胯關節(jié)能量收集裝置的設計【說明書+CAD+UG+仿真】,說明書+CAD+UG+仿真,胯關節(jié)能量收集裝置的設計【說明書+CAD+UG+仿真】,關節(jié),能量,收集,搜集,采集,裝置,設計,說明書,仿單,cad,ug,仿真 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） [摘要]： 在野外考察、科研時，往往因為條件有限無法得到日常使用的交流或直流電源，特別是如果遇到緊急情況而且通信設備卻電量不足，此時急需一種方便快捷的獲取電能的方法。這時就可以用到胯關節(jié)運動能量收集裝置了，它可以為簡單的通信設備充電，以滿足當務之急。 論文首先介紹了該裝置的設計思路，特別詳細介紹了機構原理、電路設計以及使用方法等。 關鍵詞： 行走發(fā)電；手機充電； [ABSTRACT] ： During the time of working and scientific research in the open, because often the condition limitedly is unable to obtain the daily use exchange or the direct-current power supply,if specially encounters the emergency case moreover the communication facility electric quantity to be actually insufficient,is this time urgently needed one kind of convenience quick gain electrical energy the method.By now might use the hip joint movement energy collecting device,it may for the simple communication facility charge,satisfy the urgent matter. Firstly，introduce the design thread of the device，and specially introduce machine elements,circuit design and use method and so on. Key words：get Electricity by walking; charge up for mobile telephone; 2 分類號 編號 胯關節(jié)能量收集裝置的設計 Device Translating Kinetic Energy Into Electricity By Walk 申請學位： 院 系： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導老師  胯關節(jié)能量收集裝置的設計 申請人： 導 師: 2009年 3 月 2 日 開題報告 畢業(yè)設計(論文) 題 目 胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計 專 業(yè) 班 級 學 生 姓 名 學 號 導 師 姓 名 開題報告日期 2009 年 3 月 2 日 入 學 年 月 2005 年 9 月 4 日 2009年 3月 2日  開題報告的撰寫 開題報告是開題者對科研課題的一種表格形式的文字說明材料。目的是為加強科學研究活動計劃性，它把要報告的每一項內容轉換成相應的欄目，這樣做，既便于開題報告按目填寫，避免遺漏；又便于評審者一目了然，把握要點。開題報告與畢業(yè)論文一并存檔。 一、 課題來源 課題來源是指課題來自于何處，通常來說，有問題才有研究的必要，要解決問題才會去研究。問題的產生是課題產生的源泉。課題的來源有以下幾個方面： 1) 企業(yè)生產第一線 學生在工廠、企業(yè)、科研單位進行工程實踐的基礎上，結合實際需要確定有研究開發(fā)價值的題目；可以是影響生產的關鍵性工藝或設備方面的課題，也可以是接受企業(yè)委托協(xié)助研究開發(fā)的項目。 2) 導師指定課題 指導教師根據科研項目、工程設計任務或新產品的開發(fā)研制等，從中選出適合學生情況和教學要求的部分作為課題。 3) 來源于文獻和資料 通過查閱文獻資料，了解國際國內相關學科、工程技術的理論與實踐的現狀、成果，以及存在問題和發(fā)展趨勢，找出需要研究和解決的問題作為課題。 二、 （10分）課題的目的和意義 課題的意義是指課題的技術、經濟和社會意義和對單位及自己的意義。課題的意義通常可以表述成：課題研究針對的主要問題是什么，本課題具有哪些學術價值或實際應用價值（比如說：給企業(yè)的生產帶來多大便利和經濟效益，提高了多少生產效率等），是否具有研究的緊迫性和必要性。 三、 （20分）研究內容 研究內容是指課題要研究、設計什么，說明研究設計的重點。在此可以對即將開展的畢業(yè)設計的主要內容進行說明，并突出畢業(yè)設計中的重點。 四、 （25分）擬采取的技術方案和可行性分析 擬采取的技術方法與方案是指如何開展課題的研究設計工作。通常研究方法有：理論分析、實際調研、測繪、試驗、創(chuàng)新改進等，學生可以根據課題的實際情況選用不同的研究方法并確立自己的技術路線，并說明自己研究方案的有效和可行性。 五、 （25分）研究計劃及預期成果 研究計劃及預期成果是指研究的進度和預期完成的成果（做到什么程度）。研究計劃是學生根據自己課題實際，制定研究的計劃進度表，并明確在那段時間內完成什么樣工作的內容。預期完成的成果形式可以是多種多樣的，包括:論文、產品、軟件、課件、電子制作、設計圖紙以及工藝卡片等，學生根據課題實際，說明預期完成的成果形式。 六、 （10分）特色或創(chuàng)新之處 特色或創(chuàng)新之處是指本課題的研究設計的特色與創(chuàng)新點所在，學生需要全方面了解自己的設計研究在同類課題的研究中所處的水平，清楚知道自己的設計研究與他人之間的不同之處，并給予客觀的評價。 七、 （5分）已具備的條件和尚需解決的問題 通常已具備條件可以寫：學生對本課題已有深入的認識，準備充分，已具備開展畢業(yè)設計研究的條件。此處主要分析開展研究設計尚不具備的條件，并說明如何解決。比如：還存在圖書和相關技術資料不足的問題，希望通過圖書館借閱和網上查詢來補充資料等等。 八、 （5分）參考文獻 （要求博覽相關文獻資料至少5篇以上，應有必要的外文文獻）。一、基本情況 學生姓名 張代聰 學號 200523501637 班級 機051-6班 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 指導教師 石運序 學歷 博士 職稱 講師 所學專業(yè) 機械設計制造及其自動化 題目名稱 胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計 題目來源 □企業(yè)生產 √科研 □社會 □文獻和資料 □其他： 題目類型 □理論研究 √應用研發(fā) □開發(fā)研究 □工藝設計 √ 工程設計 □設備設計 □軟件設計 □實踐研究 □指定問題研究 注：在選中的項目上打√ 二、開題報告內容 1、（10分）課題的目的和意義 （1）、目前國內外研究進展及應用現狀綜述（或立題依據），研究的主要問題 一、國內外研究進展及應用現狀： 1、發(fā)電地板：東日本鐵路公司定于19日在東京站八重洲北口試驗“發(fā)電地板”。這種神奇的地板能將乘客走路時產生的能量轉換成綠色能源。鐵路公司18日向媒體展示了這套裝置。這種白色地板鋪設在兩臺檢票機之間，利用乘客走過檢票口時產生的振動發(fā)電。（08年1月） 2、充電鞋：日本電信電話公司正在研制一種“充電鞋”，行人可以一邊走路，一邊發(fā)電。這種鞋鞋底內裝有水和一個小型發(fā)電機。人們穿著這種鞋子行走，鞋底產生的壓力使水流動，帶動發(fā)電機發(fā)電。公司發(fā)言人天滿秀臣說，“發(fā)電鞋”發(fā)電功率為1.2瓦特，“只要保持行走，發(fā)電量足以使iPod運轉”。研究人員正努力把發(fā)電功率提高到3瓦特，以便給手機充電。（08年10月） 3、腳踏發(fā)電裝置：美國某公共交通公司，在行人擁擠的公共場所，安裝一種腳踏發(fā)電裝置，它上方有一排踏板，當行人腳踏踏板時，與踏板相連的搖桿從一個方向帶動中心軸旋轉，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。技術人員還將20塊金屬板鋪在路面上，在每塊板下放置一個儲蓄循環(huán)水的橡皮容器。當人群或汽車通過以后，橡皮容器內的水壓出去，產生高速水流，經過地下通往路邊的發(fā)電機房，推動水輪機發(fā)電。在人群或汽車通過以后，橡皮容器又恢復到原狀，水返回窗口準備再次受壓。如此循環(huán)往復便能不斷產生電流，當上百人或一輛5噸重的汽車通過時，可產生7度的電力。 二、研究的主要問題： 1、怎樣能從人的行走中獲得最大限度的動能。 2、如何設計有效的機構來產生足夠的動能。 3、如何設計合適的動能電能轉化電路。 （2）、課題的學術價值或實際應用價值 實際應用： 一、在日常生活中人們散步、跑步的同時可以將人的胯關節(jié)運動的動能轉化為電能儲存起來，并且可以直接給手機、MP3、MP4等日常用品的電池充電。 二、在野外考察、科研時，往往因為條件有限無法得到日常使用的交流或直流電源，特別是如果遇到緊急情況而且通信設備卻電量不足，此時急需一種方便快捷的獲取電能的方法。這時就可以用到胯關節(jié)運動能量收集裝置了，它可以為簡單的通信設備充電，以滿足當務之急。 應用價值： 一、胯關節(jié)運動能量的收集可以緩解現在人們對電能的需求。 二、胯關節(jié)運動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心自己的MP3會沒電。 三、胯關節(jié)運動能量收集裝置最大的價值體現在當人們在野外考察探險時可以用此裝置產生電能，滿足在沒有常用充電設備時對電能的需要。 2、（20分）研究內容 （1）、研究的主要內容 一、從人的行走中獲得最大限度的動能； 1、首先要研究的內容是如何從人的行走中獲得能量，經過觀察研究，人在行走的過程中，臂關節(jié)、肘關節(jié)、膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動幅度最大，臂關節(jié)和肘關節(jié)的運動都屬于輔助運動，力度和幅度不是很大，由于人行走時主要依靠腿部的力量和運動，因此我們希望從膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動中獲得能量，而人的大腿處的肌肉比較發(fā)達，且人的胯關節(jié)運動的幅度要比膝關節(jié)的大，從上述的分析中我可以肯定選擇胯關節(jié)來提供能量是最合理的。 2、其次要研究的內容是以什么方式來得到這部分能量，人在行走過程中胯關節(jié)做有規(guī)律的來回轉動，可以用擺桿機構來解決問題。 二、設計有效的機構來產生足夠的動能； 1、上一步得到的擺桿運動不能直接用在發(fā)電機上，要將其進行轉化，這就是這一步要研究的內容，擺桿運動的轉動角度有限不能使發(fā)電機有效的轉動來產生電能，需要用齒輪將小幅度的轉動轉化成快速有效的運動。 2、發(fā)電機有3種，即直流發(fā)電機、同步交流發(fā)電機和異步交流發(fā)電機。發(fā)電機多采用同步或異步交流發(fā)電機，發(fā)出的交流電通過整流裝置轉換成直流電。 發(fā)電機也是研究的重要內容，由于此裝置有體積小，動力小的特點，因此發(fā)電機的改進顯的很重要。 三、設計合適的動電能轉化電路； 1、貯能裝置對獨立運行的發(fā)電機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。 2、貯能電路以及轉化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。 （2）、擬解決的關鍵問題 1、如何從人的行走中獲得能量，我們希望從膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動中獲得能量，要解決的關鍵問題是選擇人體的哪一個部位來提供動能。 2、研究的另一個關鍵問題是以什么方式來得到這部分能量，人在行走過程中胯關節(jié)做有規(guī)律的來回轉動，可以用擺桿機構來解決問題。 3、擺桿運動不能直接用在發(fā)電機上，要將其進行轉化，這就是這一步要研究的問題，擺桿運動的轉動角度有限不能使發(fā)電機有效的轉動來產生電能，需要用齒輪將小幅度的轉動轉化成快速有效的運動。 4、發(fā)電機多采用同步或異步交流發(fā)電機，發(fā)出的交流電通過整流裝置轉換成直流電?；蛘咧苯赢a生直流電，這里我們選擇直接產生直流電，這樣可以節(jié)約材料簡化裝置。 5、發(fā)電機也是研究的重要問題，由于此裝置有體積小，動力小的特點，因此發(fā)電機的改進顯的很重要。這里對發(fā)電機做了大膽的改進，使它能產生比普通發(fā)電機多一倍到兩倍的電能。 6、貯能裝置對獨立運行的發(fā)電機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。這里選擇化學能貯能。 7、貯能電路以及轉化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。 8、USB端口的設置也是一個要解決的問題，不同的型號要全面的考慮，盡量擴大該設計的應用范圍。 3、（25分）擬采取的技術方案和可行性分析 （1）、擬采取的技術方案及思路 1、從胯關節(jié)的運動過程中獲得最大限度的能量，胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的，這樣可以最大限度的獲得人們行走時產生的動能。 2、本設計的內部采用二級齒輪加速機構，且使用有創(chuàng)新性設計的雙向超越離合器機構能夠產生足夠的電能。二級齒輪加速機構可以保證發(fā)電機的轉速達到一定的要求，雙向超越離合器可以使該設計發(fā)出比一般發(fā)電機多一倍到兩倍的電能。 3、現在動電能的轉化電路已比較成熟且得到了廣泛的應用，動電能的轉化電路已不是問題。我采用常用的整流電路就可以解決問題。 4、考慮到裝置的可攜帶性以及人在行走過程中的舒適性，設計了一個可以伸縮的擺桿來解決這個問題，擺桿可以完全縮進該裝置內，提高了可攜帶性。并且在行走過程中人的大腿不可能是完全在一個平面內運動，擺桿的伸縮可以提高舒適性。 5、我們考慮到人在行走的過程中，腿不會完全的在一個平面內，因此擺桿設計成圓形這樣人的腿在擺動的同時如果做小幅度的轉動也不會感到不舒適。 6、該裝置有兩種發(fā)電方式，一種是在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，更快的發(fā)出電能，從而滿足人們急需電能時的情況。另一種是傳統(tǒng)的方式，即將其放在腰間，由人的行走來產生電能。這樣兩種方式可以滿足各方面不同的需要。 7、如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用，這里需要一個整流電路來解決問題。 8、對于如何將電能傳送到人們常用的設備中，手機、MP3、MP4等，我們采用多個插槽的方法，有USB插槽有其他萬能充樣式的插槽，以此來充滿不同的需要。 9、有的人不習慣用腰帶或者有的衣服不需要，這里我們有備用的腰帶。 10、對于膝部擺桿的固定用小型的帶狀結構固定。 （2）、研究方案的有效和可行性分析（含研究過程中可能存在的困難或問題，及其解決措施） 1、將胯關節(jié)作為能量收集的部位是可行的，胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的，這樣可以最大限度的獲得人們行走時產生的動能。 2、動電能的轉化是可行的，本設計的內部采用二級齒輪加速機構，且使用有創(chuàng)新性設計的雙向超越離合器機構能夠產生足夠的電能。 3、電能儲存轉化電路的設計是可行的，現在動電能的轉化電路已比較成熟且得到了廣泛的應用，動電能的轉化電路已不是問題。 4、考慮到裝置的可攜帶性以及人在行走過程中的舒適性，設計了一個可以伸縮的擺桿來解決這個問題，擺桿可以完全縮進該裝置內，提高了可攜帶性。并且在行走過程中人的大腿不可能是完全在一個平面內運動，擺桿的伸縮可以提高舒適性。 5、擺桿設計成圓形這樣人的腿在擺動的同時如果做小幅度的轉動也不會感到不舒適。 6、考慮到人們在急需電能時可能希望更快的得到電能，該裝置提供了一種更有效的方式，在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，從而更快的發(fā)出電能。 4、（25分）研究計劃及預期成果 （1）、研究進度、具體安排，及其進度檢查表 起止日期 主要工作內容和要求 階段目標 實際完成內容 檢查日期 檢查人 2009年3 月01日 —2009年3 月21日 寫好開題報告，做好計劃。 開題報告 此欄由導師填寫，用于到期檢查 此欄為導師簽字用 2009年3 月22日 —2009年3 月28日 做出三維模型，二維加工圖。 三維模型 2009年3 月29日 —2009年4 月6日 做出電路部分，以及模擬圖。 電路部分 2009年4 月7日 —2009年4 月14日 起草目錄和說明書。 說明書 2009年4 月15日 —2009年4 月23日 完善說明書，整理所用資料。 整理所用資料 2009年4 月24日 —2009年5 月1日 做PPT文件，做好最好準備。 PPT文件 注：1、畢業(yè)設計答辯一般在16周以前結束。并按要求答辯前7天，學生應提交全部畢業(yè)論文（設計）材料（包括設計圖紙和其它資料），由指導教師和兩名評閱人評閱，以進行答辯資格審查。 2、進度檢查由指導教師按計劃檢查填寫，并與答辯前完成。 （2）、預期成果 該設計完成之后，外形是一個比手機稍大一點的長方形，可以放在腰間，同時有小型的伸縮桿，將伸縮桿拉出固定在膝蓋上部，伸縮桿可以隨著人的行走而擺動，從而產生動能。通過設計的機械機構將動能轉化成電能并儲存起來，需要使用電能時，外殼頂部有USB插槽，通過插槽可以直接與手機、MP3、MP4以及其他隨身用電的小型設備進行充電。 5、（10分）特色或創(chuàng)新之處 1、現在市場上包括在實驗階段的行走發(fā)電裝置，主要有發(fā)電鞋、膝部發(fā)電裝置等，它們的共同的缺點是沒有將人行走時的動能最大限度的收集起來，發(fā)電鞋裝置小、力矩短產生的電能有限，膝部發(fā)電裝置放于膝部并不舒適且人行走時膝部的彎曲是輔助運動，產生的電能也是有限的。 胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的。這是本設計的一大創(chuàng)新。 2、第二大創(chuàng)新之處是本設計內部的動電能機械轉化機構，內部發(fā)電機采用雙向超越離合器，是同樣的擺動力度和幅度下一般發(fā)電裝置的兩到三倍，具體的情況是用雙向超越離合器使擺桿擺動的兩個方向互不影響各自運動且在慣性的作用下，產生附加的電能，從而產生比普通發(fā)電機構多于兩倍的電能。 3、該裝置有兩種發(fā)電方式，一種是在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，更快的發(fā)出電能，從而滿足人們急需電能時的情況。另一種是傳統(tǒng)的方式，即將其放在腰間，由人的行走來產生電能。 6、（5分）已具備的條件和尚需解決的問題 （1）、圖書資料、儀器設備情況 1、 煙臺大學圖書館圖書資料。 2、 魯東大學圖書館圖書資料。 3、 百度查詢現在該方向的研究進展情況。 4、 三維設計軟件（UG NX4.0）。 （2）、其他各方面條件 在設計期間，得到石運序老師大力的支持和幫助。 7、（5分）參考文獻資料 序號 參考文獻資料 備注 1 《機械原理》，東南大學機械學學科組 鄭文緯 吳克堅主編 2 《機械設計》，高等教育出版社 濮良貴 紀名剛主編 3 《機械制圖》，大連理工大學工程畫教研室編 4 《電工學》，高等教育出版社 秦曾煌主編 5 《UG NX4 CAD快速入門指導》，清華大學出版社 洪如瑾編著 6 7 8 9 10 11 12 13 三、選題及開題報告評議表 指導教師對開題報告的綜合意見：（從選題的理論或實際價值出發(fā)，闡述學生利用的知識、原理、建立的模型正確與否？學生的論證充分否？通過學生的努力，能否完成課題，達到預期的目標？課題及報告的難度、深度、綜合性、創(chuàng)造性等是否達到本科生應該具有的要求。） 指導教師簽名： 年 月 日 學科組 評議結果 是否同意進入設計（論文）階段？ 學科組長簽名： 年 月 日 說明：1.本報告必須由承擔畢業(yè)設計(論文)課題任務的學生在接到“畢業(yè)設計(論文)任務書”、正式開始做畢業(yè)設計(論文)的第2周末之前獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 2.每個畢業(yè)設計(論文)課題撰寫本報告一份，作為指導教師、學科組組長審查學生能否承擔該畢業(yè)設計(論文)課題任務、以及檢查設計進度的依據，并接受學院的抽查。 3.除“4、研究計劃及預期成果”中的“（1）、研究進度、具體安排，及其進度檢查表”中“實際完成內容”和“檢查日期 檢查人”欄需要導師用筆填寫外，其余各項均要求打印，打印字體和字號為“小四號宋體”。 11 目 錄 目 錄 1 第1章 緒 論 2 1.1 課題背景 2 1.1.1胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計背景 2 1.1.2能量收集裝置的基本知識 2 1.2 胯關節(jié)運動能量收集裝置的介紹 3 1.2.1基本特性 3 1.2.2 MCS-51單片機的硬件組成結構 4 1.2.3 MCS-51的引腳功能 9 1.3 AT89C51單片機介紹 12 第2章 系 統(tǒng) 設 計 13 2.1 總體方案設計 13 2.2 硬件電路設計 14 2.2.1電源電路設計 14 2.2.2系統(tǒng)擴展 17 2.2.3監(jiān)控電路設計 21 2.2.4模擬輸入通道設計 25 2.2.5模擬輸出通道設計 31 2.2.6開關量的輸入、輸出的設計 35 2.2.7單片機與PC機之間串行通信 36 2.3 軟件設計 45 2.3.1主程序模塊 45 2.3.2數據采集、通信模塊 46 2.3.3監(jiān)控模塊 51 致謝 52 參考文獻 53 1 第1章 緒 論 1.1 課題背景 1.1.1胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計背景 1、發(fā)電地板：東日本鐵路公司定于19日在東京站八重洲北口試驗“發(fā)電地板”。這種神奇的地板能將乘客走路時產生的能量轉換成綠色能源。鐵路公司18日向媒體展示了這套裝置。這種白色地板鋪設在兩臺檢票機之間，利用乘客走過檢票口時產生的振動發(fā)電。（08年1月） 2、充電鞋：日本電信電話公司正在研制一種“充電鞋”，行人可以一邊走路，一邊發(fā)電。這種鞋鞋底內裝有水和一個小型發(fā)電機。人們穿著這種鞋子行走，鞋底產生的壓力使水流動，帶動發(fā)電機發(fā)電。公司發(fā)言人天滿秀臣說，“發(fā)電鞋”發(fā)電功率為1.2瓦特，“只要保持行走，發(fā)電量足以使iPod運轉”。研究人員正努力把發(fā)電功率提高到3瓦特，以便給手機充電。（08年10月） 3、腳踏發(fā)電裝置：美國某公共交通公司，在行人擁擠的公共場所，安裝一種腳踏發(fā)電裝置，它上方有一排踏板，當行人腳踏踏板時，與踏板相連的搖桿從一個方向帶動中心軸旋轉，從而帶動發(fā)電機發(fā)電。技術人員還將20塊金屬板鋪在路面上，在每塊板下放置一個儲蓄循環(huán)水的橡皮容器。當人群或汽車通過以后，橡皮容器內的水壓出去，產生高速水流，經過地下通往路邊的發(fā)電機房，推動水輪機發(fā)電。在人群或汽車通過以后，橡皮容器又恢復到原狀，水返回窗口準備再次受壓。如此循環(huán)往復便能不斷產生電流，當上百人或一輛5噸重的汽車通過時，可產生7度的電力。 1.1.2能量收集裝置的基本知識 能量收集裝置主要是將機械能、風能、熱能等轉化成電量儲存起來為人們所使用。最常見的是把機械能轉化為電能，主要是由一定機械裝置將原動力元件和小型的發(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。 1.2 胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計內容及需解決的問題 1.2.1胯關節(jié)運動能量收集裝置的設計內容 1、從人的行走中獲得最大限度的動能； （1）、首先要研究的內容是如何從人的行走中獲得能量，經過觀察研究，人在行走的過程中，臂關節(jié)、肘關節(jié)、膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動幅度最大，臂關節(jié)和肘關節(jié)的運動都屬于輔助運動，力度和幅度不是很大，由于人行走時主要依靠腿部的力量和運動，因此我們希望從膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動中獲得能量，而人的大腿處的肌肉比較發(fā)達，且人的胯關節(jié)運動的幅度要比膝關節(jié)的大，從上述的分析中我可以肯定選擇胯關節(jié)來提供能量是最合理的。 （2）、其次要研究的內容是以什么方式來得到這部分能量，人在行走過程中胯關節(jié)做有規(guī)律的來回轉動，可以用擺桿機構來解決問題。 ２、設計有效的機構來產生足夠的動能； （1）、上一步得到的擺桿運動不能直接用在發(fā)電機上，要將其進行轉化，這就是這一步要研究的內容，擺桿運動的轉動角度有限不能使發(fā)電機有效的轉動來產生電能，需要用齒輪將小幅度的轉動轉化成快速有效的運動。 （2）、發(fā)電機有3種，即直流發(fā)電機、同步交流發(fā)電機和異步交流發(fā)電機。發(fā)電機多采用同步或異步交流發(fā)電機，發(fā)出的交流電通過整流裝置轉換成直流電。 發(fā)電機也是研究的重要內容，由于此裝置有體積小，動力小的特點，因此發(fā)電機的改進顯的很重要。 ３、設計合適的動電能轉化電路； （1）、貯能裝置對獨立運行的發(fā)電機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。 （2）、貯能電路以及轉化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。 1.2.2胯關節(jié)運動能量收集裝置需解決的問題 1、如何從人的行走中獲得能量，我們希望從膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動中獲得能量，要解決的關鍵問題是選擇人體的哪一個部位來提供動能。 2、研究的另一個關鍵問題是以什么方式來得到這部分能量，人在行走過程中胯關節(jié)做有規(guī)律的來回轉動，可以用擺桿機構來解決問題。 3、擺桿運動不能直接用在發(fā)電機上，要將其進行轉化，這就是這一步要研究的問題，擺桿運動的轉動角度有限不能使發(fā)電機有效的轉動來產生電能，需要用齒輪將小幅度的轉動轉化成快速有效的運動。 4、發(fā)電機多采用同步或異步交流發(fā)電機，發(fā)出的交流電通過整流裝置轉換成直流電?；蛘咧苯赢a生直流電，這里我們選擇直接產生直流電，這樣可以節(jié)約材料簡化裝置。 5、發(fā)電機也是研究的重要問題，由于此裝置有體積小，動力小的特點，因此發(fā)電機的改進顯的很重要。這里對發(fā)電機做了大膽的改進，使它能產生比普通發(fā)電機多一倍到兩倍的電能。 6、貯能裝置對獨立運行的發(fā)電機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。這里選擇化學能貯能。 7、貯能電路以及轉化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。 8、USB端口的設置也是一個要解決的問題，不同的型號要全面的考慮，盡量擴大該設計的應用范圍。 1.2.3 擬解決的關鍵問題 1、如何從人的行走中獲得能量，我們希望從膝關節(jié)和胯關節(jié)的運動中獲得能量，要解決的關鍵問題是選擇人體的哪一個部位來提供動能。 2、研究的另一個關鍵問題是以什么方式來得到這部分能量，人在行走過程中胯關節(jié)做有規(guī)律的來回轉動，可以用擺桿機構來解決問題。 3、擺桿運動不能直接用在發(fā)電機上，要將其進行轉化，這就是這一步要研究的問題，擺桿運動的轉動角度有限不能使發(fā)電機有效的轉動來產生電能，需要用齒輪將小幅度的轉動轉化成快速有效的運動。 4、發(fā)電機多采用同步或異步交流發(fā)電機，發(fā)出的交流電通過整流裝置轉換成直流電?；蛘咧苯赢a生直流電，這里我們選擇直接產生直流電，這樣可以節(jié)約材料簡化裝置。 5、發(fā)電機也是研究的重要問題，由于此裝置有體積小，動力小的特點，因此發(fā)電機的改進顯的很重要。這里對發(fā)電機做了大膽的改進，使它能產生比普通發(fā)電機多一倍到兩倍的電能。 6、貯能裝置對獨立運行的發(fā)電機是十分重要的。其貯能方式有熱能貯能、化學能貯存。這里選擇化學能貯能。 7、貯能電路以及轉化電路也是要研究的對象，主要是如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用。 8、USB端口的設置也是一個要解決的問題，不同的型號要全面的考慮，盡量擴大該設計的應用范圍。 1.2.4 擬采取的技術方案及思路 1、從胯關節(jié)的運動過程中獲得最大限度的能量，胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的，這樣可以最大限度的獲得人們行走時產生的動能。 2、本設計的內部采用二級齒輪加速機構，且使用有創(chuàng)新性設計的雙向超越離合器機構能夠產生足夠的電能。二級齒輪加速機構可以保證發(fā)電機的轉速達到一定的要求，雙向超越離合器可以使該設計發(fā)出比一般發(fā)電機多一倍到兩倍的電能。 3、現在動電能的轉化電路已比較成熟且得到了廣泛的應用，動電能的轉化電路已不是問題。我采用常用的整流電路就可以解決問題。 4、考慮到裝置的可攜帶性以及人在行走過程中的舒適性，設計了一個可以伸縮的擺桿來解決這個問題，擺桿可以完全縮進該裝置內，提高了可攜帶性。并且在行走過程中人的大腿不可能是完全在一個平面內運動，擺桿的伸縮可以提高舒適性。 5、我們考慮到人在行走的過程中，腿不會完全的在一個平面內，因此擺桿設計成圓形這樣人的腿在擺動的同時如果做小幅度的轉動也不會感到不舒適。 6、該裝置有兩種發(fā)電方式，一種是在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，更快的發(fā)出電能，從而滿足人們急需電能時的情況。另一種是傳統(tǒng)的方式，即將其放在腰間，由人的行走來產生電能。這樣兩種方式可以滿足各方面不同的需要。 7、如果將發(fā)電機不穩(wěn)定的電流轉化成穩(wěn)定的電流以供人們使用，這里需要一個整流電路來解決問題。 8、對于如何將電能傳送到人們常用的設備中，手機、MP3、MP4等，我們采用多個插槽的方法，有USB插槽有其他萬能充樣式的插槽，以此來充滿不同的需要。 9、有的人不習慣用腰帶或者有的衣服不需要，這里我們有備用的腰帶。 10、對于膝部擺桿的固定用小型的帶狀結構固定。 1.2.5研究方案的有效和可行性分析 1、將胯關節(jié)作為能量收集的部位是可行的，胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的，這樣可以最大限度的獲得人們行走時產生的動能。 2、動電能的轉化是可行的，本設計的內部采用二級齒輪加速機構，且使用有創(chuàng)新性設計的雙向超越離合器機構能夠產生足夠的電能。 3、電能儲存轉化電路的設計是可行的，現在動電能的轉化電路已比較成熟且得到了廣泛的應用，動電能的轉化電路已不是問題。 4、考慮到裝置的可攜帶性以及人在行走過程中的舒適性，設計了一個可以伸縮的擺桿來解決這個問題，擺桿可以完全縮進該裝置內，提高了可攜帶性。并且在行走過程中人的大腿不可能是完全在一個平面內運動，擺桿的伸縮可以提高舒適性。 5、擺桿設計成圓形這樣人的腿在擺動的同時如果做小幅度的轉動也不會感到不舒適。 6、考慮到人們在急需電能時可能希望更快的得到電能，該裝置提供了一種更有效的方式，在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，從而更快的發(fā)出電能。 1.2.6 特色或創(chuàng)新之處 1、現在市場上包括在實驗階段的行走發(fā)電裝置，主要有發(fā)電鞋、膝部發(fā)電裝置等，它們的共同的缺點是沒有將人行走時的動能最大限度的收集起來，發(fā)電鞋裝置小、力矩短產生的電能有限，膝部發(fā)電裝置放于膝部并不舒適且人行走時膝部的彎曲是輔助運動，產生的電能也是有限的。 胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的。這是本設計的一大創(chuàng)新。 2、第二大創(chuàng)新之處是本設計內部的動電能機械轉化機構，內部發(fā)電機采用雙向超越離合器，是同樣的擺動力度和幅度下一般發(fā)電裝置的兩到三倍，具體的情況是用雙向超越離合器使擺桿擺動的兩個方向互不影響各自運動且在慣性的作用下，產生附加的電能，從而產生比普通發(fā)電機構多于兩倍的電能。 3、該裝置有兩種發(fā)電方式，一種是在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，更快的發(fā)出電能，從而滿足人們急需電能時的情況。另一種是傳統(tǒng)的方式，即將其放在腰間，由人的行走來產生電能。 1.2.7課題的學術價值或實際應用價值 1、實際應用： 一、在日常生活中人們散步、跑步的同時可以將人的胯關節(jié)運動的動能轉化為電能儲存起來，并且可以直接給手機、MP3、MP4等日常用品的電池充電。 二、在野外考察、科研時，往往因為條件有限無法得到日常使用的交流或直流電源，特別是如果遇到緊急情況而且通信設備卻電量不足，此時急需一種方便快捷的獲取電能的方法。這時就可以用到胯關節(jié)運動能量收集裝置了，它可以為簡單的通信設備充電，以滿足當務之急。 2、應用價值： 一、胯關節(jié)運動能量的收集可以緩解現在人們對電能的需求。 二、胯關節(jié)運動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心自己的MP3會沒電。 三、胯關節(jié)運動能量收集裝置最大的價值體現在當人們在野外考察探險時可以用此裝置產生電能，滿足在沒有常用充電設備時對電能的需要。 第2章 胯關節(jié)運動能量收集裝置的結構設計 2.1胯關節(jié)運動能量收集裝置的總體方案設計 1、總體方案的原理性設計 （1）原理性結構：結構本設計的采用二級加速齒輪機構，且使用有創(chuàng)新性設計的雙向超越離合器機構能夠產生足夠的電能。二級齒輪加速機構可以保證發(fā)電機的轉速達到一定的要求，雙向超越離合器可以使該設計發(fā)出比一般發(fā)電機多一倍到兩倍的電能，二級齒輪加速機構及雙向超越離合器機構如圖2.1所示。 2 3 1 4 原動力齒輪 發(fā)電機 雙向超越離合器機構 順時針超越離合器 逆時針超越離合器 圖2.1 二級齒輪加速機構及雙向超越離合器機構原理圖 （2）傳動比的計算 傳動比n===30 （3）電機轉速的計算 電機轉速ω==15π 其中: n為傳動比，人的行走速度為每秒1.5步，每步轉動的角度為60度。 2、雙向超越離合器機構的設計 雙向超越離合器可以使該設計發(fā)出比一般發(fā)電機多一倍到兩倍的電能，人行走時，腿做往復的擺動，當腿向前擺動時，逆時針超越離合器起作用，開始工作，帶動棘輪轉動，棘輪又是電機外殼，與發(fā)電的磁鐵是一體的，這樣就可以通過切割磁感線運動使發(fā)電機發(fā)出電量來，當腿向后擺動時，順時針超越離合器起作用，開始工作，帶動棘輪轉動，發(fā)出電量來。 此時，關鍵之處是，逆時針超越離合器的棘輪由于慣性的原因仍在做逆時針轉動，這樣雙面的棘輪一個做逆時針轉動，一個做順時針轉動，這樣的相對運動比單獨的一個運動多出一倍多的電量。如圖2.2所示。 逆時針棘輪 即電機外殼 發(fā)電機 傳動齒輪 棘爪 順時針超越離合器 圖2.2雙向超越離合器機構 　　　棘爪的設計不需要加彈簧的原因，以逆時針的棘爪棘輪機構為例，當逆時針運動時，由于切向的摩擦力的作用，棘爪外伸，帶動棘輪轉動；當順時針運動時，由于切向的摩擦力的作用，棘爪內縮，不帶動棘輪輪動。在此，巧妙的運用摩擦力簡化了機構。 3、發(fā)電機內部結構的設計 （1）發(fā)電機的結構：發(fā)電機的兩塊磁鐵異極相對，這樣磁感線可以近似的垂直于線圈，有效的做切割磁感線運動，兩塊磁鐵分別與兩個電機外殼做反向的相對運動，使線圈更有效的切割磁感線。 支撐板 線圈 墊片 磁鐵 圖2.3發(fā)電機內部結構 （2）直流電機的感應電動勢的計算： 直流電機的感應電動勢為Ｅa= 其中：P表示磁極對數，這里P=1； N表示電樞繞組的總導體數； 2a為支路數； 為每極的磁通； n表示轉子的轉速n= =180 1)磁通量計算： 磁通量=BA 磁通密度B=μH, 其中μ為介質的磁導率，單位為（H/m）；空氣中μ0=4π×10-7H/m；H為磁場強度。 鋁鎳鈷系永磁材料是目前電機中應用較廣的永磁材料。 取鋁鎳鈷32，B=1.2特，HC=44千安/米，磁導率為3.2-4.5μ0 若不計磁漏則=BA=3.6×10-7韋 2)轉子的轉速的計算： 轉子的轉速n= =180 綜上所述, 直流電機的感應電動勢為Ｅa===5.410V 由于采用順時針和逆時針兩種方式的發(fā)電機，因此發(fā)電量是單一發(fā)電機的兩倍，又因為采用雙向的超越離合裝置，由于相對運動的作用可以使發(fā)電量提高三到四倍。將兩個發(fā)電機并聯電壓相加，即E=3E或4 E=1.6210V-2.1610V。 （3）線圈電阻的計算： 線圈電阻R===52.5 其中：為電阻率，L為導線長度，S為橫截面積。 4、二級齒輪加速機構的設計 搖桿是原動件隨著人的腿部運動而擺動，帶動內齒輪運動，再到小齒輪、大齒輪，由齒輪再到離合器齒輪，通過二級的齒輪加速機構來提高轉速，以便能發(fā)出更多的電能。 離合器齒輪 小齒輪 內齒輪 大齒輪 搖桿 圖2.4二級齒輪加速機構 5、胯關節(jié)能量收集裝置的放置 （1）整體放置 胯關節(jié)的運動過程中獲得最大限度的能量，胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的，這樣可以最大限度的獲得人們行走時產生的動能，其放置方式如圖2.4所示。 圖2.5 胯關節(jié)能量收集裝置的放置 （2）腰帶連接部分 內扣式嵌入腰帶側面，保證胯關節(jié)能量收集裝置能夠固定在人的腰部。 圖2.6 腰帶連接 6、兩種發(fā)電方式 該裝置有兩種發(fā)電方式，一種是在擺桿縮在該裝置內時可以直接用手按動小型的擺桿，更快的發(fā)出電能，從而滿足人們急需電能時的情況。另一種是傳統(tǒng)的方式，即將其放在腰間，由人的行走來產生電能。這樣兩種方式可以滿足各方面不同的需要。如圖2.6所示。 四指抓握處 圖2.7 兩種發(fā)電方式 7、充電電池的放置 可以適應各種充電電池，以滿足不同充電設備的需要。以下是幾種電池的代表，我們看到有的電池的觸點在正面，有的電池的觸點在側面。 為了適應觸點位置不同和觸點的距離不同的電池，設計了下面的固定電池的裝置，導爪的距離可以調節(jié)，導爪的觸點分前觸點和下觸點這樣就可以滿足電池觸點在正面或者側面的問題。 圖2.8充電電池的放置 8、手機電池容量的計算 一般的手機電池是3.7V500mAh。 其中儲存的電能是W=3.750010=1.85Wh 2.3胯關節(jié)運動能量收集裝置關鍵零件的受力分析 1、關鍵零件的材料及相關屬性 號數 零件名稱 材料 質量 體積 1 rocker [SW]ABS 0.0153479 kg 1.50469e-005 m^3 屬性名稱 數值 單位 彈性模量 2e+009 N/m^2 普阿松比率 0.394 NA 質量密度 1020 kg/m^3 屈服強度 0 N/m^2 2、關鍵零件的約束及載荷 如圖將位置1固定，在位置2處施加一個力。 1 2 圖2.9 約束及載荷 3、關鍵零件的網格劃分 網格信息 網格類型: 實體網格 所用網格器: 標準 自動過渡: 關閉 光滑表面: 打開 雅各賓式檢查: 4 Points 要素大小: 2.4697 mm 公差: 0.12349 mm 品質: 高 要素數: 9050 節(jié)數: 15334 圖2.10 網格劃分 4、關鍵零件的應力結果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 圖解1 VON:von Mises 應力 13.9049 N/m^2 (30.7545 mm, -76.2172 mm, 0.183503 mm) 542882 N/m^2 (-1 mm, -1.73205 mm, 7.76515 mm) 圖2.11 應力分析 5、關鍵零件的位移結果 名稱 類型 最小 位置 最大 位置 圖解2 URES:合力位移 0 mm (-2 mm, 1.22461e-016 mm, 12 mm) 0.0644093 mm (18.5767 mm, -81.8733 mm, 6 mm) 圖2.12 位移分析 2.1.3胯關節(jié)運動能量收集裝置的各部分零件設計 1、雙向超越離合器機構的零件設計 雙向超越離合器機構由棘爪、棘爪輪、傳動齒輪、逆時針棘輪和順時針棘輪五部分組成。雙向超越離合器的裝配圖如圖2.13所示。 圖2.13雙向超越離合器的裝配圖 （1） 棘爪的設計 棘爪需要繞棘爪輪轉動，要有一個軸以便棘爪能夠轉動，但棘爪又要單方向運動，因此要有一個阻擋的結構使棘爪單方向運動。如圖2.14棘爪零件圖所示。 圖2.14棘爪零件圖 （2） 棘爪輪的設計 棘爪輪完全是為棘爪所設計的，為實現棘爪的運動而設計的，結構也是盡量簡潔。如圖2.15棘爪輪所示。 圖2.15棘爪輪 （3） 傳動齒輪的設計 傳動齒輪與棘爪輪是一體的，棘爪輪隨著傳動齒輪一起運動，傳動齒輪的壓力角取20度,齒寬取2mm，模數取1mm，齒數為8。如圖2.16傳動齒輪所示。 圖2.16傳動齒輪 （4） 逆時針棘輪、順時針棘輪的設計 逆時針棘輪、順時針棘輪的轉動方向正好相反，當腿向前擺動時，逆時針超越離合器起作用，開始工作，帶動棘輪轉動，棘輪又是電機外殼，與發(fā)電的磁鐵是一體的，這樣就可以通過切割磁感線運動使發(fā)電機發(fā)出電量來，當腿向后擺動時，順時針超越離合器起作用，開始工作，帶動棘輪轉動，發(fā)出電量來。如圖2.17逆時針棘輪、順時針棘輪所示。 圖2.17逆時針棘輪、順時針棘輪 2、發(fā)電機內部結構的零件設計 發(fā)電機的兩塊磁鐵異極相對，這樣磁感線可以近似的垂直于線圈，有效的做切割磁感線運動，兩塊磁鐵分別與兩個電機外殼做反向的相對運動，使線圈更有效的切割磁感線。 發(fā)電機由磁鐵、墊片、線圈和支撐組成。如圖2.18發(fā)電機內部結構的裝配圖所示。 圖2.18發(fā)電機內部結構的裝配圖 （1） 磁鐵的設計 鋁鎳鈷系永磁材料是目前電機中應用較廣的永磁材料。磁鐵與棘輪連在一體隨著棘輪的轉動而運動，磁鐵設計成圓形，以便固定在棘輪上，兩端的順時針棘輪和逆時針棘輪是異極相對的，這樣可以使磁感線盡量的集中在發(fā)電機的內部以便對線圈起作用。如圖2.19磁鐵所示。 圖2.19磁鐵 （2） 墊片的設計 墊片位于磁鐵和線圈的中間，起到過渡的作用，以免磁鐵直接摩擦到線圈，使線圈受損，墊片如圖2.20墊片所示。 圖2.20墊片 （3） 線圈的設計 線圈的銅線取0.1mm的直徑，共500圈。如圖2.21線圈所示。 圖2.21線圈 （4） 支撐的設計 支撐是為固定線圈和輸出電流而設計的，它是固定于外殼上的，與外殼是一體的。如圖2.22支撐所示。 圖2.22支撐 3、二級齒輪加速機構的零件設計 二級齒輪加速機構由大齒輪、小齒輪、搖桿和離合器齒輪組成。 （1） 大齒輪的設計 根據2.1.2中的理論計算,大齒輪的壓力角取20度,齒寬取2mm，模數取1mm，齒數為40。 根據上述參數及漸開線齒輪的相關特性建模，如圖2.23所示。 圖2.23 大齒輪 （2） 小齒輪的設計 根據2.1.2中的理論計算,小齒輪的壓力角取20度,齒寬取17mm，模數取0.5mm，齒數為16。 根據上述參數及漸開線齒輪的相關特性建模，如圖2.24所示。 圖2.24 與搖桿接觸的小齒輪 （3） 搖桿的設計 搖桿是原動件隨著人的腿部運動而擺動，帶動內齒輪運動，再到小齒輪、大齒輪，由齒輪再到離合器齒輪，通過二級的齒輪加速機構來提高轉速，以便能發(fā)出更多的電能。 根據2.1.2中的理論計算及人體的平均尺寸，搖桿的總長取為85mm,總寬為50mm,軸的直徑為4mm,內齒輪的半徑為48mm,模數與上述小齒輪的一致。如圖2.25所示。 圖2.25 搖桿 （4） 離合器齒輪的設計 根據2.1.2中的理論計算,小齒輪的壓力角取20度,齒寬取2mm，模數取1mm，齒數為8。 根據上述參數及漸開線齒輪的相關特性建模，如圖2.26離合器齒輪所示。 圖2.26離合器齒輪 4、 伸縮桿的零件設計 考慮到裝置的可攜帶性以及人在行走過程中的舒適性，設計了一個可以伸縮的擺桿來解決這個問題，擺桿可以完全縮進該裝置內，提高了可攜帶性。并且在行走過程中人的大腿不可能是完全在一個平面內運動，擺桿的伸縮可以提高舒適性。我們考慮到人在行走的過程中，腿不會完全的在一個平面內，因此擺桿設計成圓形這樣人的腿在擺動的同時如果做小幅度的轉動也不會感到不舒適。伸縮桿的設計如圖2.27所示。 圖2.27伸縮桿 5、充電裝置的零件設計 充電裝置的設置也是一個要解決的問題，不同的型號要全面的考慮，盡量擴大該設計的應用范圍，可以為各種電池充電。充電裝置由頂蓋、導爪、導片、螺釘和彈簧組成。 （1） 頂蓋的設計 頂蓋的設計是為了固定電池以及將導線與電池接觸的。如圖所示。 （2） 導爪的設計 導爪的設計可以滿足不同型號的電池，電池的導片有在前端的，也有在側面的，這樣用導爪的下觸點和前觸點來解決。 （3） 導片的設計 導片是用來和內部發(fā)電機和外部的導爪相連的，將兩者導通，同時讓導爪可以有一定轉動。 （4） 彈簧的設計 （5） USB插槽 對于如何將電能傳送到人們常用的設備中，手機、MP3、MP4等，我們采用多個插槽的方法，有USB插槽有其他萬能充樣式的插槽，以此來充滿不同的需要。 圖2.17 USB插頭 4.1 塑料零件的設計要點 4.1.1零件的形狀應盡量簡單、合理、便于成型在保證使用要求前提下，力求簡單、便于脫模，盡量避免或減少抽芯機構。 4.1.2 零件的壁厚確定應合理 塑料零件的壁厚取決于塑件的使用要求，太薄會造成制品的強度和剛度不足，受力后容易產生翹曲變形 ，成型時流動阻力大 ，大型復雜的零件就難以充滿型腔。反之，壁厚過大，不但浪費材料，而且加長成型周期，降低生產率，還容易產生氣泡、縮孔、翹曲等疵病。因此制件設計時確定零件壁厚應注意以下幾點： 1） 在滿足使用要求的前提下，盡量減小壁厚； 2） 零件的各部位壁厚盡量均勻，以減小內應力和變形。不均勻的壁厚會造成嚴重的翹曲及尺寸控制的問題； 3） 承受緊固力部位必須保證壓縮強度； 4） 避免過厚部位產生縮孔和凹陷； 5） 成型頂出時能承受沖擊力的沖擊。 4.1.3必須設置必要的脫模斜度為確保制件成型時能順利脫模，設計時必須在脫模方向設置脫模斜度，其大小與塑料性能、零件件的收縮率和幾何形狀有關，對于工程塑料的結構件來說，一般應在保證順利脫模的前提下，盡量減小脫模斜度。 4.1.4強度和剛度不足可考慮設計加強筋 為滿足零件的使用所需的強度和剛度單用增加壁厚的辦法，往往是不合理的，不僅大幅增加了零件的重量，而且易產生縮孔、凹痕等疵病，在零件設計時應考慮設置加強筋，這樣能滿意地解決這些問題，它能提高零件的強度、防止和避免塑料的變形和翹曲。設置加強筋的方向應與料流方向盡量保持一致，以防止充模時料流受到攪亂，降低零件的韌性或影響制件外觀質量。 4.1.5零件的所有的轉角盡可能設計成圓角或者用圓弧過渡 4.1.5.1圓角可避免應力集中，提高制件強度 在零件的轉角處易產生應力集中，在受力或受沖擊、振動時會發(fā)生破裂，如果成型條件不當或零件結構不合理，則會產生很大的內應力，特別容易產生應力開裂。實驗數據證明，當圓角半徑小于零件壁厚0.3 倍時應力集中急劇增大，當大于壁厚0.8 倍時，應力集中明顯變小。 4.1.5.2圓角可有利于充模和脫模 對于一些流動性差的塑料或加入填料的塑料，零件設計圓角尤為重要，不僅可改善充模性能，而且可提高零件使用性能。 4.1.5.3圓角有利于模具制造，提高模具強度 零件上設計了圓角，模具的對應部位也呈圓角，這就增加了模具的堅固性，模具在淬火或使用時不致因應力集中而開裂，因而也增加了模具的強度。 4.1.6塑料零件材料的選擇原則 ABS 用途: 玩具、機殼、日常用品 特性: 堅硬、不易碎、可涂膠水，但損壞時可能有利邊出現。 PP 用途: 玩具、日常用品、包裝膠袋、瓶子 特性: 有彈性、韌度強、延伸性大、但不可涂膠水。 用途: 軟喉管、硬喉管、軟板、硬板、電線、玩具 特性: 柔軟、堅韌而有彈性。 POM 用途: 機械零件、齒輪、杠桿、家電外殼 特性: 耐磨、堅硬但脆弱，損壞時容易有利邊出現 Nylon 用途: 齒輪、滑輪 特性: 堅韌、吸水、但當水份完全揮發(fā)后會變得脆弱。 Kraton 用途: 摩打墊 特性: 柔軟，有彈性，韌度高，延伸性強。 總結 塑料零件的結構設計必須在滿足使用要求和符合塑料本身的特性前提下，盡可能簡 化結構和模具、節(jié)省材料、便于成型。 第3章 電 路 設 計 2.2 硬件電路設計 2.2.1電路設計 圖2.2 整流電路 左端為發(fā)電機產生的電壓，由于人行走時腿的擺動不能是絕對勻速的，因此產生的電壓是不穩(wěn)定的，需要穩(wěn)壓。首先經過電容、二極管和穩(wěn)壓管的調節(jié)將不穩(wěn)定的電流儲存到蓄電池中，但如果這樣直接傳輸到手機電池中，當在人行走時，由于并聯電壓電壓會比較高，因此要再次進行穩(wěn)壓，這樣輸到手機電池中才能滿足要求。 總 結 現在市場上包括在實驗階段的行走發(fā)電裝置，主要有發(fā)電鞋、膝部發(fā)電裝置等，它們的共同的缺點是沒有將人行走時的動能最大限度的收集起來，發(fā)電鞋裝置小、力矩短產生的電能有限，膝部發(fā)電裝置放于膝部并不舒適且人行走時膝部的彎曲是輔助運動，產生的電能也是有限的。 胯關節(jié)是人們在行走時運動幅度和力度最大的部位，并且將發(fā)電裝置放在腰間也是比較舒適的。這是本設計的一大創(chuàng)新。  致 謝 本論文是在導師石運序的精心指導下完成的。在接受導師指導的時間里，他那淵博的知識，活躍的思維，敏銳的洞察力，嚴謹的治學態(tài)度給我留下了深刻的印象，并將使我受益終身。在此論文完成之際，對導師曾經給予的學術上的指導，生活上的關心和幫助致以最誠摯的謝意!最后，感謝我的家人，是他們給了我關心和鼓勵，使我在整個大學期間，能夠專心的學習和工作，謝謝！ 參考文獻 [1]. 《機械原理》，東南大學機械學學科組 鄭文緯 吳克堅主編 [2]. 《機械設計》，高等教育出版社 濮良貴 紀名剛主編 [3]. 《機械制圖》，大連理工大學工程畫教研室編 [4]. 《電工學》，高等教育出版社 秦曾煌主編 [5]. 《UG NX4 CAD快速入門指導》，清華大學出版社 洪如瑾編著 [6]. http//www.baidu.com 28