（机械工程专业论文）人力仿生游船的设计及其安全性分析.pdf

摘要 随着社会生活水平的不断提高，休闲娱乐设施越来越广受人们的欢迎，大 部分以山水或人文景色为主打的游玩景区，都附带有休闲娱乐场所，这不仅给 游客们有了更多的游玩选择，在一些收费项目上也额外增加了景区的经济收益， 如果有独具特色的游玩项目，还会更好的吸引游客，成为景区宣传的一张名片。 人力游船作为水上娱乐设施的一种，已成为各大游玩景区必不可少的娱乐 设施之一，但其存在的现状却令人担忧，有很多船只因常年闲置最后成为废品， 这就导致景区经营成本的增加，于是大多景区为了平衡该项目的收入出支或者 仍想从中获得一定的经济效益，就采取提高游玩收费的方式，这样一来虽然能 在短时间内平衡收支，但从消费者心理来考虑，该举措会将那些低消费人群拒 之门外，时间一长，就会因为缺乏消费者而导致最后被闲置的船只越来越多， 从而产生恶性循环。 导致以上现象产生的原因有很多，但主要有两点：一是因为游船制造工艺 和维护方法的不合理，使得其使用寿命大大降低；二是因为游船外观和驱动模 式的陈旧，使得游客容易产生心理性疲劳，缺乏再次游玩的兴致。再加上安全 性隐患方面的考虑，就会导致更多的消费人群流失。 为了使人力游船有更好的发展前景，更好的服务于人们日益增长的物质文 化生活，本论文着重从游船外观和驱动模式两个方面出发，结合人机工程学、 仿生设计学和娱乐设施安全性规程，开发设计了一款外观以葫芦元素为主的人 力仿生游船。使得该游船具有转向灵活、操纵舒适、驱动力可调、平衡性好等 优点，而外观葫芦作为福禄的象征，在民间广为传承，其圆润优美的曲面造型 符合大多数人的审美观，并且在以葫芦为主题的山庄或公园里，该游船可以发 挥更大的作用。本论文在设计过程中，运用a d a m s 运动分析软件辅助游船转向 机构的设计，所有零部件三维实体建模均由p r o e 软件实现，并通过该软件质量 属性分析功能计算出仿真游船的质量和重心，然后利用仿真得到的数据对其进 行安全性分析，为该游船的生产制造提供了完整的数据支撑和理论依据。 关键词：人力游船；游船外观；驱动模式；葫芦；人机工程学：仿生设计学 a b s t r a c t l e i s u r ea n de n t e r t a i n m e n tf a c i l i t i e sa r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ep o p u l a r a l o n g w i t ht h ei m p r o v e m e n to fl i v i n gs t a n d a r d m o s to ft h es c e n i cs p o t sw h i c ha r e t h e m e d b yl a n d s c a p e o rh u m a n i t i e sl a n d s c a p ea l lo w nt h e m s e l v e sl e i s u r e e n t e r t a i n m e n tp l a c e ，f o rt h i sc a l ln o to n l yp r o v i d ev i s i t o r sm o r ec h a n c e st oc h o o s e w h a t e v e rt h e yl i k e ，b u ta l s om a k ee x t r ai n c o m ef o rs c e n i cs p o tb ym e a n so fc h a r g i n g v i s i t o r sw h op l a yt h e m s oi ft h ee n t e r t a i n m e n t sa r eu n i q u e m o r ev i s i t o r sw i l lb e a t t r a c t i v e d ，a tt h es a m et i m e t h eu n i q u ee n t e r t a i n m e n t sc a nb eac a r dt oa d v e r t i s e s c e n i cs p o t s m a n p o w e rc r u i s eh a v e b e e no n eo f t h en e c e s s a r ye n t e r t a i n m e n t si nv a r i o u ss c e n i c s p o t sa sw a t e re n t e r t a i n m e n tf a c i l i t i e s b u tt h es i t u a t i o no f t h e s ef a c i l i t i e si sw o r r y i n g ， m a n yc r u i s e sh a v eb e e nw a s t ef o rl e a v i n gu n u s e dt h r o u g h o u tt h ey e a r ，t h e r e w i t h i n c r e a s i n gt h eo p e r a t i n gc o s to ft h es c e n i cs p o t s i nt h i sc a s e ，i no r d e rt om a k eb o t h e n d sm e e to ft h e s ep r o je c t so rs t i l lw a n tt og e tp r o f i tm a n yd i r e c t o r sh e i g h t e nt h e c h a r g e b u tt h i si sj u s tat e m p o r a r yw a ya n do nt h ec o n t r a r ys h u t i n gt h ed o o ru p o n v i s i t o r s f a c e i ft h i sp e r s i s t s ，t h e r em u s tb em o r ea n dm o r ec r u i s e sb el e a v e du n u s e d f o rl a c k i n gc o n s u m e r sa n dc r e a t eav i c i o u sc y c l e m a n yr e a s o n sc a u s et h ep h e n o m e n a , b u ta l lt h ep r o b l e m sc a nb es u m m a r i z e d i n t ot w om a j o rp o i n t s ，f i r s ti st h eu n r e a s o n a b l eo fm a n u f a c t u r i n gp r o c e s sa n d m a i n t e n a n c em e t h o dr e d u c i n gt h ew o r k i n gl i f eo fb o a t s s e c o n di st h ea p p e a r a n c ea n d d r i v em o d eo fb o a t sa r eo l d f a s h i o n e d t h i sm a k e sv i s i t o r sm e n t a lf a t i g u ea n di a k e i n t e r e s t st op l a yt h e ma g a i n i na d d i t i o n ，v i s i t o r sa l s ot a k ep o t e n t i a ls a f e t yh a z a r di n t o a t t e n t i o n s om a n yc u s t o m e r sa r eh e m o r r h a g i n g i no r d e rt om a k eab e t t e rd e v e l o p m e n tp r o s p e c t so ft h em a n p o w e rc r u i s e st ol e t t h e ms e r v ef o r p e o p l eg r o w i n g m a t e r i a la n dc u l t u r a ll i f e b e r e l t h i s p a p e r e m p h a t i c a l l yi nt h ea p p e a r a n c ea n dd r i v em o d eo f t h ec r u i s e s ，f r o mt h et w oa s p e c t sa n d c o m b i n ee r g o n o m i c s ，b i o n i cd e s i g ns c i e n c ea n de n t e r t a i n m e n tf a c i l i t i e ss a f e t y p r o c e d u r e st od e v e l o p m e n ta n dd e s i g nac r u i s ew h i c hl o o kl i k et h ec a l a b a s hv i s u a l l y a n dm o r eh o m m i z a t i o n t h ec r u i s e sh a v em a n ya d v a n t a g e sl i k ef l e x i b l es t e e r i n g ， h c o m f o r t a b l em a n i p u l a t e a d j u s t a b l ed r i v i n gf o r c ea n dg o o db a l a n c e f o rc a l a b a s hi sa s y m b o lo fw e l l b e i n gs oi ti sw i d e l yk n o w nb yp e o p l e t h eb o a t sc h o o s et h es h a p eo f c a l a b a s hw h i c hh a sf r u i t y a n db e a u t i f u ls u r f a c em o d e l i n ga st h e i rf a c a d ec a t e rt o p e o p l e s a p p r e c i a t i o no ft h eb e a u t y ，a n du s e dt h eb o a t si nas c e n i cs p o tw h i c h c h o o s e c a l a b a s ha si t st h e m ew i l lb em o r ep o p u l a r i np r o c e s so fd e s i g nt h eb o a t s ，a d a m s m o v e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r ei su s e dt os u p p o r tt h ed e s i g no fc r u i s e s t e e r i n g m e c h a n i s ma n da l l3 de n t i t ym o d e l i n go fb o a tc o m p o n e n t sa l er e a l i z e db yp r o e s o f t w a r ea n dt h e nc a l c u l a t et h eq u a l i t ya n dc e n t e ro fg r a v i t yo ft h es i m u l a t i o nb o a t u t i l i z et h eq u a l i t ya t t r i b u t e sa n a l y s i sf u n c t i o no ft h i ss o f t w a r e ，t h e nm a k eu s eo ft h e s i m u l a t i o nd a t at oa n a l y z et h es e c u r i t yo ft h eb o a t s t h ep a p e rp r o v i d e sc o m p l e t ed a t a s u p p o r ta n dt h e o r e t i c a lb a s i sf o rt h ep r o d u c t i o n m a n u f a c t u r i n go f t h ep o w e r e db o a t s k e y w o r d s ：m a n p o w e rc r u i s e s ：c r u i s ea p p e a r a n c e ；d r i v em o d e ；c a l a b a s h ：e r g o n o m i c s ； b i o n i cd e s i g ns c i e n c e 1 1 1 第一章绪论 1 1 课题研究的目的及意义 本课题由葫芦山庄长期发展规划的需要而导出，为了让景区建设成为世界级 的葫芦文化中心，就要更加全面细致的将景区的景点与葫芦文化相结合，其中包 括辅助人们感受葫芦文化的休闲娱乐设施，而人力游船作为娱乐设施的一种，一 直以来都在各景区的水上休闲娱乐项目中扮演着重要的角色，但在特色景区和普 通景区之间，人力游船的外形却大多千篇一律，与景区的特色并没有什么联系， 可以说是景区建设当中被忽视的一个环节。因此对于像葫芦山庄这样的特色景 区，就应该开发出具有相应外形特色的人力游船，以区分于其他景区，这样一来 便可以让景区特色更加鲜明。 另外，虽然人力游船存在的历史悠久，但由于诸多因素的限制，人力游船在 驱动力传动方面的发展一直停滞不前，而且设计方法落后，导致驱动方式固化， 不能满足于不同游客的要求，随之可能会产生负载过重或较轻的情况，而这都会 缩短人体产生运动性疲劳的时间。因此本课题决定采用人机工程学，设计出更加 舒适高效的人力传动系统，让游客在游玩的过程中，达到真正的身心愉悦，能更 好的去体验葫芦文化。而且本课题还将对现有人力游船的转向方式、明轮驱动方 式、船体保持自动平衡的方式进行研究，试图找出其中的不合理之处，并进行改 进。立志将人力游船打造成葫芦山庄水上特色娱乐景点之一，使之能更好的服务 于景区的建设，服务于人们日益增长的物质文化需求。 1 2 课题的国内外研究现状 人力游船作为船舶类型的一种，主要使用在各景区水上休闲娱乐项目中，其 工作原理主要是以脚力或臂力来提供原始驱动力，通过简单的机构传递到明轮、 螺旋桨或者摇橹划桨上，拨动水来获取推进力。按照满载时乘客人数来分，人力 游船有单人型、双人型和四人型，其中双人型和四人型游船最为常见，且工作方 式一般都是采用脚踏曲柄来驱动，而对于单人型游船，有用脚踏曲柄来驱动的， 也有用手臂来驱动的。由于游船体积较小，抗风浪能力相对较差，因此人力游船 一般只在内河湖波中使用。 在人力游船外观方面，随着各种设计方法的不断发展，国内外设计人员开始 武这堡王厶堂亟：i ：堂僮沦塞 试着将仿生设计学应用到船体的外观设计当中，已有将天鹅、鸭子、北极熊等外 观作为仿生设计的对象，但由于我国在人力游船方面投入的人力和物力较小，受 到材料和船体制造工艺方面的限制，人力游船外观的仿生对象只停留在简单的几 种，大部分都是传统而陈旧的船体模式，这对于将人力游船作为辅助旅游业发展 的休闲娱乐机械的定位来说，是远远不够的，设计人员应该将人力游船赋予更多 独特而又新奇的生命体征来满足消费者日益挑剔的眼光。 而仿生设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过经验的积累，观察、 运用和改进其形态、功能，来为创造出更贴合人们使用感受的人造物提供最原始 的理论支撑。尤其是在如今这个以信息为发展准则的时代，人们对新产品的设计 要求更加苛刻，除了要保证产品功能的实用特性外，还要追求产品形态的淳朴、 清新，产品在满足了以上条件后，还要具有返朴归真的个性。 人与机器已逐渐成为现代文明社会的主体，但随着这种文明的不断发展，导 致原始的生态环境失调，人们越来越难感受到大自然的存在，取而代之的是满目 无生命气息的设计产品充斥着人们的生活。随着社会的不断发展，设计者意识形 态的逐渐提高，有些设计人员开始意识到这个问题，并开始将仿生应用到产品设 计当中，目标是在让设计出的产品具有完备的功能、精巧的结构、合理的用料、 精美的外观等优良特性的同时，还必须赋予新生产品外观形态以大自然中生命气 息的象征。 在欧美一些发达国家，仿生设计的观念已经融入到环境设计、工业设计和设 计教育等方面，并且已蔚然成为不可抗拒的设计潮流。但在人力游船这一领域， 由于投入的人力物力较小，仿生设计的使用还停留在初步阶段，因此市场上或已 投入实用的大多游船外观仍是常见的那几种，仿生设计的对象很有限。 另外，在人力游船内部传动机械的研究方面，国内外仍停留在较低水平，其 中用脚力来驱动的人力游船俗称为脚踏船，在游船行驶过程中，通过脚踏旋转曲 柄来输入驱动功率，而将曲柄转速传递到明轮方式有两种，一种是让输入轴和输 出轴同轴，另一种则是通过链条来传递转速，中间无过度装置，这两种方式的传 动比均恒定。而且由于脚踏板和座椅的安装位置相对固定，对于人力游船的公共 使用性质而言，不能很好的满足不同人体尺寸的舒适驱动空间要求，忽略了人机 工程学在游船驱动和传动方案设计方面的应用。 然而人机工程学虽然是一门新生学科，但其在工程设计领域中的应用发展却 是有目共睹的，其主要是将生理学、人体测量学、心理学和生物力学以及工程学 等学科的研究方法和手段结合起来，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学 等问题研究的学科。它将人一机器一环境当成一个系统来研究，以获取系统最高 效率。经人机工程学长期研究指出，人和机器既相互共存又相互独立，在产品 2 设计周期的每个阶段，都应该将人机工程学设计运用其中，束确保产品预期的使 用功能全部得以发挥，因此如何在人机系统中充分发挥各自的特点和优势、取长 补短、有机地配合是人机系统中人机功能合理分配的关键问题。 对于人力游船转向方案的研究，现有两种方式可供选择，一种是通过在船体 安装尾舵来实现转向，如图卜l 所示；另一种则是直接用轮子的偏角来实现转向， 如图卜2 所示( 该游船后轮作为驱动轮，前轮作为转向轮) 。其中前一种转向方 图1 - 1图卜2 式已有着很长时间的存在历史，其转向原理如图1 3 所示，红色点化线为船体对 称中心，在转向时，通过转动方向盘，使尾舵由对称中心位置开始旋转一个偏角 0 ，这时由明轮绕中心轴旋转拨动的水沿对称中心向后流动，在遇到偏转的尾舵 后，在舵上产生一个作用力f ，其分力f 1 作用于船体某一中心，使船体产生一 个旋转力距，从而实现船体的转向。 由于在明轮和舵之间沿中心线方向存在一定的距离，因此水流在向后传递力 的过程中，会因为水的阻力而减小力的传递效率，而且有效转向力f 1 只是传递 力f 的一个分力。另外在尾舵偏转方向的另一侧，由于没有舵的阻挡作用，从明 轮处向后波动的水流会有一半直接从尾槽流出，使得该部分传递的力所产生的船 体转向力矩为零，而且会导致船体在转向的同时，保持有向前行进的推力，这样 一来会增大船体转向的半径，因此用舵来实现船体转向的效果并不是很理想，灵 敏度较低，使人力游船产生碰撞的可能性大大增加。 _ 、 、 、 、 7 、 ，、一 7 ， 图1 - 3 游船转向原理图 另外，由于人力游船长宽尺寸较小，重量轻，加之人体不均衡的移动，会导 致在遇到大风浪和游客体重不均的情况下产生摇摆、倾斜及沉没，对游客人生安 全造成了很大的威胁。为了解决该问题，传统的解决方法是采用双体式船体，如 图1 - 4 所示，这样可以减小游船的底面积，加大游船的吃水深度，降低船体的重 心，这在一定程度上可以提高游船的抗风浪能力，但对于船体平衡的问题仍然没 有提出有效的解决方法。 卫生j 当乡声j 三，生 图1 - 4 双体游船图1 5 自动平衡船 也有人提出了一种自动平衡船，其结构设计是将船体的坐位及脚踏位置下方 放置数个密闭软体水箱，软体水箱四周为可折叠结构，软体水箱之间由连通管连 接，水箱上面设置脚踏及座位整体活动大板，如图卜5 所示，水箱中载水量为船 体载重量的五分之一。当活动大板上承受压力时，大板下面水箱中的水就会通过 连通管被挤压到压力小的一侧直到两侧重量达到一致，即实现船体的平衡。该方 法虽然解决了船体的平衡问题，但通过连通管来传递两侧水箱内的水，灵敏度较 低，在游客上下船的瞬间，由于压力的骤变，水箱无法及时做出反映，致使船体 产生瞬间的倾斜，严重时可能导致船体侧翻。而且在船体内安装水箱，会增加船 体的附加重量，导致消耗更多的驱动功率，整体活动的大板也会带来安全隐患。 最后在船体的建造材料方面，已基本由塑料或者玻璃钢来取代传统的木材， 这在一方面不仅减轻了船体的重量，还提高了船体的耐水性能。但由于玻璃钢的 突出性能，现在大多造船厂都是将玻璃钢作为船体制造材料的首选。 1 3 本课题主要研究内容 根据前面对人力游船研究现状的分析，本课题主要研究内容将从游船平衡 方案、游船转向方式、游船驱动方式、游船外观、游船安全系数等五个方面入手， 结合人机工程学、仿生设计学等知识手段，试图设计出一种在各个方面性能都比 较满意的人力游船，在合理利用人体体能资源的前提下，达到转向灵活、省力、 传动效率高、互动性强、安全系数高的目标。具体研究内容分为以下六个方面： 1 、研究游船的稳性高度和抗风浪等级。 2 、研究现有人力游船转向机构，并对其进行建模分析，指出其转向原理上 4 存在的不足之处，并提出相应的解决方案。 3 、研究明轮在划水过程中做功的模式，设计出一种新型明轮，使其增加做 正功的行程而减小做负功的行程。 4 、研究人机工程学在机械产品设计中的重要作用，对人体身高尺寸，体能 差异进行统计分析，设计出符合大多数人群舒适驾驶的空间环境和可供调节的驱 动速比。 5 、研究现有人力游船实现自动平衡的方案，对倾覆在水中容器在外力作用 下浮出水面所需拉力进行分析，并试图利用此物理现象设计出新的实现船体自动 平衡的机构。 6 、研究仿生设计学在产品外观设计中的重要作用，并将葫芦作为仿生设计 的对象，对葫芦的外形特征进行研究分析，设计出具有观赏性和实用性的游船外 观。 5 第二章游船传动机构方案的设计及分析 2 1 新型转向机构的设计及分析 2 1 1 新型转向原理分析 为了解决用尾舵转向方式效率低下的现状，本论文设计了一种新型转向方 式，如图2 1 所示，该转向设计类似于汽车转向，明轮和输出轴通过球笼联轴器 连接，明轮上安装有多功能套简，套筒和转向杆由拉杆连接，而方向盘和转向杆 则由双万向联轴器和转向轴连接，为了达到合适的转向手感，在方向盘和转向轴 之间安装了一个齿轮减速器，主要目的是为了减小方向盘输出转速，使得在达到 同样明轮转角时增大方向盘输入转角，同时也增加了方向盘转向力矩，从而可以 获取更佳的转向手感。 ；出 一 j 一一t 暑 帑 图2 一l 四轮同步异向转动机构简图 由于该转向机构要实现四个明轮同步异向转动，即前后轴明轮转向始终要 相反，这样设计的目的是为了获取更大的转向力矩，因此，前后轴转向杆采用了 对称布置的方法，而且在前后轴转向杆之间设计了用来传递力的连杆，从而可以 将方向盘输出的转向力矩同步传递到各个明轮，最终实现同步异向转动。 2 1 2 转向杆件尺寸设计 如图2 2 所示，在实现明轮转向的机构处，转向杆1 通过轴承安装在转向杆 6 支座上，并且转向中心与输出轴轴心共面：转向杆2 一端通过长螺栓与转向杆1 相连，另一端则通过短螺栓与转向拉杆相连；而转向拉杆另端则与球笼联轴器 相对固定安装，可绕球笼联轴器中心转动。存实现转向时，它们将绕着各自的连 图2 - 2 单个明轮局部转向机构 接点转动，因此，若将它们视为在同一个平面内转动，并将输出轴视为机架，则 它们将组成一个平面四杆机构，如图2 - 3 所示a b c o 四杆机构，c 0 为输出轴一部 分，也为机架，0 为转向杆l 转动中心，o a 为转向杆1 一部分，c 为球笼联轴器 中心，a b 为拉杆，则c b 连架杆转过的角度即为明轮转角。 b c0 图2 3 明轮转向原理图 可知在a b c o 四杆机构中，0 a 为原动件，若将方向盘传递到原动件a 点的力 设为f ，则f 的方向与0 a 垂直，并将此力的方向与a b 间的夹角用q 表示，可得 出f 沿a b 方向的分力f 1 = f c o sq ，而力f 通过连杆a b 作用于从动件b c 上的力 f l 沿a b 方向，此力的方向与力的作用点b 的速度v b 方向之间的夹角用b 表示， 则f 1 沿v b 方向的切向分力f t = f l c o s1 3 = f c o sqc o s1 3 。 从图2 3 中角度关系可以得出1 1 = 9 0 。一6 、1 3 = 9 0 。一y ，则可知y 、6 角越 大，从动件获得的驱动力f t 就越大，转向就会越轻松。但y 、6 角度的大小是 变化的，为了保证机构传动良好，设计时当y 、8 9 0 。，应使y 眦、6m x 9 0 。时，f l = f c o s ( a 一9 0 。) ；当q 2 95 3 o8 9 52 2 9 03 2 7 3 6 9 5 1 2 5 3 本章小结 本章从游船的稳性和抗风浪等级两个方面出发，分析了游船在内河湖泊里航 行时的安全系数。在分析的过程中，基于该人力游船结构尺寸的特殊性，作了一 些假设和修正，从得出的结果来看，该人力游船稳性高度超出了法规规定里 设定的最低参考值，而且具有很好的抗风浪能力，最大抗风等级达到5 级，在遇 到突变天气时，能够很好的保证游客们的人生安全。 4 2 6 1 本文总结 第六章总结与展望 人力游船虽然有着很长久的发展历史，但其发展水平却一直停滞不前，而反 观机动船舶，尽管出现在人力游船之后，但在科技不断发展壮大的时代下，已经 有了飞跃式的发展。当然人力游船缓慢的发展与其自身的局限性不无关系，现如 今，人力游船基本上已经完全退出了运输业的舞台，而只能在一些水上娱乐项目 中夹缝生存。本文在对人力游船存在现状和生产水平进行实地考察和对相关文献 大量查阅的基础上，针对现有人力游船机械传动机构和外观造型两个方面做了充 分的分析，并结合现代设计方法，从人机工程学和仿生设计学出发，在指出存在 问题的同时提出了相应的解决方法，最后根据现有船舶原理，对本设计人力游船 做了安全性分析，研究的主要成果包括： 1 、现有人力游船在转向时由于尾舵的传力效率较低，使得游船转向不灵活， 转向半径无法控制，往往大于预期转向半径，导致船体产生碰撞的几率大大增加， 一方面减小了游船的使用寿命；另一方面也威胁到游客的人生安全。本文对此采 用四轮同步异向转向的方式，使得前后四轮的转向距叠加，从而可以实现游船快 速、小半径转向。 2 、经过分析，现有人力游船所采用的固定式明轮驱动器驱动效率较低，容 易使人产生疲劳，本论文对此采用半径可自动伸缩的明轮，在增大桨板做正功区 域的同时减小桨板做负功的区域，使得有限的人体体能能得到最充分的利用。 3 、由于人力游船船体尺寸较小，在波浪中实行时平衡性较差，而且人为因 素也可能导致船体侧翻，因此，本论文中设计了一种简易的平衡装置，在不增加 船体自重的前提下，利用水环境来提供船体保持自动平衡的力。 4 、从人机工程学出发，一方面针对人体体能的差异，设计了传动比可调的 变速传动机构，人们可以根据自身的体能状况选取不同的传动比来延长产生运动 性疲劳的时间，从而获取更多的游完乐趣；另一方面针对人体身高的差异，合理 设计了脚踏板、座椅与方向盘三者之间的安装尺寸，其中座椅安装尺寸可以前后 调动来满足不同身高人群的要求。 5 、从仿生设计学的角度，将葫芦外观作为仿生的对象，以形态仿生和色彩 仿生作为主要设计目标，利用现代设计方法，将船身设计成葫芦形状，并根据葫 芦生长周期中颜色的变化，对船身做相似的颜色渲染，再加上基本的出入口和视 角设计，最终完成对大自然中葫芦的仿生。 4 3 6 、由于人力游船自身的限制，船舶设计部门并没有对该领域船舶颁布相应 的设计规范，在对人力游船做稳性分析和抗风浪等级分析时，就只能参考内河船 舶法定规则，本论文针对人力游船的特殊性，在分析时做了一定的假设，并 对不规则图形做了修正以方便计算，最后得出相应的结论。 6 2 未来展望 本文虽然从多方面对现有人力游船做了改进，但设计只停留在理论分析阶 段，由于时间和经费的限制，无法通过实物试验的方法来校核设计中出现的数据 和所要达到的效果，仅仅只能通过软件模拟分析的方法来辅助理论设计，因此在 某些方面还有待进行进一步的研究： 1 、自动平衡装置在完全密封的情况下，其提供的最大拉力与平衡桶桶型深 度、开口形状和面积大小的对应关系，是否与平衡桶外水平面的面积大小有关也 有待研究。 2 、半径自动伸缩明轮机构在实际工作时，所设计的凸轮轮廓曲线对转动桨 板的具体影响，制造精度该如何确定，在使用过程中，如何避免水环境的影响， 因此对制造材料和润滑方式要有特殊的要求。 3 、由于明轮在划水过程中，桨板触水深度不定，因此其推动力也在跟着不 断变化，基于人机工程学方面的考虑，在设计变速传动比时就无法将人体机能和 实际推动力有效的结合起来，考虑到该力计算比较复杂，在条件允许的情况下， 可以通过试验的方法来测得在实际转动过程中，转速与推动力的对应关系，并以 此为依据来完善理论设计。 4 、本文对于人力游船抗风浪能力和稳性的分析，只是借用了其他船舶比较 成熟的分析方法，存在一定的缺陷，要自定一套准确的分析流程，还需要通过不 断的试验来修正分析方法和主要参数。 5 、由于本文设计的新型人力游船相比以往的游船多出了许多零件，而零件 的材料又多为4 5 号钢和灰铁之类，这不仅大大增加了船体的重量，使得需要提 供更大的驱动力；而且4 5 号钢和灰铁在水环境中容易被腐蚀生锈，从而会严重 影响机构的性能。因此需从两个方面来解决这个问题，一个就是找到最有效的密 封和润滑方法，使得零部件完全与水隔离；再就是找出可以取代4 5 号钢和灰铁 的防水材料。 致谢 值此论文完成之际，首先要特别感谢我的导师昊波教授，他在本人的论文选 题、开题、课题研究以及论文撰写、修改的过程中无不透漏着导师对学生的关爱 之情。在我攻读硕士学位的两年时间里，吴老师以他渊博的理论学识、严谨的治 学态度、丰富的实践经验、勤恳的工作精神和宝贵的人生阅历给了我深刻的启迪， 两年的时间里，昊老师不仅教会了我学术研究要有严谨的态度，还使我懂得了许 多为人处世的道理，在此谨向导师致以深深的敬意和忠心的感谢。 在此还要感谢课题组的江征风教授、卢红教授、徐汉斌副教授、吴飞副教授、 郑钧宜副教授、黄丰云副教授、周斌老师、陈雷博士等在开题时提出的宝贵意见。 感谢实验室一同陪伴我学习的赵晶华、李燕、杨明涛、王蕾等同仁，感谢大家对 我的帮助与支持。 同时也感谢我的家人在我读研期间对我无微不至的关怀和支持，感谢他们为 为的成长所付出的一切 最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参见本人论文答辩 的各为老师同学表示感谢。 4 5 参考文献 1 】姜娜，杨君顺仿生在产品造型设计中的应用【j 】包装工程，2 0 0 6 ，2 7 ( 6 ) ：3 0 6 3 0 7 【2 】王爱红，李艺从审美体验看产品形态仿生设计叨包装工程，2 0 0 8 ， 2 9 ( 1 ) ：1 4 6 1 5 3 【3 】王秀玲人机工程学的应用于发展【j 】机械设计与制造，2 0 0 7 ，1 0 ( 1 ) ：1 5 1 1 5 2 【4 ；x t 庆强人机工程学在机械设计、制造中应用的必然性川起重运输机械， 2 0 0 7 ，1 5 ( 1 0 ) ：5 9 【5 】l a m k u l ld a n ，h a n s o nl a r s ，o r t e n g r e nr o l a n d t h ei n f l u e n c eo fv i r t u a lh u m a n m o d e la p p e a r a n c eo nv i s u a le r g o n o m i c s p o s t u r ee v a l u a t i o n j a p p l i e de r g o n o m i c s ， 2 0 0 7 ，3 8 ( 6 ) ：7 1 3 7 2 2 【6 】m a a t t a t i m oj v i r t u 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5 1 0 1 1 9 7 0 1 8 【p 】2 0 0 7 0 7 - 1 1 【2 0 李若琪脚踏式船：中国，2 0 0 8 1 0 1 9 7 3 5 1 o 【p 】2 0 1 0 0 6 0 9 【2 11 朱顺祥等脚踏式旅游船：中国，0 31 2 4 2 0 9 x 【p 】2 0 0 4 0 7 2 1 【2 2 1 于连浩双人脚踏风帆两用运动娱乐船：中国，0 3 2 5 18 3 9 0 p 】2 0 0 4 0 7 2 1 【2 3 1 练仰贤等鱼形脚踏船：中国，2 0 0 5 2 0 11 0 5 3 9 9 【p 】2 0 0 6 0 8 1 6 【2 4 苗军，孙文帝手脚动力划桨式小艇：中国，2 0 0 5 2 0 0 8 4 8 3 9 4 【p 】2 0 0 6 0 9 2 7 【2 5 】王立伟脚踏式双浮体摇摆游戏船：中国，2 0 0 6 2 0 0 8 9 2 7 2 4 【p 】2 0 0 7 0 3 2 8 【2 6 姜学树一种脚踏游船：中国，2 0 0 8 2 0 1 0 8 9 11 6 【p 】2 0 0 9 0 5 2 0 2 7 黎宗圣，邹小斌，梁贵防沉船：中国，2 0 0 6 2 0 0 6 5 2 1 4 s i p 2 0 0 7 0 7 1 9 【2 8 傅德俐自动平衡不沉船：中国，0 3 1 4 0 3 4 9 2 【p 】2 0 0 4 0 5 0 5 【2 9 】田哲文等四轮转向联动机构：中国，2 0 0 5 2 0 0 9 9 2 7 8 5 【p 】2 0 0 7 0 2 2 1 【3 0 武秋红，胡明，陈文华，潘骏，钱萍径向可伸缩式车轮机构的构型设计与 分析【j 】机械设计与制造，2 0 11 ，1 0 ( 5 ) ：1 2 1 4 【3 l 】杨克军基于s c 8 1 平台的手动变速箱轻便换档的优化开发明中国科技财 富，2 0 1 0 ，1 5 ( 2 0 ) ：2 1 8 - 2 1 9 【3 2 】t h o m a sl a m