风力自行车3D数字创新设计＊

董晓政，冯博楷，张福财，苏庆乾



风力自行车3D数字创新设计＊

董晓政，冯博楷，张福财，苏庆乾

（菏泽学院 机电工程学院，山东 菏泽 274026）

基于当前绿色环保和共享经济环境下，采用Solidworks建模软件，创新性设计了风力自行车三维模型，分析并设计了风力自行车的动力转换装置、传动装置、储存装置、空气压缩装置和自行车的常用部件。

风力自行车；3D打印；动力转换装置；创新设计

当前，电动自行车成为大众交通工具，便捷、环保，但是仍然耗费大量的能源（电能）。随着人们节能、环保意识的增强，自行车越来越被更多的人们重视起来，越来越多的人们开始用自行车出行。长时间骑行，人们会感觉较疲劳，另外速度也会较慢，效率不高。针对这种情况，基于Solidworks建模软件[1-2]，设计一款利用绿色能源，又能助力的自行车，既能满足人们骑行的需要，又能在骑行者疲劳时像电动自行车那样助力前行。

1 风力自行车工作机理

设计这款风力自行车，总立体模型如图1所示。

将压缩气体通过进气口输入到储气罐内，使用时，打开阀门，压缩气体通过管道输入到能量转换装置，气体的能量转化成动能，推动动力转换装置齿轮叶片的转动，再通过传动装置，推动自行车加速前进。

2 风力自行车3D建模

2.1 动力转换装置设计

动力转换装置的设计灵感来源于深海潜水泵，其爆炸图如图2所示。

图1 风力自行车立体模型图

图2 风能转换装置爆炸图

主要是由四个叶片数不同的叶轮、底座、阶梯轴、外壳构成。这样设计的目的是为了让轴的转速一级一级地逐渐提高，防止速度过快造成轴损坏。将空气通过压缩机输入到储气罐内，打开开关，压缩空气通过管道输入到有24个叶片的叶轮底座中，推动叶轮转动；压缩空气通过底座下端输送到有12个叶片的叶轮底座中，推动叶轮转动；一直到有6个和3个叶片的叶轮转动。整个过程中，充分利用风能，推动不同叶轮的加速。图3为动力转换装置的四级叶轮图。

2.2 传动装置设计

传动装置主要是由两个正齿轮、两个转向齿轮、传动轴和外壳构成，如图4所示，各零件如图5所示。

图4 传动装置

动力转换装置中轴的一端装有齿轮，叶轮旋转带动轴转动，轴的转动带动齿轮旋转，通过传动轴将动力传给后车轮轴，轮轴旋转带动后车轮滚动。

2.3 空气压缩装置、储气装置设计

该装置主要是由空压机和增压机构成。通电后打开开关，空气压缩机开始工作，空压机将空气吸入并压缩再由增压机将吸入空气的压力增强，空气压缩装置设计如图6所示。储气罐的三维模型设计[3]如图7所示。

图6 空气压缩装置

图7 储气罐

3 结论

在当前绿色环保和共享经济环境下，基于深海潜水泵机构原理，采用Solidworks建模软件，创新性设计了风力自行车三维模型。设计了风力自行车的动力转换装置，包括24个叶片的叶轮、12个叶片的叶轮、6个叶片的叶轮、3个叶片的叶轮、阶梯轴、底座以及动力转换装置外壳；设计了传动装置主要包括2个转向齿轮、2个传动齿轮、1个传动轴以及传动装置外壳；设计了空气压缩装置，主要包括空压机、增压机、储存压缩空气的储气罐和自行车的其他零部件。

［1］谢越.面向普通用户的三维模型设计方法研究［D］.浙江：浙江大学，2016.

［2］李兴华.机械设计课程设计［M］.北京：清华大学出版社，2012.

董晓政（1998—），男，山东青岛人，本科在读，材料成型与控制工程专业学生。

冯博楷（1980—），男，山东菏泽人，硕士研究生，讲师。

国家级大学生创新创业训练计划项目（编号：201810455003）

2095－6835（2019）07－0138－02

U484

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.07.138

〔编辑：张思楠〕