【文章內(nèi)容簡介】 只要擰動旋鈕，并按照定時(shí)器的設(shè)定時(shí)間，就可以讓發(fā)電機(jī)工作，通過齒輪變速器傳遞到發(fā)電機(jī)發(fā)電，給電池充足電量，設(shè)計(jì)結(jié)果應(yīng)該能夠滿足需要。在整個(gè)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(shí)驗(yàn)制作模型是，模型制作時(shí)精度不夠高，電機(jī)主軸與齒輪變速器輸出端的連結(jié)對心問題處理有一定誤差，而且電機(jī)切割磁力線不是很充分，并造成棘輪和發(fā)電機(jī)主軸的連結(jié)體被發(fā)電機(jī)固定機(jī)構(gòu)吸住，造成整個(gè)機(jī)構(gòu)不能正常工作，目前已經(jīng)分析出具體原因，主要是定時(shí)機(jī)構(gòu)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(gòu)思出具體解決方案，就是在棘輪的底端加固定環(huán)，當(dāng)棘輪縱向被吸住時(shí)，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(shè)計(jì)正在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中。但和前面幾款電池同樣有輸出電壓偏低的缺點(diǎn)，我們會采用相同的處理方式，通過充電時(shí)，電容器組并聯(lián)而使用時(shí)電容器組串聯(lián)的方式，能夠?qū)崿F(xiàn)充電時(shí)電容器組輸入電壓1V左右（根據(jù)最后一級轉(zhuǎn)速估計(jì)）或以下的前提下，在放電使用時(shí)通過電容器組并、串轉(zhuǎn)換（并串方式的自動轉(zhuǎn)換是利用二極管的單向?qū)ㄐ詫?shí)現(xiàn)的）時(shí)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(shè)計(jì)的電路也能實(shí)現(xiàn)充放電且能夠放大輸入電壓，應(yīng)該說基本上達(dá)到了實(shí)驗(yàn)的預(yù)期目的 ，制作完成的機(jī)械式電池（見圖26）圖26 定時(shí)器機(jī)械式電池外觀圖基于上述要求，提出以下改進(jìn)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(shè)法提高每級的傳動比，以提高總的增速比，但同時(shí)要控制設(shè)計(jì)的尺寸，注意提高加工精度，及盡量改善工作條件，加強(qiáng)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(jī)、變速箱時(shí)，在保證尺寸的同時(shí)，盡量選擇軸徑大的。這樣，在進(jìn)行軸連接時(shí)可以選擇多一些比較柔的連接，也可以選用尼龍、橡膠等進(jìn)行連接，可以減少振動，降低能耗。 (3)對于電容器的選擇上，應(yīng)在普遍電池尺寸的基礎(chǔ)上，合理利用其間的空間，放入可能多的電容器，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中，電容器越多，充入的電量也就越多，這樣使用的時(shí)間也就更長，實(shí)驗(yàn)效果更加明顯。 (4)本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處在于該結(jié)構(gòu)主要是利用蝸卷彈簧作為遠(yuǎn)東機(jī)構(gòu)，引入棘輪機(jī)構(gòu)控制蝸卷彈簧釋放的快慢，利用定時(shí)器原理設(shè)計(jì)變速器，這樣就可以長時(shí)間的讓發(fā)電機(jī)發(fā)電，同樣采用了并聯(lián)充電，串聯(lián)放電的設(shè)計(jì)思路，這樣的幾個(gè)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(shí)間使用要求。 本章小結(jié)本章主要介紹了三款可行性機(jī)械式電池的設(shè)計(jì)方案，分別為搖柄式機(jī)械電池、拉繩式機(jī)械電池和定時(shí)器式機(jī)械電池，這三款設(shè)計(jì)均能滿足我們預(yù)期的目的，都有其各自的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，所以要根據(jù)我們的設(shè)計(jì)方案的要求取最優(yōu)化方案，這將會在后面的設(shè)計(jì)中可以得到解決。3. 變速器的設(shè)計(jì)方案從設(shè)計(jì)的具體要求來考慮，我們選擇傳動機(jī)構(gòu)不僅為了傳動，更是一個(gè)增速過程，所以我們選擇的傳動機(jī)構(gòu)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(diǎn)進(jìn)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(yán)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(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會產(chǎn)生較嚴(yán)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(jì)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(dá)99%，而發(fā)電裝置發(fā)電的過程也是能量轉(zhuǎn)化的過程，使機(jī)械能轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程中轉(zhuǎn)化為其他損耗能的比率越小，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的效率也就越高；齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊，對比其他常用的機(jī)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)要求，且具有空間尺寸小的優(yōu)點(diǎn)；齒輪傳動的傳動比穩(wěn)定，而傳動比穩(wěn)定正是實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)制造合理、使用維護(hù)良好，工作十分可靠，壽命可長達(dá)一、二十年，這也是蝸桿傳動等其他機(jī)械傳動所不能比擬的。因此，基于變速器的傳動要求，從實(shí)際制造經(jīng)濟(jì)成本、工作可靠穩(wěn)定性、傳動效率、結(jié)構(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(hù)。選擇變速器的類型，綜合各種類型變速器的特點(diǎn)進(jìn)行分析：由圓錐圓柱齒輪增速器構(gòu)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(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本較高。由蝸桿增速器構(gòu)成傳動系統(tǒng)。蝸桿傳動的傳動比大、結(jié)構(gòu)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(gòu)成傳動系統(tǒng)。圓柱齒輪增速器結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護(hù)方便。有標(biāo)準(zhǔn)系列產(chǎn)品，由專業(yè)工廠生產(chǎn)。因此，從實(shí)驗(yàn)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(shè)計(jì)和試驗(yàn)的需要，結(jié)合數(shù)據(jù)初步計(jì)算分析，所需電機(jī)主軸平均轉(zhuǎn)速至少500r/min，而按正常速度搖動手柄的平均轉(zhuǎn)速為50r/min，故在動力源與電機(jī)主軸之間必須有一個(gè)增速裝置，且增速比至少為10:1。這個(gè)增速器通?？梢愿鶕?jù)設(shè)計(jì)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(diào)即可（即將動力源與增速器的輸出端相聯(lián)，而將電機(jī)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(diǎn)，反接便能達(dá)到增速的要求。設(shè)計(jì)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(dá)到實(shí)驗(yàn)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?yàn)樽兯倨鞯淖兯俦刃t達(dá)不到實(shí)驗(yàn)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(yīng)越大。故初步設(shè)計(jì)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(yīng)太大，因?yàn)閱渭壸兯俦冗^大會帶來過大的傳動阻力；變速器各級的變速比應(yīng)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(jié)果；變速器的變速級數(shù)設(shè)計(jì)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(yīng)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(shí)驗(yàn)需要。 標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(jī)械電池所設(shè)計(jì)，由于體積小，而且每個(gè)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(diào)大一點(diǎn)，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(shè)計(jì)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算分析，所需電機(jī)主軸平均轉(zhuǎn)速至少為200r/s，而拉動轉(zhuǎn)盤一般平均轉(zhuǎn)速為3r/s，故在動力源與電機(jī)主軸之間必須有一個(gè)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(dá)到要求，通過實(shí)驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)變速器傳動示意圖（見圖32） 圖32 二級齒輪傳動機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖設(shè)計(jì)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(dá)到實(shí)驗(yàn)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?yàn)樽兯倨鞯淖兯俦刃t達(dá)不到實(shí)驗(yàn)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(yīng)越大。 傳動裝置（III） 這款設(shè)計(jì)主要為定時(shí)器式電池設(shè)計(jì)的，根據(jù)初步計(jì)算分析以及電路中的要求，所以必須要有個(gè)增速機(jī)構(gòu)，和前面的實(shí)驗(yàn)相同，在動力源與電機(jī)主軸之間必須有一個(gè)增速裝置，由于這款機(jī)械式電池有定時(shí)機(jī)構(gòu)，所以在設(shè)計(jì)增速器的同時(shí)必須要考慮到定時(shí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在這里定時(shí)機(jī)構(gòu)和增速器的第一級是相連的，這樣就可以通過定時(shí)機(jī)構(gòu)來控制增速器的運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)變速器的變速比主要考慮兩方面問題，設(shè)計(jì)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(dá)到實(shí)驗(yàn)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?yàn)樽兯倨鞯淖兯俦刃t達(dá)不到實(shí)驗(yàn)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(yīng)越大。由于我們的定時(shí)機(jī)構(gòu)使用蝸卷彈簧機(jī)構(gòu)，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(shí)間里面工作，故初步設(shè)計(jì)變速器的變速比要較大，變速器每一級的變速比不應(yīng)太大，因?yàn)閱渭壸兯俦冗^大會帶來過大的傳動阻力；變速器各級的變速比應(yīng)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(jié)果；變速器的變速級數(shù)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)用的變速器。由于實(shí)驗(yàn)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(yīng)太大，五級中各級的變速比應(yīng)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(jié)果，隨之而來的影響是增速器達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求及變速器內(nèi)的齒輪零件使用壽命大大縮短。故實(shí)驗(yàn)用變速器的要求是，各級增速比應(yīng)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(shí)驗(yàn)需要。標(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)變