【车辆工程类】水陆两用自行车设计【含全套CAD图纸】【答辩毕业资料】【毕业论文说明书】
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重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 1 - 目录 摘要 3 4 第一章绪论 5 究背景 5 展前景 6 第二章总体方案设计 8 陆两用自行车的构成 8 陆两用自行车方案设计 10 第三章浮力 10 力计算 10 板的设计 11 板材料选用 12 第四章动力计算 12 率的计算 12 动比 13 传动设计 13 第五章轴的设计 16 轮上力的计算 16 取材料 16 算轴的最小直径 17 的结构设计 17 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 2 - 第六章明轮的设计 18 轮简介 18 轮的设计 19 第七章 三维作品展示 20 第八章结论 31 第九章 本次设计外购件清单 32 参考文献 34 致谢 35 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 3 - 摘要 本文设计了了一种新型的娱乐工具 水陆两用自行车。水陆两用自行车在动力方面与传统自行车一样，都是靠人力驱动，通过链传动将动力传递给后轴。后轴上连接两个可单独控制，互不影响的明轮，实现水陆两用 自行车在水上的行进与转向。同时为了保证在水上行驶的安全性，将浮板 设计成三角形与水陆两用自行车固定，使得行驶安全、轻松、自在。 关键词 ： 水陆两用自行车、链传动、明轮 、浮板 。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 4 - a of in as by to be of in to in a in to of in 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 5 - 第一章 绪论 究背景 随着当今科技的迅速发展，人们生活水平日渐提高，对科技产品的创新得到越来越高的关注，特别是娱乐生活方面的各种娱乐健身产品随处可见，市场上出现的各种健身娱乐设备多达千种。特别是水上游乐项目，因其独特的新颖性，在各大中小型公园中得到了广泛的推广。水上自行车作为一种创新型水上娱乐产品，被众多玩家亲睐，但由于其生产成本高，效率低下始终不能在市场上在短时间内就能形成一定规模效应。要较好的经济比较效益，不仅要从设计方面着手提高传递效率，还要从制造方面换购，使得尽量多的零件实现大批量生产。目前大部分水上娱乐设备主要有：手遥 类、脚蹬类、划船类。 在日常生活中存在大量的水上娱乐设备，如常见的水上轮车（明轮）、手遥船、浆船、脚踏船等，这些都是靠人力驱动的水上休闲娱乐设备。确实这些设备在通常的娱乐场所随处可见，但就其新颖性却不高，往往初次乘坐上去进行娱乐游玩时在很长一段时间内都找不到人机互动的的感觉，短暂的水上涉足就会让人失去兴趣，之后也很难有再尝试的欲望，而水上自行车却不一样，它的上半部分采用的是通常自行车构造机构，游客乘坐上去马上就能找到像自行车一样的人机之间的一种互动感觉。玩起来轻松自由，这就涉及到人机工程学的应用。 人机工程 学是一门新兴的边缘科学。它起源于欧洲，形成和发展于美国。人机工程学在欧洲称为 名称最早是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的，它是由两个希腊词根组成的。 “的意思是 “ 出力、工作 ” ，“表示 “ 规律、法则 ” 的意思，因此， 人出力的规律 ” 或 “ 人工作的规律 ” ，也就是说，这门学科是研究人在生产或操作过程中合理地、适度地劳动和用力的规律问题。人机工程学在美国称为 “（人类工程学）或 “ng （人类因素工程学）。日本称为 “ 人间工学 ” ，或采用欧洲的名称，音译为 “，俄文音译名 “” 在我国，所用名称也各不相， ，有 “ 人类工程学 ” 、 “ 人体工程学 ” 、 “ 工效学 ” 、 “ 机器设备利用学 ” 和 “ 人机工程学 ”等。为便于学科发展，统一名称很有必要，现在大部分人称其为 “ 人机工程学 ” ，重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 6 - 简称 “ 人机学 ” 。 “ 人机工程学 ” 的确切定义是，把人 机 环境系统作为研究的基本对象，运用生理学、心理学和其它有关学科知识，根据人和机器的条件和特点，合理分配人和机器承担的操作职能，并使之相互 适应，从而为人创造出舒适和安全的工作环境，使工效达到最优的一门综合性学科。 因此，为了能充分地发挥人和机器的作用，使整个人 机系统可靠、安全、高效，以及操作方便和舒适，设计人 机系统时就得充分考虑人和机器的特征与功能，使之相互协调配合，构成有机整体，达到生产和工作的最佳效果。 在制造方面，由于水上自行车是一种创新型水上娱乐产品，企业在生产时一般都是采用中小批量生产，使得生产成本较高。但在设计水上自行车时，设计人员可以选择普通自行车为原参考模型，在此基础上可以选用大量的原部件，减少了劳动强度，同时依托普通自行 车的大批量生产直接降低了生产成本，像链轮、链条、脚踏板等可以选用通用自行车厂商大批量生产的现成产品。 展前景 水上自行车最早起源于加拿大，作为一种环保型、娱乐型的运动器材，也逐渐受到世界各国企业的重视。而在我国对于水上自行车的研究以及应用即使学者们对于水上自行车的创新设计也越来越感兴趣，据中华人民共和国国家知识产权局的统计结果表明在水上自行车的专利领其中发明专利仅有 10 项，实用新型专利 44项，外观专利 10项在自行车 200多年的发展过程中积累的创新经验，很是值得开发和研究新 。 但由于使用场合不同于陆地， 越 来越受到广大而在我国对于水上自行车的研究以及应用，但实际获得的 据中华人民共和国国家知识产权局的统计结果表明在水上自行车的专利领项。为推动水上自很是值得开发和研究新水上自行车又必须具备自身独特性。 李卫国曾任企业结构设计工程师， 2008 年开始试制“水陆自行车”，前后共花费 3 万多元， 2010 年 6 月 16 日，“水陆自行车”挑战汉江成功， 30 分钟在汉江骑行一个来回。 2010年 10月 2日，他应日本电视台邀请赴深圳小梅沙挑战大海，遭遇惨痛失败。回汉后，李卫国再次改进，加固浮筒，更换后轮支架，减轻3公斤自重，车的稳定性有 了很大提高。 2010年 11月 21日上午天阴、微风，江水湍急。 10时 15分，李卫国的学生雷志前骑“水陆自行车”从武昌桥头下水，先逆水骑行至江中第二个桥墩处，然重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 7 - 后调头顺流而下，骑向对岸。一艘木质小渔船陪伴左右，武汉水上救援队队长俞关荣在船上为其义务护航。江水汹涌起伏，雷志前骑在“水陆自行车”上， 8只浮筒随钢架撑开，将车身托得稳稳的，骑行十分轻松。江中正在驶过一支船队，10多只满载黄砂的货船前后蜿蜒 200多米，小雷静待舰队过尽才得以骑向对岸。 一艘从武汉关码头开出的轮渡驶过旁边，船上的乘客们看到这辆奇形怪状的自 行车，纷纷朝这边挥手；“水陆自行车”经过停泊在武汉关的西安舰，舰上工作人员也挤到舷边观望。 2010年 11月 21日 11 时 13分，“水陆自行车”顺利抵达武汉关下游的三峡石广场附近江滩。雷志前称江上骑行一点都不疲劳，也不危险，只是被浪打湿了裤脚。网上检索的结果显示，这是“水陆自行车”首次成功渡过长江。 水上游乐设备，现在在国内来说，应该还是起步阶段，表现在游乐设备游玩场所少、设备单一，能够参与的人数少，很多人暂时都还不能够享受游乐设备所带来的乐趣。但在近几年也有发展的趋势，随着城市建设速度的加快，各各地区都会增设 娱乐项目充实景区建设。以及中国国内大量游乐场的建立，像北京正在兴建的“龙门阵”，建成后将成为国内最大的水上娱乐乐园；安徽省正在兴建的沿董铺水库游乐园；已经建成的江苏省的福星游乐园等等。像世界上最大的东京迪斯尼乐园， 2000 年接待的游客人数为 1730 万人次。正在建设的阿联酋迪拜乐园，建成后将成世界上最大的游乐园。 建成后观光游客预估可由目前的 600W 达到 1500W 人次。美国新泽西洲的六旗游乐园 (十多年前被六旗集团收购后，几乎每年都在往外扩张与增添新设施。 水上娱乐设备在近几年飞速发展，而今随着人们日益生活的需要，市场对适用的水上自行车的需求将越来越迫切。故水上自行车的研究设计意义深远。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 8 - 第二章 总体方案设计 陆两用自行车的构成 水陆两用自行车的整体构成由以下几大模块： (1)在行驶中，车身的造型对整个行驶的效率有着很大的影响，因为车身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水陆自行车的车体造型也已达到最小阻力位佳，通过流体力学，我们可以针对各种造型在水中行进时所受的阻力进行分析，核定最佳造型设计以达到最佳运动效率。 (2)通过机械设计我们可以比较确切的分析各种传动系统的传动关系进而计算出总传动系统的传动效率进行核算。 (3)这里的推进系统可以引用为 船舶推进器 ， 船舶推进器是船舶上提供推力的工具，它的作用是将船舶动力装置提供的动力转换成推力，推进船舶。推动船舶前进的机构。它是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆（见帆重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 9 - 船）等为主动式，桨、橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是 螺旋桨。 具体的水下推进系统有以下几种： 明轮 蹼轮局部浸没于水中的推进器。其水平轴沿船宽方向装置于船体水线之上，轮的周缘装若干蹼板。蹼板分定蹼和动蹼两种。定蹼式蹼板沿径向固接于轮辐上，蹼板在入水和出水时击水消耗能量大，效率低。动蹼式蹼板可调节入水和出水角度，效率较高。明轮因机构笨重，占用空间大，风浪中不易操纵，容易损坏，已为螺旋桨所取代。 喷水推进器 一种水力反作用式推进器。用装于船内的水泵自船底吸水，经喷管向后喷射受到水的反作用力而产生推力。其机械部分装于船内，得到良好保护。喷管方向可变 ,便于船舶操纵。但喷管因直径受限制 ,管路及水泵效率不高，所以整个系统效率较低，又因水泵及喷管中有水增加了船舶重量，所以很少使用。 螺旋桨 由桨毂和若干径向地固定于毂上的桨叶所组成的推进器，俗称车叶。螺旋桨安装于船尾水线以下，由主机 (见船舶动力装置 )获得动力而旋转，将水推向船后，利用水的反作用力推船前进。螺旋桨构造简单、重量轻、效率高，在水线以下而受到保护。 (4)正常直线行驶时，导向机构应不构成阻力，设计的导向机构应简单便捷为好。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 10 - (5)具有较大的浮力，与车身固定良好，在水中行驶时安全，不倾翻。同时质量要尽量的小，以减少行进的阻力。 陆两用自行车 方案 设计 ： 目前水上自行车设计各式各样，这里的设计主要从传动系统和推进系统两个方面来结合设计。分析以上性能需求，并根据本设计需要，针对推进器和传动系统的的设计提出以下方案： 采用 链传动 ， 明轮驱动。当脚踩动踏板带动 链 轮 1、 2传动使得明轮 3、 4转动拍打水面产生向前的驱动力驱动前进。 第三章 浮力 力计算 根据阿基米德原理：浸在液体里的物体受到向上的浮力，浮力大小等于物体排开液体所受重力。 即 液 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 11 - 当物体漂浮时： 且 物 液 所以，液 = m物 g 即 液 这里 取 100 30 所以 100030知水的密度液 =kg/ 故 液 = 130 板的设计 根据前面提出的方案以及 求出的 浮板的底板设计成三角形，如图所示： 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 12 - 根据三角形面积计算公式 S=12底 底板的面积 S=12据前面求出的 浮板的最小高度 h=S=浮板的最小吃水深度为 为了安全考虑，将浮版的高度定为 。 板材料选用 根据目前市场上用得最多的浮板材料，本次设计浮板采用材料 耐水性：密闭泡孔结构、不吸水、防潮、耐水性能良好。 耐腐蚀性：耐海水、油脂、酸、碱等化学品腐蚀，抗菌、无毒、无味、无污染。 加工性：无接头，且易于进行热压、剪裁、涂胶、贴合等加工。 防震动：回弹性和抗张力高，韧性高，具有良好的防震 / 缓冲性能。 保温性：隔热，保温防寒及低温性能优异，可耐严寒和曝晒 。 第四章 动力计算 率的计算 1、 输入功率的计算 ： 人输出的功率随着骑车人的体格、体力、骑车姿势、持续时间和速比等的变化而变化。一般成年男人的最大输出功率约为 力（ ， 但只能能持续 10果持续时间长，其值要小得多，持续 大约只有 自行车运动是很有节奏的，其节奏常常与人的心脏节律保持一定关系。健康人的心脏跳动为 70 次 一般脚踏以 60r/奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。 但本次设计内容为一休闲式娱乐工具，故对体力要求不能有过多要求。我们根据脚踩蹬的力量来计算重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 13 - 在娱乐为主的休闲前提下的输出功率 。 以此为参考，正常人踩蹬自行车的力量约为 3040N,娱乐情况下我们估算为30N，踩蹬速度 适当的取为 1转 /秒， 故本次设计的人的输出功率为 1 （ 180 2、 传动效率 查机械设计手册得： 踩踏关节的损失： 1 =传动的损失： 2 =动轴承：3=系效率： 4 = 由以上算出的总的传动效率： = 4321 =以明轮的输出功率为 动比 根据传动比的一般分配原则，我们应该 使各级传动的承载能力接近相等 ，考虑到在骑乘自行车时一般分配的传动比为 右，为了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为 传动设计 1、 设计内容 确定链条型号、链节数 排数、链轮齿数 1z 、 2z 、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距 a 、压轴力 润滑方式、张紧装置 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 14 - 已知设计条件：低速平稳运转，传递功率 ,主动链轮转速01 ，从动链轮转速 502 ，传动 2、 设计步骤 （ 1） 选择链轮齿数 1z 、 2z 在 17间选取齿数。 451 z 182 =z （ 2） 计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 工况系数， 查 机械设计表 9 K 主动链轮齿数系数，查机械设计图 9 K 多排链系数，由于是单排链，所以 K 故 1 7 6 （ 3）确定链条型号和节距 P 链条型号根据当量的单排链的计算功率n 由机械设计图 9后由机械设计表 9定链条节距 p 。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 15 - 确定链条型号为： 08A 确定链条节距为： （ 4）计算链节距和中心距 初选中心距 5030(0 =，按下式计算链节数0 3 293()5030( 1)2 45 1845)5030(2)2 -(22 202122100 a p 将030链传动的最大中心距为： 1845( 9 0 (211 式中， 1f 为中心距计算系数，查机械设计表 9f = 5）计算链速，确定润滑方式 1 根据链速 V，查机械设计图 9润滑方式为定期人工润滑 （ 6）计算链传动在轴上的压轴 力 轴力 效圆周力 轴力 9= 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 16 - （ 7）设计总结 链轮 大链轮 小链轮 齿数 )/( 45 18 分度圆直径 ( ) 顶圆直径 ( ) 186 根圆直径 ( ) 度圆弦齿高 ( ) 侧凸缘直径 ( ) 距 ( ) 间距 ( ) 长 ( ) 1270 链节数 ( 130 链速 ( ) 号 08A 第五章 轴的设计 轮上力的计算 轴上传递的功率 w 转矩 55000050=取材料 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 17 - 可选轴的材料为 45钢，调质处理。 算轴的最小直径 查机械设计表 150=120， 0120 于轴的直径小于 100由 3个键槽，故将轴径增加 15%，即 d=+轴径圆整为标准直径，取 d=10 的 结构 设计 1、 轴的外形结构 2、 根据轴向定位的要求，确定轴的各段直径和长度 。 （ 1）、根据飞轮内径可得 0 据飞轮的宽度可得出 0 侧采用轴肩定为，取 8 1 （ 2）、初选深沟球轴承 尺寸为 0 0 据装配关系取 910=15 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 18 - （ 3） 、 5 处为一定位轴肩，故取 5 据装配关系，计算得89=383 （ 4）、 3 处为一定位轴肩，故取 6 据装配关系，计算得910=33 （ 5）、 1 处为轴的最小直径 d=10 螺纹，与螺母配合，选择螺母为 过查机械设计手册的螺母厚度 m=5 于采用双螺母预紧，故取 1213=19 （ 6）、 4 处为一定位轴肩，所以取 8 据装配关系计算得出，1011=40 至此已经确定了 轴的各段长度和直径。 第六章 明轮的设计 轮简介 中文名称：明轮 。 英文名称： 义：大部分露出水面，在圆轮四周装有多个蹼板鼓水的轮式推进器。 我国古代用人力运转的明轮船称为“车船”“轮船”。它是一种船用局部入水的推进器，装在船的两侧或尾部，形状类似车轮，在轮周上装若干桨板，拨水向后使船前进。因轮之大部分在水面以上，故称“明轮”。 19世纪，西方国家广泛使用明轮。由于蒸汽机船上装有明轮，故称为轮船。 明轮根据布置位置，分为舷侧明轮和船尾明轮，舷侧明轮装在船舶舷侧部位；船尾明轮装在船尾。它们都是用蒸汽机来带动明轮，使其转动，推进船舶。 明轮根据桨板形式分为固定的和活动的两种。 固定式明轮 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 19 - 固定式明轮：特点是构造简单，缺点是效率太差：桨板在入水时是压水， 而在出水前是提水，因而浪费了大部分能量，所以它的直径往往做得很大，入水深度一般不超过半径的 1/2。 活动式明轮 活动式明轮：它的桨板以铰接方式与轮体相连，通过偏心作复合运动，因为它的桨板能以适宜的角度入水和出水，提高了效率。动桨明轮产生的推力略次与定桨明轮 。 轮的设计 本次设计中采用自行设计的活动明轮，即在陆地上行驶时，明轮叶片可以折叠起来，以减少行进中的阻力，在水中行驶 时，明轮叶片可以放下来，以提供前进的动力。同时，本次设计中，通过控制两个相互独立的明轮叶片的张开与收起，从而起到水中控制方向的作用 。 其中明轮的开合涉及到一个自锁装置，本次设计中，采用了自动圆珠笔中的自锁结构，通过控制，实现明轮叶片的开与合。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 20 - 控制部分的机构简图如下 中间齿轮带动直齿上下移动，即机构简图中的 1杆上下移动，从而带动杆 2绕铰链旋转，从而带动杆件三的移动。实现外轮与内轮的相互运动，从而实现明轮叶片的开合。 第七章 三维作品展示 1、明轮 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 21 - 2明轮组合零件 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 22 - 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 23 - 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 24 - 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 25 - 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 26 - 3轴承端盖 4、飞轮 5、浮板 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 27 - 6、链轮 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 28 - 7、前轮 8、 滚动轴承 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 29 - 9、 车架 10、后轴 11、车架安装图 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 30 - 12、总装图 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 31 - 第八章结论 经过几个月的努力，并且在指导老师和同学的帮助下完成了此次 水陆两用自行车的 毕业设计，从最开始查找各种关于本次毕业设计的资料到确定总体方案，机械传动部件的选型，最后到撰写说明书，这是一个学习的过程，更是一个实践的过程。在大学四年当中，我接触和吸收了大量机械知识，通过此次的毕业设计设计，让我能有机会把学到的理论知识用到实践中。 在今后的学习生活中，这次毕业设计的经历将起到重要帮助作用，通过设计使我更加接近生产实际，锻炼了将理论运用于实际的分析和解决实际问题的能力，巩固、加深了有关机械设计方面的知识。 通过这次的毕业设计，我对机电一体化系统设计方案的拟定有了一定的认识，机械传动部件的选用原则，机械传动部件设计计算方案的原理等方面都有了一定的认识。此次设计，我认为最重要的事情就是让我明白了，无论做什么事情，要想做好，必须态度端正；要善于学习，时刻学习；做事要严谨、认真，细致、不怕吃苦，还要有创新精神。 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 32 - 第九章 本次设计外购件清单 序号 名称 数量 材料 价格 生产厂家 1 深沟球轴承 6204 2 高温轴承钢 18元 /个 青岛日瑞德机电设备有限公司 2 前车轮 1 45钢 50元 /个 宁波市鄞州立拓五金塑胶制品厂 3 前轴 1 45钢 2元 /个 广宗县华通自行车配件厂 4 中轴 1 45钢 个 广宗县华通自行车配件厂 5 链条 1 元 /条 新泰市宏远工业设备有限公司 6 刹车 2 铝合金 12元 /对 宁波市鄞州宏佑车辆配件有限公司 7 刹车线 2 中碳钢 条 宁波市鄞州立拓五金塑胶制品厂 8 1 铝合金 9元 /个 宁波市鄞州宏佑车辆配件有限公司 9 座椅 1 塑料 30元 /个 青岛日瑞德机电设备有限公司 10 普通平键 45钢 个 上海敬慧自动化设备有限公司 11 毡圈 7 半粗羊毛毡 个 南京市澳博毡业有限公司 12 内六角圆柱头螺钉 5号钢 个 宁波日升紧固件有限公司 13 圆螺母 低碳合金钢 个 温州市瓯海梧田众泰紧固件加工厂 14 内六角圆柱头螺钉 45号钢 个 宁波日升紧固件有限公司 15 链轮 1 45钢 8元 /个 江门市蓬江区红之星机械有限公司 16 飞轮 1 45钢 7元 /个 宁波市丹洲贸易有限公司 17 曲柄 1 45钢 9元 /套 广宗县华通自行车配件厂 18 脚蹬 2 铝合金 11元 /个 宁波市鄞州宏佑车辆配重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 33 - 件有限公司 19 弹簧 1 不锈钢丝 件 宁波市镇海宏刚弹簧厂 20 钢条 12 45钢 门市蓬江区红之星机械有限公司 21 平带 1 橡胶 条 临海市裕隆汽配有限公司 22 夹紧装置 1 个 宁波市鄞州立拓五金塑胶制品厂 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 34 - 参考文献 1 濮良贵 北京：高等教育出版社， 2 朱理 北京：高等教育出版社， 3 赵大兴 北京：高等教育出版社， 2006 4 张万奎 北京：中国林业出版社，北京大学出版社， 5 徐学林 长沙：湖南大学出版社， 6 孟宪源，姜琪 北京：机械工业出版社， 7 周开利，邓春晖 础及应用教程 京大学出版社，8 庞国星 北京：机械工业出版社 子档： 9 成大先 单行本 北京：化学工业出版社，10 成大先 单行本 北京：化学工业出版社，11 成大先 单行本 极限与配合 学工业出版社 12 成大先 单行本 北京：化学工业出版社，13 林清安 件设计 国铁道出版社，14 卢险峰 第 3 卷 冲压模具设计 西科学技术出版社， 15 机械设计手册编委会 第五卷 械工业出版社，16丁春生 P :2006 17 柴天麟 P 16297 U, 1988 18 邓淮斌 P010 19 张箭 P012 20 P1981 重庆理工大学毕业论文 水陆两用自行车 设计 - 35 - 致谢 本次毕业设计是在王黎明老师的悉心指导和严格要求下完成的，从课题选择开到总体方案的确定，到零件图装配图的绘制都对我悉心指导，这无不体现着袁老师的辛苦付出。在这四年的大学生活期间，也始终感受着导师的精心指导和无私的关怀，让我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的敬意。 这次做毕业设计的经历也会使我终身受益，我感受到做毕业设计是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己学习和设计的过程，没有学习就不可能有设计的能力，没有自己的设计，就不会有所突破，那也就不叫毕业设计了。希望这次的经历能让我在以后学习中激励我继续进步。本设计能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现，正是有了你们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文和毕业设计顺利完成，在此还要感谢周强同学的帮助和支持。谢谢！ 重 庆 理 工 大 学 毕业设计（论文）任务书 题目 水 陆 两用自行车设计 （任务起止日期 2013 年 2 月 25 日 2015 年 6 月 14 日） 机械工程 学院 机械设计制造及自动化 专业 109040201 班 学生姓名 张永成 学 号 10904020134 指导教师 王黎明 系 主 任 龚海峰 二级学院院长 邓明 课题内容 本课题的内容是关于水陆两用自行车的设计，主要包括（ 1）完成水陆两用功能的工作原理方案制定，主要包括动力部分、浮筒部分和操纵（导向）部分。（ 2）完成必要的设计计算和结构设计，其中包括车体构造设计、齿轮传动设计、链传动设计以及可能用到的螺旋桨设计（ 3）完成三维建模及装配，主要是运用 三维建模软件对水陆自 行车进行造型（ 4）完成仿真及重要零部件的 析。通过仿真使结构更合理化，然后再将三维造型图转化为工程图，并且计算确定具体结构的参数 ，同时完成零件图的绘制和相关标注等。最后完成对本课题的论文撰写。 课题任务要求 成毕业设计前期工作：任务书、文献综述、开题报告、外文翻译； 理后确定水陆自行车的具体设计方案； 传动比 ，链条 的计算，车身的结构和尺寸的设计。保证具备良好的机械性 能； 软件，对所设计的水陆自行车进行三维建模，绘制装配图，零件图以及重要机构的运动仿真； 程图需要体现出具体结构的尺寸参数等； 安全的性能。 主要参考文献（由指导教师选定） 1 濮良贵 北京：高等教育出版社， 2 朱理 北京：高等教育出版社， 3 赵大兴 北京：高等教育出版社， 2006 4 张万奎 技术 国林业出版社，北京大学出版社， 5 徐学林 长沙：湖南大学出版社， 6 孟宪源，姜琪 北京：机械工业出版社， 7 周开利，邓春晖 础及应用教程 京大学出版社， 8 庞国星 北京：机械工业出版社 子档： 9 成大先 单行本 北京：化学工业出版社， 10 成大先 单 行本 北京：化学工业出版社， 11 成大先 单行本 极限与配合 学工业出版社 12 成大先 单行本 北京：化学工业出版社，13 林清安 件设计 国铁道出版社，14 卢险峰 第 3 卷 冲压模具设计 西科学技术出版社， 15 机械设计手册编委会 第五卷 械工业出版社，16丁春生 P2006 17 柴天麟 P 16297 U, 1988 18 邓淮斌 P010 19 张箭 P012 20 P1981 同组设计者 无 注： 1、任务书由指导教师填写； 2、任务书在第七学 期 第 15 周前 下 达给学生。 学生完成毕业设计（论文）工作进度计划表 序号 毕业设计（论文）工作任务 工 作 进 度 日 程 安 排 周次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 查找整理课题相关资料文献等 2 撰写开题报告、文献综述、任务书 3 阅读英文文献并翻译一篇英文文献 4 前期工作的汇总整理 5 确定具体方案以及整理思路 6 设计计算、结构设计、 三维建模、完成造型设计 7 完成 装配 图、零件图 8 完成课题论文的撰写 注： 1、此表由指导教师填写； 2、此表每个学生一份，作为毕业设计（论文）检查工作进度之依据； 3、进度安排用“ ”在相应位置画出。 毕业设计（论文）阶段工作情况检查表 时间 第 一 阶 段 （撰写开题报告、外文翻译、文献综述） 第 二 阶 段 （论文初稿撰写或方案设计） 第 三 阶 段 （论文终稿或图纸绘制） 内容 组织纪律 完 成 任 务 情 况 组织纪律 完 成 任 务 情 况 组织纪律 完 成 任 务 情 况 检 查 情 况 教师签字 签字 日期 签字 日期 签字 日期 注： 1、此表由指导教师认真填写 （要求手写） ； 2、“组织纪律”一栏根据学生具体执行情况如实填写； 3、“完成任务情况”一栏按学生是否按进度保质保量完成任务的情况填写； 4、对违纪和不能按时完成任务者，指导教师可根据情节 轻重对该生提出警告或不能参加答辩的建议。 重 庆 理 工 大 学 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告 题 目 水 陆 两用自行车设计 二级学院 机械工程学院 专 业 机械设计制造及自动化 班 级 109040201 姓 名 张永成 学 号 10904020134 指导教师 王黎明 系 主 任 龚海峰 时 间 1、 本课题 的 研究 目的及 意义 目的：水陆两用自行车不仅可以在陆地上行驶，而且在水中也可以正常行驶，本课题通过对车身的设计以及相关机构的设计，使之具备水陆两用的功能，增加普通自行车的功能，方便人们出行。 意义：自行车以其轻巧简便，价格低廉而成为最受大众喜爱的代步工具，即使当代汽车风靡全球的今天其迷人程度也丝毫不 减。正是由于其与生俱来的大众性和亲民性，所以，他的每一次性能的提升和形式的改变都会引来无数欣喜和关注的目光。作为一种功能全新的自行车 “水陆两用双轮自行车”，正是在这种被关切的背景下不断成长的。改善自行车只能在陆地上行驶而不能应用于水上运动的缺点，增加自行车的应用领域，更方便人们出行；采用人力驱动模式，在现有自行车基础上增加其水上功能，使水上运动跟陆地上自行车运动一样方便、简易，实现水陆两栖运动。 2、 本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析 任务要求： 查阅水陆自行车相关文献并进行收集和整理，完 成毕业设计前期工作；整理相关资料文献确定水陆自行车的具体设计方案；进行必要的设计计算和结构设计；运用三维软件建模，并转换成工程图；所设计的水陆自行车要具备比现有同类产品更良好的性能。 可行性 分析：目前自行车只有陆上功能，所以只要在这个基础上加以改造， 使之 能够在水上行驶就解决了 水陆两用的问题。基本涉及三个结构，即动力部分、浮筒部分和操纵（导向）部分。对于动力部分，仍然由人力驱动，通 过后轮的转动实现自行车的前进。这样不仅能锻炼身体而且成本更低，节能 环保。为了使自行车能够在 水上行驶，必须具有浮筒部分，浮筒部分可以 有很多种，但最主要的就是保证自行车在水面的平稳，安全 。同时在水上行驶也要有方向，这就涉及到了操纵部分，可以对前轮稍加改造使之能够在水上行驶能起到导向作用。只要解决了这三个部分的问题，水上自行车就成功了，所以是非常可行的。 3、 本课题的关键问题及解决问题的思路 （ 1）、怎样使自行车浮在水面上？ 可以对自行车加上浮筒部分，当需水上行驶时可以装上浮筒，使之具有一定的浮力，当然这个浮力必须足够大以保证人的安全，不能使人落水。为了方便携带考虑，就用充气垫圈解决，同时这个垫圈必须足够安全，即不容易破坏。同时这个垫圈也必须 具有足够的面积，以保证不会倾倒。 （ 2）、如何使自行车在水上运动？ 对自行车的后轮稍加改造 ，可以加上挡板，使之在转动时利用水的反推力时前进，也可以加上一个螺旋桨，通过链条链接，提过动力，使之转动以实现前进。当然方法还有很多，这里只是稍加介绍。 （ 3）、如何控制方向？ 在水上行驶时，可以安装一个转向片，使之与自行车方向把固定，这样也就实现了自行车的转向问题。 4、 完成本课题所需的工作条件（如工具书、计算机、实验、调研等）及解决办法 1） 1 濮良贵 北京：高等教育出版社， 2 朱理 北京：高等教育出版社， 3 赵大兴 北京：高等教育出版社， 2006 4 张万奎 北京：中国林业出版社，北京大学出版社， 5 徐学林 长沙：湖南大学出版社， 6 孟宪源，姜琪 北京：机械工业出版社， 7 周开利，邓春晖 础及应用教程 京大学出版社， 8 庞国星 北京：机械工业 出版社 子档： 9 成大先 单行本 北京：化学工业出版社， 10 成大先 单行本 北京：化学工业出版社， 11 成大先 单行本 极限与配合 学工业出版社 12 成大先 单行本 北京：化学工业出版社，13 林清安 件设计 国铁道出版社，14 卢险峰 模具设计大典 第 3 卷 冲压模具设计 西科学技术 出版社， 15 机械设计手册编委会 第五卷 械工业出版社，16丁春生 P2006 17 柴天麟 P 16297 U, 1988 18 邓淮斌 P010 19 张箭 P012 20 P1981 2）科学计算器，计算机，三维建模软件（ ）； 3）自行车市场调研以及向专业工程师请教。 5、工作方案分析及进度计划 工作方案分析 第一阶段：准备阶段。大致了解需要收集的资料的来源和相关课题内容的了解； 第二阶段：资料收集阶段。通过书籍、网站等查找与课题相关的资料； 第三阶段：资料分析阶段。把收集回来的资料进行整理、归类分析，及时纠正 错误；第四阶段：编写工作说明书。 第五阶段：反馈、修改工作说明书。 进度计划 1 完成英文文献翻译、文献综述、任务书以及开题报告 5 水陆自行车工艺分析，确定总体方案设计 8 设计计算、结构设计 10 三维建模、装配图、零件图 12 完成课题论文的撰写 13 准备毕业论文答辩 报告人： 年 月 日 指导教师意见 指导教师： 年 月 日 开题报告应根据教师下发的设计（论文）任务书，在指导教师的指导下由学生独立撰写。 重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 水陆两用自行车设计 姓名： 张永成 学号： 10904020134 摘要 ： 本文 设计 了一个 新型的娱乐工具 水陆两用自行车 。 设计的水陆两用自行车以能量利用率最高为参考要素，通过目前市场上应用较为广泛的明轮驱动、螺旋桨驱动、喷水驱动对比计算确定螺旋桨最佳驱动方式，通过流体力学分析浮体正常前进时所受的最小阻力，根据他们之间的速度阻力关系，结合谱螺旋桨设计方法得到最适合螺旋桨基本尺寸。再选用最便捷传动机构，设计出能量利用率较高的水上休闲交通工具，使得行驶轻松自在。 关键词 ：水陆两用自行车，传动，螺旋桨 a of to up to by to to of is to to 言 ： 水上自行车最早起源于加拿大，作为一种环保型、娱乐型的运动器材，也逐渐受到世 界各国企业的重视。而在我国对于水上自行车的研究以及应用即使学者们对于水上自行车的创新设计也越来越感兴趣，据中华人民共和国国家知识产权局的统计结果表明在水上自行车的专利领其中发明专利仅有 10项，实用新型专利 44项，外观专利10 项在自行车 200 多年的发展过程中积累的创新经验，很是值得开发和研究新但由于使用场合不同于陆地，越来越受到广大而在我国对于水上自行车的研究以及应用，但实际获得的成据中华人民共和国国家知识产权局的统计结果表明在水上自行车的专利领项。为推动水上自很是值得开发和研究新水上自行车又必须具备自身独特 性。 水上游乐设备， 目前 在国内来说，应该还是起步阶段，表现在游乐设备游玩场所少、设备单一，能够参与的人数少，很多人暂时都还不能够享受游乐设备所带来的乐趣。但在近几年也有发展的趋势，随着城市建设速度的加快，各各地区都会增设娱乐重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 项目充实景区建设。以及中国国内大量游乐场的建立，像北京正在兴建的“龙门阵”，建成后将成为国内最大的水上娱乐乐园；安徽省正在兴建的沿董铺水库游乐园；已经建成的江苏省的福星游乐园等等。像世界上最大的东京迪斯尼乐园， 2000 年接待的游客人数为 1730 万人次。正在建设的阿联酋迪拜乐园，建成后将成 世界上最大的游乐园。 建成后观光游客预估可由目前的 600W 达到 1500W 人次。美国新泽西洲的六旗游乐园 (十多年前被六旗集团收购后，几乎每年都在往外扩张与增添新设施。 水上娱乐设备在近几年飞速发展，而今随着人们日益生活的需要，市场对适用的水上自行车的需求将越来越迫切。故水上自行车的研究设计意义深远。 1、水陆两用自行车的介绍 水陆两用自行车的整体构成由以下几大模块： (1)在行驶中， 车身的造型对整个行驶的效率有着很大的影响，因为车身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水陆自行车的车体造型也已达到最小阻力位佳，通过流体力学，我们可以针对各种造型在水中行进时所受的阻力进行分析，核定最佳造型设计以达到最佳运动效率。 (2)通过机械设计我们可以比较确切的分析各种传动系统的传动关系进而计算出总传动系统的传动效率进行核算。 (3)这里的推进系统可以引用为 船舶推进器 ， 船舶推进器是船舶上提供推力的工具，它的作用是将船舶动力装置提供的动力转换成推力，推进船舶。推动船舶前 进的机构。它是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。推进器按作用方式可分为主动式和反应式两类。靠人力或风力驱船前进的纤、帆（见帆船）等为主动式，桨、水陆两用自行车 车身 传动系统 推进系统 导向机构 重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 橹、明轮、喷水推进器、螺旋桨等为反应式。现代运输船舶大多采用反应式推进器，应用最广的是螺旋桨。 具体的水下推进系统有以下几种： 明轮 蹼轮局部浸没于水中的推进器。其水平轴沿船宽方向装置于船体水线之上，轮的周缘装若干蹼板。蹼板分定蹼和动蹼两种。定蹼式蹼板 沿径向固接于轮辐上，蹼板在入水和出水时击水消耗能量大，效率低。动蹼式蹼板可调节入水和出水角度，效率较高。明轮因机构笨重，占用空间大，风浪中不易操纵，容易损坏，已为螺旋桨所取代。 喷水推进器 一种水力反作用式推进器。用装于船内的水泵自船底吸水，经喷管向后喷射受到水的反作用力而产生推力。其机械部分装于船内，得到良好保护。喷管方向可变 ,便于船舶操纵。但喷管因直径受限制 ,管路及水泵效率不高，所以整个系统效率较低，又因水泵及喷管中有水增加了船舶重量，所以很少使用。 螺旋桨 由桨毂和若干径向地 固定于毂上的桨叶所组成的推进器，俗称车叶。螺旋桨安装于船尾水线以下，由主机 (见船舶动力装置 )获得动力而旋转，将水推向船后，利用水的反作用力推船前进。螺旋桨构造简单、重量轻、效率高，在水线以下而受到保护。 (4)正常直线行驶时，导向机构应不构成阻力，设计的导向机构应简单便捷为好。 2、方案 分析： 目前水上自行车设计各式各样，这里的设计主要从传动系统和推进系统两个方面来结合设计。分析以上性能需求，并根据本设计需要，针对推进器和传动系统的的设计提出以下暂定方案： 方案一：采用一级齿轮传动， 明轮驱动。当脚踩动踏板带动齿轮 1、 2传动使得明轮 3、 4转动拍打水面产生向前的驱动力驱动船前进。 重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 方案一原理图 方案二：采用链和锥齿轮的传动系统，螺旋桨驱动。当脚踩动踏板带动齿链轮轮1、 2转动，通过锥齿轮 3、 4改变轴转动位置，带动螺旋桨 5转动，产生向前的驱动力驱动船前进。 方案二原理图 3、 传动系统 ： (1) 踩踏关节的损失： 1 , 链传动的损失： 2 , 滚 动轴承（一对）：3, 锥齿轮传动的损失： 4 , 轴系效率：5由以上算出的总的传动效率： = 54321 所以螺旋桨轴端输出功率为 (2) 根据传动比的一般分配原则，我们应该 使各级传动的承载能力接近相等 ，此处分重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 配特点为链传动和锥齿轮传动的分配，但是考虑到 在骑乘自行车时一般分配的传动比为 了适应和习惯在陆地上的运动习惯及降低生产成本，我们这里就优先选用链传动比为 传动比 1） 由螺旋桨计算得需要转速达到 n 踩踏自行车时的正常平均踩速为 0 00 / 2） 一般自行车的传动比为： =i 为 了保持自行车的正常性能特性，以及合理的采用标准件降低生产成本，故一级链传动的传动比维持不变 i 102 基本传动机构简易图 (3).确定链条型号、链节数 排数、链轮齿数 1z 、 2z 、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距 a 、压 轴力 润滑方式、张紧装置 （ a） 选择链轮齿数 1z 、 2z （ b）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动的功率修正为当量的单排计算功率 （ c）确定链条型号和节距 P 链条型号 可 根据当量的单排链的计算功率n 由图查到 确定链条型号为： （机械设计图 9 确定链条节距为： （机械设计表 9 重庆 理 工 大 学毕业论文 文献综述 其中 为工况系数 为主动链轮齿数系数 为多排链系数 （ d）计算链节距和中心距 按下式计算链节数02(22 p 则链传动的最大中心距为： )(2 211 查表 79 机械设计表 可 得 1f 的值 理论轴间距 1)(2co a =（ e）计算链速，确定润滑方式 100060 11 机械设计图 9 得 出采 用何种 润滑方式 （ f）计算链传动在轴上的轴压力 000r 4、专利介绍 (1)、 水陆两用自行车 专利 一种水陆两用自行车，包括车架、前叉、座鞍、龙头、前轮、后轮、主链轮和设置在车架上位于后轮后方的方向舵，所述主链轮与前轮之间设有与之通过链条连接的
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