1、发电式健身自行车设计摘要现在社会上的人们普遍都缺乏健身的时间，再加上现阶段能源短缺所带来的影响已经越来越大，针对这一问题，本论文提出一种发电式健身自行车。发电式健身自行车的设计目标是将代步、健身、发电集于一体的新型自行车，它能够使人们在骑行的过程中达到健身的效果；也能够通过两个自发电的方式，把骑行中的动能转换成电能使用。发电式健身自行车的传动装置主要采用链和圆锥齿轮的传动方式，并通过UG对发电式健身自行车进行三维建模，分析可行性。发电式健身自行车发电方式，设计了两个方法，一个是通过车轮带动半支驱永磁同步发电机，当发电机开始转速，就发出交流电，通过三相全波整流，转变成直流电输出，并储存在蓄电池中；另一种发电方式是基于线圈切割磁感线发电，经电路模块输出稳定电压电流，供给移动电源。通过对发电式健身自行车的设计研究，掌握了发电式健身自行车的工作原理和设计方法，同时对自行车、永磁同步电机以及切割磁感线发电的方式以及其工作特点有了进一步的认识，为自行车的和发电系统的优化改进指明了方向。关键词：自行车；链传动；圆锥齿轮传动；永磁同步电机；线圈切割磁感线The design of power gene
2、ration exercise bikeAbstractNow people in the society generally lack of fitness time, coupled with the current energy shortage has brought more and more influence, in order to solve this problem, this paper proposes a kind of power-generating exercise bike. The design goal of the power-generating exercise bike is a new type of bicycle that integrates walking, fitness and power generation. It enables people to achieve fitness in the process of cycling. It can also convert the kinetic energy in cy
3、cling into electrical energy through two ways of spontaneous electricity.The transmission device of the power-generating exercise bicycle mainly adopts the transmission mode of chain and conical gear, and carries on the three-dimensional modeling of the power-generating exercise bicycle through UG to analyze the feasibility. The first is to drive a semi-driven permanent magnet synchronous generator by the wheel. When the generator starts to rotate at a rotating speed, it will send out alternatin
4、g current, which will be converted into direct current output through three-phase full-wave rectification and stored in a battery. Another power generation method is based on the coil cutting magnetic induction line to generate electricity, through the circuit module output stable voltage and current, supply mobile power.Through the study to the design of power type exercise bikes, master the working principle and design method of power type exercise bikes, as well as the bicycle, the permanent
5、magnet synchronous motor and cutting way of magnetic induction line power and its working characteristics had the further understanding, for bicycles and pointed out the direction of the optimized improvement of power generation systems.Keywords: The bike; Chain drive; Bevel gear drive; Permanent magnet synchronous motor; The coil cuts the magnetic induction wire目 录1前言11.1 设计目的及意义11.2 设计在国内外的发展概况及存在的问题11.3 设计应解决主要问题21.4 设计研究内容22发电式健身自行车的设计方案32.1发电式健身自行车系统构成32.2机械传动系统工作原理52.3传动比计算62.3.1输入输出功率计算62
6、.3.2传动比分配62.4链传动设计62.5圆锥齿轮传动的设计72.6设计结构特点83发电式健身自行车材料选择93.1车体部分材料选择93.2传动部分材料选择93.3行动部分材料选择103.4安全部份材料选择104发电系统构成114.1半直驱永磁同步发电机结构114.2半直驱永磁同步发电机工作原理124.3半直驱永磁同步电机结构设计124.4永磁材料选择124.5发电系统工作原理134.6主要部件技术参数145发电系统实物制作与分析155.1半直驱永磁同步发电机实物155.2半直驱永磁同步发电机支撑架实物155.3稳压器实物16 5.4半直驱永磁同步发电系统实物制作过程16 5.5半直驱永磁同步发电系统实物分析196储能装置206.1储能系统总体设计216.2储能系统电路图设计226.3实验波形仿真及分析237基于切割磁感线发电装置267.1基于切割磁感线发电原理277.2基于切割磁感线发电方式277.3基于切割磁感线发电效率分析与计算28 7.3.1发电模块28 7.3.2整流模块28 7.3.3稳压模块287.4实验计算与分析298总结与展望31参考文献32谢辞33附录341前言从
7、古代到20年代初，自行车一直是中国老百姓的一个重要交通工具，自行车被纳入为以前男女子结婚是的三件套之一。根据统计，中国的家庭有82%拥有自行车。随着时代的变迁，自行车行业在初期的繁华景象已变得日渐衰落。但是受全国人民环保意识的增强和中国内雾霾的影响，一些有先见之明的学者早已意识到自行车行业即将迎来一个广阔的前景。还有一部分学者提到自行车在我国的生态建设上将会承担关键的作用，是生态环保，绿色外出不可或缺的构成部分。尤其在现在，我们可以发现共享单车在我们生活中随处可见，它带动了人们绿色出行的方式，同样的这已经成为了我们绿色生活、健康生活不可或缺的一部分。1.1设计目的及意义伴随着人们步入社会，工作压力逐渐的增大，生活节奏的加快使得很多人都是工作、吃饭、睡觉，缺乏了适当的运动来锻炼身体。再加上国家出的各个政策，鼓励人们积极运动、绿色健康的生活理念，人们已经慢慢意识到健身运动和日常生活的融合极度重要。 而且在这个能源非常缺乏的时代中，国民的生活和经济也会随之受到影响。长期以来，由于人们能源上的浪费，已经造成了很严重的影响。人们为了能源的循环利用已经陆续开发出了风力发电机、太阳能电池板、新能源汽
8、车等一系列可将能源再生的器具。人们日常生活中骑自行车的动能无法得到转换，其实可将健身时候踩踏自行车产生的动能转换成电能，使能源循环利用。设计出一台发电式健身自行车，这台自行车可以在人们上班的时候骑用，而且还拥有健身功能和自行车动能转换为电能的能源环保功能，发电式健身自行车可以帮助人们增强体质、娱乐身心、同时让生态能源利用、达到绿色环保的环境。1.2设计在国内外的发展概况及存在问题国外的健身自行车，大多数都是将健身房的脚踏车进行改装设计，使其具有多种不同的功能。在阿拉伯中，有学者研发出一种新型的健身自行车Lopifit，该健身自行车用跑步机的履带设计取代了原本拥有的脚踏板，并且在履带的后方安装了马达，给这款Lopifit提供动力支持。在英国，也同样发明了一种健身自行车名为glidecycle，gildecycle诞生之初，此单车的发明者本意是为了残疾人锻炼身体所发明的，但是普通人对gildecycle越来越感兴趣，所以这款健身自行车就流行了起来，并最终发展为健身自行车。该车一眼看上去，车的主体结构十分简单，由两个车轮、四条绳子和一个车架组成。四条绳子连接着车轮的两端，灵活性很高，但整体过
9、于简陋以及不够美观。在美国俄勒冈州波特兰中，有一家健身房进行脚踏车改装，其中安装了一种特殊装置，使得人们在使用脚踏车的过程中，利用运动产生电能，为脚踏车传输电力，使得脚踏车可以减少电能，起到一定的节约电能的作用1。当骑行者踩踏踏板运动时候可以产生相应的能量，可以达到能源变换作用，使得设备产生电能，维持设备的运行。有趣的是，这种改装的脚踏车在20人至40人进行同时锻炼的时候，每个骑行者都卖力的健身，循环地踩踏踏板时，那么这个改装脚踏车就会像一个发电机一样，可以满足大多数的用电需求。在我国，伊诺飞公司研发出一款减碳发电健身车，就是运用了动能转化成电能的原理。八九十年代开始，发电照明自行车已经变得流行，有的发电照明自行车通过皮带链接自行车的前后两轮，皮带连接发电机。随着人们骑行发电照明自行车，车轮带动皮带，而皮带带动发电机转动，从而产生电力。山西大学研制出一种无摩擦生电方法，利用的则是磁生电原理，通过车轮切割磁感线来产生电能。1.3设计应该解决的主要问题（1）现有的自行车功能较为单一，只能实现代步功能，无法兼顾人群的需求。（2）在能源短缺的环境下，自行车在骑行者踩踏用于健身的过程中会产生动能，而现在这些动能无法转换成其他能源，造成了能源的浪费。1.4设计研究内容发电式健身自行车将代步、健身、能源转换结合起来，通过骑行来达到健身以及带动发电机用于能源转换。为了获得持续的电能输出，发电式健身自行车要求自行车能给发电系统提供持续恒定的机械输入，本课题以普及率最广的自行车为对象进行自发电设计以及使其带有健身功能的改造，课题重点研究的内容有：（1）介绍发电式健身自行车的系统构成，包括各部分之间的结构衔接和布局；
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