1、 第 1 章 绪 论1.1 课题背景1.1.1 胯关节运动能量收集装置的设计背景1、发电地板：东日本铁路公司定于 19 日在东京站八重洲北口试验“发电地板” 。这种神奇的地板能将乘客走路时产生的能量转换成绿色能源。铁路公司 18 日向媒体展示了这套装置。这种白色地板铺设在两台检票机之间，利用乘客走过检票口时产生的振动发电。（08 年 1 月）2、充电鞋：日本电信电话公司正在研制一种“充电鞋” ，行人可以一边走路，一边发电。这种鞋鞋底内装有水和一个小型发电机。人们穿着这种鞋子行走，鞋底产生的压力使水流动，带动发电机发电。公司发言人天满秀臣说， “发电鞋” 发电功率为 1.2 瓦特， “只要保持行
2、走，发电量足以使 iPod 运转”。研究人员正努力把发电功率提高到 3 瓦特，以便给手机充电。 （08 年 10 月）3、脚踏发电装置：美国某公共交通公司，在行人拥挤的公共场所，安装一种脚踏发电装置，它上方有一排踏板，当行人脚踏踏板时，与踏板相连的摇杆从一个方向带动中心轴旋转，从而带动发电机发电。技术人员还将 20 块金属板铺在路面上，在每块板下放置一个储蓄循环水的橡皮容器。当人群或汽车通过以后，橡皮容器内的水压出去，产生高速水流，经过地下通往路边的发电机房，推动水轮机发电。在人群或汽车通过以后，橡皮容器又恢复到原状，水返回窗口准备再次受压。如此循环往复便能不断产生电流，当上百人或一辆 5 吨
3、重的汽车通过时，可产生 7 度的电力。1.1.2 能量收集装置的基本知识能量收集装置主要是将机械能、风能、热能等转化成电量储存起来为人们所使用。最常见的是把机械能转化为电能，主要是由一定机械装置将原动力元件和小型的发电装置连接起来，再通过整流电路将电量输送到蓄电池中。1.2 胯关节运动能量收集装置的设计内容及需解决的问题1.2.1 胯关节运动能量收集装置的设计内容1、从人的行走中获得最大限度的动能；（1） 、首先要研究的内容是如何从人的行走中获得能量，经过观察研究，人在行走的过程中，臂关节、肘关节、膝关节和胯关节的运动幅度最大，臂关节和肘关节的运动都属于辅助运动，力度和幅度不是很大，由于人行走
4、时主要依靠腿部的力量和运动，因此我们希望从膝关节和胯关节的运动中获得能量，而人的大腿处的肌肉比较发达，且人2的胯关节运动的幅度要比膝关节的大，从上述的分析中我可以肯定选择胯关节来提供能量是最合理的。（2） 、其次要研究的内容是以什么方式来得到这部分能量，人在行走过程中胯关节做有规律的来回转动，可以用摆杆机构来解决问题。、设计有效的机构来产生足够的动能；（1） 、上一步得到的摆杆运动不能直接用在发电机上，要将其进行转化，这就是这一步要研究的内容，摆杆运动的转动角度有限不能使发电机有效的转动来产生电能，需要用齿轮将小幅度的转动转化成快速有效的运动。（2） 、发电机有 3 种，即直流发电机、同步交流
5、发电机和异步交流发电机。发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。发电机也是研究的重要内容，由于此装置有体积小，动力小的特点，因此发电机的改进显的很重要。、设计合适的动电能转化电路；（1） 、贮能装置对独立运行的发电机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。（2） 、贮能电路以及转化电路也是要研究的对象，主要是如果将发电机不稳定的电流转化成稳定的电流以供人们使用。1.2.2 胯关节运动能量收集装置需解决的问题1、如何从人的行走中获得能量，我们希望从膝关节和胯关节的运动中获得能量，要解决的关键问题是选择人体的哪一个部位来提供动能。2、研究的另一个关键问题是以
6、什么方式来得到这部分能量，人在行走过程中胯关节做有规律的来回转动，可以用摆杆机构来解决问题。3、摆杆运动不能直接用在发电机上，要将其进行转化，这就是这一步要研究的问题，摆杆运动的转动角度有限不能使发电机有效的转动来产生电能，需要用齿轮将小幅度的转动转化成快速有效的运动。4、发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。或者直接产生直流电，这里我们选择直接产生直流电，这样可以节约材料简化装置。5、发电机也是研究的重要问题，由于此装置有体积小，动力小的特点，因此发电机的改进显的很重要。这里对发电机做了大胆的改进，使它能产生比普通发电机多一倍到两倍的电能。6、贮能装置对独立
7、运行的发电机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。这里选择化学能贮能。7、贮能电路以及转化电路也是要研究的对象，主要是如果将发电机不稳定的电流转化成稳定的电流以供人们使用。8、USB 端口的设置也是一个要解决的问题，不同的型号要全面的考虑，尽量扩大该设计的应用范围。1.2.3 拟解决的关键问题1、如何从人的行走中获得能量，我们希望从膝关节和胯关节的运动中获得能量，要解决的关键问题是选择人体的哪一个部位来提供动能。32、研究的另一个关键问题是以什么方式来得到这部分能量，人在行走过程中胯关节做有规律的来回转动，可以用摆杆机构来解决问题。3、摆杆运动不能直接用在发电机上，要将其进行转化，这
8、就是这一步要研究的问题，摆杆运动的转动角度有限不能使发电机有效的转动来产生电能，需要用齿轮将小幅度的转动转化成快速有效的运动。4、发电机多采用同步或异步交流发电机，发出的交流电通过整流装置转换成直流电。或者直接产生直流电，这里我们选择直接产生直流电，这样可以节约材料简化装置。5、发电机也是研究的重要问题，由于此装置有体积小，动力小的特点，因此发电机的改进显的很重要。这里对发电机做了大胆的改进，使它能产生比普通发电机多一倍到两倍的电能。6、贮能装置对独立运行的发电机是十分重要的。其贮能方式有热能贮能、化学能贮存。这里选择化学能贮能。7、贮能电路以及转化电路也是要研究的对象，主要是如果将发电机不稳
9、定的电流转化成稳定的电流以供人们使用。8、USB 端口的设置也是一个要解决的问题，不同的型号要全面的考虑，尽量扩大该设计的应用范围。1.2.4 拟采取的技术方案及思路1、从胯关节的运动过程中获得最大限度的能量，胯关节是人们在行走时运动幅度和力度最大的部位，并且将发电装置放在腰间也是比较舒适的，这样可以最大限度的获得人们行走时产生的动能。2、本设计的内部采用二级齿轮加速机构，且使用有创新性设计的双向超越离合器机构能够产生足够的电能。二级齿轮加速机构可以保证发电机的转速达到一定的要求，双向超越离合器可以使该设计发出比一般发电机多一倍到两倍的电能。3、现在动电能的转化电路已比较成熟且得到了广泛的应用
10、，动电能的转化电路已不是问题。我采用常用的整流电路就可以解决问题。4、考虑到装置的可携带性以及人在行走过程中的舒适性，设计了一个可以伸缩的摆杆来解决这个问题，摆杆可以完全缩进该装置内，提高了可携带性。并且在行走过程中人的大腿不可能是完全在一个平面内运动，摆杆的伸缩可以提高舒适性。5、我们考虑到人在行走的过程中，腿不会完全的在一个平面内，因此摆杆设计成圆形这样人的腿在摆动的同时如果做小幅度的转动也不会感到不舒适。6、该装置有两种发电方式，一种是在摆杆缩在该装置内时可以直接用手按动小型的摆杆，更快的发出电能，从而满足人们急需电能时的情况。另一种是传统的方式，即将其放在腰间，由人的行走来产生电能。这
11、样两种方式可以满足各方面不同的需要。7、如果将发电机不稳定的电流转化成稳定的电流以供人们使用，这里需要一个整流电路来解决问题。8、对于如何将电能传送到人们常用的设备中，手机、MP3、MP4 等，我们采用多个插槽的方法，有 USB 插槽有其他万能充样式的插槽，以此来充满不同的需要。9、有的人不习惯用腰带或者有的衣服不需要，这里我们有备用的腰带。10、对于膝部摆杆的固定用小型的带状结构固定。1.2.5 研究方案的有效和可行性分析41、将胯关节作为能量收集的部位是可行的，胯关节是人们在行走时运动幅度和力度最大的部位，并且将发电装置放在腰间也是比较舒适的，这样可以最大限度的获得人们行走时产生的动能。2
12、、动电能的转化是可行的，本设计的内部采用二级齿轮加速机构，且使用有创新性设计的双向超越离合器机构能够产生足够的电能。3、电能储存转化电路的设计是可行的，现在动电能的转化电路已比较成熟且得到了广泛的应用，动电能的转化电路已不是问题。4、考虑到装置的可携带性以及人在行走过程中的舒适性，设计了一个可以伸缩的摆杆来解决这个问题，摆杆可以完全缩进该装置内，提高了可携带性。并且在行走过程中人的大腿不可能是完全在一个平面内运动，摆杆的伸缩可以提高舒适性。5、摆杆设计成圆形这样人的腿在摆动的同时如果做小幅度的转动也不会感到不舒适。6、考虑到人们在急需电能时可能希望更快的得到电能，该装置提供了一种更有效的方式，
13、在摆杆缩在该装置内时可以直接用手按动小型的摆杆，从而更快的发出电能。1.2.6 特色或创新之处1、现在市场上包括在实验阶段的行走发电装置，主要有发电鞋、膝部发电装置等，它们的共同的缺点是没有将人行走时的动能最大限度的收集起来，发电鞋装置小、力矩短产生的电能有限，膝部发电装置放于膝部并不舒适且人行走时膝部的弯曲是辅助运动，产生的电能也是有限的。胯关节是人们在行走时运动幅度和力度最大的部位，并且将发电装置放在腰间也是比较舒适的。这是本设计的一大创新。2、第二大创新之处是本设计内部的动电能机械转化机构，内部发电机采用双向超越离合器，是同样的摆动力度和幅度下一般发电装置的两到三倍，具体的情况是用双向超
14、越离合器使摆杆摆动的两个方向互不影响各自运动且在惯性的作用下，产生附加的电能，从而产生比普通发电机构多于两倍的电能。3、该装置有两种发电方式，一种是在摆杆缩在该装置内时可以直接用手按动小型的摆杆，更快的发出电能，从而满足人们急需电能时的情况。另一种是传统的方式，即将其放在腰间，由人的行走来产生电能。1.2.7 课题的学术价值或实际应用价值1、实际应用：一、在日常生活中人们散步、跑步的同时可以将人的胯关节运动的动能转化为电能储存起来，并且可以直接给手机、MP3、MP4 等日常用品的电池充电。二、在野外考察、科研时，往往因为条件有限无法得到日常使用的交流或直流电源，特别是如果遇到紧急情况而且通信设
15、备却电量不足，此时急需一种方便快捷的获取电能的方法。这时就可以用到胯关节运动能量收集装置了，它可以为简单的通信设备充电，以满足当务之急。2、应用价值：一、胯关节运动能量的收集可以缓解现在人们对电能的需求。二、胯关节运动能量的收集可以为人们的日常生活提供便利，比如说人们可以一边散步一边听音乐而不用担心自己的 MP3 会没电。三、胯关节运动能量收集装置最大的价值体现在当人们在野外考察探险时可以用此5装置产生电能，满足在没有常用充电设备时对电能的需要。第 2 章 胯关节运动能量收集装置的结构设计2.1 胯关节运动能量收集装置的总体方案设计1、总体方案的原理性设计（1）原理性结构：结构本设计的采用二级
16、加速齿轮机构，且使用有创新性设计的双向超越离合器机构能够产生足够的电能。二级齿轮加速机构可以保证发电机的转速达到一定的要求，双向超越离合器可以使该设计发出比一般发电机多一倍到两倍的电能，二级齿轮加速机构及双向超越离合器机构如图 2.1 所示。图 2.1 二级齿轮加速机构及双向超越离合器机构原理图（2）传动比的计算传动比 n= = =304231Z80双向超越离合器机构顺时针超越离合器逆时针超越离合器发电机原动力齿轮12346（3）电机转速的计算电机转速 = =153605.12n其中: n 为传动比，人的行走速度为每秒 1.5 步，每步转动的角度为 60 度。2、双向超越离合器机构的设计双向超
17、越离合器可以使该设计发出比一般发电机多一倍到两倍的电能，人行走时，腿做往复的摆动，当腿向前摆动时，逆时针超越离合器起作用，开始工作，带动棘轮转动，棘轮又是电机外壳，与发电的磁铁是一体的，这样就可以通过切割磁感线运动使发电机发出电量来，当腿向后摆动时，顺时针超越离合器起作用，开始工作，带动棘轮转动，发出电量来。此时，关键之处是，逆时针超越离合器的棘轮由于惯性的原因仍在做逆时针转动，这样双面的棘轮一个做逆时针转动，一个做顺时针转动，这样的相对运动比单独的一个运动多出一倍多的电量。如图 2.2 所示。图 2.2 双向超越离合器机构棘爪的设计不需要加弹簧的原因，以逆时针的棘爪棘轮机构为例，当逆时针运动
18、时，由于切向的摩擦力的作用，棘爪外伸，带动棘轮转动；当顺时针运动时，由于切向的摩擦力的作用，棘爪内缩，不带动棘轮轮动。在此，巧妙的运用摩擦力简化了机构。3、发电机内部结构的设计（1）发电机的结构：发电机的两块磁铁异极相对，这样磁感线可以近似的垂直于线圈，有效的做切割磁感线运动，两块磁铁分别与两个电机外壳做反向的相对运动，使线圈更有效的切割磁感线。顺时针超越离合器棘爪传动齿轮逆时针棘轮即电机外壳发电机7图 2.3 发电机内部结构（2）直流电机的感应电动势的计算：直流电机的感应电动势为 a= nPN60其中：P 表示磁极对数，这里 P=1；N 表示电枢绕组的总导体数；2a 为支路数；为每极的磁通；
19、n 表示转子的转速 n= =1802601)磁通量计算：磁通量 =BA磁通密度 B=H, 其中 为介质的磁导率，单位为（H/m） ；空气中 0=410 -7H/m；H 为磁场强度。铝镍钴系永磁材料是目前电机中应用较广的永磁材料。取铝镍钴 32，B=1.2 特，H C=44 千安/米，磁导率为 3.2-4.5 0若不计磁漏则 =BA=3.610-7韦2)转子的转速的计算：转子的转速 n= =180260综上所述, 直流电机的感应电动势为 a= = =5.4 10 VnPN601608.35174由于采用顺时针和逆时针两种方式的发电机，因此发电量是单一发电机的两倍，又因为采用双向的超越离合装置，由
20、于相对运动的作用可以使发电量提高三到四倍。将两个发磁铁垫片支撑板线圈8电机并联电压相加，即 E=3E 或 4 E =1.62 10 V-2.16 10 V。aa33（3）线圈电阻的计算：线圈电阻 R= = =52.5SL310.75其中： 为电阻率，L 为导线长度，S 为横截面积。4、二级齿轮加速机构的设计摇杆是原动件随着人的腿部运动而摆动，带动内齿轮运动，再到小齿轮、大齿轮，由齿轮再到离合器齿轮，通过二级的齿轮加速机构来提高转速，以便能发出更多的电能。图 2.4 二级齿轮加速机构5、胯关节能量收集装置的放置（1）整体放置胯关节的运动过程中获得最大限度的能量，胯关节是人们在行走时运动幅度和力度
21、最大的部位，并且将发电装置放在腰间也是比较舒适的，这样可以最大限度的获得人们行走时产生的动能，其放置方式如图 2.4 所示。摇杆大齿轮内齿轮小齿轮离合器齿轮9图 2.5 胯关节能量收集装置的放置（2）腰带连接部分内扣式嵌入腰带侧面，保证胯关节能量收集装置能够固定在人的腰部。图 2.6 腰带连接6、两种发电方式该装置有两种发电方式，一种是在摆杆缩在该装置内时可以直接用手按动小型的摆杆，更快的发出电能，从而满足人们急需电能时的情况。另一种是传统的方式，即将其放在腰间，由人的行走来产生电能。这样两种方式可以满足各方面不同的需要。如图 2.610所示。图 2.7 两种发电方式7、充电电池的放置可以适应
22、各种充电电池，以满足不同充电设备的需要。以下是几种电池的代表，我们看到有的电池的触点在正面，有的电池的触点在侧面。为了适应触点位置不同和触点的距离不同的电池，设计了下面的固定电池的装置，导爪的距离可以调节，导爪的触点分前触点和下触点这样就可以满足电池触点在正面或者侧面的问题。四指抓握处11图 2.8 充电电池的放置8、手机电池容量的计算一般的手机电池是 3.7V500mAh。其中储存的电能是 W=3. =1.85Wh32.3 胯关节运动能量收集装置关键零件的受力分析1、关键零件的材料及相关属性号数 零件名称 材料 质量 体积1 rocker SWABS 0. kg 1.50469e-005 m
23、3属性名称 数值 单位弹性模量 2e+009 N/m2普阿松比率 0.394 NA质量密度 1020 kg/m3屈服强度 0 N/m22、关键零件的约束及载荷如图将位置 1 固定，在位置 2 处施加一个力。12图 2.9 约束及载荷3、关键零件的网格划分网格信息网格类型: 实体网格所用网格器: 标准自动过渡: 关闭光滑表面: 打开雅各宾式检查: 4 Points 要素大小: 2.4697 mm公差: 0.12349 mm品质: 高要素数: 9050节数: 153341213图 2.10 网格划分4、关键零件的应力结果名称 类型 最小 位置 最大 位置图解 1 VON:von Mises 应力
24、13.9049 N/m2(30.7545 mm,-76.2172 mm,0. mm)N/m2 (-1 mm,-1.73205 mm,7.76515 mm)14图 2.11 应力分析5、关键零件的位移结果名称 类型 最小 位置 最大 位置图解 2 URES:合力位移 0 mm(-2 mm,1.22461e-016 mm,12 mm)0. mm(18.5767 mm,-81.8733 mm,6 mm)15图 2.12 位移分析2.1.3 胯关节运动能量收集装置的各部分零件设计1、双向超越离合器机构的零件设计双向超越离合器机构由棘爪、棘爪轮、传动齿轮、逆时针棘轮和顺时针棘轮五部分组成。双向超越离合器
25、的装配图如图 2.13 所示。图 2.13 双向超越离合器的装配图16（1） 棘爪的设计棘爪需要绕棘爪轮转动，要有一个轴以便棘爪能够转动，但棘爪又要单方向运动，因此要有一个阻挡的结构使棘爪单方向运动。如图 2.14 棘爪零件图所示。图 2.14 棘爪零件图（2） 棘爪轮的设计棘爪轮完全是为棘爪所设计的，为实现棘爪的运动而设计的，结构也是尽量简洁。如图 2.15 棘爪轮所示。图 2.15 棘爪轮（3） 传动齿轮的设计传动齿轮与棘爪轮是一体的，棘爪轮随着传动齿轮一起运动，传动齿轮的压力角取20 度,齿宽取 2mm，模数取 1mm，齿数为 8。如图 2.16 传动齿轮所示。17图 2.16 传动齿轮
26、（4） 逆时针棘轮、顺时针棘轮的设计逆时针棘轮、顺时针棘轮的转动方向正好相反，当腿向前摆动时，逆时针超越离合器起作用，开始工作，带动棘轮转动，棘轮又是电机外壳，与发电的磁铁是一体的，这样就可以通过切割磁感线运动使发电机发出电量来，当腿向后摆动时，顺时针超越离合器起作用，开始工作，带动棘轮转动，发出电量来。如图 2.17 逆时针棘轮、顺时针棘轮所示。图 2.17 逆时针棘轮、顺时针棘轮2、发电机内部结构的零件设计发电机的两块磁铁异极相对，这样磁感线可以近似的垂直于线圈，有效的做切割磁感线运动，两块磁铁分别与两个电机外壳做反向的相对运动，使线圈更有效的切割磁感线。发电机由磁铁、垫片、线圈和支撑组成
27、。如图 2.18 发电机内部结构的装配图所示。图 2.18 发电机内部结构的装配图（1） 磁铁的设计铝镍钴系永磁材料是目前电机中应用较广的永磁材料。磁铁与棘轮连在一体随着棘轮的转动而运动，磁铁设计成圆形，以便固定在棘轮上，两端的顺时针棘轮和逆时针棘轮是异极相对的，这样可以使磁感线尽量的集中在发电机的内部以便对线圈起作用。如图 2.19 磁铁所示。18图 2.19 磁铁（2） 垫片的设计垫片位于磁铁和线圈的中间，起到过渡的作用，以免磁铁直接摩擦到线圈，使线圈受损，垫片如图 2.20 垫片所示。图 2.20 垫片（3） 线圈的设计线圈的铜线取 0.1mm 的直径，共 500 圈。如图 2.21 线
28、圈所示。图 2.21 线圈19（4） 支撑的设计支撑是为固定线圈和输出电流而设计的，它是固定于外壳上的，与外壳是一体的。如图 2.22 支撑所示。图 2.22 支撑3、二级齿轮加速机构的零件设计二级齿轮加速机构由大齿轮、小齿轮、摇杆和离合器齿轮组成。（1） 大齿轮的设计根据 2.1.2 中的理论计算,大齿轮的压力角取 20 度,齿宽取 2mm，模数取 1mm，齿数为 40。根据上述参数及渐开线齿轮的相关特性建模，如图 2.23 所示。图 2.23 大齿轮（2） 小齿轮的设计根据 2.1.2 中的理论计算,小齿轮的压力角取 20 度,齿宽取 17mm，模数取 0.5mm，齿数为 16。根据上述参
29、数及渐开线齿轮的相关特性建模，如图 2.24 所示。20图 2.24 与摇杆接触的小齿轮（3） 摇杆的设计摇杆是原动件随着人的腿部运动而摆动，带动内齿轮运动，再到小齿轮、大齿轮，由齿轮再到离合器齿轮，通过二级的齿轮加速机构来提高转速，以便能发出更多的电能。根据 2.1.2 中的理论计算及人体的平均尺寸，摇杆的总长取为 85mm,总宽为 50mm,轴的直径为 4mm,内齿轮的半径为 48mm,模数与上述小齿轮的一致。如图 2.25 所示。图 2.25 摇杆（4） 离合器齿轮的设计根据 2.1.2 中的理论计算,小齿轮的压力角取 20 度,齿宽取 2mm，模数取 1mm，齿数为8。根据上述参数及渐
30、开线齿轮的相关特性建模，如图 2.26 离合器齿轮所示。图 2.26 离合器齿轮214、 伸缩杆的零件设计考虑到装置的可携带性以及人在行走过程中的舒适性，设计了一个可以伸缩的摆杆来解决这个问题，摆杆可以完全缩进该装置内，提高了可携带性。并且在行走过程中人的大腿不可能是完全在一个平面内运动，摆杆的伸缩可以提高舒适性。我们考虑到人在行走的过程中，腿不会完全的在一个平面内，因此摆杆设计成圆形这样人的腿在摆动的同时如果做小幅度的转动也不会感到不舒适。伸缩杆的设计如图 2.27 所示。图 2.27 伸缩杆5、充电装置的零件设计充电装置的设置也是一个要解决的问题，不同的型号要全面的考虑，尽量扩大该设计的应
31、用范围，可以为各种电池充电。充电装置由顶盖、导爪、导片、螺钉和弹簧组成。（1） 顶盖的设计顶盖的设计是为了固定电池以及将导线与电池接触的。如图所示。（2） 导爪的设计导爪的设计可以满足不同型号的电池，电池的导片有在前端的，也有在侧面的，这样用导爪的下触点和前触点来解决。22（3） 导片的设计导片是用来和内部发电机和外部的导爪相连的，将两者导通，同时让导爪可以有一定转动。（4） 弹簧的设计23（5） USB 插槽对于如何将电能传送到人们常用的设备中，手机、MP3、MP4 等，我们采用多个插槽的方法，有 USB 插槽有其他万能充样式的插槽，以此来充满不同的需要。图 2.17 USB 插头4.1 塑
32、料零件的设计要点4.1.1 零件的形状应尽量简单、合理、便于成型在保证使用要求前提下，力求简单、便于脱模，尽量避免或减少抽芯机构。4.1.2 零件的壁厚确定应合理塑料零件的壁厚取决于塑件的使用要求，太薄会造成制品的强度和刚度不足，受力后容易产生翘曲变形 ，成型时流动阻力大 ，大型复杂的零件就难以充满型腔。反之，壁厚过大，不但浪费材料，而且加长成型周期，降低生产率，还容易产生气泡、缩孔、翘曲等疵病。因此制件设计时确定零件壁厚应注意以下几点：1） 在满足使用要求的前提下，尽量减小壁厚；2） 零件的各部位壁厚尽量均匀，以减小内应力和变形。不均匀的壁厚会造成严重的翘曲及尺寸控制的问题；3） 承受紧固力
33、部位必须保证压缩强度；4） 避免过厚部位产生缩孔和凹陷；5） 成型顶出时能承受冲击力的冲击。4.1.3 必须设置必要的脱模斜度为确保制件成型时能顺利脱模，设计时必须在脱模方向设置脱模斜度，其大小与塑料性能、零件件的收缩率和几何形状有关，对于工程塑料的结构件来说，一般应在保证顺利脱模的前提下，尽量减小脱模斜度。4.1.4 强度和刚度不足可考虑设计加强筋为满足零件的使用所需的强度和刚度单用增加壁厚的办法，往往是不合理的，不仅大幅增加了零件的重量，而且易产生缩孔、凹痕等疵病，在零件设计时应考虑设置加强筋，这样能满意地解决这些问题，它能提高零件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。设置加强筋的方向应与料
34、流方向尽量保持一致，以防止充模时料流受到搅乱，降低零件的韧性或影响制件外观质量。244.1.5 零件的所有的转角尽可能设计成圆角或者用圆弧过渡4.1.5.1 圆角可避免应力集中，提高制件强度在零件的转角处易产生应力集中，在受力或受冲击、振动时会发生破裂，如果成型条件不当或零件结构不合理，则会产生很大的内应力，特别容易产生应力开裂。实验数据证明，当圆角半径小于零件壁厚 0.3 倍时应力集中急剧增大，当大于壁厚 0.8 倍时，应力集中明显变小。4.1.5.2 圆角可有利于充模和脱模对于一些流动性差的塑料或加入填料的塑料，零件设计圆角尤为重要，不仅可改善充模性能，而且可提高零件使用性能。4.1.5.
35、3 圆角有利于模具制造，提高模具强度零件上设计了圆角，模具的对应部位也呈圆角，这就增加了模具的坚固性，模具在淬火或使用时不致因应力集中而开裂，因而也增加了模具的强度。4.1.6 塑料零件材料的选择原则ABS用途: 玩具、机壳、日常用品特性: 坚硬、不易碎、可涂胶水，但损坏时可能有利边出现。PP用途: 玩具、日常用品、包装胶袋、瓶子特性: 有弹性、韧度强、延伸性大、但不可涂胶水。用途: 软喉管、硬喉管、软板、硬板、电线、玩具特性: 柔软、坚韧而有弹性。POM用途: 机械零件、齿轮、杠杆、家电外壳特性: 耐磨、坚硬但脆弱，损坏时容易有利边出现Nylon用途: 齿轮、滑轮特性: 坚韧、吸水、但当水份
36、完全挥发后会变得脆弱。Kraton用途: 摩打垫特性: 柔软，有弹性，韧度高，延伸性强。总结 塑料零件的结构设计必须在满足使用要求和符合塑料本身的特性前提下，尽可能简化结构和模具、节省材料、便于成型。第 3 章 电 路 设 计252.2 硬件电路设计2.2.1 电路设计图2.2 整流电路左端为发电机产生的电压，由于人行走时腿的摆动不能是绝对匀速的，因此产生的电压是不稳定的，需要稳压。首先经过电容、二极管和稳压管的调节将不稳定的电流储存到蓄电池中，但如果这样直接传输到手机电池中，当在人行走时，由于并联电压电压会比较高，因此要再次进行稳压，这样输到手机电池中才能满足要求。26总 结现在市场上包括在
37、实验阶段的行走发电装置，主要有发电鞋、膝部发电装置等，它们的共同的缺点是没有将人行走时的动能最大限度的收集起来，发电鞋装置小、力矩短产生的电能有限，膝部发电装置放于膝部并不舒适且人行走时膝部的弯曲是辅助运动，产生的电能也是有限的。胯关节是人们在行走时运动幅度和力度最大的部位，并且将发电装置放在腰间也是比较舒适的。这是本设计的一大创新。27致 谢本论文是在导师的精心指导下完成的。在接受导师指导的时间里，他那渊博的知识，活跃的思维，敏锐的洞察力，严谨的治学态度给我留下了深刻的印象，并将使我受益终身。在此论文完成之际，对导师曾经给予的学术上的指导，生活上的关心和帮助致以最诚挚的谢意!最后，感谢我的家
38、人，是他们给了我关心和鼓励，使我在整个大学期间，能够专心的学习和工作，谢谢！28参考文献1. 机械原理 ，东南大学机械学学科组 郑文纬 吴克坚主编2. 机械设计 ，高等教育出版社 濮良贵 纪名刚主编3. 机械制图 ，大连理工大学工程画教研室编4. 电工学 ，高等教育出版社 秦曾煌主编5. UG NX4 CAD 快速入门指导 ，清华大学出版社 洪如瑾编著6. http/09/20 11:46 102 机体齿飞面孔双卧多轴组合机床及 CAD 设计09/08 20:02 3kN 微型装载机设计09/20 15:09 45T 旋挖钻机变幅机构液压缸设计08/30 15:32 5 吨卷扬机设计10/30
39、 17:12 C620 轴拨杆的工艺规程及钻 2-16孔的钻床夹具设计09/21 13:39 CA6140 车床拨叉零件的机械加工工艺规程及夹具设计08/30 15:37 CPU 风扇后盖的注塑模具设计09/20 16:19 GDC 工业对辊成型机设计08/30 15:45 LS 型螺旋输送机的设计10/07 23:43 LS 型螺旋输送机设计09/20 16:23 P-90B 型耙斗式装载机设计09/08 20:17 PE10 自行车无级变速器设计10/07 09:23 话机机座下壳模具的设计与制造09/08 20:20 T108 吨自卸车拐轴的断裂原因分析及优化设计09/21 13:39
40、X-Y 型数控铣床工作台的设计09/08 20:25 YD5141SYZ 后压缩式垃圾车的上装箱体设计10/07 09:20 ZH1115W 柴油机气缸体三面粗镗组合机床总体及左主轴箱设计09/21 15:34 ZXT-06 型多臂机凸轮轴加工工艺及工装设计10/30 16:04 三孔连杆零件的工艺规程及钻 35H6孔的夹具设计08/30 17:57 三层货运电梯曳引机及传动系统设计10/29 14:08 上盖的工工艺规程及钻 6-4.5孔的夹具设计10/04 13:45 五吨单头液压放料机的设计10/04 13:44 五吨单头液压放料机设计09/09 23:40 仪表外壳塑料模设计09/08
41、 20:57 传动盖冲压工艺制定及冲孔模具设计09/08 21:00 传动系统测绘与分析设计10/07 23:46 保护罩模具结构设计09/20 15:30 保鲜膜机设计10/04 14:35 减速箱体数控加工工艺设计10/04 13:20 凿岩钎具钎尾的热处理工艺探索设计09/08 21:33 分离爪工艺规程和工艺装备设计10/30 15:26 制定左摆动杠杆的工工艺规程及钻 12孔的夹具设计10/29 14:03 前盖板零件的工艺规程及钻 8-M16 深 29 孔的工装夹具设计10/07 08:44 加油机油枪手柄护套模具设计09/20 15:17 加热缸体注塑模设计2910/07 09:
42、17 动模底板零件的工艺规程及钻 52孔的工装夹具设计10/08 20:23 包缝机机体钻孔组合机床总体及夹具设计09/21 15:19 升板机前后辅机的设计09/09 22:17 升降式止回阀的设计09/22 18:52 升降杆轴承座的夹具工艺规程及夹具设计09/09 16:41 升降杠杆轴承座零件的工艺规程及夹具设计08/30 15:59 半自动锁盖机的设计（包装机机械设计）08/30 15:57 半轴零件的机械加工工艺及夹具设计10/29 13:31 半轴零件钻 6-14孔的工装夹具设计图纸09/26 13:53 单吊杆式镀板系统设计08/30 16:20 单级齿轮减速器模型优化设计08
43、/30 16:24 单绳缠绕式提升机的设计09/09 23:08 卧式加工中心自动换刀机械手设计09/08 22:10 厚板扎机轴承系统设计09/18 20:56 叉杆零件的加工工艺规程及加工孔 20的专用夹具设计08/30 19:32 双卧轴混凝土搅拌机机械部分设计09/09 22:33 双模轮胎硫化机机械手控制系统设计09/09 22:32 双辊驱动五辊冷轧机设计09/08 20:36 变位器工装设计-0.1t 普通座式焊接变位机09/28 16:50 叠层式物体制造快速成型机机械系统设计09/08 22:41 可急回抽油机速度分析及机械系统设计09/08 22:42 可移动的墙设计及三维
44、建模10/04 13:25 右出线轴钻 2-8夹具设计10/04 13:23 右出线轴钻 6-6夹具设计09/08 22:36 咖啡杯盖注塑模具设计10/07 08:33 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计09/09 16:15 啤酒贴标机的设计（总体和后标部分的设计）10/29 13:58 喷油泵体零件的工艺规程及钻 14通孔的工装夹具设计08/30 19:39 四工位的卧式组合机床设计及其控制系统设计09/21 13:39 四方罩模具设计08/30 19:42 四组调料盒注塑模具设计10/07 23:55 固定座的注塑模具设计09/09 23:52 圆柱坐标型工业机器人设计09/0
45、9 23:48 圆珠笔管注塑模工艺及模具设计10/13 16:36 圆盘剪切机设计09/21 13:25 基于 PLC 变频调速技术的供暖锅炉控制系统设计09/08 22:20 基于 pro-E 的减速器箱体造型和数控加工自动编程设计08/30 18:00 基于 PROE 的果蔬篮注塑模具设计08/30 19:37 基于 UG 的 TGSS-50 型水平刮板输送机-机头段设计09/21 15:16 塑料油壶盖模具设计09/09 22:41 塑料胶卷盒注射模设计10/07 09:25 多功能推车梯子的设计09/08 21:25 多功能齿轮实验台的设计08/30 16:32 多层板连续排版方法及基于控制系统设计3008/30 16:30 多层板连续排版方法毕业设计08/30 16:42 多用角架搁板的注塑模具设计及其仿真加工设计08/30 16:39 多绳摩擦式提升机的设计09/08 21:05 大型矿用自卸车静液压传动系统设计09/20 16:27 大型耙斗装岩机设计09/08 21:01 大批生产的汽车变速器左侧盖加工工艺及指定工序夹具设计10/30 15:42 套筒的机械加工工艺规程及攻 6-M8-6H 深 10 的夹具设计10/30 15:38 套筒的机械加工工艺规程及钻 40H7孔的夹具设计10/29 14:13 套筒零件的工艺规程及钻 3-10孔的工装夹具设计
