新型划水船的产品创新设计

李勇河， 徐红财， 赵 杰， 阙艳鸿， 刘高君

（四川理工学院 机械工程学院，四川 自贡643000）

0 引言

各种水上娱乐设施的出现，使得水上娱乐更加有趣。其中有一种划水船通过电机提供动力，虽方便但不环保。本设计的出发点是将节能、环保、健康、娱乐与有氧运动结合在一起，采用人力驱动，将跑步机与划水船结合，以跑步作为动力，驱动划水船前行［1］。新型划水船通过跑步驱动，利用力学原理实现离合器转向［2］。新型划水船的出现，既改善了人们水上娱乐的形式，也将进一步推动水上娱乐与健身事业的发展。

1 新型划水船的设计方案结构及参数

1.1 新型划水船的方案设计

本设计以跑步机的跑步带为动力。通过在跑步带上跑步，产生一个向后的作用力，再经过换向齿轮的作用，使叶轮向前旋转，通过叶片划水为船提供向前的动力，使划水船前行。为了增大力矩，将跑步带前轴加大，以便更好地将重力分布到施力方向的斜坡。将划水船设计为两块跑步带，通过中间柱销离合器［2］作用，使左右前行动力不同，从而达到转向的目的。使用者可以手握扶手，休闲、轻松地站在划水船上跑步划水。当划水疲劳想休息的时候，左右及船后浮箱的设计，可为使用者提供一个坐下休息的地方。整个划水船的结构简图如图1，以跑步带带动叶轮旋转，使整个划水船向前划行。

图1 新型划水船结构视图

1.2 划水船的结构设计

1）以两块跑步带提供动力，利用力学原理转向。在正常情况时，离合器（见图2）处于结合状态，两跑步带的动力统一传递到两个叶轮上，保证两个叶轮的同步运动，让划水船能够直线前行；当要转弯时，使离合器分离，又可以将两跑步带的动力分别传递到两个叶轮上，由于叶轮左右运转速度的不同，导致左右两边动力不同，达到左右转向的目的。当F左>F右时，船体向右转向；当F右>F左时，船体向左转向，转向示意图如图3所示。

2）齿轮传动达到换向与增力目的。使用一对齿轮传动，将向后的蹬力改变为划水船向前的动力；使用2：1的传动比，减速增力，使船体向前，如图4所示。

图2 新型离合器结构视图

图3 转向力学示意图

3）跑步带张紧轮设计。可以调节跑步带的松紧，使跑步带装卸方便，也可让跑步带动力最多地传到前轴。如图5所示。

1.3 划水船的参数设计

图4 传动机构示意图

图5 张紧轮结构

1）船体尺寸计算。首先假设机身自重100 kg，人重为60 kg，合计160 kg。根据大量的实地考察，取船沿距离水面高度为320 mm比较合适。为满足划船者在船上活动自由不会受到很大的约束，取船长度为1800 mm，船宽为900 mm，由计算可知，吃水深度为98 mm，符合实际需求。总高为320 mm+98 mm，即418 mm。

2）叶轮的大小。由于叶轮浸入到水里的面积越大，划动叶轮所要求的力矩越大，极大地影响叶轮转动速度，为此，通过查询资料［3］，将叶轮浸入到水里的深度设计为叶轮总高的1/3。

1.4 划水船的3D建模

确定划水船的总体尺寸与各个零部件的尺寸后。以SolidWorks软件建模，首先绘制3D零件图，然后进行装配，从各个方面观察检测装配效果，完成总装配后的3D模型如图6所示，渲染模型如图7所示。

图6 新型划水船3D模型

图7 新型划水船渲染模型

2 结论

本产品将跑步机和娱乐用船很好地结合起来，机构简单，兼具水上运动的趣味性与健身功能；同时因划水船通常在公园使用，也满足了人们对有氧运动的需求。因此，该产品具有一定的市场前景和推广价值。

［1］ 赵杰,符纯华,徐红财,李勇河.休闲跑步式滑水车：中国,CN201320711022.X［P］.2013-11-12.

［2］ 徐红财,符纯华,赵杰,李勇河.新型柱销离合器：中国,CN201320711712.5［P］.2013-11-12.

［3］ 赵春来.机械划水船：中国,CN200910139730.9［P］.2009-06-27.

［4］ 张晋西,郭雪琴.SolidWorks及COSMOSMotion机械仿真设计［M］.北京：清华大学出版社,2006.

［5］ 徐华文,李文峰.电动跑步机的人机工程设计［J］.机械，2004（增刊1）：17-19.