水上自行车设计说明书(6)

湖南工业大学机械工程学院

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图1.1 船身在pro/e里的模型图

（四）转向板面积计算

在通常情况下水上漂浮物体行进转向时，大多情况下都是用了最常用的舵，当然也有运用其他方式进行转向的，像部分船只在船的左右侧安装驱动装置从而实现船只任意方向的转换，此处设计的水上自行车属于轻型水上娱乐设备，考虑到轻巧快捷，故此处采用通用的舵来进行转向，在选取一块板材做舵时，我们又要考虑到板块的面积和长宽比，我们可以进行如下计算获得：

通过前面我们对水上自行车船体的阻力分析我可以得到水对浮体的实际阻力在10N左右，浮体在进行转向时通常转角都在45度左右，故要达到10N的力，则水对浮体的实际阻力需要达到20N，如果是通过板块转向获得则需要板块横放时能达到20N的阻力。 而横放时板块所受阻力我们可以用如下积分计算： 假设板块的长、宽分别为a和b

由于板块的吃水深度为c=0.32m（数可由浮体模型测量直接可以得到），

c+aF=∫ρg(c+x)adx ρ 为内地淡水的密度 c代入积分可得：

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2b2+0.64b=

a当取得a=200mm 时 b=70

故浮体采用的转向舵的长宽确定为 长为200mm 宽为70mm

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四 传动系统设计

（一）输入效率计算

1. 人的输出功率分析计算

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。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，但只能能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续 lh ，大约只有 1.0-0.7马力（0.07-0.15kw）。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一定关系。健康人的心脏跳动为70 次／min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。设计时以这一常用速度来确定相关设计参数。但本次设计内容为一休闲式娱乐工具，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30~40N,娱乐情况下我们估算为25N，踩蹬速度适当的取为正常路面骑乘转速的一半，故本次设计的人的输出功率为。 P?3.14?0.18?25?0.5w?14.1372w/s（180mm为一般自行车的踩踏杠的长度）1?22. 本次设计中自行车的传动效率损失有：

踩踏关节的损失：η1=0.97 链传动的损失：η2=0.96 滑动轴承（一对）：η3=0.97 锥齿轮传动的损失：η4=0.96 轴系效率：η5=0.98 滑动轴承：η6=0.97

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由以上算出的总的传动效率：

?=η1×η2×η3×η4×η5×η6=0.962×0.973×0.98=0.8243

所以螺旋桨轴端输出功率为

PS=η×P=0.8243×14.1372=11.6333w

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