【正文】 ................................... 27 ....................................................................................................... 28 ........................................................................................................... 29 五 螺旋槳設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 31 （一）設(shè)計(jì)方法 ............................................................................................................. 31 （二）伴流系數(shù)和推力減額的確定 ............................................................................. 31 （三）螺旋槳直徑估算 ................................................................................................. 31 （四）圖譜計(jì)算 ............................................................................................................. 32 水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 6 （五）螺距和最高行速計(jì)算 ......................................................................................... 32 （六） 空泡校核 ............................................................................................................. 35 （七）螺旋槳最佳要素計(jì)算 ......................................................................................... 35 （八）重量與力矩估計(jì) ................................................................................................. 35 （九）螺旋槳計(jì)算總結(jié) ................................................................................................. 36 （十）螺旋槳圖形繪制 ................................................................................................. 37 六 結(jié)束語 ............................................................................................................................ 39 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 41 致謝 ........................................................................................................................................ 42 水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 7 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，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。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。 “ergo”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)和用力的規(guī)律問題。人機(jī)工程學(xué)在美國稱為 “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 “Эргнотика”在我國，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，水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 8 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)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) 。以及中國國內(nèi)大量游樂場(chǎng)的建立，像北京正在興建的“龍門陣”，建成后將成為國內(nèi)最大的水上娛樂樂園； 安徽省正在興建的 沿董鋪水庫游樂園 ；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 ， 2021 年接待的游客人數(shù)為 1730 萬人次。 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 1500W 人次。 美國新澤西 洲的 六旗游樂園 (Six Flags Great Adventure) 十多年前被六旗集團(tuán)收購后，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?，市場(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）研究內(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 80kg 3. 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 水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 9 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) 密封裝置選擇 水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 10 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： 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。 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。 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，水上自行車設(shè)計(jì)說明書 湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 11 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)造簡單、重量輕、效率高，在水線以下而受到保護(hù)。