《动感单车式健身发电装置结构设计》开题报告文献综述3800字

动感单车式健身发电装置结构设计一、选题依据（选题来源与背景，研究目的，国内外研究现状，主要参考文献）选题来源与背景1.选题来源：自拟课题2.选题背景：随着先进技术的改进和人民生活水平的不断提高，很多人将骑动感单车作为有氧健身的一项运动。健身单车在运动科学领域属于典型的全身得到锻炼的有氧健身器材，其身影在各大健身房也随处可见。但是骑动感单车的适用场所很受限，并且大量由人体运动所产生的能量被浪费。针对此情况，本文设计出一套发电装置，能够安装在动感单车上并且可以进行拆卸，并将人们在骑行过程中所产生的能量转化为电能，可以将储存的电能用于健身房的各种器材的供电，这样不仅可以提高健身房的经济效益而且可以能量的再次利用，该设计将动感单车车的功能通过新技术不断改造升级，具有广阔的发展前景，从而起到节能和环保作用。（二）研究目的设计一款可拆卸式动感单车发电装置，在既满足低碳环保，又能够健身锻炼的条件下，还能将运动消耗的能量用电量的方式储存下来。其主要是通过发电机，将机械能转化为电能，能够在不改变单车本身结构的前提下，实现室内外均适用的骑行健身发电。事实上，在依靠人力行进的过程中，骑行本身蕴含着各种机械能源，其中不仅有可以利用回收的部分，将这部分能量运用起来，实现自行车的无负荷自动充电和健身房各个用电装置的用电，此理念也刚好与绿色环保的骑行文化相契合。本次选择单速车，后轮直径660mm，同时配备踏板固定装置，更轻松、更省力。依靠传送带相连24VBDC电机，转速70r/min状态下，输出250Ｗ，转轴直径8ｍｍ．因为发电期间会有机械等诸多损耗，所以本实验采用输出功率偏大电机，还可以产生22V电压，促使充电电路始终稳定工作。国内外研究现状1.国内研究现状：国内对骑行发电的研究大多停留在概念阶段。自行车车载风能照明与充电产品设计中对风光互补的车载发电、充电产品进行了设计研究。刘佰龙等在减震自行车发电系统设计的研究中提出了从减震系统中回收电能。也有量产的永久樱花系列自行车，但其使用的内发电花鼓是来自国外的研究成果。众筹产品骑士魔方是一款骑行充电的配件，其实际效果还有待考究，目前也没有大量生产。段波等人（2009）针对自行车发电系统的动态特性,分析了踏板转速与发电机转子转速关系,交直流输出电压等关系,计算得出输出功率约为150瓦,达到了预期的效果,从而验证了健身单车发电系统的可行性.分析结果为成形设备奠定了理论基础.闫俊伢（2015）设计了一种基于切割磁感线的自行车发电装置.在自行车车轮的辐条上加装一圈强磁铁,强磁铁外侧设有线圈,线圈通过二极管整流桥与稳压模块相连,稳压模块与移动电源相连,移动电源通过放电电路与用电设备相连.自行车在骑行过程中,通过切割磁感线将动能转化为电能,再经过整流和稳压模块形成稳定的电压,储存在移动电源中,随时给其他用电设备充电,实现了能量的利用和转换.邓丽敏，管声启等（2017）设计了一种可以快速安装在山地自行车上的充电装置,该装置利用自行车运动时的机械能,通过齿轮传动带动一台小型发电机工作,可以实现便携发电.发电机发出的电能经过基于单片机GMS97C2051控制的充电电路转换并存储到锂电池中,实现快速充电,解决了户外骑行电源电量不足的问题.2.国外研究现状：相比国内，国外对于骑行发电的研究要超前，且早已产业化。由于资源匮乏，日本在各个领域都努力尝试节能减排，对骑行发电这样环保的行为自然也不会放过。国内改装的花鼓发电自行车，其配件品牌几乎全部源自日本的禧玛诺、三洋等。在德国，国家法规强制前后必须有发光的灯，因此德国自行车基本都是前轮发电轴或者发电摩达，一些竞技山地车基于对重量、速度和灵活性的考虑则装电池灯。在专卖店，发电相关配件也容易买到，而不像国内，发电装备已经属于发烧级别的改装。SGautam（2016）在健身房自行车原型上安装了机械驱动风扇，以给用户带来更多舒适。在健身器材上锻炼时，人体消耗了大量卡路里。利用这些人体燃烧的热量将其转化为电能。因此，我们安装了作为发电机运行的直流电机。同时，在此基础上，对风扇进行改装，使得风扇能够给运动员降温。RSuhalka等人（2019）在自行车作为主要交通方式的印度。通过给固定自行车加装发电机的方式，将每天的机械能，转化为了村民使用的电能，并开始量产。3.国内外研究现状对比：现有自行车发电多以照明为主要目的，且没有蓄电模块。在不需要照明时增加负荷。也有充电配件的尝试，存在蓄电有限，蓄电模块位置不合理，缺乏整体性等问题，同样没有考虑发电阻力的问题。在骑行发电中，无负荷充电还未曾有人进行过研究。目前尝试解决发电阻力的只有某品牌折叠自行车的技术团队。他们在花鼓上设置了一个手动“开关”，“开关”打开的时候，花鼓会随着车轮的滚动而发电；而“开关”关闭的时候，发电必备的磁体被拉离花鼓中心，此时无法构成发电的环境，因而也不会给骑行者带来额外的负担。在他们看来，这是市场上发电效率最高的花鼓。（四）主要参考文献[1]蒋鸣雷.二级行星齿轮机构的优化设计[J].机械,2014,41(7):4-6.[2]濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计.第9版[M].高等教育出版社,2013.1-31.[3]黄楚新,黄丹.“互联网+”意味着什么—对“互联网+”的深层认识[J].新闻写作,2015(5):5-9.[4]刘建通.基于“互联网+”的互动智能动感单车设计研究[D].长春工业大学,2017.[5]伊超.基于物联网技术的数字动感单车设计研究[J].电子技术,2015(1):4-6.[6]罗兰.电液位置伺服系统运动控制器的研究[D].兰州理工大学,2018.[7]左键民.液压与气压传动[M].北京:机械工业出版社,2007.4-17.[8]颜禹,张欢韵,傅成锦,等.自行车发电及安全预警系统设计[J].电子技术（上海）,2012,39(12):3-4.[9]蔡启蒙,化佳欢,袁海明,等.一种自发电式助力自行车的设计思路[J].科技创新导报,2012(14):1-2.[10]李大琳,刘理钊,陈少雄,等.基于太阳能的绿色骑行安全系统设计[J].山东工业技术,2015(8):1-2.[11]陈圣吉,郑阳,段波,等.基于电力电子控制电路的健身单车发电系统的研制[J].科技创新导报,2009(04):79-79.[12]段波,蔡明明,陈圣吉,等.自行车发电系统的动态分析[J].科技创新导报,2009(4):1-3.[13]邓丽敏,管声启,武永桥.发电自行车发电装置的设计[J].科技风,2017(1):2-4.[14]安艳伟.新型无摩擦阻力自行车发电系统的设计[J].现代物理知识,2013(5):3-6.[15]鄧煒騰,李仁貴,黃偉豪,等.建構於自行車發電機之電力管理系統及其應用[C]//中国仪器仪表学会医疗仪器分会两岸四地生物医学工程学术年会.2010.7-24.[16]GautamS,AnamR,NegiK.DevelopmentandAnalysisofGymBicyclewithComfortFacilitiesandPowerGeneration[J].2016(12).[17]SuhalkaR,KhandelwalMC,SharmaKK,etal.GenerationofElectricalPowerusingBicyclePedal.二、研究内容（研究内容，研究思路，研究方法）（一）研究内容本次课题的设计是一款可拆卸式动感单车发电装置,设计这款动感单车发电装置，在既满足低碳环保，又能够健身锻炼的条件下，还能将运动消耗的能量用电量的方式储存下来。其主要是通过发电机，将机械能转化为电能，能够在不改变单车本身结构的前提下，实现室内外均适用的骑行健身发电。通过对国内外该行业发展现状和国内市场需求进行分析,了解了目前市场上存在的单车发电装置带来一些问题,根据现有设备结构以及工作原理等方面展开具体说明。本文将从以下几点出发来完成:1.分析国内现有设备,了解该行业发展状况。并根据设计要求对系统进行方案选择和确定。2.对系统的机械传动部分进行设计和计算，使得机械传动部分满足强度要求；3.对发电部分进行设计，并对整体电路图进行绘制4.最后完成系统的测试。（二）研究思路发电装置能够实现室内外通用，即自行车相对地面静止和相对地面运动两种状态下的使用。当用户只做室内健身用时，可以使用自行车的后轮立架令自行车后轮悬空，如此便可以做到在健身的同时存储能量了。倘若用作户外交通工具，则只需正常骑行，将蓄电池连接在稳压模块上，整个骑行过程也就是在存储能量的过程。可拆卸式动感单车发电装置主要有2个部分组成，分别是机械部分和电气部分，机械部分主要包括，动感单车的齿轮、链条和支架这几个模块，传动装置主要依靠链条进行传动。电气部分则是发电机，稳压模块和蓄电池三个功能模块组成。发电机部分采用直流发电机，发电平均电压5V，平均电流1000mA，功率为5W，发电效率为0.8。机械传动部分依靠齿轮传动，为满足实际需求该齿轮齿宽为非标准设计，并未依据齿宽系数设计齿轮齿宽，在之后的说明中将会进行齿轮机械强度的校核，在设计草稿阶段已经经过科学严格的校核计算，该传动件完全满足所需强度要求。在齿轮传动中，齿轮模数为1，大齿轮直径72mm，有72齿，中间的齿轮为惰轮，惰轮的参数与小齿轮完全相同，仅具有增大传动距离的作用。小齿轮直径径24mm，齿数24，最终齿轮传动的传动比为1∶3为加速传动。实现发电机的正常发电。（三）研究方法1.文献研究法通过对国内外相关文献的阅读，了解相关的历史和现状，帮助确定研究课题。搜集整理相关的资料，了解事物的全貌，给本次研究提供理论基础和依据。2.实验法对无源电动助力自行车制动能量回收链和制动过程动力学分析，计算整体的功率。接下来对对整体系统进行仿真，利用仿真软件对电路进行尝试，主动操纵实验，人为地改变对象的存在方式和变化过程，确定和发