495202706畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）水上自行車設(shè)計(jì)說明書

1、（2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）資料題 目 名 稱： 水上自行車 學(xué) 院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名： 班 級(jí)： 機(jī)設(shè)073 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 教授 最終評(píng)定成績(jī)： 湖南工業(yè)大學(xué)教務(wù)處 （2011屆）本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 名 稱： 水上自行車 學(xué) 院（部）： 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名：班 級(jí)： 機(jī)設(shè)073 指導(dǎo)教師姓名： 職稱 教授 最終評(píng)定成績(jī)： 2011 年6月 摘要本文設(shè)計(jì)了一個(gè)新型水上的娛樂工具水上自行車。設(shè)計(jì)的水上自行車以能量利用率最高為參考要素，通過目前市場(chǎng)上應(yīng)用較為廣泛的明輪驅(qū)動(dòng)、

2、螺旋槳驅(qū)動(dòng)、噴水驅(qū)動(dòng)對(duì)比計(jì)算確定螺旋槳最佳驅(qū)動(dòng)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b圖譜螺旋槳設(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(dòng)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：傳動(dòng)，自行車，螺旋槳，水上休閑abstractthis paper introduces the design of a new water entertainment toolwater bicycle . the energy utilization rate is the highest reference elements t

3、o the bicycle. pddle wheeler 、screw propeller、water-jet are concluted to select the best driving mode which is widely used in the market at present and screw propeller becomes the best.we may calculate the floaters minimum resistance force with fluid mechanics .using the type b mapping method with t

4、he connect-ion between speed and resistance force to draw the the most accura-te basic size.with efficient transmission mechanism a new aquatic tool for lersure is designed and makesthe travel more convenient .keywords: transmission , bicycle , screw propeller, water leisure 目錄一 緒論7（一）研究背景7（二）發(fā)展前景8（

5、三）研究?jī)?nèi)容8（四）說明書簡(jiǎn)介9二 人機(jī)工程設(shè)計(jì)10（一）結(jié)構(gòu)的擬定101.結(jié)構(gòu)分析10三 船體構(gòu)造計(jì)算13（一）船身阻力分析131.計(jì)算雷諾數(shù)132.計(jì)算總阻力13（二）船身速度分析14（三）利用阻力系數(shù)計(jì)算船身阻力15四 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)16（一）輸入效率計(jì)算161. 人的輸出功率分析計(jì)算162. 本次設(shè)計(jì)中自行車的傳動(dòng)效率損失有：17（二）傳動(dòng)比分配171.總傳動(dòng)比計(jì)算172.傳動(dòng)比分配18（三）鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)181.設(shè)計(jì)內(nèi)容182.設(shè)計(jì)步驟19（四）錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)211.齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)212.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩213.確定齒數(shù)214.確定許用應(yīng)力225.初步計(jì)算齒輪的主要尺寸

6、226. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)237.幾何尺寸計(jì)算258.總設(shè)計(jì)參數(shù)25五 螺旋槳設(shè)計(jì)27（一）設(shè)計(jì)方法28（二）伴流系數(shù)和推力減額的確定28（三）螺旋槳直徑估算28（四）圖譜計(jì)算28（五）螺距和最高行速計(jì)算29（六）空泡校核32（七）螺旋槳最佳要素計(jì)算32（八）重量與力矩估計(jì)32（九）螺旋槳計(jì)算總結(jié)33（十）螺旋槳圖形繪制33六 結(jié)束語(yǔ)35參考文獻(xiàn)36致謝37一 緒論（一）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)新得到越來越高的關(guān)注，特別是娛樂生活方面的各種娛樂健身產(chǎn)品隨處可見，市場(chǎng)上出現(xiàn)的各種健身娛樂設(shè)備多達(dá)千種。特別是水上游樂項(xiàng)目，因其獨(dú)特的新穎性，在各大中小

7、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設(shè)備，如常見的水上輪車（明輪）、手遙船、漿船、腳踏船等，這些都是靠人力驅(qū)動(dòng)的水上休閑娛樂設(shè)備。確實(shí)這些設(shè)備在通常的娛樂場(chǎng)所隨處可見，但就其新穎性卻不高，往往初次乘坐上去進(jìn)行娛樂游玩時(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，短暫的水上涉足就會(huì)讓人失去興

8、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。玩起來輕松自由，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，這門學(xué)科是研究人在生產(chǎn)或操作過程中合理地、適度地勞動(dòng)和用力的

9、規(guī)律問題。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“”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)”。“人機(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

10、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)

11、的現(xiàn)成產(chǎn)品。（二）發(fā)展前景水上游樂設(shè)備，現(xiàn)在在國(guó)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(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設(shè)備所帶來的樂趣。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)大量游樂場(chǎng)的建立，像北京正在興建的“龍門陣”，建成后將成為國(guó)內(nèi)最大的水上娛樂樂園；安徽省正在興建的沿董鋪水庫(kù)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(wàn)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1500

12、w人次。美國(guó)新澤西洲的六旗游樂園(sixflagsgreatadventure) 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。水上娛樂設(shè)備在近幾年飛速發(fā)展，而今隨著人們?nèi)找嫔畹男枰袌?chǎng)對(duì)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)。（三）研究?jī)?nèi)容課題的設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)便捷舒適的水上自行車，能量利用率高：1. 單人駕駛無副座位2. 設(shè)計(jì)載人重量為80kg3. 有便捷轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)在此次課題研究的主要內(nèi)容是，設(shè)計(jì)符合上述條件的水上自行車，分析設(shè)計(jì)要求主要工作內(nèi)容有：a) 船身基礎(chǔ)造型特征分析b) 水下推進(jìn)器的選擇分析c) 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)d) 導(dǎo)向系統(tǒng)的設(shè)計(jì)e) 密

13、封裝置選擇 二 總方案分析與擬定（一）方案分析按設(shè)計(jì)要求，此處設(shè)計(jì)的水上單人自行車主要從效率和使用性能兩個(gè)方面分析，整體構(gòu)成由以下幾大模塊：1.船身在船舶制造業(yè)中，船身的造型對(duì)整個(gè)行船的效率有著很大的影響，因?yàn)榇淼脑煨椭苯佑绊懙降氖切羞M(jìn)的阻力。此處設(shè)計(jì)的水上自行車的船體造型也已達(dá)到最小阻力位佳，通過流體力學(xué)，我們可以針對(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

14、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。現(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(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

15、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(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)

16、，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。（二）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)提出以下暫定方案：方案一：采用一級(jí)齒輪傳動(dòng)，明輪驅(qū)動(dòng)。當(dāng)腳踩動(dòng)踏板帶動(dòng)齒輪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)船前進(jìn)。方案二：采用鏈和錐齒輪的傳動(dòng)系統(tǒng)，螺旋槳驅(qū)動(dòng)。當(dāng)腳踩動(dòng)踏板帶動(dòng)齒鏈輪輪1、2轉(zhuǎn)動(dòng)，通過錐齒輪3、4改變軸轉(zhuǎn)動(dòng)位置，帶動(dòng)螺旋槳5轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生向前的驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)船前進(jìn)。二 動(dòng)力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（一）結(jié)構(gòu)的擬定1.結(jié)構(gòu)分析根據(jù)設(shè)計(jì)要求，人在與自行車互動(dòng)的過程中分別有

17、臀部與鞍座接觸、手掌與車把接觸、腳底板與腳踏板接觸，其中腳踏板踩動(dòng)連扛做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)做功。影響自行車性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素。為了獲得自行車較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來，以使人一車協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。（1）速比大小鏈輪的齒數(shù)比，與鏈輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時(shí)所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過大時(shí)，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保

18、持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負(fù)擔(dān)約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到比較好的效果。（2）曲柄長(zhǎng)度傳統(tǒng)的自行車設(shè)計(jì)，一般從杠桿原理考慮比較多，對(duì)人研究少，認(rèn)為曲柄越長(zhǎng)越有力。曲柄過長(zhǎng)后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢(shì)必加長(zhǎng)車架，影響了正確的坐車姿勢(shì)，使人感到臀部痛。若能按人的身長(zhǎng)或下肢長(zhǎng)來考慮曲柄長(zhǎng)度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長(zhǎng)度的基準(zhǔn)，取人體身長(zhǎng)的 110 ，也相當(dāng)于大腿骨長(zhǎng)的 12 。曲柄在pro/e中的模型（3）三接點(diǎn)位置正確的騎車姿勢(shì)，是由騎車人和自行車三個(gè)接點(diǎn)位置決定的，如圖1-4(a）中所示的鞍座位置a 、車把位置b 、腳

19、蹬位置c 。按三點(diǎn)調(diào)整法，ab 和ac 約等，一般 ab = ( ac 一 3 ) cm , a點(diǎn)略低于b點(diǎn)，約為5cm 。 圖1-4a（4）鞍座位置鞍座裝得過低，騎行時(shí)雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到疲軟無力；鞍座裝得過高，騎行時(shí)腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎車時(shí)適當(dāng)?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計(jì)或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配鏈輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長(zhǎng)度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的車，鞍座位置要向前移動(dòng)，行駛較慢的車，鞍座位置要向后移動(dòng)，

20、否則都不利于騎行。（5）腳踏板與地面高度考慮到踩踏時(shí)腳尖易劃到船板，故需保持腳踏板與船板的最小高度為一般腳長(zhǎng)的1/2。這里取125mm（6）鞍座高度（109%法）在1967年hamley 和thomas提出一個(gè)更好方法，他們?cè)囼?yàn)了各種不同的鞍座高度，并且認(rèn)為理想的鞍座高度的位置是inseam長(zhǎng)度的109 。（尺處取為0.83m）（7）車座設(shè)計(jì)車座后端應(yīng)根據(jù)人體坐骨結(jié)間距來確定,根據(jù)解剖學(xué)中的數(shù)據(jù),該寬度應(yīng)以68cm。車座往后傾一定的角度,使背部適當(dāng)靠后,降低背部肌肉壓力;但如果角度太大,會(huì)使脊椎受傷。所以為了達(dá)到坐姿的最小舒適范圍,使前傾角在15以內(nèi)坐墊采用透氣、有彈性且不打滑的材料。（本處車

21、座鞍座寬度取8cm，前傾角設(shè)計(jì)為可調(diào)式）。三 船體構(gòu)造計(jì)算（一）船身阻力分析1.計(jì)算雷諾數(shù)查得在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，時(shí)水的運(yùn)動(dòng)粘度為 密度為計(jì)算船體在時(shí)的雷洛數(shù)故可判斷為湍流 根據(jù)公式 (1)可得 2.計(jì)算總阻力根據(jù)摩擦阻力計(jì)算公式先計(jì)算出船體低速運(yùn)行時(shí)因摩擦而產(chǎn)生的阻力。把（1）帶入 得 (2) 根據(jù)阻力成分分析，船只低速運(yùn)行時(shí)摩擦阻力占到，此處取 總阻力 (3)（二）船身速度分析 將（1）、（2）、（3）帶入上式得速度與阻力對(duì)照表：401.2413.600451.2943.881501.3434.150551.3904.415601.4344.669651.4754.912701.5155.15

22、4751.5535.390801.5895.617851.6245.841901.6576.057（三）利用阻力系數(shù)計(jì)算船身阻力由于船身造型接近長(zhǎng)橢圓體，故可按三維物體的總阻力公式計(jì)算船行進(jìn)所受阻力 查得故速度與阻力對(duì)照表：0.7015.640.8523.061.0031.921.1542.211.3053.941.4567.101.6081.711.7597.741.80134.1圖1.1 船身在pro/e里的模型圖（四）轉(zhuǎn)向板面積計(jì)算在通常情況下水上漂浮物體行進(jìn)轉(zhuǎn)向時(shí)，大多情況下都是用了最常用的舵，當(dāng)然也有運(yùn)用其他方式進(jìn)行轉(zhuǎn)向的，像部分船只在船的左右側(cè)安裝驅(qū)動(dòng)裝置從而實(shí)現(xiàn)船只任意方向的轉(zhuǎn)換

23、，此處設(shè)計(jì)的水上自行車屬于輕型水上娛樂設(shè)備，考慮到輕巧快捷，故此處采用通用的舵來進(jìn)行轉(zhuǎn)向，在選取一塊板材做舵時(shí)，我們又要考慮到板塊的面積和長(zhǎng)寬比，我們可以進(jìn)行如下計(jì)算獲得：通過前面我們對(duì)水上自行車船體的阻力分析我可以得到水對(duì)浮體的實(shí)際阻力在10n左右，浮體在進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)通常轉(zhuǎn)角都在45度左右，故要達(dá)到10n的力，則水對(duì)浮體的實(shí)際阻力需要達(dá)到20n，如果是通過板塊轉(zhuǎn)向獲得則需要板塊橫放時(shí)能達(dá)到20n的阻力。而橫放時(shí)板塊所受阻力我們可以用如下積分計(jì)算：假設(shè)板塊的長(zhǎng)、寬分別為a和b由于板塊的吃水深度為c=0.32m（數(shù)可由浮體模型測(cè)量直接可以得到）， 為內(nèi)地淡水的密度 代入積分可得：當(dāng)取得a=200m

24、m 時(shí) b=70故浮體采用的轉(zhuǎn)向舵的長(zhǎng)寬確定為長(zhǎng)為200mm 寬為70mm四 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）輸入效率計(jì)算1. 人的輸出功率分析計(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)以這一常用速度來確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。但本次設(shè)

25、計(jì)內(nèi)容為一休閑式娛樂工具，故對(duì)體力要求不能有過多要求。我們根據(jù)腳踩蹬的力量來計(jì)算在娛樂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3040n,娛樂情況下我們估算為25n，踩蹬速度適當(dāng)?shù)娜檎Ｂ访骝T乘轉(zhuǎn)速的一半，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. 本次設(shè)計(jì)中自行車的傳動(dòng)效率損失有：踩踏關(guān)節(jié)的損失：=0.97鏈傳動(dòng)的損失：=0.96滑動(dòng)軸承（一對(duì)）：=0.97錐齒輪傳動(dòng)的損失：=0.96軸系效率：=0.98滑動(dòng)軸承：=0.97 機(jī)械課程設(shè)計(jì)由以上算出的總的傳動(dòng)效率：=0.8243所以螺旋槳軸端輸出功率為（二）傳動(dòng)比分配根據(jù)傳動(dòng)比的一般

26、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，此處分配特點(diǎn)為鏈傳動(dòng)和錐齒輪傳動(dòng)的分配，但是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1.總傳動(dòng)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(dòng)比 2.傳動(dòng)比分配一般自行車的傳動(dòng)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(jí)鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比維持不變 則以下為本方案中用到的基本傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)易圖（三）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

27、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)比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（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)速由圖查到 確定鏈條型號(hào)為：08a （機(jī)械設(shè)計(jì)圖9-11p176） 確定鏈條節(jié)距為：12.7 （機(jī)械設(shè)計(jì)表9-1p167） 查表得 故 （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)當(dāng)傳動(dòng)比小于4時(shí)，則鏈傳動(dòng)的最大中心距為：由 查表 得理論軸間距

28、（5）計(jì)算鏈速，確定潤(rùn)滑方式查圖得 潤(rùn)滑方式為定期人工潤(rùn)滑 （6）計(jì)算鏈傳動(dòng)在軸上的軸壓力 （7）設(shè)計(jì)總結(jié)鏈輪大鏈輪小鏈輪齒數(shù)4418分度圓直徑()178.0273.14齒頂圓直徑()185.0080.00齒根圓直徑()170.1065.22分度圓弦齒高()3.004.00最大齒跟距離()170.1065.22齒側(cè)凸緣直徑()164.2558.71節(jié)距()12.7軸間距()385.57鏈長(zhǎng)()1270鏈節(jié)數(shù)()100鏈速()0.2794鏈號(hào)08a（四）錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)（1）按傳動(dòng)方案要求，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)（2）水上自行車為一般娛樂設(shè)備，故選用8級(jí)精度 （3）

29、材料選擇。由表選擇小齒輪材料為（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs2.計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩查圖2.4-31 可得滿足條件的最小直徑為39mm 3.確定齒數(shù)根據(jù)分度圓的直徑由圖2.4-32確定小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù)4.確定許用應(yīng)力（1） 確定極限應(yīng)力和齒面硬度：小齒輪按230hbs，大齒輪按190hbs查圖10-21得=580mpa, =550 mpa查圖10-20得=450mpa, =380mpa（2）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)n，確定壽命系數(shù)khn,kfnn1=60n3jlh =60269.661（283005）=3.883108n2

30、=n1/u=3.883108/3=1.294108查圖1019得khn1=0.96,khn2=0.98（3）計(jì)算接觸許用應(yīng)力 取 由許用應(yīng)力接觸疲勞應(yīng)力公式查圖10-18得kfe1=0.89 kfe2=0.915.初步計(jì)算齒輪的主要尺寸 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算按式（1026）試算，即 dt確定個(gè)參數(shù)值（1）試選載荷系數(shù)k=1.3（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩t1=9.55106p/n3=9.551064.9/269.66 =1.74104nmm（3）材料彈性影響系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)表10-6取 ze=189.8（4）試算小齒輪分度圓直徑d1tdt=47.53mm（

31、5）計(jì)算圓周速度 v=0.671m/s因?yàn)橛休p微震動(dòng)，查表10-2得ka=1.25。根據(jù)v=0.67m/s,8級(jí)精度，由圖108查得動(dòng)載系數(shù) kv=1.03；故載荷系數(shù) k=ka*kv*kh*kh=1.251.0311.2=1.545 （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑由式（1010a）得 d1=mm=50.34mm50.34=42.789mm計(jì)算大端模數(shù)m m =mm=1.94 mm6. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由式(1023) mn確定計(jì)算參數(shù)（1）計(jì)算載荷系數(shù) 由表10-9查得khbe=1.25 則kf=1.5 khbe=1.875k=kakvkfkf=1.251.0311.875=

32、2.414（2）齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)因?yàn)辇X形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)按當(dāng)量齒數(shù)算。其中 查表10-5 齒形系數(shù) yfa1=2.57；yfa2=2.06應(yīng)力修正系數(shù) ysa1=1.60；ysa2=1.97（3）計(jì)算大、小齒輪的并加以比較=0.01437=0.01643 大齒輪的數(shù)值大。（4）設(shè)計(jì)計(jì)算mn =1.812對(duì)比計(jì)算結(jié)果，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.812并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm 按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=50.34mm，算出小齒輪齒數(shù) z1=d1/m=50.34/2=25.17取z1=25大齒輪齒數(shù) z2=3x25=757.幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑d1=mz=225=

33、50 mmd2=mz1=275=150mm（2）計(jì)算錐距r=79.06（3）計(jì)算齒輪寬度b= rr=79.06x0.3=23.7 取b2=30mm b1=25mm8.總設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)名稱小輪大輪1.5 取29.6398 五 螺旋槳設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)方法本處螺旋槳設(shè)計(jì)采用圖譜設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)，用圖譜計(jì)算性能是比較廣泛應(yīng)用的方法，其正確性也比較高。圖譜都是從各實(shí)驗(yàn)水池中，通過一系列螺旋槳的實(shí)驗(yàn)而繪制出來的，應(yīng)用方法也大致相仿，本處采用使用較為普遍的荷蘭瓦茨寧恩水池提供的楚思德b型螺旋槳圖譜（二）伴流系數(shù)和推力減額的確定螺旋槳計(jì)算中需要半流系數(shù)和推力減額假設(shè)半流系數(shù)是，推力減額是t，則可得出船身的有效效率。尤

34、其是半流系數(shù)若是估算出入偏大，那會(huì)影響螺旋槳的“車頭輕重”。一般來說，估算有5%的出入，則螺旋槳有2%的上下，但是目前還沒有精確的計(jì)算方法，一下根據(jù)查表可得：船身接近游艇內(nèi) 故取 =1.0（三）螺旋槳直徑估算受船吃水深度的限制，螺旋槳的直徑應(yīng)不大于350mm，當(dāng)已知驅(qū)動(dòng)功率和槳軸轉(zhuǎn)速，可以用下面式子估算螺旋槳的直徑 為直徑修正系數(shù) =11.6533 （四）圖譜計(jì)算根據(jù)圖譜計(jì)算時(shí)候 由 船進(jìn)速 負(fù)荷系數(shù) 按照頁(yè)數(shù)和盤面比查得 下 圖5-6 則最佳直徑（五）螺距和最高行速計(jì)算計(jì)算項(xiàng)目單位計(jì)算公式假設(shè)一系列速度（）0.851.201.551.800.7991.1281.4571.6920.70290

35、.99231.2821.4890.39740.39740.39740.39740.021290.021290.021290.02129由及查圖得0.901.101.381.51由及查圖得0.120.090.080.059.196.8976.133.8324.8318.6216.5510.35 阻力計(jì)算得到 23.0645.9576.67103.4由上表數(shù)據(jù)整理可繪成如下曲線：通過繪制出來的圖形可得到交點(diǎn)a，即使可能達(dá)到的最高航速，又可以由交點(diǎn)求出相應(yīng)的h/d計(jì)算可得： 最佳航速為（六）空泡校核=10300則 所以葉背無空泡產(chǎn)生 所以頁(yè)面無空泡產(chǎn)生（七）螺旋槳最佳要素計(jì)算 利用回歸公式計(jì)算螺旋槳

36、的最佳效率（按b3-50的校核系數(shù)計(jì)算），（八）重量與力矩估計(jì)螺旋槳重量 螺旋槳慣性矩 （九）螺旋槳計(jì)算總結(jié)螺旋槳直徑 螺距比 型式 b葉數(shù) 3盤面比 0.5縱傾角 螺旋槳效率 設(shè)計(jì)航速 轂徑比 旋向 右旋材料 鋁鎳青銅重量 慣性矩 （十）螺旋槳圖形繪制r/r0.20.30.40.50.60.70.80.91.00.6r弦長(zhǎng)輻射基線至隨邊26.3029.9633.5837.1740.5143.0844.2241.6913.5591.71輻射基線至導(dǎo)邊42.2347.0050.3651.8451.2047.8940.9327.79切面弦長(zhǎng)68.5376.9583.9489.0191.7190.9

37、785.1569.49切面最大厚度10.068.907.746.575.404.243.082.050.74軸線處最大厚度12.4切面最大厚度至導(dǎo)邊23.9926.9429.3731.3635.6740.240.6533.21b型3葉螺旋槳尺度各縱坐標(biāo)至切面最厚處距離（以導(dǎo)邊或隨邊至最厚處長(zhǎng)度的%計(jì)）導(dǎo)邊和隨邊端圓直徑(以其切面最大厚度的%計(jì))由 隨 邊 至 最 厚 處由 最 厚 處 至 導(dǎo) 邊r/r10080604020204060809095100r/r 導(dǎo)邊隨邊以最大厚度百分?jǐn)?shù)計(jì)的切面縱坐標(biāo)值葉背0.20.30.40.50.60.70.80.9-4.854.103.332.581.961

38、.511.140.846.605.764.914.063.282.561.881.307.906.986.055.114.173.252.371.618.777.786.785.744.723.702.691.798.967.916.865.834.793.742.701.798.597.566.525.494.453.402.371.617.916.905.894.893.872.871.911.306.765.834.924.023.102.181.340.845.855.044.203.372.561.690.960.565.184.413.652.892.121.340.710.41-

39、0.20.30.40.50.60.70.80.9葉梢0.580.520.460.400.330.260.190.210.18- 0.210.18 葉面0.20.30.40.50.60.70.82.732.041.250.540.251.650.980.430.100.990.500.140.140.040.0040.210.100.020.540.370.180.041.220.870.190.260.041.851.330.870.500.220.0152.381.781.250.790.410.093.643.002.411.811.200.610.21b型螺旋槳各半徑處切面縱坐標(biāo)248x225六 結(jié)束語(yǔ)還記得那次何國(guó)旗老師給我布置這個(gè)題目的時(shí)候，當(dāng)時(shí)我還挺興奮的，感覺水上自行車很簡(jiǎn)單，簡(jiǎn)單的幾乎將它當(dāng)做是第二次課程設(shè)計(jì)，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(shí)，查詢各種手冊(cè)，很快我就完成了初步的建模，使自己的設(shè)計(jì)逐步完善起來，同時(shí)經(jīng)過何老師的指點(diǎn)，改進(jìn)了很多，每一次改進(jìn)都是我受益