 下倒機構卡筍的觸發經常不順暢。
(3) 回收機構使用傳動輪與纜線，容易打滑且剛性不足。




圖16. 相思豆計時儀主體




圖17. 減速機構




圖18. 計時機構主體




圖19. 供給機構




圖20. 回收機構

資料來源: http://140.138.138.110/article/articles/design/(2003-10-27)%20%AC%DB%AB%E4%A8%A7%ADp%AE%C9%BB%F6%AD%EC%AB%AC%B3%5D%ADp.htm
作者：謝佩均、曾梓松、蔡宗成(2003-10-25)推薦：徐業良(2003-10-27)

水運渾象儀:
水運儀象台之結構分析
蘇頌的水運儀象台可以說是一座自動化的天文台，全部結構可以分成三層，上層是渾儀，中層是渾象，下層則是計時系統與動力系統，它利用水力來帶動報時系統、渾儀及渾象這三樣東西，使它們能均勻轉動。






運轉原理

打水系統:
整個水運儀象台的打水系統是由下列這幾個部份構成：河車、昇水上輪、昇水上壺、昇水下輪、昇水下壺。

首先，將昇水下壺裝滿水轉動河車同時帶動昇水上輪及昇水下輪，將水由下往上逐漸昇高灌入天河中<圖一>。




(圖一)轉動河車，竹斗便可汲水
天河會將水注入天池中，天池是一個蓄水池，天池中的水會定量地流入在它下方的平水壼<圖二>，平水壼的下方設有泄水管以及固定口徑的壼嘴，用來保持固定的水位高度和流量，平水壼的水會注入樞輪上的受水壼。



(圖二)平水壼能使水流平穩
輪軸是一個直徑２．９９公尺的大轉輪，在上面均勻放置了３６只受水壼，當平水壼的水注入其中一只受水壼的時候會造成樞輪兩邊重量不平衡因而造成樞輪的轉動，樞輪一轉動原來有水的受水壼內的水就會傾倒下來，使水落到下方的退水壼裡，而平水壼的水就會再注入另一個受水壼中，然後又再產生重量不平衡而使樞轉又轉動，樞輪就這樣週而復始不間斷地轉動。而樞輪轉動後又會帶動一系列齒輪的轉動，使整座水運儀象台運轉起來。

擒縱系統:
由於樞輪一轉動並不能保證平水壼的水一定能穩定地注入受水壼中，所以必須有一種裝置保證這種情況一定發生，這種裝置稱為「天衡」也就是「擒縱裝置」。
在受水壼的下方有二組槓桿裝置，其中一組的二端分別是樞衡與格叉，另一組則是樞權與關舌<圖三>。



(圖三)
1:格叉
2:關舌

格叉是用來頂住受水壺的活動橫桿，當受水壺所承受的水重量大於另一端用以平衡重量的樞衡時，格叉便被扳下使得受水壺下傾，而壓下啟動機件─關舌。關舌乃經由「天條」連結位於樞輪上方之「天衡」。當受水壺下傾，壓下關舌時，<圖四>天條帶動天衡而打開「左天鎖」<圖五>。



(圖四)

關舌被壓下而牽動天條



(圖五)
1:天條
2:左天鎖

「左天鎖」是用來阻止樞輪向前轉動的卡軋，此時受水壺內剩餘的水，藉著重力加速度，牽動已鬆開的樞輪，樞輪即往前轉一輪輻，而此壺中的水也同時落入退水壺中。完成上述步驟時，下一個受水壺隨即降至格叉上，此時，左天鎖再度關上，以停住樞輪，並以右天鎖防止樞輪因反作用力而反轉。待受水壺滿水下傾時，壓下關舌，再開始一連串的擒縱動作，如此周而復始使水運儀象台運行不已。整座水運儀象台就是靠著平水壼流出固定水量的水流而以等速均勻的方式一直間歇地運轉不停，所以水力是水運儀象台的動力來源，它帶動齒輪運轉，使整座天文鐘活動起來。
結構圖



傳動系統:

天柱」為傳動系統之主軸，由同貫一中心軸的三個齒輪：天柱下輪、天柱中輪與天柱上輪所組成。當樞輪運轉時，軸心尾端的齒輪隨之運轉，牽動與之囓合的天柱下輪而轉動整支天柱。此時，天柱之中輪又牽動另一軸上的撥牙機輪(大齒輪) <圖七>，使得「晝夜機輪」轉動及同貫一軸的「渾象」開始運轉。天柱上輪亦同步帶動「渾儀」上的三辰儀使其運轉。整座水運儀象台就因此而同步轉動起來。



<圖七>
1:天柱中輪
2:撥牙機輪

資料來源:http://web2.nmns.edu.tw/Web-Title/china/A-1.htm

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電梯相關機構

５
我是B94611033劉德一
以下為我找到的一些電梯相關機構
是有關電梯門開關及防墜落裝置的
至於電梯的原理應該不用發了吧,大家都知道



分析:

這是一個單純的搖桿滑塊運動,以搖桿驅動,經由連結桿連接滑塊,帶動電梯門開關




分析:
這個裝置主要由四個可活動連桿及一個彈簧所構成,當軸心快速轉動時,此裝置隨軸心轉動,位於外側的兩連桿端點,由於受離心力的作用,受到一向外的力,此力再藉連桿壓迫彈簧,達一定速度時,彈簧被壓縮,端點向外移動,當勾到外側的溝槽時,此軸心立即停止轉動,達到防墜落的目的.


<object width="425" height="350"><param name="movie" value="http://www.youtube.com/v/ZmMhnBplBeM"></param><embed src="http://www.youtube.com/v/ZmMhnBplBeM" type="application/x-shockwave-flash" width="425" height="350"></embed></object>


分析:
此裝置工作情況,可分三個階段處理:

第一階段:
電梯斷落,由於下墜速度極快,左側紅線的裝置受到一向上的力.

第二階段:
左側裝置可驅動連桿運動,經中央兩條綠色連桿帶動右測裝置作對稱運動,此二裝置接著各驅動向下的兩條藍色及綠色連桿.

第三階段:
此裝置藍,綠兩連桿所受運動方向不同,藍色向上運動,綠色向下運動,此相對運動可帶動裝置夾緊中央鐵柱達到煞車的目的.

資料來源:http://www.sdwuye.com/Photo/wy/Index.html Read more!

齒輪逆止裝置

５
大家好
我是B94611033劉德一
這次我找到了一些齒輪逆止裝置的介紹,主要是應用在手錶上的,以防止發條上鍊後齒輪產生逆轉,有各式各樣不同的設計及原理,還有一些特別的齒輪組,如差速齒輪,複式齒輪(應該通通都是吧),有興趣的可以來看看喔

齒輪逆止裝置



止逆裝置的作用

止逆裝置包括俗稱的擋仔（上圖左紅圈處）與一條定位簧片（上圖右紅圈處），擋仔通常位於大鋼輪的齒輪旁邊，並藉由定位簧片的回彈力量，不斷地與大鋼輪的齒輪咬合發出輕微的聲響，聲音會隨著止逆裝置設計的不同而有差別，止逆裝置使得發條盒軸心得以單一方向旋轉上發條，換句話說就是發條不會逆向鬆開，總歸一句，擋仔與定位簧片的互補組合，目的就是讓發條上得更加穩定、牢靠。



圖文：小鋼輪蓋軸（紅圈處）呈特殊Y字形，定位簧片（A）設計成大曲線狀，並且位在大鋼輪之側。



圖文：在3/4夾板上露出大小鋼輪，它的定位簧片（A）位置是固定在小鋼輪一側，因此擋仔（紅圈處）與簧片的距離較短。

一、復古式止逆裝置設計
50、60年代對於止逆裝置的作法與目前標準作法最大的差異在於其定位簧片的位置是外露在大鋼輪之外。



圖文：每一個止逆裝置必定要定位簧片，定位簧片的功能在於承受擋仔回返的力量，它有時候被隱藏在大鋼輪之下，不過只要透過齒輪與擋仔間的縫隙仔細留意（如紅圈處），都可以看見呈粗細不等鋼絲狀的定位簧片的蹤跡。



圖文：圖左中可見新月狀的設計。(圖右）可以清楚地看見擋仔（紅圈處）與鋼絲狀定位簧片(A）的設計，它的鋼絲不是隱藏在大鋼輪內。

二、標準式止逆裝置設計
所謂的標準，應該說是能夠符合成本考量，以及製成的效率原則，因此我們可以看到標準式的設計將定位簧片設計成為粗細不等的鋼絲樣貌，有的是將其直接隱身於大鋼輪之下，有的是將纖細的鋼絲外顯，使用鋼絲的成本較低，缺點是一旦生鏽就容易發生斷裂。



圖文：條狀止逆裝置設計，其將一個條狀的鋼條做中間鏤空，然後將大鋼輪置入，在條狀的內部有一個銳角的設計可將狼牙狀的齒輪卡住。另外，右上圖的止逆設計與上述P.P約略同理，只是止逆裝置的鋼條是從大鋼輪底下穿過，穩定度相當高。



圖文：它的止逆裝置與其他設計不同的是，它將定位簧片與擋仔同製成一條鋼製的彈簧（如紅圈處）



圖文：它是兩個大鋼輪的設計（A、B），兩個大鋼輪意味具有雙發條盒及可雙向上鍊，當A大鋼輪與小鋼輪C咬合旋轉的同時，止逆裝置會使大鋼輪B停止動作，同理大鋼輪B亦然，雙向皆可上鍊，蓋軸周圍有齒輪，在大鋼輪與蓋軸之間有兩個擋仔與定位簧片。
資料來源:twforum.wwwmonline.com/viewtopic.php?=&p=14133

差動傘狀齒輪:
立體的差動齒輪連接發條盒輪齒與棘齒輪，與差速齒輪原理相同,中間齒輪隨軸中心旋轉,當兩邊齒輪阻力相同時,兩齒輪轉速與軸中心轉速相同,如果阻力不同,阻力大的轉速減慢,反之,阻力小的會加快轉速.




「萬向接頭」
錶背的上鍊孔與機芯內的五個夾板皆呈垂直，如果透過「Chock」在錶背上鍊，動能必須透過輪系傳輸到擺輪，此時兩相垂直的狀態下，「萬向接頭」（Cardan）就扮演了重要的角色，它可以允許各種方向的工具插入並且輸入動能。再者，我們可以從錶背上就可以看到一個呈現立體的微型傘狀齒輪，以這個齒輪為中介，垂直與水平兩種向的動能來源與去向，都將獲得方向的統整。

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