水陆两用自行车设计

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。

第章绪论.研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样的人机之间的种互动感觉。

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，这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，的含义也就是“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“Эргнотика”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，统名称很有必要，现在大部分人称其为“人机工程学”，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，由于水上自行车是种创新型水上娱乐产品，企业在生产时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。

.发展前景水上自行车最早起源于加拿大，作为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项，实用新型专利项，外观专利项在自行车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，年开始试制“水陆自行车”，前后共花费万多元，年月日，“水陆自行车”挑战汉江成功，分钟在汉江骑行个来回。

年月日，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，减轻公斤自重，车的稳定性有了很大提高。

年月日上午天阴微风，江水湍急。

时分，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，然后调头顺流而下，骑向对岸。

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，只浮筒随钢架撑开，将车身托得稳稳的，骑行十分轻松。

江中正在驶过支船队，多只满载黄砂的货船前后蜿蜒多米，小雷静待舰队过尽才得以骑向对岸。

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。

年月日时分，“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，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，年接待的游客人数为万人次。

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达到人次。

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。

第二章总体方案设计.水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.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。

.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。

.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。

.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。

.浮板具有较大的浮力，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。

.水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传动使得明轮转动拍打水面产生向前的驱动力驱动前进。

第三章浮力.浮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。

即浮液排液排当物体漂浮时浮物且物液所以，液排物物即排物液这里物人车取物，车，所以物已知水的密度液.，故排物液浮板的设计根据前面提出的方案以及求出的排，将浮板的底板设计成三角形，如图所示根据三角形面积计算公式底高得，底板的面积根据前面求出的排.可求出，浮板的最小高度排即浮板的最小吃水深度为.米。

为了安全考虑，将浮版的高度定为.米。

.浮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.下面对的特性做些简单的介绍。

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.功率的计算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。

般成年男人的最大输出功率约为.马力.，但只能能持续左右。

如果持续时间长，其值要小得多，持续，大约只有马力。

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定关系。

健康人的心脏跳动为次，般脚踏以节奏转动较为合适。

设计时以这常用速度来确定相关设计参数。

但本次设计内容为休闲式娱乐工具，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，娱乐情况下我们估算为，踩蹬速度适当的取为转秒，故本次设计的人的输出功率为为般自行车的踩踏杠的长度。

传动效率查机械设计手册得踩踏关节的损失.链传动的损失.滚动轴承轴系效率.由以上算出的总的传动效率.所以明轮的输出功率为.传动比根据传动比的般分配原则，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般分配的传动比为.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.的传动比。

.链传动设计设计内容确定链条型号