董曉政，馮博楷，張福財(cái)，蘇慶乾

?

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

董曉政，馮博楷，張福財(cái)，蘇慶乾

（菏澤學(xué)院 機(jī)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(jì)環(huán)境下，采用Solidworks建模軟件，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了風(fēng)力自行車(chē)三維模型，分析并設(shè)計(jì)了風(fēng)力自行車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置、傳動(dòng)裝置、儲(chǔ)存裝置、空氣壓縮裝置和自行車(chē)的常用部件。

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

當(dāng)前，電動(dòng)自行車(chē)成為大眾交通工具，便捷、環(huán)保，但是仍然耗費(fèi)大量的能源（電能）。隨著人們節(jié)能、環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，自行車(chē)越來(lái)越被更多的人們重視起來(lái)，越來(lái)越多的人們開(kāi)始用自行車(chē)出行。長(zhǎng)時(shí)間騎行，人們會(huì)感覺(jué)較疲勞，另外速度也會(huì)較慢，效率不高。針對(duì)這種情況，基于Solidworks建模軟件[1-2]，設(shè)計(jì)一款利用綠色能源，又能助力的自行車(chē)，既能滿足人們騎行的需要，又能在騎行者疲勞時(shí)像電動(dòng)自行車(chē)那樣助力前行。

1 風(fēng)力自行車(chē)工作機(jī)理

設(shè)計(jì)這款風(fēng)力自行車(chē)，總立體模型如圖1所示。

將壓縮氣體通過(guò)進(jìn)氣口輸入到儲(chǔ)氣罐內(nèi)，使用時(shí)，打開(kāi)閥門(mén)，壓縮氣體通過(guò)管道輸入到能量轉(zhuǎn)換裝置，氣體的能量轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，推動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置齒輪葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)傳動(dòng)裝置，推動(dòng)自行車(chē)加速前進(jìn)。

2 風(fēng)力自行車(chē)3D建模

2.1 動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置設(shè)計(jì)

動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于深海潛水泵，其爆炸圖如圖2所示。

圖1 風(fēng)力自行車(chē)立體模型圖

圖2 風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置爆炸圖

主要是由四個(gè)葉片數(shù)不同的葉輪、底座、階梯軸、外殼構(gòu)成。這樣設(shè)計(jì)的目的是為了讓軸的轉(zhuǎn)速一級(jí)一級(jí)地逐漸提高，防止速度過(guò)快造成軸損壞。將空氣通過(guò)壓縮機(jī)輸入到儲(chǔ)氣罐內(nèi)，打開(kāi)開(kāi)關(guān)，壓縮空氣通過(guò)管道輸入到有24個(gè)葉片的葉輪底座中，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)；壓縮空氣通過(guò)底座下端輸送到有12個(gè)葉片的葉輪底座中，推動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)；一直到有6個(gè)和3個(gè)葉片的葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)過(guò)程中，充分利用風(fēng)能，推動(dòng)不同葉輪的加速。圖3為動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置的四級(jí)葉輪圖。

2.2 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)

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

圖4 傳動(dòng)裝置

動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置中軸的一端裝有齒輪，葉輪旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳給后車(chē)輪軸，輪軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)后車(chē)輪滾動(dòng)。

2.3 空氣壓縮裝置、儲(chǔ)氣裝置設(shè)計(jì)

該裝置主要是由空壓機(jī)和增壓機(jī)構(gòu)成。通電后打開(kāi)開(kāi)關(guān)，空氣壓縮機(jī)開(kāi)始工作，空壓機(jī)將空氣吸入并壓縮再由增壓機(jī)將吸入空氣的壓力增強(qiáng)，空氣壓縮裝置設(shè)計(jì)如圖6所示。儲(chǔ)氣罐的三維模型設(shè)計(jì)[3]如圖7所示。

圖6 空氣壓縮裝置

圖7 儲(chǔ)氣罐

3 結(jié)論

在當(dāng)前綠色環(huán)保和共享經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，基于深海潛水泵機(jī)構(gòu)原理，采用Solidworks建模軟件，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)了風(fēng)力自行車(chē)三維模型。設(shè)計(jì)了風(fēng)力自行車(chē)的動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置，包括24個(gè)葉片的葉輪、12個(gè)葉片的葉輪、6個(gè)葉片的葉輪、3個(gè)葉片的葉輪、階梯軸、底座以及動(dòng)力轉(zhuǎn)換裝置外殼；設(shè)計(jì)了傳動(dòng)裝置主要包括2個(gè)轉(zhuǎn)向齒輪、2個(gè)傳動(dòng)齒輪、1個(gè)傳動(dòng)軸以及傳動(dòng)裝置外殼；設(shè)計(jì)了空氣壓縮裝置，主要包括空壓機(jī)、增壓機(jī)、儲(chǔ)存壓縮空氣的儲(chǔ)氣罐和自行車(chē)的其他零部件。

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

［2］李興華.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)［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(zhuān)業(yè)學(xué)生。

馮博楷（1980—），男，山東菏澤人，碩士研究生，講師。

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（編號(hào)：201810455003）

2095－6835（2019）07－0138－02

U484

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.138

〔編輯：張思楠〕