CN204096056U - 仰式水上自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种仰式水上自行车，其特征在于：所述仰式水上自行车具有车身、推进装置、传动装置以及转向装置；所述车身包括后浮筒、后浮板、两翼浮板、两翼浮筒和前浮筒；前浮筒和后浮筒上设置有气囊。本实用新型所述的仰式水上自行车脚蹬可以前后蹬，前进或是退后一切自如，如果感到疲劳，还可停住脚，在水上“漂浮”；解决传统水上自行车具有体积大、重量重、不便于携带等不足；同时结合机械设计知识对传统水上自行车进行改进，以更好的贴合市场需求是十分必要的。

Description

仰式水上自行车

技术领域

本实用新型涉及一种水上娱乐设备，具体来讲是一种仰式水上自行车。 

背景技术

随着科技的发展进步，人们的生活水平日益提高，在工作学习之余，人们对健康生活的要求也越来越高，同时对科技产品的创新也越来越关注，特别是集娱乐，休闲，健身为一体的各种娱乐健身产品需求大大增加。市场上出现的各种健身娱乐设备多达千种。但是炎炎夏日，稍微一运动就会满头大汗，户外运动的机会减少了，这时候水上运动的出现就满足了许多想在夏日运动的人的心愿。水上运动让人们在娱乐休闲的同时充分的感受水的凉爽和惬意。目前的水上娱乐设备主要有：手摇类、脚蹬类和划船类。水上游乐项目，因其独特的新颖性，以及独有的娱乐性，在各大中小型公园中得到了广泛的推广。水上自行车作为一种创新型水上娱乐产品，被众多玩家亲睐，但由于其生产成本高，效率低下始终不能在市场上在短时间内就能形成一定规模效应。而且目前的水上自行车由于体积较大，携带不方便，只能由水上公园等水上场所拥有和保管。因此新型的轻巧便携的水上自行车就能更好的满足使用者的需求，从而解除传统水上自行车只能在固定场合使用的限制。 

日常生活中常见的水上娱乐设备有桨船、手摇船、脚蹬船、明轮驱动的水上轮车，这些都是靠人力驱动的水上设备。这些设备有一个共同的特点，虽然是水上运动，但由于设备的局限性，人在使用这些设备的时候都是与水分离的。这样的情况对于夏天想体验水的清凉的人来说是一大遗憾。很多人选择游泳，但是游泳耗费的体力太多，人容易疲劳。一般的水上自行车虽然轻松，但是亲水性不高。而且新颖性不大，往往初次乘坐上去进行娱乐游玩时在很长一段时间内都找不到人机互动的的感觉，短暂的水上涉足就会让人失去兴趣，之后也很难有再尝试的欲望。如果有一种既省力又能充分亲水的水上自行车，那么乘客在休闲的同时又能体会水上运动的乐趣同时还能找到像自行车一样的人机之间的一种互动感觉，玩起来就轻松自由，乐趣横生，这就涉及到人机工程学的应用。 

人机工程学是一门新兴的边缘科学。它起源于欧洲，形成和发展于美国。人机工程学在欧洲称为Ergonomics，这名称最早是由波兰学者雅斯特莱鲍夫斯基提出来的，它是由两个希腊词根组成的。“ergo”的意思是“出力、工作”，“nomics”表示“规律、法则”的意思，因此，Ergonomics的含义也就是“人出力的规律”或“人工作的规律”，也就是说，这门学科是研究人在生产或操作过程中合理地、适度地劳动和用力的规律问题。人机工程学的显著特点是，在认真研究人、机、环境三个要素本身特性的基础上，不单纯着眼于个别要素的优良与否，而是将使用“物”的人和所设计的“物”以及人与“物”所共处的环境作为一个系统来研究。在人机工程学中将这个系统称为“人—机—环境”系统。这个系统中，人、机、环境三个要素之间相互作用、相互依存的关系决定着系统总体的性能。本学科的人机系统设计理论，就是科学地利用三个要素间的有机联系来寻求系统的最佳参数。 

因此，为了能充分地发挥人和机器的作用，使整个人—机系统可靠、安全、高效，以及操作方便和舒适，设计人—机系统时就得充分考虑人和机器的特征与功能，使之相互协调配合，构成有机整体，达到生产和工作的最佳效果。水上自行车的设计以普通自行车为原型加以改造使之能适用于水面的环境并更加贴近使用者的要求。 

水上娱乐项目在国内还处于刚刚起步的阶段，由于游乐场所少、设备单一因此参与这项运动的人数也较少，很多人都没有机会体会到水上运动的乐趣。但是随着城市建设的的加速，各地区都在新增一些娱乐项目。像北京正在兴建的“龙门阵”，建成后将成为国内最大的水上娱乐乐园；安徽省正在兴建的沿董铺水库游乐园；已经建成的江苏省的福星游乐园等等。像世界上最大的东京迪斯尼乐园，2000年接待的游客人数为1730万人次。正在建设的阿联酋迪拜乐园，建成后将成世界上最大的游乐园。建成后观光游客预估可由目前的600W达到1500W人次。美国新泽西洲的六旗游乐园十多年前被六旗集团收购后，几乎每年都在往外扩张与增添新设施。 

“水上自行车”可以看成是自行车和船的结合。“水上自行车”有陆上自行车完全相仿的车身，如车架、车把、车座、中轴、脚踏板等，只是陆上自行车的前后两个车轮不见了。车轮换成了船体；蹬踏带动车轮，变成了带动水下的螺旋桨；转动手把使自行车前轮转向，变成了转动手把使水下的舵变向等等。所以，水上自行车似船非船，似车亦非车，但毕竟仍然保留着自行车的运动方式和自行车的初始形态，所以称之为“水上自行车”。 随着水上娱乐场所的增多以及人们对水上运动的了解越来越多，市场对水上自行车的需求将会越来越迫切。故水上自行车的设计意义深远。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于在此提供一种仰式水上自行车；前进或是退后一切自如，如果感到疲劳，还可停住脚，在水上漂浮；解决传统水上自行车具有体积大、重量重、不便于携带等不足；同时结合机械设计知识对传统水上自行车进行改进，以更好的贴合市场需求是十分必要的。 

本实用新型是这样实现的，构造一种仰式水上自行车，其特征在于：所述仰式水上自行车具有车身、推进装置、传动装置以及转向装置；所述车身包括后浮筒、后浮板、两翼浮板、两翼浮筒和前浮筒；前浮筒和后浮筒上设置有气囊。 

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：所述推进装置包括螺旋桨以及螺旋桨轴；螺旋桨设置在螺旋桨轴的尾端，并通过螺旋桨螺帽紧固。 

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：螺旋桨轴通过轴套、蝶形螺母、六角螺栓和深沟球轴承与传动装置的输出端对接。 

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：所述传动装置包括踏板、大锥齿轮轴和齿轮箱；齿轮箱设置在前浮筒里并通过开槽圆柱头螺钉固定； 

所述齿轮箱里设置有轴承端盖、密封圈、平键34、开槽圆柱头螺钉35、大锥齿轮、轴承挡圈37、深沟球轴承38、平键39、轴承挡圈40、小锥齿轮、深沟球轴承42、轴承挡圈43以及轴承端盖44；其中轴承端盖的下端设置有密封圈，大锥齿轮固定在大锥齿轮轴上，在大锥齿轮轴上且与大锥齿轮对应的位置设置有轴承挡圈，大锥齿轮轴上还设置有深沟球轴承，沟球轴承通过轴承挡圈和轴承端盖设置；大锥齿轮与小锥齿轮啮合带动螺旋桨轴；踏板与大锥齿轮轴之间通过开槽圆柱头螺钉连接，大锥齿轮轴的两端设置有轴承座，轴承座处设置有密封圈。

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：所述转向装置包括转向板和转向手柄。 

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：所述车身外侧设置折叠扣。 

根据本实用新型所述仰式水上自行车，其特征在于：两翼浮筒通过软管连接气阀；所述气阀包括软管接头、气阀阀体、气阀挡圈、气阀弹簧、气阀钢珠以及气阀顶针；其中软管接头设置在气阀阀体的端部；气阀挡圈、气阀弹簧、气阀钢珠、气阀顶针均位于气阀阀体的内部。 

本实用新型的优点在于：本实用新型所述的仰式水上自行车；在满足推进效率的前提下将车身的重量降到最低。通过调节附加浮筒的进水量可以实现浮力的调节进而实现车身入水深度的改变。接下来通过对车身阻力的分析结合人机工程学的知识设计一种行进阻力小且用户体验好的水上自行车车体。选用便捷的转向装置，属于一种能量利用率高的水上休闲交通工具；所述水上自行车具有重量轻、可折叠、入水深度可调、携带方便等特点，符合市场需求，可以加以推广应用。 

附图说明

图1-2是本实用新型整体示意图 

图3是图2中 处放大示意图

图4是图2中处放大示意图

图5是图2中处放大示意图

图6是图1中处放大示意图

图7是转向板安装示意图

图8是图2中C向示意图

图9-10是齿轮箱示意图

图11-12是轴承端盖44示意图

图13-14是大锥齿轮

图15是大锥齿轮轴

图16是气阀阀体

图17是小齿轮轴

图18-19是小锥齿轮

图20-21是轴承座

图22转向装置示意图

图23转向板结构图

图24转向板结构局部放大图

其中：螺旋桨1、螺旋桨轴2、后浮筒3、后浮板4、两翼浮板5、两翼浮筒6、软管7、轴套8、蝶形螺母9、六角螺栓10、深沟球轴承11、大锥齿轮轴12、轴承座13、踏板14、密封圈15、开槽圆柱头螺钉16、折叠扣17、前浮筒18、齿轮箱19、开槽圆柱头螺钉20、气囊21、软管接头22、气阀阀体23、气阀挡圈24、气阀弹簧25、气阀钢珠26、气阀顶针27、合页28、螺旋桨螺帽29、转向板30、转向手柄31、轴承端盖32、密封圈33、平键34、开槽圆柱头螺钉35、大锥齿轮36、轴承挡圈37、深沟球轴承38、平键39、轴承挡圈40、小锥齿轮41、深沟球轴承42、轴承挡圈43、轴承端盖44、小齿轮轴45。

具体实施方式

下面将结合附图1-24对本实用新型进行详细说明，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。 

如图1-2所示，本实用新型在此提供一种仰式水上自行车，所述仰式水上自行车具有车身、推进装置、传动装置以及转向装置。所述车身包括后浮筒3、后浮板4、两翼浮板5、两翼浮筒6和前浮筒18；前浮筒18和后浮筒3上设置有气囊21。所述推进装置包括螺旋桨1以及螺旋桨轴2；螺旋桨1设置在螺旋桨轴2的尾端，并通过螺旋桨螺帽29紧固。螺旋桨轴2通过轴套8、蝶形螺母9、六角螺栓10和深沟球轴承11与传动装置的输出端对接。 

所述传动装置包括踏板14、大锥齿轮轴12和齿轮箱19；齿轮箱19设置在前浮筒18里并通过开槽圆柱头螺钉20固定；所述齿轮箱19里设置有轴承端盖32、密封圈33、平键34、开槽圆柱头螺钉35、大锥齿轮36、轴承挡圈37、深沟球轴承38、平键39、轴承挡圈40、小锥齿轮41、深沟球轴承42、轴承挡圈43以及轴承端盖44；其中轴承端盖32的下端设置有密封圈33，大锥齿轮36固定在大锥齿轮轴12上，在大锥齿轮轴12上且与大锥齿轮36对应的位置设置有轴承挡圈37，大锥齿轮轴12上还设置有深沟球轴承38，沟球轴承42通过轴承挡圈43和轴承端盖44设置；大锥齿轮36与小锥齿轮41啮合带动螺旋桨轴2；踏板14与大锥齿轮轴12之间通过开槽圆柱头螺钉16连接，大锥齿轮轴12的两端设置有轴承座13，轴承座13处设置有密封圈15。 

所述转向装置包括转向板30和转向手柄31。所述车身外侧设置折叠扣17。两翼浮筒6通过软管7连接气阀；所述气阀包括软管接头22、气阀阀体23、气阀挡圈24、气阀弹簧25、气阀钢珠26以及气阀顶针27；其中软管接头22设置在气阀阀体23的端部；气阀挡圈24、气阀弹簧25、气阀钢珠26、气阀顶针（27）均位于气阀阀体23的内部。 

    本实用新型所述的水上自行车经过改进之后，主要由以下几大模块构成：车身、推进装置、传动装置和转向装置。在水上交通工具中，车身要实现载人以及为整个车体提供浮力的功能。在传统的船舶制造业中船体的造型在很大程度上关系到轮船在行进过程中遇到的阻力以及推进系统的效率。因此在船身的设计时要充分考虑到水的阻力，从而核定最佳造型以达到最佳运动效率。 

本实用新型选用螺旋桨实现推进装置，由若干桨叶（二叶至六叶）组成，桨叶固定在桨豰上，个临近叶片之间相隔的角度相等，其示意图如图。当螺旋桨转动时，桨叶拨水向后，而自身受到水流的反作用力，其推力通过桨轴和推力推力轴承传递至船体上。螺旋桨具有构造简单、造价低廉、使用方便、效率较高的特点，是目前应用最广的推进器。 

传动装置：水上自行车的动力来源主要是人脚蹬踏板的力经过传动系统、推进系统转换成推动车身前进的动力。由于本产品主要定位是娱乐休闲，因此传动系统的设计应该达到省力的目的，让使用者在轻松休闲的情况下进行娱乐。这就要求设计的传动系统的传动效率较高。 

转向装置：水上自行车一般适用于水上公园等场合，这种场所一般人流量大，使用水上自行车的人也可能很多，因此灵活的转向系统就可以避免水上的“交通堵塞”。另外便捷的转向装置对于增强娱乐性来说也是必不可少的。 

经过分析发现，水上自行车在行进中的阻力主要来自两个方面，一是水对车身产生的阻力，另外一个就是空气对车身的阻力。由于空气的阻力相对于水的阻力很小，可以忽略不计，故本设计主要考虑水的阻力。要想减小水上自行车行进中阻力就要求车身整体形状要近似流线型。这就涉及到仿生学的运用。 

依据仿生学的研究方法，因为水上自行车是水上娱乐交通工具，故选定一种水生生物作为原型进行研究。鲨鱼是一种海生生物，鲨鱼全身的骨架都由软骨组成，软骨比骨头更轻更具弹性。鲨鱼游泳时主要是靠身体，像蛇一样的运动并配合尾鳍像橹一样的摆动向前推进。稳定和控制主要是运用多少有些垂直的背鳍和水平调度的胸鳍。鲨鱼没有鳔，所以这类动物的比重主要由肝脏储藏的油脂量来确定。鲨鱼密度比水稍大，也就是说，如果它们不积极游动，就会沉到海底。它们游得很快，在水中，大白鲨可以以43千米/小时的速度穿梭。 

水上自行车可以仿造鲨鱼的外形制造，同时在细节部分加以改进以更加贴合人类的使用习惯。这样能很大程度的减少行进中的阻力，车身骨架采用5086铝合金制造（因为5086铝合金为铝镁合金，具有较高的抗腐蚀性和良好的可焊性，因此本设计铝合金构件均采用5086铝合金），既保证了强度也减轻了车身的重量。本产品的使用者以半躺的姿势躺在水上自行车上依靠脚蹬踏板，驱动螺旋桨从而推动水上自行车前进。为了避免使用过程中发生侧翻，就需要在车身两边增加浮力辅助装置。考虑到整体造型以鲨鱼为原型，故该浮力辅助装置可以做成“鱼鳍”形，这样既美观又实用。水上自行车的尾部依然采用鱼尾形式制造，只是将鱼尾由竖直方向改为水平方向，这样可以实现靠枕的作用，车身的外形示意图如图所示。 

车身外形模拟鱼形设计，整体骨架和支撑为铝合金板，铝合金板由两块可以折叠的“头板”和“尾板”组成，“头板”和“尾板”通过安装在连接处的并排的两页合页连接，可以自由折叠，如图所示。合页28采用铝合金材质制造，在组装时可以分别焊接在两块浮板上。浮筒上焊接有便捷的折叠扣，在车身展开时通过折叠扣固定。 

    铝合金板背面铸造有轴承座用于固定齿轮传动装置，浮筒是采用铝合金制造的薄壁浮筒，采用压制成型制造，然后用氩弧焊焊接在骨架铝合金板上，氩弧焊能有效的防止焊接时铝合金的氧化。这样在满足实用性能的同时，简化了结构，在一定程度上减轻了整体重量。人在平躺时要踩踏自行车比坐着踩踏费力，因此本设计的“尾板”微微上翘，让使用者更加舒适。根据人机工程学知识，在“尾板”上翘角度约为20度时，人体感觉比较舒适。因此“尾板”的上翘角度约为20度。 

锥齿轮传动一般用于空间两相交轴之间的动力或速度传输。锥齿轮一般分为直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、零度锥齿轮、准双曲面锥齿轮、斜齿锥齿轮。但是因为斜齿锥齿轮加工困难，在工程技术上缺乏可行性，已经完全被其他类型的锥齿轮所替代。 

所述水上自行车是一种休闲娱乐设备，故其对速度的要求不高，根据螺旋桨转速对锥齿轮速度进行估算可知其圆周速率小于5m/s，且要求整体造价不能过高。弧齿锥齿轮和准双曲面锥齿轮虽然传动相对比较平稳，但是制造成本却比直齿锥齿轮。在低速运转的情况下，其振动小静音性好的特点并不能得到展现。因此综合考虑设计要求，本设计选择直齿锥齿轮传动作为传动机构。 

齿轮箱要考虑到油液的密封，因此在轴承端盖处要加密封圈。为了让整体的重量尽量做到最轻，可以缩减不必要的结构，将整体结构做成紧凑型。 

由于水上自行车与普通自行车都是依靠脚蹬产生动力，因此可以以人在休闲状态下骑行普通自行车的输入功率来近似计算人骑行水上自行车的输入功率。自行车骑行的原动力，主要是骑车人的下肢肌力。人骑车时，骨骼肌肉内部的化学能转换为肌肉收缩的机械能。自行车脚蹬的转动就是通过腿肌收缩出力而完成的，一般说腿肌长的人比腿肌短的人有利。肌肉收缩时产生的力，一般与肌肉的截面积成比例，约为每平方厘米40--50N ，通过一定训练的人可提高到65N 。骑行自行车的输入功率跟人的体格、体力、骑车姿势、持续时间、速比和路况等诸多因素有关。一般成年男人的最大输出功率约为 0.7 马力（ 0.51 kw ) ，能持续 10s左右。如果持续时间长，其值要小得多，持续一个小时，大约只有0.7-1.0马力（0.07-0.15kw）。 人的脚踏速度常常跟心脏节律有一定关系，健康人的心脏跳动为70 次／min ，一般脚踏以 60r/min 节奏转动较为合适。考虑到水上的环境以及本设计休闲娱乐的定位，取脚踏速度为40r/min进行设计。正常人踩蹬自行车的力量约为30~40N,娱乐情况下我们估算为25N。蹬踏速度取正常路面的2/3，踩踏杠的长度取180mm。 

转向装置主要由手柄和舵板两部分构成，结构图如图所示。由于设备在水中使用，故材质均选用不锈钢。手柄A采用12Cr13不锈钢制造，外面加装海绵套。转向板由转向杆B和舵板C组成，材料采用12Cr13不锈钢一体制造而成。AB之间采用孔轴配合连接，B端处截面为菱形，其平面上带有对称的两个压紧钢珠，安装时将A使劲压入B即可，AB之间为过盈配合。转向板的安装示意图如下图所示，侧翼浮筒的铝合金支板上开有一个孔，用于安装转向板。将取下手柄的转向板插入侧翼浮筒支板上的安装孔内，然后装上手柄即可使用。安装和拆卸都比较简单方便。 

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (7)

1.一种仰式水上自行车，其特征在于：所述仰式水上自行车具有车身、推进装置、传动装置以及转向装置；所述车身包括后浮筒（3）、后浮板（4）、两翼浮板（5）、两翼浮筒（6）和前浮筒（18）；前浮筒（18）和后浮筒（3）上设置有气囊（21）。

2.根据权利要求1所述仰式水上自行车，其特征在于：所述推进装置包括螺旋桨（1）以及螺旋桨轴（2）；螺旋桨（1）设置在螺旋桨轴（2）的尾端，并通过螺旋桨螺帽（29）紧固。

3.根据权利要求2所述仰式水上自行车，其特征在于：螺旋桨轴（2）通过轴套（8）、蝶形螺母（9）、六角螺栓（10）和深沟球轴承（11）与传动装置的输出端对接。

4.根据权利要求1所述仰式水上自行车，其特征在于：所述传动装置包括踏板（14）、大锥齿轮轴（12）和齿轮箱（19）；齿轮箱（19）设置在前浮筒（18）里并通过开槽圆柱头螺钉（20）固定；

所述齿轮箱（19）里设置有轴承端盖（32）、密封圈（33）、平键（34）、开槽圆柱头螺钉（35）、大锥齿轮（36）、轴承挡圈（37）、深沟球轴承（38）、平键（39）、轴承挡圈（40）、小锥齿轮（41）、深沟球轴承（42）、轴承挡圈（43）以及轴承端盖（44）；

其中轴承端盖（32）的下端设置有密封圈（33），大锥齿轮（36）固定在大锥齿轮轴（12）上，在大锥齿轮轴（12）上且与大锥齿轮（36）对应的位置设置有轴承挡圈（37），大锥齿轮轴（12）上还设置有深沟球轴承（38），沟球轴承（42）通过轴承挡圈（43）和轴承端盖（44）设置；大锥齿轮（36）与小锥齿轮（41）啮合带动螺旋桨轴（2）；

踏板（14）与大锥齿轮轴（12）之间通过开槽圆柱头螺钉（16）连接，大锥齿轮轴（12）的两端设置有轴承座（13），轴承座（13）处设置有密封圈（15）。

5.根据权利要求1所述仰式水上自行车，其特征在于：所述转向装置包括转向板（30）和转向手柄（31）。

6.根据权利要求1所述仰式水上自行车，其特征在于：所述车身外侧设置折叠扣（17）。

7.根据权利要求1所述仰式水上自行车，其特征在于：两翼浮筒（6）通过软管（7）连接气阀；所述气阀包括软管接头（22）、气阀阀体（23）、气阀挡圈（24）、气阀弹簧（25）、气阀钢珠（26）以及气阀顶针（27）；其中软管接头（22）设置在气阀阀体（23）的端部；气阀挡圈（24）、气阀弹簧（25）、气阀钢珠（26）、气阀顶针（27）均位于气阀阀体（23）的内部。