風(fēng)力自行車3D數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計＊

董曉政，馮博楷，張福財，蘇慶乾

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風(fēng)力自行車3D數(shù)字創(chuàng)新設(shè)計＊

董曉政，馮博楷，張福財，蘇慶乾

（菏澤學(xué)院 機電工程學(xué)院，山東 菏澤 274026）

基于當(dāng)前綠色環(huán)保和共享經(jīng)濟環(huán)境下，采用Solidworks建模軟件，創(chuàng)新性設(shè)計了風(fēng)力自行車三維模型，分析并設(shè)計了風(fēng)力自行車的動力轉(zhuǎn)換裝置、傳動裝置、儲存裝置、空氣壓縮裝置和自行車的常用部件。

風(fēng)力自行車；3D打印；動力轉(zhuǎn)換裝置；創(chuàng)新設(shè)計

當(dāng)前，電動自行車成為大眾交通工具，便捷、環(huán)保，但是仍然耗費大量的能源（電能）。隨著人們節(jié)能、環(huán)保意識的增強，自行車越來越被更多的人們重視起來，越來越多的人們開始用自行車出行。長時間騎行，人們會感覺較疲勞，另外速度也會較慢，效率不高。針對這種情況，基于Solidworks建模軟件[1-2]，設(shè)計一款利用綠色能源，又能助力的自行車，既能滿足人們騎行的需要，又能在騎行者疲勞時像電動自行車那樣助力前行。

1 風(fēng)力自行車工作機理

設(shè)計這款風(fēng)力自行車，總立體模型如圖1所示。

將壓縮氣體通過進氣口輸入到儲氣罐內(nèi)，使用時，打開閥門，壓縮氣體通過管道輸入到能量轉(zhuǎn)換裝置，氣體的能量轉(zhuǎn)化成動能，推動動力轉(zhuǎn)換裝置齒輪葉片的轉(zhuǎn)動，再通過傳動裝置，推動自行車加速前進。

2 風(fēng)力自行車3D建模

2.1 動力轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計

動力轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計靈感來源于深海潛水泵，其爆炸圖如圖2所示。

圖1 風(fēng)力自行車立體模型圖

圖2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置爆炸圖

主要是由四個葉片數(shù)不同的葉輪、底座、階梯軸、外殼構(gòu)成。這樣設(shè)計的目的是為了讓軸的轉(zhuǎn)速一級一級地逐漸提高，防止速度過快造成軸損壞。將空氣通過壓縮機輸入到儲氣罐內(nèi)，打開開關(guān)，壓縮空氣通過管道輸入到有24個葉片的葉輪底座中，推動葉輪轉(zhuǎn)動；壓縮空氣通過底座下端輸送到有12個葉片的葉輪底座中，推動葉輪轉(zhuǎn)動；一直到有6個和3個葉片的葉輪轉(zhuǎn)動。整個過程中，充分利用風(fēng)能，推動不同葉輪的加速。圖3為動力轉(zhuǎn)換裝置的四級葉輪圖。

2.2 傳動裝置設(shè)計

傳動裝置主要是由兩個正齒輪、兩個轉(zhuǎn)向齒輪、傳動軸和外殼構(gòu)成，如圖4所示，各零件如圖5所示。

圖4 傳動裝置

動力轉(zhuǎn)換裝置中軸的一端裝有齒輪，葉輪旋轉(zhuǎn)帶動軸轉(zhuǎn)動，軸的轉(zhuǎn)動帶動齒輪旋轉(zhuǎn)，通過傳動軸將動力傳給后車輪軸，輪軸旋轉(zhuǎn)帶動后車輪滾動。

2.3 空氣壓縮裝置、儲氣裝置設(shè)計

該裝置主要是由空壓機和增壓機構(gòu)成。通電后打開開關(guān)，空氣壓縮機開始工作，空壓機將空氣吸入并壓縮再由增壓機將吸入空氣的壓力增強，空氣壓縮裝置設(shè)計如圖6所示。儲氣罐的三維模型設(shè)計[3]如圖7所示。

圖6 空氣壓縮裝置

圖7 儲氣罐

3 結(jié)論

在當(dāng)前綠色環(huán)保和共享經(jīng)濟環(huán)境下，基于深海潛水泵機構(gòu)原理，采用Solidworks建模軟件，創(chuàng)新性設(shè)計了風(fēng)力自行車三維模型。設(shè)計了風(fēng)力自行車的動力轉(zhuǎn)換裝置，包括24個葉片的葉輪、12個葉片的葉輪、6個葉片的葉輪、3個葉片的葉輪、階梯軸、底座以及動力轉(zhuǎn)換裝置外殼；設(shè)計了傳動裝置主要包括2個轉(zhuǎn)向齒輪、2個傳動齒輪、1個傳動軸以及傳動裝置外殼；設(shè)計了空氣壓縮裝置，主要包括空壓機、增壓機、儲存壓縮空氣的儲氣罐和自行車的其他零部件。

［1］謝越.面向普通用戶的三維模型設(shè)計方法研究［D］.浙江：浙江大學(xué)，2016.

［2］李興華.機械設(shè)計課程設(shè)計［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2012.

董曉政（1998—），男，山東青島人，本科在讀，材料成型與控制工程專業(yè)學(xué)生。

馮博楷（1980—），男，山東菏澤人，碩士研究生，講師。

國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（編號：201810455003）

2095－6835（2019）07－0138－02

U484

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.138

〔編輯：張思楠〕