《動(dòng)感單車式健身發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》開題報(bào)告文獻(xiàn)綜述3800字

動(dòng)感單車式健身發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一、選題依據(jù)（選題來源與背景，研究目的，國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，主要參考文獻(xiàn)）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(jìn)技術(shù)的改進(jìn)和人民生活水平的不斷提高，很多人將騎動(dòng)感單車作為有氧健身的一項(xiàng)運(yùn)動(dòng)。健身單車在運(yùn)動(dòng)科學(xué)領(lǐng)域?qū)儆诘湫偷娜淼玫藉憻挼挠醒踅∩砥鞑?，其身影在各大健身房也隨處可見。但是騎動(dòng)感單車的適用場(chǎng)所很受限，并且大量由人體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的能量被浪費(fèi)。針對(duì)此情況，本文設(shè)計(jì)出一套發(fā)電裝置，能夠安裝在動(dòng)感單車上并且可以進(jìn)行拆卸，并將人們?cè)隍T行過程中所產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化為電能，可以將儲(chǔ)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(jì)效益而且可以能量的再次利用，該設(shè)計(jì)將動(dòng)感單車車的功能通過新技術(shù)不斷改造升級(jí)，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(jì)一款可拆卸式動(dòng)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(yùn)動(dòng)消耗的能量用電量的方式儲(chǔ)存下來。其主要是通過發(fā)電機(jī)，將機(jī)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(shí)現(xiàn)室內(nèi)外均適用的騎行健身發(fā)電。事實(shí)上，在依靠人力行進(jìn)的過程中，騎行本身蘊(yùn)含著各種機(jī)械能源，其中不僅有可以利用回收的部分，將這部分能量運(yùn)用起來，實(shí)現(xiàn)自行車的無負(fù)荷自動(dòng)充電和健身房各個(gè)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(shí)配備踏板固定裝置，更輕松、更省力。依靠傳送帶相連24VBDC電機(jī)，轉(zhuǎn)速70r/min狀態(tài)下，輸出250Ｗ，轉(zhuǎn)軸直徑8ｍｍ．因?yàn)榘l(fā)電期間會(huì)有機(jī)械等諸多損耗，所以本實(shí)驗(yàn)采用輸出功率偏大電機(jī)，還可以產(chǎn)生22V電壓，促使充電電路始終穩(wěn)定工作。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：國(guó)內(nèi)對(duì)騎行發(fā)電的研究大多停留在概念階段。自行車車載風(fēng)能照明與充電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)光互補(bǔ)的車載發(fā)電、充電產(chǎn)品進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。劉佰龍等在減震自行車發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(guó)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(shí)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(duì)自行車發(fā)電系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性,分析了踏板轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速關(guān)系,交直流輸出電壓等關(guān)系,計(jì)算得出輸出功率約為150瓦,達(dá)到了預(yù)期的效果,從而驗(yàn)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(jì)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(qiáng)磁鐵,強(qiáng)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(dòng)電源相連,移動(dòng)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(dòng)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(chǔ)存在移動(dòng)電源中,隨時(shí)給其他用電設(shè)備充電,實(shí)現(xiàn)了能量的利用和轉(zhuǎn)換.鄧麗敏，管聲啟等（2017）設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)時(shí)的機(jī)械能,通過齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)一臺(tái)小型發(fā)電機(jī)工作,可以實(shí)現(xiàn)便攜發(fā)電.發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能經(jīng)過基于單片機(jī)GMS97C2051控制的充電電路轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)到鋰電池中,實(shí)現(xiàn)快速充電,解決了戶外騎行電源電量不足的問題.2.國(guó)外研究現(xiàn)狀：相比國(guó)內(nèi)，國(guó)外對(duì)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(gè)領(lǐng)域都努力嘗試節(jié)能減排，對(duì)騎行發(fā)電這樣環(huán)保的行為自然也不會(huì)放過。國(guó)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(guó)，國(guó)家法規(guī)強(qiáng)制前后必須有發(fā)光的燈，因此德國(guó)自行車基本都是前輪發(fā)電軸或者發(fā)電摩達(dá)，一些競(jìng)技山地車基于對(duì)重量、速度和靈活性的考慮則裝電池?zé)?。在專賣店，發(fā)電相關(guān)配件也容易買到，而不像國(guó)內(nèi)，發(fā)電裝備已經(jīng)屬于發(fā)燒級(jí)別的改裝。SGautam（2016）在健身房自行車原型上安裝了機(jī)械驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，以給用戶帶來更多舒適。在健身器材上鍛煉時(shí)，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(jī)運(yùn)行的直流電機(jī)。同時(shí)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行改裝，使得風(fēng)扇能夠給運(yùn)動(dòng)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(jī)的方式，將每天的機(jī)械能，轉(zhuǎn)化為了村民使用的電能，并開始量產(chǎn)。3.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀對(duì)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(shí)增加負(fù)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(fù)荷充電還未曾有人進(jìn)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(tuán)隊(duì)。他們?cè)诨ü纳显O(shè)置了一個(gè)手動(dòng)“開關(guān)”，“開關(guān)”打開的時(shí)候，花鼓會(huì)隨著車輪的滾動(dòng)而發(fā)電；而“開關(guān)”關(guān)閉的時(shí)候，發(fā)電必備的磁體被拉離花鼓中心，此時(shí)無法構(gòu)成發(fā)電的環(huán)境，因而也不會(huì)給騎行者帶來額外的負(fù)擔(dān)。在他們看來，這是市場(chǎng)上發(fā)電效率最高的花鼓。（四）主要參考文獻(xiàn)[1]蔣鳴雷.二級(jí)行星齒輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].機(jī)械,2014,41(7):4-6.[2]濮良貴,陳國(guó)定,吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì).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(duì)“互聯(lián)網(wǎng)+”的深層認(rèn)識(shí)[J].新聞寫作,2015(5):5-9.[4]劉建通.基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的互動(dòng)智能動(dòng)感單車設(shè)計(jì)研究[D].長(zhǎng)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(dòng)感單車設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(dòng)[M].北京:機(jī)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(jì)[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(jì)思路[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),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(jì)[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(bào),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(dòng)態(tài)分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),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(jì)[J].科技風(fēng),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(jì)[J].現(xiàn)代物理知識(shí),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(jī)之電力管理系統(tǒng)及其應(yīng)用[C]//中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)醫(yī)療儀器分會(huì)兩岸四地生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)術(shù)年會(huì).2010.7-24.[16]GautamS,AnamR,NegiK.DevelopmentandAnalysisofGymBicyclewithComfortFacilitiesandPowerGeneration[J].2016(12).[17]SuhalkaR,KhandelwalMC,SharmaKK,etal.GenerationofElectricalPowerusingBicyclePedal.二、研究?jī)?nèi)容（研究?jī)?nèi)容，研究思路，研究方法）（一）研究?jī)?nèi)容本次課題的設(shè)計(jì)是一款可拆卸式動(dòng)感單車發(fā)電裝置,設(shè)計(jì)這款動(dòng)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(yùn)動(dòng)消耗的能量用電量的方式儲(chǔ)存下來。其主要是通過發(fā)電機(jī)，將機(jī)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(shí)現(xiàn)室內(nèi)外均適用的騎行健身發(fā)電。通過對(duì)國(guó)內(nèi)外該行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求進(jìn)行分析,了解了目前市場(chǎng)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(diǎn)出發(fā)來完成:1.分析國(guó)內(nèi)現(xiàn)有設(shè)備,了解該行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。并根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行方案選擇和確定。2.對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，使得機(jī)械傳動(dòng)部分滿足強(qiáng)度要求；3.對(duì)發(fā)電部分進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)整體電路圖進(jìn)行繪制4.最后完成系統(tǒng)的測(cè)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(duì)地面靜止和相對(duì)地面運(yùn)動(dòng)兩種狀態(tài)下的使用。當(dāng)用戶只做室內(nèi)健身用時(shí)，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(shí)存儲(chǔ)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(gè)騎行過程也就是在存儲(chǔ)能量的過程?？刹鹦妒絼?dòng)感單車發(fā)電裝置主要有2個(gè)部分組成，分別是機(jī)械部分和電氣部分，機(jī)械部分主要包括，動(dòng)感單車的齒輪、鏈條和支架這幾個(gè)模塊，傳動(dòng)裝置主要依靠鏈條進(jìn)行傳動(dòng)。電氣部分則是發(fā)電機(jī)，穩(wěn)壓模塊和蓄電池三個(gè)功能模塊組成。發(fā)電機(jī)部分采用直流發(fā)電機(jī)，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(jī)械傳動(dòng)部分依靠齒輪傳動(dòng)，為滿足實(shí)際需求該齒輪齒寬為非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并未依據(jù)齒寬系數(shù)設(shè)計(jì)齒輪齒寬，在之后的說明中將會(huì)進(jìn)行齒輪機(jī)械強(qiáng)度的校核，在設(shè)計(jì)草稿階段已經(jīng)經(jīng)過科學(xué)嚴(yán)格的校核計(jì)算，該傳動(dòng)件完全滿足所需強(qiáng)度要求。在齒輪傳動(dòng)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(dòng)距離的作用。小齒輪直徑徑24mm，齒數(shù)24，最終齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1∶3為加速傳動(dòng)。實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的正常發(fā)電。（三）研究方法1.文獻(xiàn)研究法通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)法對(duì)無源電動(dòng)助力自行車制動(dòng)能量回收鏈和制動(dòng)過程動(dòng)力學(xué)分析，計(jì)算整體的功率。接下來對(duì)對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行仿真，利用仿真軟件對(duì)電路進(jìn)行嘗試，主動(dòng)操縱實(shí)驗(yàn)，人為地改變對(duì)象的存在方式和變化過程，確定和發(fā)