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重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 文獻(xiàn)綜述
水陸兩用自行車設(shè)計(jì)
姓名：張永成 學(xué)號：10904020134
摘要：本文設(shè)計(jì)了一個(gè)新型的娛樂工具——水陸兩用自行車。設(shè)計(jì)的水陸兩用自行車以能量利用率最高為參考要素，通過目前市場上應(yīng)用較為廣泛的明輪驅(qū)動、螺旋槳驅(qū)動、噴水驅(qū)動對比計(jì)算確定螺旋槳最佳驅(qū)動方式，通過流體力學(xué)分析浮體正常前進(jìn)時(shí)所受的最小阻力，根據(jù)他們之間的速度阻力關(guān)系，結(jié)合譜螺旋槳設(shè)計(jì)方法得到最適合螺旋槳基本尺寸。再選用最便捷傳動機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出能量利用率較高的水上休閑交通工具，使得行駛輕松自在。
關(guān)鍵詞：水陸兩用自行車，傳動，螺旋槳
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：
水上自行車最早起源于加拿大，作為一種環(huán)保型、娛樂型的運(yùn)動器材，也逐漸受到世界各國企業(yè)的重視。而在我國對于水上自行車的研究以及應(yīng)用即使學(xué)者們對于水上自行車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)也越來越感興趣，據(jù)中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明在水上自行車的專利領(lǐng)其中發(fā)明專利僅有10項(xiàng)，實(shí)用新型專利44項(xiàng)，外觀專利10項(xiàng)在自行車200多年的發(fā)展過程中積累的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，很是值得開發(fā)和研究新但由于使用場合不同于陸地，越來越受到廣大而在我國對于水上自行車的研究以及應(yīng)用，但實(shí)際獲得的成據(jù)中華人民共和國國家知識產(chǎn)權(quán)局的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明在水上自行車的專利領(lǐng)項(xiàng)。為推動水上自很是值得開發(fā)和研究新水上自行車又必須具備自身獨(dú)特性。
水上游樂設(shè)備，目前在國內(nèi)來說，應(yīng)該還是起步階段，表現(xiàn)在游樂設(shè)備游玩場所少、設(shè)備單一，能夠參與的人數(shù)少，很多人暫時(shí)都還不能夠享受游樂設(shè)備所帶來的樂趣。但在近幾年也有發(fā)展的趨勢，隨著城市建設(shè)速度的加快，各各地區(qū)都會增設(shè)娛樂項(xiàng)目充實(shí)景區(qū)建設(shè)。以及中國國內(nèi)大量游樂場的建立，像北京正在興建的“龍門陣”，建成后將成為國內(nèi)最大的水上娛樂樂園；安徽省正在興建的沿董鋪水庫游樂園；已經(jīng)建成的江蘇省的福星游樂園等等。像世界上最大的東京迪斯尼樂園，2000年接待的游客人數(shù)為1730萬人次。正在建設(shè)的阿聯(lián)酋迪拜樂園，建成后將成世界上最大的游樂園。
建成后觀光游客預(yù)估可由目前的600W達(dá)到1500W人次。美國新澤西洲的六旗游樂園(Six Flags Great Adventure) 十多年前被六旗集團(tuán)收購后，幾乎每年都在往外擴(kuò)張與增添新設(shè)施。
水上娛樂設(shè)備在近幾年飛速發(fā)展，而今隨著人們?nèi)找嫔畹男枰?，市場對適用的水上自行車的需求將越來越迫切。故水上自行車的研究設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。
1、水陸兩用自行車的介紹
水陸兩用自行車的整體構(gòu)成由以下幾大模塊：
水陸兩用自行車
車身
傳動系統(tǒng)
推進(jìn)系統(tǒng)
導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
(1).車身
在行駛中，車身的造型對整個(gè)行駛的效率有著很大的影響，因?yàn)檐嚿淼脑煨椭苯佑绊懙降氖切羞M(jìn)的阻力。此處設(shè)計(jì)的水陸自行車的車體造型也已達(dá)到最小阻力位佳，通過流體力學(xué)，我們可以針對各種造型在水中行進(jìn)時(shí)所受的阻力進(jìn)行分析，核定最佳造型設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳運(yùn)動效率。
(2).傳動系統(tǒng)
通過機(jī)械設(shè)計(jì)我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關(guān)系進(jìn)而計(jì)算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進(jìn)行核算。
(3).推進(jìn)系統(tǒng)
這里的推進(jìn)系統(tǒng)可以引用為船舶推進(jìn)器，船舶推進(jìn)器是船舶上提供推力的工具，它的作用是將船舶動力裝置提供的動力轉(zhuǎn)換成推力，推進(jìn)船舶。推動船舶前進(jìn)的機(jī)構(gòu)。它是把自然力、人力或機(jī)械能轉(zhuǎn)換成船舶推力的能量轉(zhuǎn)換器。推進(jìn)器按作用方式可分為主動式和反應(yīng)式兩類?？咳肆蝻L(fēng)力驅(qū)船前進(jìn)的纖、帆（見帆船）等為主動式，槳、櫓、明輪、噴水推進(jìn)器、螺旋槳等為反應(yīng)式?，F(xiàn)代運(yùn)輸船舶大多采用反應(yīng)式推進(jìn)器，應(yīng)用最廣的是螺旋槳。 具體的水下推進(jìn)系統(tǒng)有以下幾種：
<1>明輪
蹼輪局部浸沒于水中的推進(jìn)器。其水平軸沿船寬方向裝置于船體水線之上，輪的周緣裝若干蹼板。蹼板分定蹼和動蹼兩種。定蹼式蹼板沿徑向固接于輪輻上，蹼板在入水和出水時(shí)擊水消耗能量大，效率低。動蹼式蹼板可調(diào)節(jié)入水和出水角度，效率較高。明輪因機(jī)構(gòu)笨重，占用空間大，風(fēng)浪中不易操縱，容易損壞，已為螺旋槳所取代。
<2>噴水推進(jìn)器
一種水力反作用式推進(jìn)器。用裝于船內(nèi)的水泵自船底吸水，經(jīng)噴管向后噴射受到水的反作用力而產(chǎn)生推力。其機(jī)械部分裝于船內(nèi)，得到良好保護(hù)。噴管方向可變,便于船舶操縱。但噴管因直徑受限制,管路及水泵效率不高，所以整個(gè)系統(tǒng)效率較低，又因水泵及噴管中有水增加了船舶重量，所以很少使用。
<3>螺旋槳
由槳轂和若干徑向地固定于轂上的槳葉所組成的推進(jìn)器，俗稱車葉。螺旋槳安裝于船尾水線以下，由主機(jī)(見船舶動力裝置)獲得動力而旋轉(zhuǎn)，將水推向船后，利用水的反作用力推船前進(jìn)。螺旋槳構(gòu)造簡單、重量輕、效率高，在水線以下而受到保護(hù)。
(4).導(dǎo)向機(jī)構(gòu)
正常直線行駛時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)不構(gòu)成阻力，設(shè)計(jì)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)簡單便捷為好。
2、方案分析：
目前水上自行車設(shè)計(jì)各式各樣，這里的設(shè)計(jì)主要從傳動系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)兩個(gè)方面來結(jié)合設(shè)計(jì)。分析以上性能需求，并根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，針對推進(jìn)器和傳動系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)提出以下暫定方案：
方案一：采用一級齒輪傳動，明輪驅(qū)動。當(dāng)腳踩動踏板帶動齒輪1、2傳動使得明輪3、4轉(zhuǎn)動拍打水面產(chǎn)生向前的驅(qū)動力驅(qū)動船前進(jìn)。
方案一原理圖
方案二：采用鏈和錐齒輪的傳動系統(tǒng)，螺旋槳驅(qū)動。當(dāng)腳踩動踏板帶動齒鏈輪輪1、2轉(zhuǎn)動，通過錐齒輪3、4改變軸轉(zhuǎn)動位置，帶動螺旋槳5轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生向前的驅(qū)動力驅(qū)動船前進(jìn)。
方案二原理圖
3、傳動系統(tǒng)：
(1).自行車傳動效率計(jì)算：
踩踏關(guān)節(jié)的損失： , 鏈傳動的損失：, 滾動軸承（一對）： ,
錐齒輪傳動的損失：, 軸系效率：
由以上算出的總的傳動效率：
=
所以螺旋槳軸端輸出功率為
(2).傳動比分配：
根據(jù)傳動比的一般分配原則，我們應(yīng)該使各級傳動的承載能力接近相等，此處分配特點(diǎn)為鏈傳動和錐齒輪傳動的分配，但是考慮到在騎乘自行車時(shí)一般分配的傳動比為2.5左右，為了適應(yīng)和習(xí)慣在陸地上的運(yùn)動習(xí)慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動比為2.5的傳動比
1）.總傳動比計(jì)算
由螺旋槳計(jì)算得需要轉(zhuǎn)速達(dá)到 踩踏自行車時(shí)的正常平均踩速為 故總傳動比為
2）.傳動比分配
一般自行車的傳動比為：
為了保持自行車的正常性能特性，以及合理的采用標(biāo)準(zhǔn)件降低生產(chǎn)成本，故一級鏈傳動的傳動比維持不變
基本傳動機(jī)構(gòu)簡易圖
(3).鏈傳動設(shè)計(jì)
<1>..設(shè)計(jì)內(nèi)容
確定鏈條型號、鏈節(jié)數(shù)、排數(shù)、鏈輪齒數(shù)、、鏈輪結(jié)構(gòu)、材料、幾何尺寸、中心距、壓軸力、潤滑方式、張緊裝置
<2>.設(shè)計(jì)步驟
（a）選擇鏈輪齒數(shù)、
（b）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動的功率修正為當(dāng)量的單排計(jì)算功率
（c）確定鏈條型號和節(jié)距
鏈條型號可根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速由圖查到
確定鏈條型號為：xx （機(jī)械設(shè)計(jì)圖9-11P176）
確定鏈條節(jié)距為：xx （機(jī)械設(shè)計(jì)表9-1P167）
其中
（d）計(jì)算鏈節(jié)距和中心距
按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)
則鏈傳動的最大中心距為：
查表 可得的值
理論軸間距
（e）計(jì)算鏈速，確定潤滑方式
查圖（機(jī)械設(shè)計(jì)圖9-14）可得出采用何種潤滑方式
（f）計(jì)算鏈傳動在軸上的軸壓力
4、專利介紹
(1)、水陸兩用自行車專利
一種水陸兩用自行車，包括車架、前叉、座鞍、龍頭、前輪、后輪、主鏈輪和設(shè)置在車架上位于后輪后方的方向舵，所述主鏈輪與前輪之間設(shè)有與之通過鏈條連接的副鏈輪，主鏈輪或副鏈輪上設(shè)有可拆卸的快拆腳踏拐前輪兩側(cè)分別設(shè)有可拆卸的前氣囊，后輪兩側(cè)分別設(shè)有可拆卸的后氣囊后輪的輪圈上設(shè)有可拆卸的馬蹄劃槳板。本發(fā)明的水陸兩用自行車不僅適于江、河、湖泊、水庫、近距離海島的j過渡及水陸兩棲工作，是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、水中作業(yè)、野外工作者的得力交通工具。
(2)、水陸兩用自行車專利
一種水陸兩用自行車，其特征是：自行車前后輪兩側(cè)均設(shè)置浮簡用于產(chǎn)生浮力。自行車左側(cè)新增牙盤、鏈條、飛輪、傳動軸、一對傘齒，在水上騎行時(shí)通過反向腳踏帶動自行車尾部的螺旋槳旋轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生推進(jìn)力。浮簡由泡沫塑料構(gòu)成，外表面用塑料腔帶包裹，浮簡用綁帶和支架固定，支架用螺栓在自行車兩側(cè)固定。后輪每側(cè)2只浮筒通過支架用鉸鏈鏈接，可折疊和展開。水上騎行時(shí)浮簡展開，在后輪底部用活動軟繩拉住兩邊遠(yuǎn)端浮簡用以加固浮筒，在陸地使用時(shí)浮簡折疊，騎行和普通自行車相同。
(3)、水陸兩用自行車專利
本實(shí)用新型是一種適合水陸兩用的腳踏自行車，這種車的特點(diǎn)是車前輪為輻板式，可做水中行駛中的舵板，在車身上安裝了密封駕駛艙，車后有水上行駛用螺旋推進(jìn)器，腳踏板通過棘輪裝置做往復(fù)運(yùn)動，中軸上有凸輪與氣泵聯(lián)合使用可向氣囊中充氣，中軸上有傘齒輪，通過與其嚙合的傘齒輪將運(yùn)動傳遞給后車輪，這種車的優(yōu)點(diǎn)是由陸地進(jìn)入水上或由水上駛?cè)腙懙責(zé)o需進(jìn)行任何附件組合的操作，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。
(4). 水陸兩用自行車專利
實(shí)用新型公開的水陸兩用自行車，包括前叉總成，前輪總成、座板、三腳架總成、衣架總成、后輪總成、撐腳，其特征在于，還具有：垂直角度調(diào)節(jié)器，由前輪漂浮板總成和前輪三腳支撐架總成構(gòu)成的前漂浮裝置，后輪傳動裝置，由兩個(gè)后輪漂浮板總成和后輪三角支撐架總成構(gòu)成的后漂浮裝置，水下推進(jìn)裝置，導(dǎo)向裝置；將本實(shí)用新型推行入水中，即可踏上去行駛操作了，也可以在陸地上行駛時(shí)。 本實(shí)用新型具有新增裝置體積小，展開和收攏靈活和導(dǎo)向靈活，便于隨車攜帶的優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有水陸兩用自行車在水面上騎行時(shí)，只可前進(jìn)行駛，不可倒退行駛的機(jī)動缺失問題。
(5).水陸兩用自行車專利
水陸兩用自行車水陸兩用車包括一種自行車，其特征在于它的前輪軸和后輪輪轂軸的兩端向外延伸。水面漂浮裝置由浮子組成，沒個(gè)浮子都包括一個(gè)可折疊的氣密袋和浮動機(jī)構(gòu)，因此可以在自行車兩側(cè)的的前輪軸和后輪軸上自由折疊。水面推進(jìn)裝置通過后輪的轉(zhuǎn)動驅(qū)動;水面轉(zhuǎn)向裝置安裝在前輪。
總結(jié)：
還記得選中這個(gè)題目的時(shí)候，我還挺興奮，感覺水陸自行車很簡單，可正當(dāng)我著手去做的時(shí)候，卻不知道如何下手，于是我開始去圖書館和網(wǎng)上查閱大量有關(guān)本課題方面的資料，還有很多和自己專業(yè)都是毫無關(guān)系的。通過查詢這些資料，漸漸地我的思維變得開闊起來。我找到了突破口，鎖定了設(shè)計(jì)所需的主要參數(shù)結(jié)合自己的專業(yè)知識，查詢各種手冊，基本對此次的設(shè)計(jì)有了一個(gè)大概的方向。通過本次文獻(xiàn)綜述的編寫，加深了我對水陸兩用自行車的了解。期間我查詢了很多的資料，搜集了各種各樣的專利以及文獻(xiàn)，對目前水陸兩用自行車有了一個(gè)基本的了解，明白了它的原理，對于自己的設(shè)計(jì)也有了一個(gè)大概的方向，同時(shí)經(jīng)過老師的指點(diǎn)，方案改進(jìn)了很多，每一次改進(jìn)都是我受益匪淺，從中我了解了機(jī)械有太多的東西需要學(xué)。也讓我明白，不能小瞧任何一件事，不能盲目自大，我們學(xué)到的都是書本上的東西，只有把書本上的知識運(yùn)用到實(shí)踐中去，才能算真正運(yùn)用了知識，也才能真正去掌握知識。
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