【文章內(nèi)容簡介】 只要擰動旋鈕，并按照定時器的設定時間，就可以讓發(fā)電機工作，通過齒輪變速器傳遞到發(fā)電機發(fā)電，給電池充足電量，設計結果應該能夠滿足需要。在整個系統(tǒng)傳動過程中，有一定摩擦阻力，且變速器選用的是一傳動比1:2896的五級齒輪傳動的增速器，在實驗制作模型是，模型制作時精度不夠高，電機主軸與齒輪變速器輸出端的連結對心問題處理有一定誤差，而且電機切割磁力線不是很充分，并造成棘輪和發(fā)電機主軸的連結體被發(fā)電機固定機構吸住，造成整個機構不能正常工作，目前已經(jīng)分析出具體原因，主要是定時機構的最后一級齒輪不能限制住棘輪的縱向自由度，目前已經(jīng)構思出具體解決方案，就是在棘輪的底端加固定環(huán)，當棘輪縱向被吸住時，其底端的固定環(huán)就被變速器的最后一級齒輪擋住，縱向自由度被限制住，這樣就可以正常工作，由于考慮到摩擦力的因素，這一設計正在實驗當中。但和前面幾款電池同樣有輸出電壓偏低的缺點，我們會采用相同的處理方式，通過充電時，電容器組并聯(lián)而使用時電容器組串聯(lián)的方式，能夠實現(xiàn)充電時電容器組輸入電壓1V左右（根據(jù)最后一級轉速估計）或以下的前提下，在放電使用時通過電容器組并、串轉換（并串方式的自動轉換是利用二極管的單向導通性實現(xiàn)的）時的輸出電壓3～4V?？偟膩碚f，發(fā)電裝置能夠產(chǎn)生一定的電量，設計的電路也能實現(xiàn)充放電且能夠放大輸入電壓，應該說基本上達到了實驗的預期目的 ，制作完成的機械式電池（見圖26）圖26 定時器機械式電池外觀圖基于上述要求，提出以下改進措施： (1)原定變速比是1:2896，還可以再稍微增大變速比，目前選用的齒輪傳動，級數(shù)過多，會引起過大的摩擦及能量損失，沒必要過多增加齒輪級數(shù)，可以設法提高每級的傳動比，以提高總的增速比，但同時要控制設計的尺寸，注意提高加工精度，及盡量改善工作條件，加強傳動級間的潤滑改良，這樣能夠盡量減少摩擦及能量損失。 (2)在選擇發(fā)電機、變速箱時，在保證尺寸的同時，盡量選擇軸徑大的。這樣，在進行軸連接時可以選擇多一些比較柔的連接，也可以選用尼龍、橡膠等進行連接，可以減少振動，降低能耗。 (3)對于電容器的選擇上，應在普遍電池尺寸的基礎上，合理利用其間的空間，放入可能多的電容器，因為在實驗中，電容器越多，充入的電量也就越多，這樣使用的時間也就更長，實驗效果更加明顯。 (4)本設計的創(chuàng)新之處在于該結構主要是利用蝸卷彈簧作為遠東機構，引入棘輪機構控制蝸卷彈簧釋放的快慢，利用定時器原理設計變速器，這樣就可以長時間的讓發(fā)電機發(fā)電，同樣采用了并聯(lián)充電，串聯(lián)放電的設計思路，這樣的幾個電容器并聯(lián)以后就可以存儲足夠的電能力，可供一般電器長時間使用要求。 本章小結本章主要介紹了三款可行性機械式電池的設計方案，分別為搖柄式機械電池、拉繩式機械電池和定時器式機械電池，這三款設計均能滿足我們預期的目的，都有其各自的優(yōu)點與缺點，所以要根據(jù)我們的設計方案的要求取最優(yōu)化方案，這將會在后面的設計中可以得到解決。3. 變速器的設計方案從設計的具體要求來考慮，我們選擇傳動機構不僅為了傳動，更是一個增速過程，所以我們選擇的傳動機構都選擇變速器，然后選擇變速器的傳動方式，綜合齒輪和蝸桿傳動的特點進行分析：蝸桿傳動雖然能以單級傳動獲得較大的傳動比，但在嚙合處有相對滑動，摩擦損失較大，傳動效率較低，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高的現(xiàn)象，磨損也較嚴重，常需用成本較高的耐磨的材料（如錫青銅等）來制造蝸輪，因而制造成本較高；而且蝸桿傳動對工作條件的要求比較高，當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產(chǎn)生較嚴重的摩擦與磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。故從經(jīng)濟成本和工作要求兩方面而言，蝸桿傳動都不是較好的選擇。齒輪傳動的效率明顯高于蝸桿傳動，圓柱齒輪傳動的效率可達99%，而發(fā)電裝置發(fā)電的過程也是能量轉化的過程，使機械能轉化為電能和其他形式能的過程，變速器的傳動效率越高，在轉化過程中轉化為其他損耗能的比率越小，機械能轉化為電能的效率也就越高；齒輪傳動結構緊湊，對比其他常用的機械傳動方式，在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般較小，而實驗要求的變速器傳動也沒有要求傳動距離較大，齒輪在傳動距離上完全符合實驗要求，且具有空間尺寸小的優(yōu)點；齒輪傳動的傳動比穩(wěn)定，而傳動比穩(wěn)定正是實驗變速器對傳動性能的基本要求，使用齒輪傳動能夠保證工作的穩(wěn)定性；齒輪傳動工作可靠、壽命長，只要設計制造合理、使用維護良好，工作十分可靠，壽命可長達一、二十年，這也是蝸桿傳動等其他機械傳動所不能比擬的。因此，基于變速器的傳動要求，從實際制造經(jīng)濟成本、工作可靠穩(wěn)定性、傳動效率、結構緊湊性等多方面考慮，變速器的傳動方式選擇為齒輪傳動。齒輪類型選擇偽漸開線標準直齒圓柱齒輪，這主要是考慮到這類齒輪使用比較廣泛普遍，有標準可依，故加工制造及采購都比較方便，且在工作條件良好的前提下傳動效率可高達99%，齒輪傳動的裝置形式選擇為半開式，易于制造及使用維護。選擇變速器的類型，綜合各種類型變速器的特點進行分析：由圓錐圓柱齒輪增速器構成傳動系統(tǒng)。圓錐齒輪一般置于高速級，可減少圓錐齒輪尺寸、便于加工。這種增速器的極其總體布置橫向尺寸小，比較緊湊，但結構較復雜，制造成本較高。由蝸桿增速器構成傳動系統(tǒng)。蝸桿傳動的傳動比大、結構緊湊、尺寸小、重量輕。但制造安裝較困難、傳動效率低，蝸輪邊緣需用有色金屬制造，制造成本高。由展開式圓柱齒輪增速器構成傳動系統(tǒng)。圓柱齒輪增速器結構簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護方便。有標準系列產(chǎn)品，由專業(yè)工廠生產(chǎn)。因此，從實驗變速器的要求考慮，選擇變速器的類型為二級展開式圓柱齒輪增速器。 傳動裝置 傳動裝置（I） 根據(jù)我們后面設計和試驗的需要，結合數(shù)據(jù)初步計算分析，所需電機主軸平均轉速至少500r/min，而按正常速度搖動手柄的平均轉速為50r/min，故在動力源與電機主軸之間必須有一個增速裝置，且增速比至少為10:1。這個增速器通常可以根據(jù)設計要求而用市場中常用的變速器來代替，只需將增速器的動力輸入、輸出端位置對調即可（即將動力源與增速器的輸出端相聯(lián)，而將電機主軸與增速器的輸入端相聯(lián)）。只要該增速器沒有傳動具有自鎖性的特點，反接便能達到增速的要求。設計變速器的變速比主要考慮兩方面問題，一方面是變速器的增速比要達到實驗要求，另一方面是要選擇合適的變速器類型及變速器級數(shù)。因為變速器的變速比小則達不到實驗變速器的變速要求，但變速比越大，則隨之帶來的傳動阻力也越大，同樣變速器的變速級數(shù)越多，則傳動阻力也相應越大。故初步設計變速器的變速比定在10：1和20:1之間，變速器每一級的變速比不應太大，因為單級變速比過大會帶來過大的傳動阻力；變速器各級的變速比應相差不大，否則會造成傳動阻力過大及載荷分布過度不均的結果；變速器的變速級數(shù)設計為三級，因單級或二級變速的單級傳動比較大，幾乎每級接近10:1，而四級或四級以上變速則變速級數(shù)過多，級與級之間的傳動損耗較大，累積傳動阻力也較大，故三級變速較為合適，各級增速比應均為2:1與3:1之間，且總體增速比為10:1與20:1之間。根據(jù)以上要求原則，以及理論分析和具體制作的要求，該變速器類型為三級展開式圓柱直齒輪變速器，、，均滿足實驗需要。 標準化系數(shù)： 齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒數(shù)： 模數(shù) 壓力角 選用的實驗變速器傳動示意圖如下圖（見圖31）所示：圖31 變速器傳動示意圖 其中，齒輪2與齒輪3是連成一體的，齒輪4與齒輪5是連成一體的。齒輪1與齒輪2的傳動是第一級傳動，第一級傳動比；齒輪3與齒輪4的傳動是第二級傳動，第二級傳動比；齒輪5與齒輪6的傳動,是第三級傳動，第三季傳動比。 總傳動比（II）這款變速器其相對尺寸較小，主要是為微機械電池所設計，由于體積小，而且每個齒輪的厚度不到一毫米，故變速器的級數(shù)不宜太多，相對情況下，可以把每級的傳動比調大一點，從變速器的要求考慮，選擇變速器的類型為二級展開式圓柱齒輪增速器。根據(jù)設計試驗的數(shù)據(jù)結果計算分析，所需電機主軸平均轉速至少為200r/s，而拉動轉盤一般平均轉速為3r/s，故在動力源與電機主軸之間必須有一個增速裝置，且增速比至少為70:，加工制作有一定的難度，我們選擇手表中的齒輪，然后配對組裝，使其的增速必要達到要求，通過實驗我們選擇了二級增速器齒輪，:1，:1，:1，可以滿足我們的需要。 標準化系數(shù)： 齒頂高系數(shù)： 頂隙系數(shù)： 齒數(shù)： 模數(shù): 壓力角： 選用的實驗變速器傳動示意圖（見圖32） 圖32 二級齒輪傳動機轉子結構示意圖設計變速器的變速比主要考慮兩方面問題，一方面是變速器的增速比要達到實驗要求，另一方面是要選擇合適的變速器類型及變速器級數(shù)。因為變速器的變速比小則達不到實驗變速器的變速要求，但變速比越大，則隨之帶來的傳動阻力也越大，同樣變速器的變速級數(shù)越多，則傳動阻力也相應越大。 傳動裝置（III） 這款設計主要為定時器式電池設計的，根據(jù)初步計算分析以及電路中的要求，所以必須要有個增速機構，和前面的實驗相同，在動力源與電機主軸之間必須有一個增速裝置，由于這款機械式電池有定時機構，所以在設計增速器的同時必須要考慮到定時機構的設計，在這里定時機構和增速器的第一級是相連的，這樣就可以通過定時機構來控制增速器的運轉。設計變速器的變速比主要考慮兩方面問題，設計變速器的變速比主要考慮兩方面問題，一方面是變速器的增速比要達到實驗要求，另一方面是要選擇合適的變速器類型及變速器級數(shù)。因為變速器的變速比小則達不到實驗變速器的變速要求，但變速比越大，則隨之帶來的傳動阻力也越大，同樣變速器的變速級數(shù)越多，則傳動阻力也相應越大。由于我們的定時機構使用蝸卷彈簧機構，那么其繞的最大圈數(shù)有一定的限制，為了讓它能夠在較長的時間里面工作，故初步設計變速器的變速比要較大，變速器每一級的變速比不應太大，因為單級變速比過大會帶來過大的傳動阻力；變速器各級的變速比應相差不大，否則會造成傳動阻力過大及載荷分布過度不均的結果；變速器的變速級數(shù)設計為五級，因單級或二級變速傳動太大。首先選擇五級展開式圓柱直齒輪變速器作為實驗用的變速器。由于實驗用變速器的增速比要求比較大，而且變速器每一級的變速比不應太大，五級中各級的變速比應相差不大，否則會造成傳動阻力過大及載荷分布過度不均的結果，隨之而來的影響是增速器達不到實驗要求及變速器內(nèi)的齒輪零件使用壽命大大縮短。故實驗用變速器的要求是，各級增速比應均為3:1與6:1之間。根據(jù)以上要求原則，以及理論分析和具體制作的要求，該變速器類型為五級展開式圓柱直齒輪變速器，、總體變速比為2896，均能滿足實驗需要。標準化系數(shù)：齒頂高系數(shù) 頂隙系數(shù) 齒數(shù)： , 直徑： , 壓力角： 傳動比： 選用的實驗變