CN103991529B - 一种桨叶旋转式脚踏小船 - Google Patents
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Abstract
一种桨叶旋转式脚踏小船，属船舶技术领域。它由船身、方向操控系统、动力系统组成。船身采用木材、玻璃钢或碳纤维复合材料制成；方向操控系统包括方向舵、方向把及操控传输机构；动力系统包括驱动装置和推进装置，驱动装置类似自行车的驱动部分，推进装置包括左推进器和右推进器，左推进器和右推进器结构相同，对称布置于船身的左右两侧。使用时没有明显的尾迹，也没有严重的拍水现象，效率高，无大水花。可用作水上交通工具及用于体育游乐活动。
Description
技术领域
一种桨叶旋转式脚踏小船，属船舶技术领域，尤其涉及一种人力小船。
背景技术
传统的人力小船大多采用手摇桨，操作不稳定，只有熟练的人们才能划，且效率较低；传统的采用螺旋桨的脚踏小船，尽管驱动方便，但效率较低，螺旋桨制造工艺要求高，且使用时会产生尾迹；传统的脚踏明轮小船的推进装置桨叶平面始终过转轴，使用时存在拍水现象，水花较大，且有效推力不超过半个周期，效率较低，噪音大。
发明内容
本发明的目的是克服传统小船的上述不足，发明一种效率较高的采用类似明轮推进装置的桨叶旋转式脚踏小船。
一种桨叶旋转式脚踏小船，由船身、方向操控系统、动力系统组成。船身采用木材、玻璃钢或碳纤维复合材料制成；方向操控系统包括方向舵、方向把及操控传输机构；动力系统包括驱动装置和推进装置。驱动装置类似自行车的驱动部分，由支架、鞍座、左曲柄脚蹬、右曲柄脚蹬、前轴、前链轮、链条、后链轮和后轴组成；前链轮安装在靠船头的前轴上，后链轮安装在靠船尾的后轴上；前链轮、链条和后链轮组成一组链传动，它们的转动平面与船身的铅垂纵向对称面平行；支架固定在船身上，前轴通过轴承与支架相连，后轴中部通过轴承与支架相连，后轴的左段通过轴承与船身左侧壁相连，并穿过船身左侧壁外露于船身的左边，后轴的右段通过轴承与船身右侧壁相连，并穿过船身右侧壁外露于船身的右边，两个穿过处均进行密封防水处理，前轴和后轴均水平布置，且它们均与船身的铅垂纵向对称面垂直；左曲柄脚蹬和右曲柄脚蹬的相位相差180°。推进装置包括左推进器和右推进器，左推进器和右推进器结构完全相同，对称布置于船身的左右两侧；左推进器由左转臂、左桨叶、左桨轴、左导向杆、左导向器和左导向器支撑件组成，左转臂的一端与驱动装置的后轴的露出船身左侧的左端垂直固连，左转臂的另一端与左桨轴的一端垂直固连，左桨轴与后轴分别布置于左转臂的左右两侧，左桨轴的另一端通过轴承与左桨叶连接于左桨叶的根部并靠近左桨叶的前缘处，左桨轴与左桨叶的前缘平行，左桨叶能绕左桨轴灵活转摆，但左桨叶不能沿左桨轴作轴向直线运动；左桨叶的根部端面即靠近左转臂旋转平面的一端的端面与左桨叶的前缘垂直，左导向杆的下端与左桨叶固连于该端面弦线与后缘的交点处，左导向杆在该端面弦线向后缘外的延长线上且与左桨轴垂直，左导向杆的上端穿过左导向器；左导向器由左直线轴承穿过左旋转轴承组合而成；左导向器安装于船身的中后部左侧的上方，且置于左转臂旋转平面的左侧，左导向器通过左导向器支撑件与船身相连，左导向器靠近左桨轴的旋转圆周安装，但左导向器至后轴之间的距离大于左转臂长度与左桨叶的最大宽度即最大弦长之和，以便左桨叶顺利旋转；左导向杆的长度应足够确保其上端始终在左导向器内而不脱落；右推进器由右转臂、右桨叶、右桨轴、右导向杆、右导向器和右导向器支撑件组成，右转臂的一端与驱动装置的后轴的露出船身右侧的右端垂直固连；右转臂的另一端与右桨轴的一端垂直固连，后轴与右桨轴分别布置于右转臂的左右两侧，右桨轴的另一端通过轴承与右桨叶连接于右桨叶的根部并靠近右桨叶的前缘处，右桨轴与右桨叶的前缘平行，右桨叶能绕右桨轴灵活转摆，但右桨叶不能沿右桨轴作轴向直线运动；右桨叶的根部端面即靠近右转臂旋转平面的一端的端面与右桨叶的前缘垂直，右导向杆的下端与右桨叶固连于该端面弦线与后缘的交点处，右导向杆在该端面弦线向后缘外的延长线上且与右桨轴垂直，右导向杆的上端穿过右导向器；右导向器由右直线轴承穿过右旋转轴承组合而成；右导向器安装于船身的中后部右侧的上方，且置于右转臂旋转平面的右侧，右导向器通过右导向器支撑件与船身相连，右导向器靠近右桨轴的旋转圆周安装，但右导向器至后轴之间的距离大于右转臂长度与右桨叶的最大宽度即最大弦长之和，以便右桨叶顺利旋转；右导向杆的长度应足够确保其上端始终在右导向器内而不脱落；后轴、左转臂、右转臂、左桨轴和右桨轴处于同一平面内，且左桨轴和右桨轴处于同一直线上。前链轮靠船头安装，后链轮靠船尾安装；方向舵设在船尾处，方向舵通过操控传输机构与方向把相连，方向把靠支架支撑。左导向器和右导向器的连线与后轴轴线平行，且处于后轴轴线的正上方。
为得到满意的效率，后轴、左导向器和右导向器的安装高度满足：当该小船满载时，左导向杆的延长线在前方与左桨轴旋转圆周相切的切点、右导向杆的延长线在前方与右桨轴旋转圆周相切的切点、左导向杆的延长线在后方与左桨轴旋转圆周相切的切点和右导向杆的延长线在后方与右桨轴旋转圆周相切的切点同高且刚好处于水面位置或附近。
前链轮与后链轮的传动比为1：2，即前链轮转一圈，后链轮转两圈；左曲柄脚蹬、右曲柄脚蹬、左转臂和右转臂的相位满足：左脚向前下方踩踏时左桨叶和右桨叶处于大攻角的划水位置，且右脚向前下方踩踏时左桨叶和右桨叶也处于大攻角的划水位置。这样符合人体工程学原理，有利于发挥人的能量。
该一种桨叶旋转式脚踏小船的工作原理是：人骑在鞍座上，像骑自行车一样用双脚踏蹬左曲柄脚蹬和右曲柄脚蹬，人的动力由前链轮、链条和后链轮传递至后轴，后轴同时同向同速驱动左推进器和右推进器，推动该小船行驶。本发明小船的驱动装置同普通自行车有一个区别，就是不设单向转动装置，从船身左侧往右侧看，逆时针踏蹬左曲柄脚蹬和右曲柄脚蹬，左桨叶和右桨叶同向同速逆时针旋转，该小船向船头方向行驶即前进；顺时针踏蹬左曲柄脚蹬和右曲柄脚蹬，左桨叶和右桨叶同向同速顺时针旋转，该小船向船尾方向行驶即后退；人操纵方向把来操控方向舵的偏转使该小船转弯。
推进装置是这样工作的：人力传递给后轴，后轴转动带动左转臂和右转臂同向同速转动；左转臂带动左桨轴旋转，右转臂带动右桨轴旋转；在左桨轴的牵引下左桨叶旋转，在右桨轴的牵引下右桨叶旋转；由于左导向杆和左导向器的限制，左桨叶旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，有利于产生推力；同样地，由于右导向杆和右导向器的限制，右桨叶旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内同样会发生有规律的变化，有利于产生推力。对于本发明小船前进而言，由于左导向器和右导向器均置于水面的上方，后轴置于水面的下方，左导向杆的延长线在前方与左桨轴旋转圆周相切的切点、右导向杆的延长线在前方与右桨轴旋转圆周相切的切点、左导向杆的延长线在后方与左桨轴旋转圆周相切的切点和右导向杆的延长线在后方与右桨轴旋转圆周相切的切点同高且刚好处于水面位置或附近，并且左导向器靠近左桨轴的旋转圆周安装，右导向器同样靠近右桨轴的旋转圆周安装，在一个周期内，左桨叶和右桨叶划水同样占大半个工作周期；左桨叶和右桨叶在水面的上方虽然是前行的，但它们只受空气的阻力而没有水的阻力。这样，产生推力的效率较高。改变后轴转速大小能改变推力的大小，转速越快推力越大，转速越慢推力越小；改变后轴的转动方向能改变推力的方向。
本发明的优点是：该发明一种桨叶旋转式脚踏小船使用时不会产生像螺旋桨推进器那样的明显的尾迹，也不会像传统明轮推进装置那样存在严重的拍水现象；且该小船能量损失小，效率高，无大水花，且桨叶易制作，最简单的可采用刚性平板桨。用作水上交通工具及用于体育游乐活动都很方便。
附图说明
图1是本发明一种桨叶旋转式脚踏小船的主视示意图；图2是图1的左视图。
图中，1-船身，11-船头，12-船尾；2-方向操控系统，21-方向舵，22-方向把，23-操控传输机构；3-动力系统，4-驱动装置，41-支架，42-鞍座，43-左曲柄脚蹬，44-右曲柄脚蹬，45-前轴，46-前链轮，47-链条，48-后链轮，49-后轴，5-推进装置，6-左推进器，61-左转臂，62-左桨叶，63-左桨轴，64-左导向杆，65-左导向器，651-左直线轴承，652-左旋转轴承，66-左导向器支撑件，7-右推进器，71-右转臂，72-右桨叶，73-右桨轴，74-右导向杆，75-右导向器，751-右直线轴承，752-右旋转轴承，76-右导向器支撑件；8-水面；9-左桨轴旋转圆周；图2中，左转臂61上的空心箭头表示该发明小船前进时左转臂61的旋转方向。
具体实施方式
现结合附图1和附图2举例对本发明加以说明：一种桨叶旋转式脚踏小船，由船身1、方向操控系统2、动力系统3组成。船身1采用玻璃钢制成。方向操控系统2包括方向舵21、方向把22及操控传输机构23。动力系统3包括驱动装置4和推进装置5。驱动装置4类似自行车的驱动部分，由支架41、鞍座42、左曲柄脚蹬43、右曲柄脚蹬44、前轴45、前链轮46、链条47、后链轮48和后轴49组成。支架41固定在船身1上，前轴45通过轴承与支架41相连，后轴49中部通过轴承与支架41相连，后轴49的左段通过轴承与船身1左侧壁相连，并穿过船身1左侧壁外露于船身1的左边，后轴49的右段通过轴承与船身1右侧壁相连，并穿过船身1右侧壁外露于船身1的右边，两个穿过处均进行密封防水处理，前轴45和后轴49均水平布置，且它们均与船身1的铅垂纵向对称面垂直；左曲柄脚蹬43和右曲柄脚蹬44的相位相差180°。推进装置5包括左推进器6和右推进器7，左推进器6和右推进器7结构完全相同，对称布置于船身1的左右两侧。左推进器6由左转臂61、左桨叶62、左桨轴63、左导向杆64、左导向器65和左导向器支撑件66组成。左转臂61的一端与驱动装置4的后轴49的露出船身1左侧的左端垂直固连，左转臂61的另一端与左桨轴63的一端垂直固连，左桨轴63与后轴49分别布置于左转臂61的左右两侧，左桨轴63的另一端通过轴承与左桨叶62连接于左桨叶62的根部并靠近左桨叶62的前缘处，左桨轴63与左桨叶62的前缘平行，左桨叶62能绕左桨轴63灵活转摆，但左桨叶62不能沿左桨轴63作轴向直线运动；左桨叶62的根部端面即靠近左转臂61旋转平面的一端的端面与左桨叶62的前缘垂直，左导向杆64的一端与左桨叶62固连于该端面弦线与后缘的交点处，左导向杆64在该端面弦线向后缘外的延长线上且与左桨轴63垂直，左导向杆64的另一端穿过左导向器65；左导向器65由左直线轴承651穿过左旋转轴承652组合而成；左导向器65安装于船身1的中后部左侧的上方，且置于左转臂61旋转平面的左侧，左导向器65通过左导向器支撑件66与船身1相连，左导向器65靠近左桨轴63的旋转圆周安装，但左导向器65至后轴49之间的距离大于左转臂61长度与左桨叶62的最大宽度即最大弦长之和，以便左桨叶62顺利旋转；左导向杆64的长度应足够确保上端始终在左导向器65内而不脱落；右推进器7由右转臂71、右桨叶72、右桨轴73、右导向杆74、右导向器75和右导向器支撑件76组成，右转臂71的一端与驱动装置4的后轴49的露出船身1右侧的右端垂直固连；右转臂71的另一端与右桨轴73的一端垂直固连，后轴49与右桨轴73分别布置于右转臂71的左右两侧，右桨轴73的另一端通过轴承与右桨叶72连接于右桨叶72的根部并靠近右桨叶72的前缘处，右桨轴73与右桨叶72的前缘平行，右桨叶72能绕右桨轴73灵活转摆，但右桨叶72不能沿右桨轴73作轴向直线运动；右桨叶72的根部端面即靠近右转臂71旋转平面的一端的端面与右桨叶72的前缘垂直，右导向杆74的一端与右桨叶72固连于该端面弦线与后缘的交点处，右导向杆74在该端面弦线向后缘外的延长线上且与右桨轴73垂直，右导向杆74的另一端穿过右导向器75；右导向器75由右直线轴承751穿过右旋转轴承752组合而成；右导向器75安装于船身1的中后部右侧的上方，且置于右转臂71旋转平面的右侧，右导向器75通过右导向器支撑件76与船身1相连，右导向器75靠近右桨轴73的旋转圆周安装，但右导向器75至后轴49之间的距离大于右转臂71长度与右桨叶72的最大宽度即最大弦长之和，以便右桨叶72顺利旋转；右导向杆74的长度应足够确保上端始终在右导向器75内而不脱落；后轴49、左转臂61、右转臂71、左桨轴63和右桨轴73处于同一平面内，且左桨轴63和右桨轴73处于同一直线上；左桨叶62和右桨叶72均采用刚性平板木桨。前链轮46靠船头11安装，后链轮48靠船尾12安装；方向舵21设在船尾12处，方向舵21通过操控传输机构23与方向把22相连，方向把22靠支架41支撑。左导向器65和右导向器75的连线与后轴49轴线平行，且处于后轴49轴线的正上方。
后轴49、左导向器65和右导向器75的安装高度满足：当该小船满载时，左导向杆64的延长线在前方与左桨轴63旋转圆周相切9的切点、右导向杆74的延长线在前方与右桨轴73旋转圆周相切的切点、左导向杆64的延长线在后方与左桨轴63旋转圆周相切的切点和右导向杆74的延长线在后方与右桨轴73旋转圆周相切的切点均都处于水面位置。
前链轮46与后链轮48的传动比为1：2，即前链轮46转一圈，后链轮48转两圈；左曲柄脚蹬43、右曲柄脚蹬44、左转臂61和右转臂71的相位满足：左脚向前下方踩踏时左桨叶62和右桨叶72处于大攻角的划水位置，且右脚向前下方踩踏时左桨叶62和右桨叶72也处于大攻角的划水位置。这样符合人体工程学原理，有利于发挥人的能量。
该一种桨叶旋转式脚踏小船的工作原理是：人骑在鞍座42上，像骑自行车一样用双脚踏蹬左曲柄脚蹬43和右曲柄脚蹬44，人的动力由前链轮46、链条47和后链轮48传递至后轴49，后轴49同时同向同速驱动左推进器6和右推进器7，推动该小船行驶。本发明小船的驱动装置4同自行车有一个区别，就是不设单向转动装置，从船身1左侧往右侧看，逆时针踏蹬左曲柄脚蹬43和右曲柄脚蹬44，左桨叶62和右桨叶72同向同速逆时针旋转，该小船向船头11方向行驶即前进；顺时针踏蹬左曲柄脚蹬43和右曲柄脚蹬44，左桨叶62和右桨叶72同向同速顺时针旋转，该小船向船尾12方向行驶即后退；使用方向操控系统2操纵方向舵21来控制该小船转弯。
推进装置是这样工作的：人的动力通过驱动装置4传递给后轴49，后轴49转动带动左转臂61和右转臂71同向同速旋转；左转臂61带动左桨轴63旋转，右转臂71带动右桨轴73旋转；在左桨轴63的牵引下左桨叶62旋转，在右桨轴73的牵引下右桨叶72旋转；由于左导向杆64和左导向器65的限制，左桨叶62旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内会发生有规律的变化，有利于产生推力；同样地，由于右导向杆74和右导向器75的限制，右桨叶72旋转时其攻角在一个工作周期即旋转一圈内同样会发生有规律的变化，有利于产生推力。对于本发明小船前进而言，由于左导向器65和右导向器75均置于水面8的上方，后轴49置于水面的下方，左导向杆64的延长线在前方与左桨轴63旋转圆周相切的切点、右导向杆74的延长线在前方与右桨轴73旋转圆周相切的切点、左导向杆64的延长线在后方与左桨轴63旋转圆周相切的切点和右导向杆74的延长线在后方与右桨轴73旋转圆周相切的切点均都处于水面位置，并且左导向器65靠近左桨轴63的旋转圆周安装，右导向器75同样靠近右桨轴73的旋转圆周安装，在一个周期内，左桨叶62和右桨叶72划水同样占大半个工作周期；左桨叶62和右桨叶72在水面的上方是前行的，只受空气的阻力而没有水的阻力。这样，产生推力的效率较高。改变后轴49转速大小能改变推力的大小，转速越快推力越大，转速越小推力越小；改变后轴49的转动方向能改变推力的方向，从船身1的左侧往右看，后轴49逆时针转动，该小船向船头11方向行驶即前进；后轴49顺时针转动，该小船向船尾12方向行驶即后退。
Claims (4)
1.一种桨叶旋转式脚踏小船，由船身（1）、方向操控系统（2）、动力系统（3）组成，其特征在于：方向操控系统（2）包括方向舵（21）、方向把（22）及操控传输机构（23）；动力系统（3）包括驱动装置（4）和推进装置（5）；驱动装置（4）由支架（41）、鞍座（42）、左曲柄脚蹬（43）、右曲柄脚蹬（44）、前轴（45）、前链轮（46）、链条（47）、后链轮（48）和后轴（49）组成；支架（41）固定在船身（1）上，前轴（45）通过轴承与支架（41）相连，后轴（49）中部通过轴承与支架（41）相连，后轴（49）的左段通过轴承与船身（1）左侧壁相连，并穿过船身（1）左侧壁外露于船身（1）的左边，后轴（49）的右段通过轴承与船身（1）右侧壁相连，并穿过船身（1）右侧壁外露于船身（1）的右边；前轴（45）和后轴（49）均水平布置，且它们均与船身（1）的铅垂纵向对称面垂直；左曲柄脚蹬（43）和右曲柄脚蹬（44）的相位相差180°；推进装置（5）包括左推进器（6）和右推进器（7），左推进器（6）和右推进器（7）结构完全相同，对称布置于船身（1）的左右两侧；左推进器（6）由左转臂（61）、左桨叶（62）、左桨轴（63）、左导向杆（64）、左导向器（65）和左导向器支撑件（66）组成，左转臂（61）的一端与驱动装置（4）的后轴（49）的露出船身（1）左侧的左端垂直固连，左转臂（61）的另一端与左桨轴（63）的一端垂直固连，左桨轴（63）的另一端通过轴承与左桨叶（62）连接于左桨叶（62）的根部并靠近左桨叶（62）的前缘处，左桨轴（63）与左桨叶（62）的前缘平行；左桨叶（62）的根部端面即靠近左转臂（61）旋转平面的一端的端面与左桨叶（62）的前缘垂直，左导向杆（64）的下端与左桨叶（62）固连于该端面弦线与后缘的交点处，左导向杆（64）在该端面弦线向后缘外的延长线上且与左桨轴（63）垂直，左导向杆（64）的上端穿过左导向器（65）；左导向器（65）由左直线轴承（651）穿过左旋转轴承（652）组合而成；左导向器（65）安装于船身（1）的中后部左侧的上方，左导向器（65）通过左导向器支撑件（66）与船身（1）相连；左导向杆（64）的长度应足够确保其上端始终在左导向器（65）内而不脱落；右推进器（7）由右转臂（71）、右桨叶（72）、右桨轴（73）、右导向杆（74）、右导向器（75）和右导向器支撑件（76）组成，右转臂（71）的一端与驱动装置（4）的后轴（49）的露出船身右侧的右端垂直固连；右转臂（71）的另一端与右桨轴（73）的一端垂直固连，右桨轴（73）的另一端通过轴承与右桨叶（72）连接于右桨叶（72）的根部并靠近右桨叶（72）的前缘处，右桨轴（73）与右桨叶（72）的前缘平行；右桨叶（72）的根部端面即靠近右转臂（71）旋转平面的一端的端面与右桨叶（72）的前缘垂直，右导向杆（74）的下端与右桨叶（72）固连于该端面弦线与后缘的交点处，右导向杆（74）在该端面弦线向后缘外的延长线上且与右桨轴（73）垂直，右导向杆（74）的上端穿过右导向器（75）；右导向器（75）由右直线轴承（751）穿过右旋转轴承（752）组合而成；右导向器（75）安装于船身（1）的中后部右侧的上方，右导向器（75）通过右导向器支撑件（76）与船身（1）相连；右导向杆（74）的长度应足够确保其上端始终在右导向器（75）内而不脱落；后轴（49）、左转臂（61）、右转臂（71）、左桨轴（63）和右桨轴（73）处于同一平面内，且左桨轴（63）和右桨轴（73）处于同一直线上；前链轮（46）靠船头（11）安装，后链轮（48）靠船尾（12）安装；方向舵（21）设在船尾（12）处，方向舵（21）通过操控传输机构（23）与方向把（22）相连，方向把（22）靠支架（41）支撑；前链轮（46）与后链轮（48）的传动比为1：2，左曲柄脚蹬（43）、右曲柄脚蹬（44）、左转臂（61）和右转臂（71）的相位满足：左脚向前下方踩踏时左桨叶（62）和右桨叶（72）处于大攻角的划水位置，且右脚向前下方踩踏时左桨叶（62）和右桨叶（72）也处于大攻角的划水位置。
2.根据权利要求1所述的一种桨叶旋转式脚踏小船，其特征在于：船身（1）采用木材、玻璃钢或碳纤维复合材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种桨叶旋转式脚踏小船，其特征在于：左桨叶（62）和右桨叶（72）采用刚性平板桨。
4.根据权利要求1所述的一种桨叶旋转式脚踏小船，其特征在于：左导向器（65）靠近左桨轴（63）的旋转圆周安装，但左导向器（65）至后轴（49）之间的距离大于左转臂（61）长度与左桨叶（62）的最大宽度即最大弦长之和；右导向器（75）靠近右桨轴（73）的旋转圆周安装，但右导向器（75）至后轴（49）之间的距离大于右转臂（71）长度与右桨叶（72）的最大宽度即最大弦长之和。
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