新型劃水船的產品創新設計

李勇河， 徐紅財， 趙 杰， 闕艷鴻， 劉高君

（四川理工學院 機械工程學院，四川 自貢643000）

0 引言

各種水上娛樂設施的出現，使得水上娛樂更加有趣。其中有一種劃水船通過電機提供動力，雖方便但不環保。本設計的出發點是將節能、環保、健康、娛樂與有氧運動結合在一起，采用人力驅動，將跑步機與劃水船結合，以跑步作為動力，驅動劃水船前行［1］。新型劃水船通過跑步驅動，利用力學原理實現離合器轉向［2］。新型劃水船的出現，既改善了人們水上娛樂的形式，也將進一步推動水上娛樂與健身事業的發展。

1 新型劃水船的設計方案結構及參數

1.1 新型劃水船的方案設計

本設計以跑步機的跑步帶為動力。通過在跑步帶上跑步，產生一個向后的作用力，再經過換向齒輪的作用，使葉輪向前旋轉，通過葉片劃水為船提供向前的動力，使劃水船前行。為了增大力矩，將跑步帶前軸加大，以便更好地將重力分布到施力方向的斜坡。將劃水船設計為兩塊跑步帶，通過中間柱銷離合器［2］作用，使左右前行動力不同，從而達到轉向的目的。使用者可以手握扶手，休閑、輕松地站在劃水船上跑步劃水。當劃水疲勞想休息的時候，左右及船后浮箱的設計，可為使用者提供一個坐下休息的地方。整個劃水船的結構簡圖如圖1，以跑步帶帶動葉輪旋轉，使整個劃水船向前劃行。

圖1 新型劃水船結構視圖

1.2 劃水船的結構設計

1）以兩塊跑步帶提供動力，利用力學原理轉向。在正常情況時，離合器（見圖2）處于結合狀態，兩跑步帶的動力統一傳遞到兩個葉輪上，保證兩個葉輪的同步運動，讓劃水船能夠直線前行；當要轉彎時，使離合器分離，又可以將兩跑步帶的動力分別傳遞到兩個葉輪上，由于葉輪左右運轉速度的不同，導致左右兩邊動力不同，達到左右轉向的目的。當F左>F右時，船體向右轉向；當F右>F左時，船體向左轉向，轉向示意圖如圖3所示。

2）齒輪傳動達到換向與增力目的。使用一對齒輪傳動，將向后的蹬力改變為劃水船向前的動力；使用2：1的傳動比，減速增力，使船體向前，如圖4所示。

圖2 新型離合器結構視圖

圖3 轉向力學示意圖

3）跑步帶張緊輪設計。可以調節跑步帶的松緊，使跑步帶裝卸方便，也可讓跑步帶動力最多地傳到前軸。如圖5所示。

1.3 劃水船的參數設計

圖4 傳動機構示意圖

圖5 張緊輪結構

1）船體尺寸計算。首先假設機身自重100 kg，人重為60 kg，合計160 kg。根據大量的實地考察，取船沿距離水面高度為320 mm比較合適。為滿足劃船者在船上活動自由不會受到很大的約束，取船長度為1800 mm，船寬為900 mm，由計算可知，吃水深度為98 mm，符合實際需求。總高為320 mm+98 mm，即418 mm。

2）葉輪的大小。由于葉輪浸入到水里的面積越大，劃動葉輪所要求的力矩越大，極大地影響葉輪轉動速度，為此，通過查詢資料［3］，將葉輪浸入到水里的深度設計為葉輪總高的1/3。

1.4 劃水船的3D建模

確定劃水船的總體尺寸與各個零部件的尺寸后。以SolidWorks軟件建模，首先繪制3D零件圖，然后進行裝配，從各個方面觀察檢測裝配效果，完成總裝配后的3D模型如圖6所示，渲染模型如圖7所示。

圖6 新型劃水船3D模型

圖7 新型劃水船渲染模型

2 結論

本產品將跑步機和娛樂用船很好地結合起來，機構簡單，兼具水上運動的趣味性與健身功能；同時因劃水船通常在公園使用，也滿足了人們對有氧運動的需求。因此，該產品具有一定的市場前景和推廣價值。

［1］ 趙杰,符純華,徐紅財,李勇河.休閑跑步式滑水車：中國,CN201320711022.X［P］.2013-11-12.

［2］ 徐紅財,符純華,趙杰,李勇河.新型柱銷離合器：中國,CN201320711712.5［P］.2013-11-12.

［3］ 趙春來.機械劃水船：中國,CN200910139730.9［P］.2009-06-27.

［4］ 張晉西,郭雪琴.SolidWorks及COSMOSMotion機械仿真設計［M］.北京：清華大學出版社,2006.

［5］ 徐華文,李文峰.電動跑步機的人機工程設計［J］.機械，2004（增刊1）：17-19.