【正文】 用 圓角 以 避免應(yīng)力集中， 同時(shí)可以 提高制件強(qiáng)度 在 零件 轉(zhuǎn)角處 特別容 易產(chǎn)生應(yīng)力 的 集中， 當(dāng)零件受到 力或沖擊、振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，如果零件結(jié)構(gòu)不合理 或 成型條件不當(dāng)，則會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，特別容易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。 （ 3） 必須設(shè)置必要的 脫模斜 度為確保制件成型時(shí)能順利脫模，設(shè)計(jì)時(shí)必須在脫模方向設(shè)置脫模斜度 。 （ 2） 零件的壁厚確定應(yīng)合理 塑料零件的使用要求決定了零件的設(shè)計(jì)壁厚，若是壁厚過薄，則零件的硬度和強(qiáng)度會(huì)不夠，在受力的作用時(shí)容易變形、損壞，此外零件成型時(shí)也會(huì)因?yàn)榱鲃?dòng)阻力大導(dǎo)致大型復(fù)雜的零件就難以充滿型腔；若是壁厚過大，首先會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本 提高，增加了材料的浪費(fèi)，而且加長成型周期，降低生產(chǎn)率。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 21 圖 225 頂 蓋的作用是保護(hù)該裝置的電路部分，同時(shí)通過螺紋連接是其與電池座板和底座成為一個(gè)完整的整體。如圖 223所示。如圖 222所示。如圖 221所示。 根據(jù)上述參數(shù)及漸開線齒輪的相關(guān)特性建模，如圖 220所示。如圖 219所示。如圖 217所示。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 14 圖 213 （ 3）滑塊的設(shè)計(jì) 如圖 214所示。如圖 29所示。與棘輪配合實(shí)現(xiàn)單向齒輪的單向轉(zhuǎn)動(dòng)，外側(cè)齒輪齒數(shù) 24，模數(shù) 1，齒寬 3，壓力角 20 度。與軸是過盈配合，通過軸肩和軸套定位。 裝置的各部分零件設(shè)計(jì) 單向齒輪的零件設(shè)計(jì) 雙單向齒輪機(jī)構(gòu)可保證人在行走時(shí)無論腿向前擺動(dòng)還是向后擺動(dòng)都能使發(fā)電機(jī)朝一個(gè)方向擺動(dòng)，從而提高效率發(fā)出更多電能。 綜上所述，不論是行走時(shí)向前擺腿還是向后擺腿，兩個(gè)單向齒輪所在的軸總是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，從而保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子總是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。該裝置的齒輪機(jī)構(gòu)如圖 21所示。 （ 2） 胯關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能量的收集可以為人們的日常生活提供便利，比如說人們可以一邊散步一邊聽音樂而不用擔(dān)心自己的 MP3會(huì)沒電。 課題的學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值 實(shí)際應(yīng)用： (1） 在日常生活中人們散步、跑步的同時(shí)可以將人的胯關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存起來，并且可以直接給手機(jī)、 MP MP4等日常用品的電池充電。 第二大創(chuàng)新之處是本設(shè)計(jì)內(nèi)部的動(dòng)電能機(jī)械轉(zhuǎn)化機(jī)構(gòu)，內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)采用一個(gè)雙單向齒輪結(jié)構(gòu)，不論擺桿朝那股方向擺動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向都一致。他們的缺點(diǎn)是不便攜，沒有最大程度的收集人在動(dòng)時(shí)的機(jī)械能，并將其轉(zhuǎn)化為電能。所以必須設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)使得不論擺桿朝那股方向擺動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向都一致。從上述的分析中我可以肯定選擇胯關(guān)節(jié)來提供能煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 4 量是最合理的。 擬采取 的技術(shù)方案及思路 如何從人的行走過程中收集能量，最為直接的是將人體運(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能并儲(chǔ)存起來。所以必須設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)使得不論擺桿朝那股方向擺動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向都一致。 （ 2） 當(dāng)手機(jī)不需充電時(shí)，可給 5號(hào)充電電池充電。 發(fā)電機(jī)有 3種，即直流發(fā)電機(jī)、同步交流發(fā)電機(jī)和異步交流發(fā)電機(jī)。在正常行走時(shí)，胯關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度和大腿與腰之間的肌肉力量都較膝關(guān)節(jié)的要大很多。最常見的是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，主要是由一定機(jī)械裝置將原動(dòng)力元件和小型的發(fā)電裝置連接起來，再通過整流電路將電量輸送到蓄電池中。研究人員將踏板裝于該裝置上，踏板下方連一搖桿，搖桿可繞一個(gè)方向繞發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)人踩在踏板上時(shí)，搖桿被推動(dòng)，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)發(fā)出電量。該裝置應(yīng)用前景廣闊，已得到了軍方的研發(fā)支持。剛?cè)瞬仍诘靥旱摹盎y”上時(shí)，地毯即能發(fā)電。目 錄 第 1章 緒論 ............................................. 2 ........................................................ 2 ............................. 2 ..................................... 2 ........................ 2 ................................. 2 ............................... 3 ..................................... 3 特色或創(chuàng)新之處 ............................................ 4 ............................... 4 第 2章 胯關(guān)節(jié)能量收集器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................ 6 .............................. 6 ....................................... 6 .......................... 8 、單向齒輪的零件設(shè)計(jì) ....................................... 8 、齒輪加速速機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì) ................................ 15 搖柄的設(shè)計(jì) .............................................. 17 其他齒輪的設(shè)計(jì) .......................................... 17 外殼的設(shè)計(jì) .............................................. 19 ................................. 22 塑料零件的設(shè)計(jì)要點(diǎn) ............................................. 23 第 3章 胯 關(guān)節(jié)能量收集器電路設(shè)計(jì) ............................. 26 ............................................... 26 ...................................... 26 .................................. 28 ................................................... 29 ...................................... 29 ................................ 29 5號(hào)充電電池充電的電路圖 .......................... 31 .......................................... 34 .................................................... 36 致謝 ................................................. 39 參考文獻(xiàn) .............................................. 40 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 2 第 一 章 緒論 胯關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能量收集器的設(shè)計(jì)背景 發(fā)電地板： 東日本鐵路公司 發(fā)明了一種“發(fā)電地板”，將于 東京站 試驗(yàn)。這種地毯的花紋是利用發(fā)電線圈巧妙編織的，改變了人們對于傳統(tǒng)發(fā)電線圈的認(rèn)知。 （ 11年 9月） 膝關(guān)節(jié) 活動(dòng)發(fā)電裝置：英國研究人員研發(fā)了一種新型發(fā)電裝置， 該裝置固定于人的小腿和大腿之上，膝關(guān)節(jié)來回?cái)[動(dòng)時(shí)帶動(dòng)發(fā)電裝置發(fā)電，可為手機(jī)，隨身聽等小型用電器充電。 腳踏發(fā)電裝置 ： 美國某公共交通公司， 發(fā)明了一種踏板發(fā)電裝置，安放在公共場所，利用來往行人的踩踏發(fā)出電量。 能量收集裝置的基本知識(shí) 能量收集裝置主要是將機(jī)械能、風(fēng)能、熱能等轉(zhuǎn)化成電量儲(chǔ)存起來為人們所使用。而與行走關(guān)系比較密切的是膝關(guān)節(jié)與跨關(guān)節(jié)。 擺桿運(yùn)動(dòng)不能直接用在發(fā)電機(jī)上，要將其進(jìn)行轉(zhuǎn)化，這就是這一步要研究的內(nèi)容，擺桿運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度有限不能使發(fā)電機(jī)有效的轉(zhuǎn)動(dòng)來產(chǎn)生電能，需要用齒輪將小幅度的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成快速有效 的運(yùn)動(dòng)。我的設(shè)計(jì)是 ： （ 1） 當(dāng)手機(jī)沒電時(shí)，可直接給手機(jī)充電。 人行走時(shí)大腿的擺動(dòng)方向是變化的，而要使發(fā)電機(jī)得到持續(xù)穩(wěn)定的電流必須使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致。 貯能電路以及轉(zhuǎn)化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機(jī)不穩(wěn)定的電流轉(zhuǎn)化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。在正常行走時(shí)，胯關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)幅度和大腿與腰之間的肌肉力量都較膝關(guān)節(jié)的要大很多。 人行走時(shí)大腿的擺動(dòng)方向是變化的，而要使發(fā)電機(jī)得到持續(xù)穩(wěn)定的電流必須使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)向一致。 特色或創(chuàng)新之處 現(xiàn)階段存在的或在使用階段的能量收集裝置，主要是手搖發(fā)電器，風(fēng) 力發(fā)電裝置，較高級(jí)的有膝關(guān)節(jié)能量收集裝置等。這是本設(shè)計(jì)的一大創(chuàng)新。 （ 2） 當(dāng)手機(jī)不需充電時(shí)，可給 5號(hào)充電電池充電。 應(yīng)用價(jià)值： 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 5 （ 1） 胯關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能量的收集可以緩解現(xiàn)在人們對電能的需求。雙單向齒輪機(jī)構(gòu)可 保證人在行走時(shí)無論腿向前擺動(dòng)還是向后擺動(dòng)都能使發(fā)電機(jī)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn) 動(dòng)，從而提高效率發(fā)出更多電能。 當(dāng)腿向后擺動(dòng)時(shí)，單向齒輪 1順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為空轉(zhuǎn)，不帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，單向齒輪 2 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)開始工作，帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)出電量來。 傳動(dòng)比 n= 8642 7531 ZZZZ ZZZZ ??? ??? = 24121212 48484812 ??? ??? =32 式中 Z1 為原動(dòng)力齒輪工作部分齒數(shù) 12， Z2 為加速齒輪 1 小齒輪齒數(shù) 12， Z3 為加速齒輪 1 大齒輪齒數(shù) 48， Z4 為加速齒輪 2 小齒輪齒數(shù) 12， Z5 加速齒輪 2 大齒輪齒數(shù)48， Z6 為加速齒輪 3 小齒輪齒數(shù) 12， Z7 為加速齒輪 3 大齒輪齒數(shù) 48， Z8 為單向齒輪1 齒數(shù) 24。主要通過棘輪系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單向旋轉(zhuǎn)的功能。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 10 圖 26 （ 2）棘輪的設(shè)計(jì) 棘輪與齒輪是一體的，結(jié)構(gòu)也是盡量簡潔。 圖 28滑塊 （ 4）擋板的設(shè)計(jì) 擋板安裝于單向齒輪兩端，與棘輪過盈配合，與滑塊間隙配合，起保護(hù)單向齒輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 13 圖 211 （ 1）棘爪的設(shè)計(jì)，如圖 212所示 圖 212 （ 2）棘輪的設(shè)計(jì) 如圖 213棘輪所示。 1的設(shè)計(jì) 加速齒輪 1大齒輪的齒數(shù)為 48，模數(shù)為 1，齒寬為 2，壓力角取 20 度；小齒輪的齒煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 16 數(shù)為 12，模數(shù)為 1，齒寬為 5，壓力角取 20度。 圖 218 3的設(shè)計(jì) 加速齒輪 3大齒輪的齒數(shù)為 48，模數(shù)為 1，齒寬為 2，壓力角取 20 度；小齒輪的齒數(shù)為 12，模數(shù)為 1，齒寬為 3，壓力角取 20度。如圖 所示。 齒數(shù)為，模數(shù)為，齒寬為，壓力角 20度。 齒數(shù)為 16，模數(shù)為 1，齒寬為 3，壓力角 20度。 齒數(shù)為 12，模數(shù)為 ，齒寬為 3，壓力角 20度。 現(xiàn)在市面上有很多型號(hào)的電池盒，但為簡化結(jié)構(gòu)，將電池盒與外殼設(shè)計(jì)成一體結(jié)構(gòu)。在保證使用的前提下 形狀簡單、合理 的塑料零件 便于成型 、便于脫模，盡量避免或減少 了 抽芯機(jī)構(gòu) 。內(nèi)應(yīng)力和變形的產(chǎn)生會(huì)導(dǎo)致零件尺寸出現(xiàn)問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生曲翹； ③ 承受緊固力部位必須保證壓縮強(qiáng)度； ④ 避免過厚部位產(chǎn)生縮孔和凹陷； ⑤零件注塑完成時(shí)會(huì)有脫模頂出的過程，壁厚的設(shè)計(jì)應(yīng)能承受住頂出的沖擊力。 為防止沖模時(shí)料流受到攪亂，造成 零件的韌性 和外觀質(zhì)量的降低，應(yīng)盡量 保證 強(qiáng)筋的方向應(yīng)與料流方向一致。 ③ 圓角有利于模具制造，提高模具強(qiáng)度 零件上設(shè)計(jì)了圓角，模具的對應(yīng)部位也呈圓角，這就增加了模具的堅(jiān)固性，模具在淬火或使用時(shí)不致因應(yīng)力集中而開裂，因而也增加了模具的強(qiáng)度。 ③ POM 用途 : 機(jī)械零件、齒輪、 杠桿、家電外殼 特性 : 耐磨、堅(jiān)硬但脆弱，損壞時(shí)容易有利邊出現(xiàn) ④ Nylon 用途 : 齒輪、滑輪 特性 : 堅(jiān)韌、吸水、但當(dāng)水份完全揮發(fā)后會(huì)變得脆弱?，F(xiàn)選取 MITSUMI 微型直流發(fā)電機(jī)，如圖 31所示 31 其相關(guān)參數(shù)如下： 最大輸出電壓： 最大輸出電流： 240mA 最大輸出功率： 轉(zhuǎn)速： 2500rpm 機(jī)身直徑： 機(jī)身厚度： 13mm 軸徑： 2mm 軸長： 6mm 直流發(fā)電機(jī)的工作原理 電磁感應(yīng)定律： 導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中會(huì)感應(yīng)出電勢 e e=Blv 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 27 圖 32 直流電機(jī)做發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，如圖 32，電樞由原動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)而在磁場中旋轉(zhuǎn)，在電樞線圈的兩根有效邊（切割磁通的部分導(dǎo)體 ）中便感應(yīng)出電動(dòng)勢。當(dāng)電刷之間接有負(fù)載時(shí)，在電動(dòng)勢作用下就在電路中產(chǎn)生一定方向的電流。取鋁鎳鈷 32， B=， HC=44千安 /米，磁導(dǎo)率為 0 （ 2）磁通面積 A=π R2 ，式中 R為電機(jī)線圈的平均半徑。 煙臺(tái)大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 29 發(fā)電機(jī)穩(wěn)壓