挑战杯立项申请书.docx

附件1编号： 重庆三峡学院学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛立项申报书项目名称：水陆两用自行车学科分类：科技发明制作申请人姓名：徐李申请人学院：机械工程学院申请人专业：机械电子工程申请人年级：2012级申请人学历：本科申请人电话请人E-mail：917350795毕业日期：2016年6月填表日期：2014年3月24日重庆三峡学院学生课外学术科技活动领导小组办公室 制重庆三峡学院学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛 立项申报书项目名称水陆两用自行车立项人姓名性别学历所 在 学院联系电话备注徐李男本科机械工程学作者陈其男本科机械工程学嘉宁男本科机械工程学松柏男本科机械工程学檄男本科机械工程学导老师姓名性别职称所 在 单 位联系电话备注宋渊明男高级实验师机械工程学目基本内容、现实意义、基本思路、可行性分析 一、项目基本内容及思路 1.传动方式我们的水陆两用自行车，在水上的动力提供是用链条传动，首先把脚踏板的运动传到后轮固有链轮上。我们用的是变速自行车，所以自行车固有的链轮盘有多个链轮阶梯，且链轮与链轮间距是固定的。我们再在后轮链轮上加引出一根链条带动阶梯轴上的链轮，阶梯轴上的链轮与阶梯轴通过焊接固定在一起的，可以一起正转或反转。那么脚踏板的运动就传到了叶轮上。叶轮既可以正传也可以反转，从而实现了在水上自行车的前进、后退功能。在链条传动中都是采用大轮带小轮，所以是增速传动，脚踏板转动一圈，叶轮转动3.8圈，这样可以得到更大的动力。叶轮安装在阶梯轴上作为动力装置，整体可绕自行车固有的后轮轴在一定角度范围内转动并且选定角度后可以进行固定，这样就可通过调整整体的叶轮装置的角度来调整叶轮的吃水深度，从而达到发挥叶轮最大效率的目的。 2.设计方案 2.1 动力结构本设计动力结构采用叶轮传动，组合之后形成的叶轮如图1所示，作为动力装置。 图1 2.1.1 轴的设计阶梯轴是提供动力的主要装置，同时也是本次设计的重要部分，所以对轴的要求较高，选取材料方面，我们通过比较选取45钢。(1)设计轴的长度根据自行车后架的宽度中间部分为150mm，所以固定阶梯轴的两轴架的宽度为150mm，轴架通过两个滚动轴承与阶梯轴连接，滚动轴承型号为6002，此型号的轴承宽度为9mm，阶梯轴安装轴承的两端外侧需要安装轴套、叶盘、螺母，螺纹线、叶盘宽度、轴套之和的长度为100mm，所以计算得到设计的阶梯轴的总长度为：L=150+9*2+100*2=368mm。(2）设计轴的轴径大小通过查阅资料和结合实际经验，得知人踩动脚踏板时使叶片打水产生的水的阻力使阶梯轴需要传递的转矩为T=4Nm，根据查询机械设计手册得知轴的许用应力为=40MPa，轴的长度为L=368mm，轴在全长上的扭角不得超过1，同时通过查阅相关设计手册，也可以得到轴的切变模量G=80000MPa。按照强度要求，应使 d=7.07mm按照扭转刚度要求，应使：因为轴的长度为368mm，在轴的全长上，。所以故该轴的直径取决于刚度要求，圆整后再结合实际为了安全考虑，为了加工方便选却12mm，所以最小直径是是12mm，用于安装叶片。安装轴承的直径为15mm，最大的直径为17mm，所以设计尺寸如下图2所示。 图2 叶轮的固定采用45钢材料扁平形状的钢材固定，为了拆卸方便，分成两片连接，设计拨叉如图3所示、轴架如图4所示。 图3 图4 图5 为了将叶轮安置在阶梯轴的两端，呈对称结构，将设计套筒如图5所示，一端顶在轴承处，一端顶在叶轮内侧，确保个各部分装配的稳定性，装配图如图6所示 图6 2.2 链传动链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。链传动是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动，比较适用于本设计的叶轮与链轮传动装置中。2.2.1传动比 前链轮齿数：40中链轮齿数：主动轮：18；传动轮：24后链轮齿数：14前链轮与中链轮（自行车后轮固有链轮）传动比：i1中链轮与后链轮传动比：i2自行车传动比：i3计算：i1=40/18=2.22i24/14=1.71自行车传动比：i3= i1 *i2 =3.8即：自行车脚踏板转动一圈，动力装置的叶片可以转动3.8圈，转动比较大。2.2.2传动效率结合传动方式，链轮的材料，加工精度，润滑情况等，通过大量实验测试出其传动效率大约为89%3 浮体设计3.1浮体分析考虑到制作浮体的便捷性使用安全性等问题，我们浮体设计采用的材料是一种可自由成型的浮体气囊。该自由成型的浮体气囊是一种新型的浮体材料装置，在该气囊的内壁上设置一个衬板。一般的柱状气囊至少有一端为楔形，在所述楔形斜面的内壁上设置衬板，浮体气囊可自由稳定成型，将柱状浮体气囊的端部设置成楔形，气囊在水中的阻力小，运行速度快。水上自行车上的浮体设置成该装置将会减小自行车在水中的运行阻力，从而运行速度加快。在水上自行车要提高速度，主要有两方面，一方面是提高动力效率，另一方面是减少阻力，因此减少浮体在水中行驶的阻力成为我们设计的一个攻克点。为尽量把阻力减少到最小，我们将浮体气囊前后部分设计成船体流线型（近似楔形），设计外形如图7所示。 图7采用气囊制作浮体比较轻便，便于携带，稳定性也比较好。在现实制造中，我们会联系专业厂家进行生产。3.2浮力计算（1）浮力计算自行车在水上驾驶时的浮力由三个柱状气囊浮体完成整个浮力支撑工作，浮体成一前两后品字形分布(如图8)，后两个浮体完成一样，且在以自行车为轴两边对称分布两边。前一个浮体较后两个浮体小。0.3m0.3m0.3m1m0.4m0.6m图8分前和后两部分（忽略浮体尖头部分），（2）设计载重考虑到实际情况，自行车在水上行驶过程中中浮体不可能完全浸没，必须要留一定的安全余量，则：实际载重=总载重*下沉部分的比例（设自行车平行行驶）。固定重量=(自行车本身重量20kg)+(三个浮体重量3.5kg)+(支架及动力装置10kg)=33.5kg预设浮体吃水深度约为浮体的1/2，则：设计载人重量=总载重*下沉部分的比例固定重量 =252kg*1/233.5kg =93.5kg载人重量与浮体吃水比例对照表： 载人重量（kg）吃水比例（%）4033.75037.76041.77045.68049.69053.6人的一般体重为（6080）kg，如上对照表可知，浮体吃水深度为浮体高度的一半，所以此体积的浮体稳定性较好，行驶过程中也非常安全。3.3 浮体支架浮体支架采用角钢焊接，其结构可以保证强度，同时采用三角形稳定性的原理进行焊接，保证其稳定性，为了固定后面两个浮体，设计横杆将浮体固定在自行车后架上，横杆如图9所示，设计竖支架将浮体与横杆连接如图10所示。为了固定前边浮体与自行车连接，支架如图11所示，后浮体装配图如图12，前浮体装配图如图13示。总装配图及参数如图13. 图9 图10 图11 图12图13 二、现实意义水上游乐设备，现在国内来说算是起步阶段，游乐设备单一，随着城市建设速度加快，各种水上游乐园大规模建立，越来越多人喜欢在水上游玩，水陆两用自行车的出现能很好解决此问题，在水上的行驶实现了人们水上放松娱乐的愿望，人们可以自己驾驶在水上自由观光游玩，可以作为很好的休闲娱乐机械类产品。同时可作为水上交通工具，减少江河两边的人们出行的麻烦。水上自行车运动轻松、惬意、安全，设计成本较低，市场上对适用的水上自行车的需求越来越迫切，故水上自行车的研究设计意义深远。计划进度及安排2014年3月27日提交立项申请书，在2014年9月以前做出第一个成品进行试验调整，9月到11月做出第二个成品参加评审。1、2014年4月至5月，召集全组人员进行开会交流，分配工作，并收集查阅相关资料文献。2、2014年5月至6月，将我们的设计方案进行更加详细的修改并完善作品的设计数据和预测数据。3、2014年6月至8月，动手制作完成第一个成品。4、2014年8月中旬至9月，半个月的时间对第一个作品进行试验，测量预计的一些设计参数，并做相应的修改。5、2014年9月到10月，制作参赛作品。9月中旬到11月份内做出最终的成品，参加评审。成果形式 实物制作指导教师意见指导教师：年 月 日专家意见（说明该课题能否立项以及原因）专家姓名：能否立项：日期：评审意见：专家姓名：能否立项：日期：评审意见：学院学生课外学术科技活动领导小组意见负责人：年 月 日学校意见备注附件2:重庆三峡学院学生“挑战杯”课外学术科技作品竞赛立项申报书简表研究项目名 称水陆两用自行车类 别科技发明制作项目编号起止年限2014年-2015年申请经费(万元)0.2申 请 者项目负责人姓名徐李性别男出生年月1993.3.26项目负责人学院机械工程学院专业机械电子工程项目负责人电目组成员人数2012级5人项目意义及主要研究内容摘要随着当今社会的科技迅速发展，人民生活水平日渐提高，对科技产品的创新得到越来越高的关注，特别是娱乐方面的各种娱乐健身产品随处可见，现在水上娱乐场所大规模建立，所以对水上运动设备需求较大，水上娱乐设备种类繁多，样式各种各样。我们设计的水陆两用自行车，是一种新型的休闲娱乐类的机械产品，与其他娱乐设备相比具有加工费用低廉、转向方便、速度更快、架构更稳定等很多优点。此设计产品可以满足现代人们的水上休闲娱乐愿望，实现江河两岸人民的交通便利，同时可以实现水陆两用功能，设计意义重大。水陆两用自行车是将普通自行车结构进行简单改造，实现水、陆两用功能。我们的水陆两用自行车，在水上的动力提供是用链条传动，首先把脚踏板的运动传到后轮固有链轮上。再在后轮链轮上加引出一根链条带动阶梯轴上的链轮，阶梯轴上的链轮与阶梯轴通过焊接固定在一起的，可以一起正转或反转。那么脚踏板的运动就传到了叶轮上。叶轮既可以正传也可以反转，从而实现了在水上自行车的前进、后退功能。在链条传动中都是采用大轮带小轮，所以是增速传动，脚踏板转动一圈，叶轮转动3.8圈，这样可以得到更大的动力。叶轮安装在阶梯轴上作为动力装置，整体可绕自行车固有的后轮轴在一定角度范围内转动并且选定角度