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重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文水陸兩用自行車設(shè)計(jì)
目錄
摘要…………………………………………………………………………3
Abstract……………………………………………………………………4
第一章緒論…………………………………………………………………5
1.1研究背景………………………………………………………………5
1.2發(fā)展前景………………………………………………………………6
第二章總體方案設(shè)計(jì)……………………………………………………8
2.1水陸兩用自行車的構(gòu)成……………………………………………8
2.2水陸兩用自行車方案設(shè)計(jì)…………………………………………10
第三章浮力…………………………………………………………………10
3.1浮力計(jì)算………………………………………………………………10
3.2浮板的設(shè)計(jì)……………………………………………………………11
3.3浮板材料選用…………………………………………………………12
第四章動(dòng)力計(jì)算……………………………………………………………12
4.1功率的計(jì)算……………………………………………………………12
4.2傳動(dòng)比…………………………………………………………………13
4.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………13
第五章軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………16
5.1鏈輪上力的計(jì)算………………………………………………………16
5.2選取材料………………………………………………………………16
5.3計(jì)算軸的最小直徑……………………………………………………17
5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………17
第六章明輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………18
6.1明輪簡(jiǎn)介…………………………………………………………………18
6.2明輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………19
第七章 三維作品展示………………………………………………………20
第八章結(jié)論……………………………………………………………………31
第九章 本次設(shè)計(jì)外購(gòu)件清單…………………………………………32
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………34
致謝………………………………………………………………………………35
摘要
本文設(shè)計(jì)了了一種新型的娛樂(lè)工具——水陸兩用自行車。水陸兩用自行車在動(dòng)力方面與傳統(tǒng)自行車一樣，都是靠人力驅(qū)動(dòng)，通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞給后軸。后軸上連接兩個(gè)可單獨(dú)控制，互不影響的明輪，實(shí)現(xiàn)水陸兩用自行車在水上的行進(jìn)與轉(zhuǎn)向。同時(shí)為了保證在水上行駛的安全性，將浮板設(shè)計(jì)成三角形與水陸兩用自行車固定，使得行駛安全、輕松、自在。
關(guān)鍵詞：水陸兩用自行車、鏈傳動(dòng)、明輪、浮板。
Abstract
This paper presents a new kind of entertainment tools——Amphibious bicycle. Amphibious bicycle in power are the same as with the traditional bicycle driven by human, and through the chain drive transfers power to the rear axle. Rear axle are connecting two paddle wheel that can be controlled separately and are independently of each other in order to traveling and steering in the water. The float board are designed into a triangle which are fixed witch the amphibious bicycle in order to ensure the safety of driving in the water, you can feel the traveling safe, relaxed and comfortable.
Key words: Amphibious bicycle 、Chain transmission、 Paddle wheel、 Kickboard.
第一章 緒論
1.1研究背景
隨著當(dāng)今科技的迅速發(fā)展，人們生活水平日漸提高，對(duì)科技產(chǎn)品的創(chuàng)新得到越來(lái)越高的關(guān)注，特別是娛樂(lè)生活方面的各種娛樂(lè)健身產(chǎn)品隨處可見(jiàn)，市場(chǎng)上出現(xiàn)的各種健身娛樂(lè)設(shè)備多達(dá)千種。特別是水上游樂(lè)項(xiàng)目，因其獨(dú)特的新穎性，在各大中小型公園中得到了廣泛的推廣。水上自行車作為一種創(chuàng)新型水上娛樂(lè)產(chǎn)品，被眾多玩家親睞，但由于其生產(chǎn)成本高，效率低下始終不能在市場(chǎng)上在短時(shí)間內(nèi)就能形成一定規(guī)模效應(yīng)。要較好的經(jīng)濟(jì)比較效益，不僅要從設(shè)計(jì)方面著手提高傳遞效率，還要從制造方面換購(gòu)，使得盡量多的零件實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)。目前大部分水上娛樂(lè)設(shè)備主要有：手遙類、腳蹬類、劃船類。
在日常生活中存在大量的水上娛樂(lè)設(shè)備，如常見(jiàn)的水上輪車（明輪）、手遙船、漿船、腳踏船等，這些都是靠人力驅(qū)動(dòng)的水上休閑娛樂(lè)設(shè)備。確實(shí)這些設(shè)備在通常的娛樂(lè)場(chǎng)所隨處可見(jiàn)，但就其新穎性卻不高，往往初次乘坐上去進(jìn)行娛樂(lè)游玩時(shí)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都找不到人機(jī)互動(dòng)的的感覺(jué)，短暫的水上涉足就會(huì)讓人失去興趣，之后也很難有再嘗試的欲望，而水上自行車卻不一樣，它的上半部分采用的是通常自行車構(gòu)造機(jī)構(gòu)，游客乘坐上去馬上就能找到像自行車一樣的人機(jī)之間的一種互動(dòng)感覺(jué)。玩起來(lái)輕松自由，這就涉及到人機(jī)工程學(xué)的應(yīng)用。
人機(jī)工程學(xué)是一門(mén)新興的邊緣科學(xué)。它起源于歐洲，形成和發(fā)展于美國(guó)。人機(jī)工程學(xué)在歐洲稱為Ergonomics，這名稱最早是由波蘭學(xué)者雅斯特萊鮑夫斯基提出來(lái)的，它是由兩個(gè)希臘詞根組成的?！癳rgo”的意思是“出力、工作”，“nomics”表示“規(guī)律、法則”的意思，因此，Ergonomics的含義也就是“人出力的規(guī)律”或“人工作的規(guī)律”，也就是說(shuō)，這門(mén)學(xué)科是研究人在生產(chǎn)或操作過(guò)程中合理地、適度地勞動(dòng)和用力的規(guī)律問(wèn)題。人機(jī)工程學(xué)在美國(guó)稱為“Human Engineering”（人類工程學(xué)）或“Human Factor Engineering”（人類因素工程學(xué)）。日本稱為“人間工學(xué)”，或采用歐洲的名稱，音譯為“Ergonomics”，俄文音譯名“Эргнотика”在我國(guó)，所用名稱也各不相， ，有“人類工程學(xué)”、“人體工程學(xué)”、“工效學(xué)”、“機(jī)器設(shè)備利用學(xué)”和“人機(jī)工程學(xué)”等。為便于學(xué)科發(fā)展，統(tǒng)一名稱很有必要，現(xiàn)在大部分人稱其為“人機(jī)工程學(xué)”，簡(jiǎn)稱“人機(jī)學(xué)”?！叭藱C(jī)工程學(xué)”的確切定義是，把人—機(jī)—環(huán)境系統(tǒng)作為研究的基本對(duì)象，運(yùn)用生理學(xué)、心理學(xué)和其它有關(guān)學(xué)科知識(shí)，根據(jù)人和機(jī)器的條件和特點(diǎn)，合理分配人和機(jī)器承擔(dān)的操作職能，并使之相互適應(yīng)，從而為人創(chuàng)造出舒適和安全的工作環(huán)境，使工效達(dá)到最優(yōu)的一門(mén)綜合性學(xué)科。
因此，為了能充分地發(fā)揮人和機(jī)器的作用，使整個(gè)人—機(jī)系統(tǒng)可靠、安全、高效，以及操作方便和舒適，設(shè)計(jì)人—機(jī)系統(tǒng)時(shí)就得充分考慮人和機(jī)器的特征與功能，使之相互協(xié)調(diào)配合，構(gòu)成有機(jī)整體，達(dá)到生產(chǎn)和工作的最佳效果。
在制造方面，由于水上自行車是一種創(chuàng)新型水上娛樂(lè)產(chǎn)品，企業(yè)在生產(chǎn)時(shí)一般都是采用中小批量生產(chǎn)，使得生產(chǎn)成本較高。但在設(shè)計(jì)水上自行車時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以選擇普通自行車為原參考模型，在此基礎(chǔ)上可以選用大量的原部件，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)依托普通自行車的大批量生產(chǎn)直接降低了生產(chǎn)成本，像鏈輪、鏈條、腳踏板等可以選用通用自行車廠商大批量生產(chǎn)的現(xiàn)成產(chǎn)品。
1.2發(fā)展前景
水上自行車最早起源于加拿大，作為一種環(huán)保型、娛樂(lè)型的運(yùn)動(dòng)器材，也逐漸受到世界各國(guó)企業(yè)的重視。而在我國(guó)對(duì)于水上自行車的研究以及應(yīng)用即使學(xué)者們對(duì)于水上自行車的創(chuàng)新設(shè)計(jì)也越來(lái)越感興趣，據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)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(guò)程中積累的創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，很是值得開(kāi)發(fā)和研究新。但由于使用場(chǎng)合不同于陸地，越來(lái)越受到廣大而在我國(guó)對(duì)于水上自行車的研究以及應(yīng)用，但實(shí)際獲得的據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)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(dòng)水上自很是值得開(kāi)發(fā)和研究新水上自行車又必須具備自身獨(dú)特性。
李衛(wèi)國(guó)曾任企業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師，2008年開(kāi)始試制“水陸自行車”，前后共花費(fèi)3萬(wàn)多元，2010年6月16日，“水陸自行車”挑戰(zhàn)漢江成功，30分鐘在漢江騎行一個(gè)來(lái)回。2010年10月2日，他應(yīng)日本電視臺(tái)邀請(qǐng)赴深圳小梅沙挑戰(zhàn)大海，遭遇慘痛失敗?；貪h后，李衛(wèi)國(guó)再次改進(jìn)，加固浮筒，更換后輪支架，減輕3公斤自重，車的穩(wěn)定性有了很大提高。
2010年11月21日上午天陰、微風(fēng)，江水湍急。10時(shí)15分，李衛(wèi)國(guó)的學(xué)生雷志前騎“水陸自行車”從武昌橋頭下水，先逆水騎行至江中第二個(gè)橋墩處，然后調(diào)頭順流而下，騎向?qū)Π丁Ｒ凰夷举|(zhì)小漁船陪伴左右，武漢水上救援隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)俞關(guān)榮在船上為其義務(wù)護(hù)航。江水洶涌起伏，雷志前騎在“水陸自行車”上，8只浮筒隨鋼架撐開(kāi)，將車身托得穩(wěn)穩(wěn)的，騎行十分輕松。江中正在駛過(guò)一支船隊(duì)，10多只滿載黃砂的貨船前后蜿蜒200多米，小雷靜待艦隊(duì)過(guò)盡才得以騎向?qū)Π丁?一艘從武漢關(guān)碼頭開(kāi)出的輪渡駛過(guò)旁邊，船上的乘客們看到這輛奇形怪狀的自行車，紛紛朝這邊揮手；“水陸自行車”經(jīng)過(guò)停泊在武漢關(guān)的西安艦，艦上工作人員也擠到舷邊觀望。2010年11月21日11時(shí)13分，“水陸自行車”順利抵達(dá)武漢關(guān)下游的三峽石廣場(chǎng)附近江灘。雷志前稱江上騎行一點(diǎn)都不疲勞，也不危險(xiǎn)，只是被浪打濕了褲腳。網(wǎng)上檢索的結(jié)果顯示，這是“水陸自行車”首次成功渡過(guò)長(zhǎng)江。
水上游樂(lè)設(shè)備，現(xiàn)在在國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該還是起步階段，表現(xiàn)在游樂(lè)設(shè)備游玩場(chǎng)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(lè)設(shè)備所帶來(lái)的樂(lè)趣。但在近幾年也有發(fā)展的趨勢(shì)，隨著城市建設(shè)速度的加快，各各地區(qū)都會(huì)增設(shè)娛樂(lè)項(xiàng)目充實(shí)景區(qū)建設(shè)。以及中國(guó)國(guó)內(nèi)大量游樂(lè)場(chǎng)的建立，像北京正在興建的“龍門(mén)陣”，建成后將成為國(guó)內(nèi)最大的水上娛樂(lè)樂(lè)園；安徽省正在興建的沿董鋪水庫(kù)游樂(lè)園；已經(jīng)建成的江蘇省的福星游樂(lè)園等等。像世界上最大的東京迪斯尼樂(lè)園，2000年接待的游客人數(shù)為1730萬(wàn)人次。正在建設(shè)的阿聯(lián)酋迪拜樂(lè)園，建成后將成世界上最大的游樂(lè)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(guó)新澤西洲的六旗游樂(lè)園(Six Flags Great Adventure) 十多年前被六旗集團(tuán)收購(gòu)后，幾乎每年都在往外擴(kuò)張與增添新設(shè)施。
水上娛樂(lè)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?chǎng)對(duì)適用的水上自行車的需求將越來(lái)越迫切。故水上自行車的研究設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1水陸兩用自行車的構(gòu)成
水陸兩用自行車的整體構(gòu)成由以下幾大模塊：
(1).車身
在行駛中，車身的造型對(duì)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(guò)流體力學(xué)，我們可以針對(duì)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(dòng)效率。
(2).傳動(dòng)系統(tǒng)
通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)我們可以比較確切的分析各種傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)而計(jì)算出總傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)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(dòng)力裝置提供的動(dòng)力轉(zhuǎn)換成推力，推進(jìn)船舶。推動(dòng)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(dòng)式和反應(yīng)式兩類?？咳肆蝻L(fēng)力驅(qū)船前進(jìn)的纖、帆（見(jiàn)帆船）等為主動(dòng)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(méi)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(dòng)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(dòng)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(jiàn)船舶動(dòng)力裝置)獲得動(dòng)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(jiǎn)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(jiǎn)單便捷為好。
(5).浮板
具有較大的浮力，與車身固定良好，在水中行駛時(shí)安全，不傾翻。同時(shí)質(zhì)量要盡量的小，以減少行進(jìn)的阻力。
2.2水陸兩用自行車方案設(shè)計(jì)：
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(dòng)系統(tǒng)和推進(jìn)系統(tǒng)兩個(gè)方面來(lái)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(duì)推進(jìn)器和傳動(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)提出以下方案：
采用鏈傳動(dòng)，明輪驅(qū)動(dòng)。當(dāng)腳踩動(dòng)踏板帶動(dòng)鏈輪1、2傳動(dòng)使得明輪3、4轉(zhuǎn)動(dòng)拍打水面產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)前進(jìn)。
第三章 浮力
3.1浮力計(jì)算
根據(jù)阿基米德原理：浸在液體里的物體受到向上的浮力，浮力大小等于物體排開(kāi)液體所受重力。
即F?。紾液排＝ρ液gV排
當(dāng)物體漂浮時(shí)：F?。紾物 且 ρ物<ρ液
所以，ρ液gV排= G物=m物g
即V排=M物/ρ液
這里 M物=M人+M車
取 M物=100kg ，M車=30kg，
所以M物=100kg+30kg=130kg
已知水的密度ρ液=1.0x103 kg/m3，
故
V排=M物/ρ液=130 kg1.0x103kg/m3=0.13m3
3.2浮板的設(shè)計(jì)
根據(jù)前面提出的方案以及求出的V排，將浮板的底板設(shè)計(jì)成三角形，如圖所示：
根據(jù)三角形面積計(jì)算公式S=12底x高得，
底板的面積S=12x1x2=1m2
根據(jù)前面求出的V排=0.13m3可求出，
浮板的最小高度h=V排/S=0.13m3/1m2=0.13m
即浮板的最小吃水深度為0.13米。
為了安全考慮，將浮版的高度定為0.2米。
3.3浮板材料選用
根據(jù)目前市場(chǎng)上用得最多的浮板材料，本次設(shè)計(jì)浮板采用材料EVA.下面對(duì)EVA的特性做一些簡(jiǎn)單的介紹。
耐水性：密閉泡孔結(jié)構(gòu)、不吸水、防潮、耐水性能良好。
耐腐蝕性：耐海水、油脂、酸、堿等化學(xué)品腐蝕，抗菌、無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)污染。
加工性：無(wú)接頭，且易于進(jìn)行熱壓、剪裁、涂膠、貼合等加工。 防震動(dòng)：回彈性和抗張力高，韌性高，具有良好的防震 / 緩沖性能。
保溫性：隔熱，保溫防寒及低溫性能優(yōu)異，可耐嚴(yán)寒和曝曬。
第四章 動(dòng)力計(jì)算
4.1功率的計(jì)算
1、輸入功率的計(jì)算：
人輸出的功率隨著騎車人的體格、體力、騎車姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，但只能能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。自行車運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來(lái)確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。但本次設(shè)計(jì)內(nèi)容為一休閑式娛樂(lè)工具，故對(duì)體力要求不能有過(guò)多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來(lái)計(jì)算在娛樂(lè)為主的休閑前提下的輸出功率 。
以此為參考，正常人踩蹬自行車的力量約為30~40N,娛樂(lè)情況下我們估算為30N，踩蹬速度適當(dāng)?shù)娜?轉(zhuǎn)/秒，
故本次設(shè)計(jì)的人的輸出功率為
（180mm為一般自行車的踩踏杠的長(zhǎng)度）。
2、 傳動(dòng)效率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得：
踩踏關(guān)節(jié)的損失：=0.97
鏈傳動(dòng)的損失：=0.96
滾動(dòng)軸承：=0.972
軸系效率：=0.98
由以上算出的總的傳動(dòng)效率：
==0.83
所以明輪的輸出功率為
4.2傳動(dòng)比
根據(jù)傳動(dòng)比的一般分配原則，我們應(yīng)該使各級(jí)傳動(dòng)的承載能力接近相等，考慮到在騎乘自行車時(shí)一般分配的傳動(dòng)比為2.5左右，為了適應(yīng)和習(xí)慣在陸地上的運(yùn)動(dòng)習(xí)慣及降低生產(chǎn)成本，我們這里就優(yōu)先選用鏈傳動(dòng)比為2.5的傳動(dòng)比。
4.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
1、設(shè)計(jì)內(nèi)容
確定鏈條型號(hào)、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(rùn)滑方式、張緊裝置
已知設(shè)計(jì)條件：低速平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，傳遞功率,主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)2.5。
2、設(shè)計(jì)步驟
（1）選擇鏈輪齒數(shù)、
在17-114之間選取齒數(shù)。
（2）計(jì)算當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率
根據(jù)鏈傳動(dòng)的工作情況、主動(dòng)鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動(dòng)的功率修正為當(dāng)量的單排計(jì)算功率
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-6得
，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13得
，由于是單排鏈，所以
故
（3）確定鏈條型號(hào)和節(jié)距
鏈條型號(hào)根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計(jì)算功率和主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11得到。然后由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-1確定鏈條節(jié)距p 。
確定鏈條型號(hào)為：08A
確定鏈條節(jié)距為：12.7
（4）計(jì)算鏈節(jié)距和中心距
初選中心距，按下式計(jì)算鏈節(jié)數(shù)
將圓整為偶數(shù)
鏈傳動(dòng)的最大中心距為：
式中，為中心距計(jì)算系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-7得=0.24907
（5）計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式
根據(jù)鏈速V，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14得，潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑
（6）計(jì)算鏈傳動(dòng)在軸上的壓軸力FP
壓軸力FP=KFPFe
有效圓周力N
壓軸力FP=KFPFe=1.10x59.49=65.439 N
（7）設(shè)計(jì)總結(jié)
鏈輪
大鏈輪
小鏈輪
齒數(shù)
45
18
分度圓直徑()
181.43
73.41
齒頂圓直徑()
186
80.00
齒根圓直徑()
173.51
65.49
分度圓弦齒高()
3.00
4.00
齒側(cè)凸緣直徑()
<164.25
<58.71
節(jié)距()
12.7
軸間距()
623.148
鏈長(zhǎng)()
1270
鏈節(jié)數(shù)()
130
鏈速()
0.57
鏈號(hào)
08A
第五章 軸的設(shè)計(jì)
5.1鏈輪上力的計(jì)算
軸上傳遞的功率P2=P1X0.96X0.97X0.97=30.63 w
轉(zhuǎn)矩T2=9550000p2n2=9550000x30.63/150=1950110N.mm
5.2選取材料
可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
5.3計(jì)算軸的最小直徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3可取A0=120，
dmin=A03P2n2=12030.03063150=7.066 mm
由于軸的直徑小于100mm，且由3個(gè)鍵槽，故將軸徑增加15%，即
d=dminx(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm
將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，取d=10 mm
5.4軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、軸的外形結(jié)構(gòu)
2、根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（1）、根據(jù)飛輪內(nèi)徑可得d67=30 mm，根據(jù)飛輪的寬度可得出L67=20 mm，右側(cè)采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。
（2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據(jù)裝配關(guān)系取L45=L910=15 mm 。
（3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L56=L89=383 mm 。
（4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據(jù)裝配關(guān)系，計(jì)算得L23=L910=33 mm。
（5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預(yù)緊，故取L12=L1213=19 mm。
（6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據(jù)裝配關(guān)系計(jì)算得出，L34=L1011=40 mm。
至此已經(jīng)確定了軸的各段長(zhǎng)度和直徑。
第六章 明輪的設(shè)計(jì)
6.1明輪簡(jiǎn)介
中文名稱：明輪。英文名稱：paddle wheel
定義：大部分露出水面，在圓輪四周裝有多個(gè)蹼板鼓水的輪式推進(jìn)器。
我國(guó)古代用人力運(yùn)轉(zhuǎn)的明輪船稱為“車船”“輪船”。它是一種船用局部入水的推進(jìn)器，裝在船的兩側(cè)或尾部，形狀類似車輪，在輪周上裝若干槳板，撥水向后使船前進(jìn)。因輪之大部分在水面以上，故稱“明輪”。19世紀(jì)，西方國(guó)家廣泛使用明輪。由于蒸汽機(jī)船上裝有明輪，故稱為輪船。
明輪根據(jù)布置位置，分為舷側(cè)明輪和船尾明輪，舷側(cè)明輪裝在船舶舷側(cè)部位；船尾明輪裝在船尾。它們都是用蒸汽機(jī)來(lái)帶動(dòng)明輪，使其轉(zhuǎn)動(dòng)，推進(jìn)船舶。
明輪根據(jù)槳板形式分為固定的和活動(dòng)的兩種。
固定式明輪
固定式明輪：特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是效率太差：槳板在入水時(shí)是壓水，而在出水前是提水，因而浪費(fèi)了大部分能量，所以它的直徑往往做得很大，入水深度一般不超過(guò)半徑的1/2。
活動(dòng)式明輪
活動(dòng)式明輪：它的槳板以鉸接方式與輪體相連，通過(guò)偏心作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，因?yàn)樗臉迥芤赃m宜的角度入水和出水，提高了效率。動(dòng)槳明輪產(chǎn)生的推力略次與定槳明輪。
6.2明輪的設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中采用自行設(shè)計(jì)的活動(dòng)明輪，即在陸地上行駛時(shí)，明輪葉片可以折疊起來(lái)，以減少行進(jìn)中的阻力，在水中行駛時(shí)，明輪葉片可以放下來(lái)，以提供前進(jìn)的動(dòng)力。同時(shí)，本次設(shè)計(jì)中，通過(guò)控制兩個(gè)相互獨(dú)立的明輪葉片的張開(kāi)與收起，從而起到水中控制方向的作用。
其中明輪的開(kāi)合涉及到一個(gè)自鎖裝置，本次設(shè)計(jì)中，采用了自動(dòng)圓珠筆中的自鎖結(jié)構(gòu)，通過(guò)控制，實(shí)現(xiàn)明輪葉片的開(kāi)與合。
控制部分的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下
中間齒輪帶動(dòng)直齒上下移動(dòng)，即機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖中的1桿上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)桿2繞鉸鏈旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)桿件三的移動(dòng)。實(shí)現(xiàn)外輪與內(nèi)輪的相互運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)明輪葉片的開(kāi)合。
第七章 三維作品展示
1、明輪
2明輪組合零件
3軸承端蓋
4、飛輪
5、浮板
6、鏈輪
7、前輪
8、滾動(dòng)軸承
9、車架
10、后軸
11、車架安裝圖
12、總裝圖
第八章結(jié)論
經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的努力，并且在指導(dǎo)老師和同學(xué)的幫助下完成了此次水陸兩用自行車的畢業(yè)設(shè)計(jì)，從最開(kāi)始查找各種關(guān)于本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的資料到確定總體方案，機(jī)械傳動(dòng)部件的選型，最后到撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)，這是一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，更是一個(gè)實(shí)踐的過(guò)程。在大學(xué)四年當(dāng)中，我接觸和吸收了大量機(jī)械知識(shí)，通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)，讓我能有機(jī)會(huì)把學(xué)到的理論知識(shí)用到實(shí)踐中。在今后的學(xué)習(xí)生活中，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷將起到重要幫助作用，通過(guò)設(shè)計(jì)使我更加接近生產(chǎn)實(shí)際，鍛煉了將理論運(yùn)用于實(shí)際的分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深了有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。
通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的擬定有了一定的認(rèn)識(shí)，機(jī)械傳動(dòng)部件的選用原則，機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)計(jì)算方案的原理等方面都有了一定的認(rèn)識(shí)。此次設(shè)計(jì)，我認(rèn)為最重要的事情就是讓我明白了，無(wú)論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學(xué)習(xí)，時(shí)刻學(xué)習(xí)；做事要嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真，細(xì)致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。
第九章 本次設(shè)計(jì)外購(gòu)件清單
序號(hào)
名稱
數(shù)量
材料
價(jià)格
生產(chǎn)廠家
1
深溝球軸承6204
2
高溫軸承鋼
18元/個(gè)
青島日瑞德機(jī)電設(shè)備有限公司
2
前車輪
1
45鋼
50元/個(gè)
寧波市鄞州立拓五金塑膠制品廠
3
前軸
1
45鋼
2元/個(gè)
廣宗縣華通自行車配件廠
4
中軸
1
45鋼
2.5元/個(gè)
廣宗縣華通自行車配件廠
5
鏈條
1
Q235
8元/條
新泰市宏遠(yuǎn)工業(yè)設(shè)備有限公司
6
剎車
2
鋁合金
12元/對(duì)
寧波市鄞州宏佑車輛配件有限公司
7
剎車線
2
中碳鋼
3.8元/條
寧波市鄞州立拓五金塑膠制品廠
8
V剎
1
鋁合金
9元/個(gè)
寧波市鄞州宏佑車輛配件有限公司
9
座椅
1
塑料
30元/個(gè)
青島日瑞德機(jī)電設(shè)備有限公司
10
普通平鍵A型5x5
2
45鋼
0.12元/個(gè)
上海敬慧自動(dòng)化設(shè)備有限公司
11
氈圈
7
半粗羊毛氈
2.3元/個(gè)
南京市澳博氈業(yè)有限公司
12
內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M16X24
45號(hào)鋼
1.5元/個(gè)
寧波日升緊固件有限公司
13
圓螺母M5X1.5
1
低碳合金鋼
1.3元/個(gè)
溫州市甌海梧田眾泰緊固件加工廠
14
內(nèi)六角圓柱頭螺釘 M10X16
6
45號(hào)鋼
1.0元/個(gè)
寧波日升緊固件有限公司
15
鏈輪
1
45鋼
8元/個(gè)
江門(mén)市蓬江區(qū)紅之星機(jī)械有限公司
16
飛輪
1
45鋼
7元/個(gè)
寧波市丹洲貿(mào)易有限公司
17
曲柄
1
45鋼
9元/套
廣宗縣華通自行車配件廠
18
腳蹬
2
鋁合金
11元/個(gè)
寧波市鄞州宏佑車輛配件有限公司
19
彈簧
1
不銹鋼絲
0.04元/件
寧波市鎮(zhèn)海宏剛彈簧廠
20
鋼條
12
45鋼
0.03
江門(mén)市蓬江區(qū)紅之星機(jī)械有限公司
21
平帶
1
橡膠
3.4元/條
臨海市裕隆汽配有限公司
22
夾緊裝置
1
Q235
2.5元/個(gè)
寧波市鄞州立拓五金塑膠制品廠
參考文獻(xiàn)
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致謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是在王黎明老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從課題選擇開(kāi)到總體方案的確定，到零件圖裝配圖的繪制都對(duì)我悉心指導(dǎo)，這無(wú)不體現(xiàn)著袁老師的辛苦付出。在這四年的大學(xué)生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無(wú)私的關(guān)懷，讓我受益匪淺。在此向各位老師表示深深的感謝和崇高的敬意。
這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷也會(huì)使我終身受益，我感受到做畢業(yè)設(shè)計(jì)是要真真正正用心去做的一件事情，是真正的自己學(xué)習(xí)和設(shè)計(jì)的過(guò)程，沒(méi)有學(xué)習(xí)就不可能有設(shè)計(jì)的能力，沒(méi)有自己的設(shè)計(jì)，就不會(huì)有所突破，那也就不叫畢業(yè)設(shè)計(jì)了。希望這次的經(jīng)歷能讓我在以后學(xué)習(xí)中激勵(lì)我繼續(xù)進(jìn)步。本設(shè)計(jì)能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運(yùn)用專業(yè)知識(shí)，并在設(shè)計(jì)中得以體現(xiàn)，正是有了你們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)順利完成，在此還要感謝周強(qiáng)同學(xué)的幫助和支持。謝謝！
- 36 -
重 慶 理 工 大 學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書(shū)
題目 水陸兩用自行車設(shè)計(jì)
（任務(wù)起止日期 2013 年 2 月 25 日～ 2015 年 6 月 14 日）
機(jī)械工程 學(xué)院
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 專業(yè) 109040201 班
學(xué)生姓名 張永成 學(xué) 號(hào) 10904020134
指導(dǎo)教師 王黎明 系 主 任 龔海峰
二級(jí)學(xué)院院長(zhǎng) 鄧明
課題內(nèi)容
本課題的內(nèi)容是關(guān)于水陸兩用自行車的設(shè)計(jì)，主要包括（1）完成水陸兩用功能的工作原理方案制定，主要包括動(dòng)力部分、浮筒部分和操縱（導(dǎo)向）部分。（2）完成必要的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中包括車體構(gòu)造設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)以及可能用到的螺旋槳設(shè)計(jì)（3）完成三維建模及裝配，主要是運(yùn)用ug等三維建模軟件對(duì)水陸自行車進(jìn)行造型（4）完成仿真及重要零部件的CAE分析。通過(guò)仿真使結(jié)構(gòu)更合理化，然后再將三維造型圖轉(zhuǎn)化為工程圖，并且計(jì)算確定具體結(jié)構(gòu)的參數(shù)，同時(shí)完成零件圖的繪制和相關(guān)標(biāo)注等。最后完成對(duì)本課題的論文撰寫(xiě)。
課題任務(wù)要求
1.查閱水陸兩用自行車相關(guān)文獻(xiàn)并進(jìn)行收集和整理，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)前期工作：任務(wù)書(shū)、文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯；
2.查閱大量關(guān)于水陸自行車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)資料。整理后確定水陸自行車的具體設(shè)計(jì)方案；
3.進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如傳動(dòng)比，鏈條的計(jì)算，車身的結(jié)構(gòu)和尺寸的設(shè)計(jì)。保證具備良好的機(jī)械性能；
4.運(yùn)用CAD、UG等軟件，對(duì)所設(shè)計(jì)的水陸自行車進(jìn)行三維建模，繪制裝配圖，零件圖以及重要機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真；
5.利用三維建模完成工程圖的轉(zhuǎn)換，工程圖需要體現(xiàn)出具體結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)等；
6.最終設(shè)計(jì)出的水陸自行車要具備比現(xiàn)有同類產(chǎn)品更方便的性能、更安全的性能。
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[18] 鄧淮斌.水陸兩用自行車[P].中國(guó):CN101623990A,2010
[19] 張箭.水陸兩用自行車[P].中國(guó):CN202593727U,2012
[20] WATANABE YAICHI. Amphibious bicycle [P].US: US24120481A, 1981
同組設(shè)計(jì)者 無(wú)
注：1、任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)；2、任務(wù)書(shū)在第七學(xué)期第15周前下達(dá)給學(xué)生。
學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作進(jìn)度計(jì)劃表
序號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作任務(wù)
工 作 進(jìn) 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
查找整理課題相關(guān)資料文獻(xiàn)等
—
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2
撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、文獻(xiàn)綜述、任務(wù)書(shū)
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—
—
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3
閱讀英文文獻(xiàn)并翻譯一篇英文文獻(xiàn)
—
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4
前期工作的匯總整理
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5
確定具體方案以及整理思路
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6
設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、三維建模、完成造型設(shè)計(jì)
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7
完成裝配圖、零件圖
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8
完成課題論文的撰寫(xiě)
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—
注：1、此表由指導(dǎo)教師填寫(xiě)；
2、此表每個(gè)學(xué)生一份，作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）檢查工作進(jìn)度之依據(jù)；
3、進(jìn)度安排用“—”在相應(yīng)位置畫(huà)出。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）階段工作情況檢查表
時(shí)間
第 一 階 段
（撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告、外文翻譯、文獻(xiàn)綜述）
第 二 階 段
（論文初稿撰寫(xiě)或方案設(shè)計(jì)）
第 三 階 段
（論文終稿或圖紙繪制）
內(nèi)容
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
組織紀(jì)律
完 成 任 務(wù) 情 況
檢
查
情
況
教師簽字
簽字 日期
簽字 日期
簽字 日期
注：1、此表由指導(dǎo)教師認(rèn)真填寫(xiě)（要求手寫(xiě)）；
2、“組織紀(jì)律”一欄根據(jù)學(xué)生具體執(zhí)行情況如實(shí)填寫(xiě)；
3、“完成任務(wù)情況”一欄按學(xué)生是否按進(jìn)度保質(zhì)保量完成任務(wù)的情況填寫(xiě)；
4、對(duì)違紀(jì)和不能按時(shí)完成任務(wù)者，指導(dǎo)教師可根據(jù)情節(jié)輕重對(duì)該生提出警告或不能參加答辯的建議。