水上自行车设计说明书(4)

水上自行车设计说明书

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

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。

（2）喷水推进器

一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。 （3）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。

4. 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。

（二）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暂定方案：

方案一：采用一级齿轮传动，明轮驱动。当脚踩动踏板带动齿轮1、2传动使得明轮3、4转动拍打水面产生向前的驱动力驱动船前进。

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方案二：采用链和锥齿轮的传动系统，螺旋桨驱动。当脚踩动踏板带动齿链轮轮1、2转动，通过锥齿轮3、4改变轴转动位置，带动螺旋桨5转动，产生向前的驱动力驱动船前进。

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二 动力结构设计

（一）结构的拟定

1.结构分析

根据设计要求，人在与自行车互动的过程中分别有臀部与鞍座接触、手掌与车把接触、脚底板与脚踏板接触，其中脚踏板踩动连扛做旋转运动做功。

影响自行车性能的因素除了上述人的因素外，还有许多机械因素。为了获得自行车较佳的性能，必须把人的因素与机械因素有机地结合起来，以使人一车协调。为此，着重分析与人体相关的结构要素。 （1）速比

大小链轮的齿数比，与链轮直径比相一致，一般控制在2.3-4.0的范围内。利用速比关系可取得骑行时所必要的功率和必要的速度。速比要合适，如果太小，无论人的肌力有多大，由于不能充分提高转速，所以就得不到大的输出功率。也由于速比小，在限定的曲柄转速下，得不到必要的骑行速度（后轮转速）。速比过大时，要求的踏力也大，容易使人疲劳。为了保持不疲倦的持续骑行，希望肌肉的负担约为最大肌力的10% ，按此选择速比和曲柄转速，可得到比较好的效果。 （2）曲柄长度

传统的自行车设计，一般从杠杆原理考虑比较多，对人研究少，认为曲柄越长越有力。曲柄过长后，为了不使脚蹬碰到前泥板，不得不加大中轴至前轴的距离（前心距）。这样势必加长车架，影响了正确的坐车姿势，使人感到臀部痛。若能按人的身长或下肢长来考虑曲柄长度，则可使人省力和舒适。通常曲柄长度的基准，取人体身长的 1／10 ，也相当于大腿骨长的 1／2 。

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曲柄在pro/e中的模型

（3）三接点位置

正确的骑车姿势，是由骑车人和自行车三个接点位置决定的，如图1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、车把位置B 、脚蹬位置C 。按三点调整法，AB 和AC 约等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A点略低于B点，约为5cm 。

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图1-4a

（4）鞍座位置

鞍座装得过低，骑行时双脚始终呈弯曲状态，腿部肌肉得不到放松，时间长了就会感到疲软无力；鞍座装得过高，骑行时腿部的肌肉拉得过紧，脚趾部分用力过多，双脚也容易疲劳。骑车时适当的用力部位是脚掌。设计或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窝部位中心紧靠鞍座中部，使手的中指能触到装配链轮的中轴心为宜。人体各部尺寸都有一定的联系，只要腋窝中心至中指的长度确定下来，鞍座高度便可大致确定。行驶较快的车，鞍座位置要向前移动，行驶较慢的车，鞍座位置要向后移动，否则都不利于骑行。 （5）脚踏板与地面高度

考虑到踩踏时脚尖易划到船板，故需保持脚踏板与船板的最小高度为一般脚长的1/2。这里取125mm （6）鞍座高度（109%法）

在1967年Hamley 和Thomas提出一个更好方法，他们试验了各种不同的鞍座高度，并且认为理想的鞍座高度的位置是inseam长度的109 ％。（尺处取为0.83m） （7）车座设计

车座后端应根据人体坐骨结间距来确定,根据解剖学中的数据,该宽度应以6～8cm。车座往后倾一定的角度,使背部适当靠后,降低背部肌肉压力;但如果角度太大,会使脊椎受伤。所以为了达到坐姿的最小舒适范围,使前倾角在15°以内坐垫采用透气、有弹性且不打滑的材料。

（本处车座鞍座宽度取8cm，前倾角设计为可调式）。

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