《動感單車式健身發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計》開題報告文獻綜述3800字

動感單車式健身發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計一、選題依據(jù)（選題來源與背景，研究目的，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要參考文獻）選題來源與背景1.選題來源：自擬課題2.選題背景：隨著先進技術(shù)的改進和人民生活水平的不斷提高，很多人將騎動感單車作為有氧健身的一項運動。健身單車在運動科學(xué)領(lǐng)域?qū)儆诘湫偷娜淼玫藉憻挼挠醒踅∩砥鞑模渖碛霸诟鞔蠼∩矸恳搽S處可見。但是騎動感單車的適用場所很受限，并且大量由人體運動所產(chǎn)生的能量被浪費。針對此情況，本文設(shè)計出一套發(fā)電裝置，能夠安裝在動感單車上并且可以進行拆卸，并將人們在騎行過程中所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，可以將儲存的電能用于健身房的各種器材的供電，這樣不僅可以提高健身房的經(jīng)濟效益而且可以能量的再次利用，該設(shè)計將動感單車車的功能通過新技術(shù)不斷改造升級，具有廣闊的發(fā)展前景，從而起到節(jié)能和環(huán)保作用。（二）研究目的設(shè)計一款可拆卸式動感單車發(fā)電裝置，在既滿足低碳環(huán)保，又能夠健身鍛煉的條件下，還能將運動消耗的能量用電量的方式儲存下來。其主要是通過發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，能夠在不改變單車本身結(jié)構(gòu)的前提下，實現(xiàn)室內(nèi)外均適用的騎行健身發(fā)電。事實上，在依靠人力行進的過程中，騎行本身蘊含著各種機械能源，其中不僅有可以利用回收的部分，將這部分能量運用起來，實現(xiàn)自行車的無負荷自動充電和健身房各個用電裝置的用電，此理念也剛好與綠色環(huán)保的騎行文化相契合。本次選擇單速車，后輪直徑660mm，同時配備踏板固定裝置，更輕松、更省力。依靠傳送帶相連24VBDC電機，轉(zhuǎn)速70r/min狀態(tài)下，輸出250Ｗ，轉(zhuǎn)軸直徑8ｍｍ．因為發(fā)電期間會有機械等諸多損耗，所以本實驗采用輸出功率偏大電機，還可以產(chǎn)生22V電壓，促使充電電路始終穩(wěn)定工作。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀：國內(nèi)對騎行發(fā)電的研究大多停留在概念階段。自行車車載風能照明與充電產(chǎn)品設(shè)計中對風光互補的車載發(fā)電、充電產(chǎn)品進行了設(shè)計研究。劉佰龍等在減震自行車發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計的研究中提出了從減震系統(tǒng)中回收電能。也有量產(chǎn)的永久櫻花系列自行車，但其使用的內(nèi)發(fā)電花鼓是來自國外的研究成果。眾籌產(chǎn)品騎士魔方是一款騎行充電的配件，其實際效果還有待考究，目前也沒有大量生產(chǎn)。段波等人（2009）針對自行車發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)特性,分析了踏板轉(zhuǎn)速與發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速關(guān)系,交直流輸出電壓等關(guān)系,計算得出輸出功率約為150瓦,達到了預(yù)期的效果,從而驗證了健身單車發(fā)電系統(tǒng)的可行性.分析結(jié)果為成形設(shè)備奠定了理論基礎(chǔ).閆俊伢（2015）設(shè)計了一種基于切割磁感線的自行車發(fā)電裝置.在自行車車輪的輻條上加裝一圈強磁鐵,強磁鐵外側(cè)設(shè)有線圈,線圈通過二極管整流橋與穩(wěn)壓模塊相連,穩(wěn)壓模塊與移動電源相連,移動電源通過放電電路與用電設(shè)備相連.自行車在騎行過程中,通過切割磁感線將動能轉(zhuǎn)化為電能,再經(jīng)過整流和穩(wěn)壓模塊形成穩(wěn)定的電壓,儲存在移動電源中,隨時給其他用電設(shè)備充電,實現(xiàn)了能量的利用和轉(zhuǎn)換.鄧麗敏，管聲啟等（2017）設(shè)計了一種可以快速安裝在山地自行車上的充電裝置,該裝置利用自行車運動時的機械能,通過齒輪傳動帶動一臺小型發(fā)電機工作,可以實現(xiàn)便攜發(fā)電.發(fā)電機發(fā)出的電能經(jīng)過基于單片機GMS97C2051控制的充電電路轉(zhuǎn)換并存儲到鋰電池中,實現(xiàn)快速充電,解決了戶外騎行電源電量不足的問題.2.國外研究現(xiàn)狀：相比國內(nèi)，國外對于騎行發(fā)電的研究要超前，且早已產(chǎn)業(yè)化。由于資源匱乏，日本在各個領(lǐng)域都努力嘗試節(jié)能減排，對騎行發(fā)電這樣環(huán)保的行為自然也不會放過。國內(nèi)改裝的花鼓發(fā)電自行車，其配件品牌幾乎全部源自日本的禧瑪諾、三洋等。在德國，國家法規(guī)強制前后必須有發(fā)光的燈，因此德國自行車基本都是前輪發(fā)電軸或者發(fā)電摩達，一些競技山地車基于對重量、速度和靈活性的考慮則裝電池燈。在專賣店，發(fā)電相關(guān)配件也容易買到，而不像國內(nèi)，發(fā)電裝備已經(jīng)屬于發(fā)燒級別的改裝。SGautam（2016）在健身房自行車原型上安裝了機械驅(qū)動風扇，以給用戶帶來更多舒適。在健身器材上鍛煉時，人體消耗了大量卡路里。利用這些人體燃燒的熱量將其轉(zhuǎn)化為電能。因此，我們安裝了作為發(fā)電機運行的直流電機。同時，在此基礎(chǔ)上，對風扇進行改裝，使得風扇能夠給運動員降溫。RSuhalka等人（2019）在自行車作為主要交通方式的印度。通過給固定自行車加裝發(fā)電機的方式，將每天的機械能，轉(zhuǎn)化為了村民使用的電能，并開始量產(chǎn)。3.國內(nèi)外研究現(xiàn)狀對比：現(xiàn)有自行車發(fā)電多以照明為主要目的，且沒有蓄電模塊。在不需要照明時增加負荷。也有充電配件的嘗試，存在蓄電有限，蓄電模塊位置不合理，缺乏整體性等問題，同樣沒有考慮發(fā)電阻力的問題。在騎行發(fā)電中，無負荷充電還未曾有人進行過研究。目前嘗試解決發(fā)電阻力的只有某品牌折疊自行車的技術(shù)團隊。他們在花鼓上設(shè)置了一個手動“開關(guān)”，“開關(guān)”打開的時候，花鼓會隨著車輪的滾動而發(fā)電；而“開關(guān)”關(guān)閉的時候，發(fā)電必備的磁體被拉離花鼓中心，此時無法構(gòu)成發(fā)電的環(huán)境，因而也不會給騎行者帶來額外的負擔。在他們看來，這是市場上發(fā)電效率最高的花鼓。（四）主要參考文獻[1]蔣鳴雷.二級行星齒輪機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].機械,2014,41(7):4-6.[2]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設(shè)計.第9版[M].高等教育出版社,2013.1-31.[3]黃楚新,黃丹.“互聯(lián)網(wǎng)+”意味著什么—對“互聯(lián)網(wǎng)+”的深層認識[J].新聞寫作,2015(5):5-9.[4]劉建通.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的互動智能動感單車設(shè)計研究[D].長春工業(yè)大學(xué),2017.[5]伊超.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的數(shù)字動感單車設(shè)計研究[J].電子技術(shù),2015(1):4-6.[6]羅蘭.電液位置伺服系統(tǒng)運動控制器的研究[D].蘭州理工大學(xué),2018.[7]左鍵民.液壓與氣壓傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.4-17.[8]顏禹,張歡韻,傅成錦,等.自行車發(fā)電及安全預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子技術(shù)（上海）,2012,39(12):3-4.[9]蔡啟蒙,化佳歡,袁海明,等.一種自發(fā)電式助力自行車的設(shè)計思路[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2012(14):1-2.[10]李大琳,劉理釗,陳少雄,等.基于太陽能的綠色騎行安全系統(tǒng)設(shè)計[J].山東工業(yè)技術(shù),2015(8):1-2.[11]陳圣吉,鄭陽,段波,等.基于電力電子控制電路的健身單車發(fā)電系統(tǒng)的研制[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009(04):79-79.[12]段波,蔡明明,陳圣吉,等.自行車發(fā)電系統(tǒng)的動態(tài)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報,2009(4):1-3.[13]鄧麗敏,管聲啟,武永橋.發(fā)電自行車發(fā)電裝置的設(shè)計[J].科技風,2017(1):2-4.[14]安艷偉.新型無摩擦阻力自行車發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計[J].現(xiàn)代物理知識,2013(5):3-6.[15]鄧煒騰,李仁貴,黃偉豪,等.建構(gòu)於自行車發(fā)電機之電力管理系統(tǒng)及其應(yīng)用[C]//中國儀器儀表學(xué)會醫(yī)療儀器分會兩岸四地生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)年會.2010.7-24.[16]GautamS,AnamR,NegiK.DevelopmentandAnalysisofGymBicyclewithComfortFacilitiesandPowerGeneration[J].2016(12).[17]SuhalkaR,KhandelwalMC,SharmaKK,etal.GenerationofElectricalPowerusingBicyclePedal.二、研究內(nèi)容（研究內(nèi)容，研究思路，研究方法）（一）研究內(nèi)容本次課題的設(shè)計是一款可拆卸式動感單車發(fā)電裝置,設(shè)計這款動感單車發(fā)電裝置，在既滿足低碳環(huán)保，又能夠健身鍛煉的條件下，還能將運動消耗的能量用電量的方式儲存下來。其主要是通過發(fā)電機，將機械能轉(zhuǎn)化為電能，能夠在不改變單車本身結(jié)構(gòu)的前提下，實現(xiàn)室內(nèi)外均適用的騎行健身發(fā)電。通過對國內(nèi)外該行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和國內(nèi)市場需求進行分析,了解了目前市場上存在的單車發(fā)電裝置帶來一些問題,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)以及工作原理等方面展開具體說明。本文將從以下幾點出發(fā)來完成:1.分析國內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備,了解該行業(yè)發(fā)展狀況。并根據(jù)設(shè)計要求對系統(tǒng)進行方案選擇和確定。2.對系統(tǒng)的機械傳動部分進行設(shè)計和計算，使得機械傳動部分滿足強度要求；3.對發(fā)電部分進行設(shè)計，并對整體電路圖進行繪制4.最后完成系統(tǒng)的測試。（二）研究思路發(fā)電裝置能夠?qū)崿F(xiàn)室內(nèi)外通用，即自行車相對地面靜止和相對地面運動兩種狀態(tài)下的使用。當用戶只做室內(nèi)健身用時，可以使用自行車的后輪立架令自行車后輪懸空，如此便可以做到在健身的同時存儲能量了。倘若用作戶外交通工具，則只需正常騎行，將蓄電池連接在穩(wěn)壓模塊上，整個騎行過程也就是在存儲能量的過程?？刹鹦妒絼痈袉诬嚢l(fā)電裝置主要有2個部分組成，分別是機械部分和電氣部分，機械部分主要包括，動感單車的齒輪、鏈條和支架這幾個模塊，傳動裝置主要依靠鏈條進行傳動。電氣部分則是發(fā)電機，穩(wěn)壓模塊和蓄電池三個功能模塊組成。發(fā)電機部分采用直流發(fā)電機，發(fā)電平均電壓5V，平均電流1000mA，功率為5W，發(fā)電效率為0.8。機械傳動部分依靠齒輪傳動，為滿足實際需求該齒輪齒寬為非標準設(shè)計，并未依據(jù)齒寬系數(shù)設(shè)計齒輪齒寬，在之后的說明中將會進行齒輪機械強度的校核，在設(shè)計草稿階段已經(jīng)經(jīng)過科學(xué)嚴格的校核計算，該傳動件完全滿足所需強度要求。在齒輪傳動中，齒輪模數(shù)為1，大齒輪直徑72mm，有72齒，中間的齒輪為惰輪，惰輪的參數(shù)與小齒輪完全相同，僅具有增大傳動距離的作用。小齒輪直徑徑24mm，齒數(shù)24，最終齒輪傳動的傳動比為1∶3為加速傳動。實現(xiàn)發(fā)電機的正常發(fā)電。（三）研究方法1.文獻研究法通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻的閱讀，了解相關(guān)的歷史和現(xiàn)狀，幫助確定研究課題。搜集整理相關(guān)的資料，了解事物的全貌，給本次研究提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。2.實驗法對無源電動助力自行車制動能量回收鏈和制動過程動力學(xué)分析，計算整體的功率。接下來對對整體系統(tǒng)進行仿真，利用仿真軟件對電路進行嘗試，主動操縱實驗，人為地改變對象的存在方式和變化過程，確定和發(fā)