尾鳍推进式水上自行车设计.pdf

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1、设计与制嬗·机械研究与应用·尾鳍推进式水上自行车设计昊克明，张大伟，叶晨星(西南交通大学机械工程学院，四川成都610100)摘要：介绍一种基于够科鱼类推进机理的水上自行车，主要结构由减速齿轮传动机构、曲柄滑块摇杆机构、方向指示针、支撑体和尾鳍组成。通过对相关机构运动学分析并运用ADAMS对其进行运动仿真，得出该设计机构能够满足设计要求。以上机构能使鱼尾摆动和暂停实现前进和转弯，机动性较好且省力效果显著。关键词：仿生；水上自行车；曲柄滑块摇杆机构；设计中图分类号：．IH122文献标识码：A文章编号：1006—4414(2010)04—0086

2、—02Designoftailfm'waterbicycleWuKe—ming，ZhangDa—wei，YeChen—xing(Mechanicalengineeringinstitute，SouthwestJiaotonguniversity，ChengduSichuan610100，China)Abstract：Basedonpropulsionmechanismoffish，akindofwaterbicycleisintroducedinthispaper．Themaincomponentsincludereductiongeart

3、ransmissionmechanism，slider—crankandrockermechanism，directionindicatorandsupportandtailfin．nthekinematicanalysisofrelevantmechanismandsimulatingthemotionbyADAMS．thedesigninstitutioncan8ali8母thedesignreqnJr~ment．ThemechanismsaboveCallmakethebicycleforwardandturnbycontrollin

4、gthetailsuspensionandswinging．Goodflexibilityandsavingefectisremarkable．Keywords：bionictechnology；waterbicycle；slider—crankandrockermechanism；labor—saving1引言鱼类之所以目前仿生鱼尾推进技术有很多种，比如说摆动鱼能造成如此高效l，生齿轮尾式、横向直动鱼尾式、海豚上下拍打式、蛙游式及其率的推进力量，是8．屯锥齿轮5．曲柄演化式(平板推进、大螺距螺旋式和伸缩式等)；传递由于采用尾鳍整&连杆合背

5、后涡流的方Il

6、块动力的传动链机构，比如说曲柄摇杆机构、齿轮齿条&摇扦机构、间歇运动机构等⋯。已有的仿生尾鳍推进式式。这些涡流的n支捧鏖<点)水上自行车主要由链传动和圆盘连杆构成的曲柄连强度随着尾鳍的杆机构组成，但总体而言其其使用费力且推进效率提力量而增加，但是它们的旋转轴方图1机构原理图高不明显。总体而言，现在的水上自行车效率太低，推进机构非常费力。向一直都是垂直于鱼体前进的方向，也就使形成有效下面介绍一种基于鲣科鱼类推进机理的水上自推力的喷流平行于鱼体前进的方向。相比之下，一般行车，齿轮传动机构和曲柄滑块摇杆机构的配合，通船用螺旋桨形成

7、的喷流与螺旋桨转动方向是一致的，过理论计算分析和ADAMS的运动学仿真分析，其能也就是垂直于船前进的方向，而多半不能被有效利够很好的实现设计要求，机动性和动力性较好。用，因而效率较低J。图1为机构原理图。2鱼类推进机理概述3主要机构分析与设计以够科鱼类摆动推进模式推进机理进行分析。3．1机构方案设计从流体理论方面的研究来看，尾鳍摆动的一个周期过该方案用圆柱齿轮和锥齿轮作为传动装置，相比程中，尾鳍先以摆动造成一个较大的涡流，而后尾鳍于现在绝大多数的水上自行车采用的脚蹬、曲柄和链顶端迅速摆动造成与先前涡流相反方向的涡流；紧接轮副组成的传动机构，

8、它采用减速传动比来实现一定着尾鳍开始回摆动作，尾鳍使相反方向的两个涡流相程度的省力效果。这对于在水中实行的自行车而言，遇，形成一柱强力的向后喷流，并相互减弱其涡流的十分必要。强度。强力的喷流平行于鱼体前进的方向，产生推由对心式曲柄滑块和一杠杆组成推进机构，极位力，推动鱼体向前游动。鱼类就是通过合理地运用这夹角为0，行程速比系数为1，无急回特性，使得尾部些射流来达到相当可观的游动效率。摆动均匀平稳。杠杆机构则能实现尾部较大摆幅。收稿日期：2o10—0r7—03作者简介：吴克明(1989一)，男，江苏盐城人，研究方向：铁道车辆。·86·设计与制

9、造·机械研究与应用·简单传动参数：圆柱齿轮传动比i。=2；锥齿轮传NP=、。i2=1。运动过程及分析：动力通过脚踏板输入到大齿轮由相似关系得：口=Y一专‘l；=√+(y一1)1，