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1、水上自行车设计说明书（2011届）本科毕业设计（论文）资料题 目 名 称： 水上自行车 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 班 级： 机设073 学号 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩： 湖南工业大学教务处 （2011届）本科毕业设计（论文）题 目 名 称： 水上自行车 学 院（部）： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名：班 级： 机设073 指导教师姓名： 职称 教授 最终评定成绩： 2011 年6月 摘要本文设计了一个新型水上的娱乐工具水上自行车。设计的水上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
2、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B图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：传动，自行车，螺旋桨，水上休闲ABSTRACTThis paper introduces the design of a new water entertainment toolWater bicycle . the energy utilization rate is the highest reference
3、elements to 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 met
4、hod with the 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 目录一 绪论7（一）研究背景
5、7（二）发展前景8（三）研究内容8（四）说明书简介9二 人机工程设计10（一）结构的拟定101.结构分析10三 船体构造计算13（一）船身阻力分析131.计算雷诺数132.计算总阻力13（二）船身速度分析14（三）利用阻力系数计算船身阻力15四 传动系统设计16（一）输入效率计算161. 人的输出功率分析计算162. 本次设计中自行车的传动效率损失有：17（二）传动比分配171.总传动比计算172.传动比分配18（三）链传动设计181.设计内容182.设计步骤19（四）锥齿轮传动设计211.齿轮类型、精度等级、材料及齿数212.计算小齿轮传递的转矩213.确定齿数214.确定许用应力225.初
6、步计算齿轮的主要尺寸226. 齿根弯曲疲劳强度设计237.几何尺寸计算258.总设计参数25五 螺旋桨设计27（一）设计方法28（二）伴流系数和推力减额的确定28（三）螺旋桨直径估算28（四）图谱计算28（五）螺距和最高行速计算29（六）空泡校核32（七）螺旋桨最佳要素计算32（八）重量与力矩估计32（九）螺旋桨计算总结33（十）螺旋桨图形绘制33六 结束语35参考文献36致谢37一 绪论（一）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
7、的新颖性，在各大中小型公园中得到了广泛的推广。水上自行车作为一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一定规模效应。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一段时间内都找不到人机互动的的感觉，短暂的水
8、上涉足就会让人失去兴趣，之后也很难有再尝试的欲望，而水上自行车却不一样，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一样的人机之间的一种互动感觉。玩起来轻松自由，这就涉及到人机工程学的应用。人机工程学是一门新兴的边缘科学。它起源于欧洲，形成和发展于美国。人机工程学在欧洲称为Ergonomics，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。“ergo”的意思是“出力、工作”，“nomics”表示“规律、法则”的意思，因此，Ergonomics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
9、、适度地劳动和用力的规律问题。人机工程学在美国称为“Human Engineering”（人类工程学）或“Human Factor Engineering”（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“Ergonomics”，俄文音译名“”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，统一名称很有必要，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
10、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，使工效达到最优的一门综合性学科。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，由于水上自行车是一种创新型水上娱乐产品，企业在生产时一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
11、自行车厂商大批量生产的现成产品。（二）发展前景水上游乐设备，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
12、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。（三）研究内容课题的设计要求：设计便捷舒适的水上自行车，能量利用率高：1. 单人驾驶无副座位2. 设计载人重量为80kg3. 有便捷转向机构在此次课题研究的主要内容是，设计符合上述条件的水上自行车，分析设计要求主要工作内容有：a) 船身基础造型特征分析b) 水下推进器的选择分析c) 传动系统的设计d) 导
13、向系统的设计e) 密封装置选择 二 总方案分析与拟定（一）方案分析按设计要求，此处设计的水上单人自行车主要从效率和使用性能两个方面分析，整体构成由以下几大模块：1.船身在船舶制造业中，船身的造型对整个行船的效率有着很大的影响，因为船身的造型直接影响到的是行进的阻力。此处设计的水上自行车的船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：（1）明轮
