水陆两用自行车设计【含CAD图纸+PDF图】
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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 Abstract: This article has designed a new type of entertainment tools - amphibious bicycle. Amphibious bicycle to design energy utilization up to reference elements, driven by wider market paddle wheel, propeller-driven, water-jet drive comparative calculations to determine the best propeller driven normal forward floating body fluid dynamics analysis suffered minimal resistance, according to the speed resistance relation between them, the combination of propeller design method is to get the most suitable propeller basic dimensions. Choose the most convenient transmission mechanism, designed to higher energy utilization, water leisure transport, making traveling easier Key word: amphibious bicycle，transmission, propeller前言：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(SixFlagsGreatAdventure) 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：水陆两用自行车车身传动系统推进系统导向机构(1).车身在行驶中，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).传动系统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).推进系统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、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).导向机构 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。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).自行车传动效率计算：踩踏关节的损失： , 链传动的损失：, 滚动轴承（一对）： ,锥齿轮传动的损失：, 轴系效率：由以上算出的总的传动效率：=所以螺旋桨轴端输出功率为(2).传动比分配：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2.5左右，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2.5的传动比1）.总传动比计算由螺旋桨计算得需要转速达到 踩踏自行车时的正常平均踩速为 故总传动比为 2）.传动比分配一般自行车的传动比为：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 基本传动机构简易图(3).链传动设计.设计内容确定链条型号、链节数、排数、链轮齿数、链轮结构、材料、几何尺寸、中心距、压轴力、润滑方式、张紧装置.设计步骤（a）选择链轮齿数、（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 链条型号可根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速由图查到 确定链条型号为：xx （机械设计图9-11P176） 确定链条节距为：xx （机械设计表9-1P167）其中 （d）计算链节距和中心距按下式计算链节数则链传动的最大中心距为：查表 可得的值理论轴间距（e）计算链速，确定润滑方式查图（机械设计图9-14）可得出采用何种润滑方式 （f）计算链传动在轴上的轴压力 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副链轮，主链轮或副链轮上设有可拆卸的快拆脚踏拐前轮两侧分别设有可拆卸的前气囊，后轮两侧分别设有可拆卸的后气囊后轮的轮圈上设有可拆卸的马蹄划桨板。本发明的水陆两用自行车不仅适于江、河、湖泊、水库、近距离海岛的j过渡及水陆两栖工作，是水产养殖业、水中作业、野外工作者的得力交通工具。(2)、水陆两用自行车专利一种水陆两用自行车，其特征是：自行车前后轮两侧均设置浮简用于产生浮力。自行车左侧新增牙盘、链条、飞轮、传动轴、一对伞齿，在水上骑行时通过反向脚踏带动自行车尾部的螺旋桨旋转，从而产生推进力。浮简由泡沫塑料构成，外表面用塑料腔带包裹，浮简用绑带和支架固定，支架用螺栓在自行车两侧固定。后轮每侧2只浮筒通过支架用铰链链接，可折叠和展开。水上骑行时浮简展开，在后轮底部用活动软绳拉住两边远端浮简用以加固浮筒，在陆地使用时浮简折叠，骑行和普通自行车相同。(3)、水陆两用自行车专利本实用新型是一种适合水陆两用的脚踏自行车，这种车的特点是车前轮为辐板式，可做水中行驶中的舵板，在车身上安装了密封驾驶舱，车后有水上行驶用螺旋推进器，脚踏板通过棘轮装置做往复运动，中轴上有凸轮与气泵联合使用可向气囊中充气，中轴上有伞齿轮，通过与其啮合的伞齿轮将运动传递给后车轮，这种车的优点是由陆地进入水上或由水上驶入陆地无需进行任何附件组合的操作，结构简单，使用方便。(4). 水陆两用自行车专利实用新型公开的水陆两用自行车，包括前叉总成，前轮总成、座板、三脚架总成、衣架总成、后轮总成、撑脚，其特征在于，还具有：垂直角度调节器，由前轮漂浮板总成和前轮三脚支撑架总成构成的前漂浮装置，后轮传动装置，由两个后轮漂浮板总成和后轮三角支撑架总成构成的后漂浮装置，水下推进装置，导向装置；将本实用新型推行入水中，即可踏上去行驶操作了，也可以在陆地上行驶时。 本实用新型具有新增装置体积小，展开和收拢灵活和导向灵活，便于随车携带的优点，解决了现有水陆两用自行车在水面上骑行时，只可前进行驶，不可倒退行驶的机动缺失问题。(5).水陆两用自行车专利水陆两用自行车水陆两用车包括一种自行车，其特征在于它的前轮轴和后轮轮毂轴的两端向外延伸。水面漂浮装置由浮子组成，没个浮子都包括一个可折叠的气密袋和浮动机构，因此可以在自行车两侧的的前轮轴和后轮轴上自由折叠。水面推进装置通过后轮的转动驱动;水面转向装置安装在前轮。总结：还记得选中这个题目的时候，我还挺兴奋，感觉水陆自行车很简单，可正当我着手去做的时候，却不知道如何下手，于是我开始去图书馆和网上查阅大量有关本课题方面的资料，还有很多和自己专业都是毫无关系的。通过查询这些资料，渐渐地我的思维变得开阔起来。我找到了突破口，锁定了设计所需的主要参数结合自己的专业知识，查询各种手册，基本对此次的设计有了一个大概的方向。通过本次文献综述的编写，加深了我对水陆两用自行车的了解。期间我查询了很多的资料，搜集了各种各样的专利以及文献，对目前水陆两用自行车有了一个基本的了解，明白了它的原理，对于自己的设计也有了一个大概的方向，同时经过老师的指点，方案改进了很多，每一次改进都是我受益匪浅，从中我了解了机械有太多的东西需要学。也让我明白，不能小瞧任何一件事，不能盲目自大，我们学到的都是书本上的东西，只有把书本上的知识运用到实践中去，才能算真正运用了知识，也才能真正去掌握知识。参考文献：1 濮良贵.机械设计.北京：高等教育出版社，2006.52 朱理.机械原理.北京：高等教育出版社，2004.43 赵大兴.工程制图.北京：高等教育出版社，20064 张万奎.机床电气控制技术.北京：中国林业出版社，北京大学出版社，2006.8 5 徐学林.互换性与测量技术基础.长沙：湖南大学出版社，2009.76 孟宪源，姜琪.机构构型与应用.北京：机械工业出版社，2004.17 周开利，邓春晖.MATLAB基础及应用教程.北京：北京大学出版社，2007.38 庞国星.工程材料与成形技术基础.北京：机械工业出版社2005.8电子档：9 成大先.机械设计手册.单行本.液压传动.北京：化学工业出版社，2004.110 成大先.机械设计手册.单行本.液压控制.北京：化学工业出版社，2004.111 成大先.机械设计手册.单行本.机械制图.极限与配合.北京：化学工业出版社2004.112 成大先.机械设计手册.单行本.联接与紧固.北京：化学工业出版社，2004.113 林清安.Pro/ENGNEER Wildfire零件设计.北京：中国铁道出版社，2003.1114 卢险峰.中国
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