胯关节运动能量收集器设计-毕设论文.doc

烟台大学毕业论文(设计)目 录第1章 绪论31.1课题背景31.1.1胯关节运动能量收集器的设计背景31.1.2能量收集装置的基本知识31.2胯关节能量收集器的设计内容及需解决的问题31.2.1胯关节能量收集器的设计内容31.2.2胯关节能量收集器需解决的问题41.2.3拟采取的技术方案及思路41.2.4 特色或创新之处51.2.5课题的学术价值或实际应用价值5第2章 胯关节能量收集器的结构设计72.1胯关节运动能量收集器的总体方案设计72.1.1总体方案的原理性设计72.2胯关节运动能量收集装置的各部分零件设计92.2.1、单向齿轮的零件设计92.2.3、齿轮加速速机构的零件设计172.2.4 摇柄的设计182.2.5 其他齿轮的设计192.2.5 外壳的设计212.3胯关节能量收集器各零件组装示意242.4 塑料零件的设计要点25第3章 胯关节能量收集器电路设计283.1直流电动机的选取283.1.1直流发电机的工作原理283.1.2直流发电机相关参数的计算303.2电路图的设计313.2.1发电机稳压电路的设计313.2.2发电机给手机充电电路的设计313.2.3发电机给5号充电电池充电的电路图333.2.4电池电量显示电路373.2.5总电路38致谢41参考文献42第一章 绪论1.1课题背景1.1.1胯关节运动能量收集器的设计背景 发电地板：东日本铁路公司发明了一种“发电地板”，将于东京站试验。这种发电地板将人行走时产生的能量转化为可供使用的电能。（08年1月） 发电地毯:研究人员在德国利用摩擦生电的原理成功发明了一种“发电”地毯。这种地毯的花纹是利用发电线圈巧妙编织的，改变了人们对于传统发电线圈的认知。刚人踩在地毯的“花纹”上时，地毯即能发电。地毯使用导线连接，可为电视，空调，热水器等用电器进行供电，也可将电能储存于蓄电池中，绿色安全，美观可靠。(08年3月) 发电鞋：美国的研究人员发明了一种发电鞋，将可将人体运动能量转化为电能的发电装置放于运动鞋内，在人体运动时发出电量，可为MP3，手机能随身携带的电子用电器充电。（11年9月） 膝关节活动发电装置：英国研究人员研发了一种新型发电装置，该装置固定于人的小腿和大腿之上，膝关节来回摆动时带动发电装置发电，可为手机，随身听等小型用电器充电。该装置应用前景广阔，已得到了军方的研发支持。该装置设计小巧，便于携带。（12年6月）。 脚踏发电装置：美国某公共交通公司，发明了一种踏板发电装置，安放在公共场所，利用来往行人的踩踏发出电量。研究人员将踏板装于该装置上，踏板下方连一摇杆，摇杆可绕一个方向绕发电机旋转，当人踩在踏板上时，摇杆被推动，从而带动发电机转子旋转发出电量。另一种设计是在踏板下按放橡皮储水器，各个储水器依次相连并连接一水轮发电机。当有重物在踏板上时，橡皮储水器被压缩，内部水高速流动，最终推动水轮发电机转子旋转，发出电量。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胯关节能量收集器的设计内容及需解决的问题1.2.1胯关节能量收集器的设计内容如何从人的行走过程中收集能量，最为直接的是将人体运动时的机械能转换成电能并储存起来。人体活动幅度比较大的关节有肩关节，肘关节，胯关节和膝关节。而与行走关系比较密切的是膝关节与跨关节。在正常行走时，胯关节的运动幅度和大腿与腰之间的肌肉力量都较膝关节的要大很多。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。人在行走过程中，胯关节的运动是有规律的来回摆动，因此，发电装置可用摆杆机构驱动。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。发电机有3种，即直流发电机、同步交流发电机和异步交流发电机。现在市场上流通的直流发电机有很多种，有体积小，价格便宜，发电量充足的特点，因此选用小型的直流发电机。结合实际应用，即将发电机所发的电能有效的利用或储存。我的设计是：（1） 当手机没电时，可直接给手机充电。（2） 当手机不需充电时，可给5号充电电池充电。1.2.2胯关节能量收集器需解决的问题如何从人体行走过程中获取能量，通过上述的分析，我利用胯关节运动的机械能转化成电能获取能量。摆杆机构的运动是有规律的往复摆动，无法直接应用于发电机上，要将其转化，使之能够使发电机转动发电。人行走时大腿的摆动方向是变化的，而要使发电机得到持续稳定的电流必须使发电机转子的转向一致。所以必须设计一种结构使得不论摆杆朝那股方向摆动发电机转子的转向都一致。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，因此发电机要满足该特点。电路的设计必须合理，及能满足手机充电的条件，又能满足充电电池充电的条件，最好有指示灯能够显示电量。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。1.2.3拟采取的技术方案及思路如何从人的行走过程中收集能量，最为直接的是将人体运动时的机械能转换成电能并储存起来。人体活动幅度比较大的关节有肩关节，肘关节，胯关节和膝关节。而与行走关系比较密切的是膝关节与跨关节。在正常行走时，胯关节的运动幅度和大腿与腰之间的肌肉力量都较膝关节的要大很多。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。摆杆机构的运动是有规律的往复摆动，无法直接应用于发电机上，要将其转化，使之能够使发电机转动发电。本装置采用齿轮机构传动，并采用加速机构保证发电机的转速达到一定的要求，发出更多的电量。人行走时大腿的摆动方向是变化的，而要使发电机得到持续稳定的电流必须使发电机转子的转向一致。所以必须设计一种结构使得不论摆杆朝那股方向摆动发电机转子的转向都一致。该装置的措施是内部传动结构采用一个双单向齿轮结构，用双单向齿轮使摆杆摆动的两个方向互不影响且都能使发电机转子朝一个方向转动，从而产生比普通发电机构多于两倍的电能。选用体积小发电能力可靠的直流发电机，由于齿轮传动设计有加速机构可保证电机转速从而保证发电量。1.2.4 特色或创新之处现阶段存在的或在使用阶段的能量收集装置，主要是手摇发电器，风力发电装置，较高级的有膝关节能量收集装置等。他们的缺点是不便携，没有最大程度的收集人在动时的机械能，并将其转化为电能。膝关节在走路时的弯曲幅度较小，是辅助弯曲，发出的电量比较有限。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。第二大创新之处是本设计内部的动电能机械转化机构，内部传动结构采用一个双单向齿轮结构，不论摆杆朝那股方向摆动发电机转子的转向都一致。该装置的措施是内部传动结构采用一个双单向齿轮结构，用双单向齿轮使摆杆摆动的两个方向互不影响且都能使发电机转子朝一个方向转动，从而产生比普通发电机构多于两倍的电能。另外，该装置的电能利用和储存方式较为实用，包括以下两方面的功能：（1） 当手机没电时，可直接给手机充电。（2） 当手机不需充电时，可给5号充电电池充电。1.2.5课题的学术价值或实际应用价值实际应用：(1）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。(2)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。应用价值：（1）胯关节运动能量的收集可以缓解现在人们对电能的需求。（2）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。（3）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。第二章 胯关节能量收集器的结构设计2.1胯关节运动能量收集器的总体方案设计2.1.1总体方案的原理性设计原理性结构本设计的采用齿轮传动机构，其中增速机构可保证发电机能够达到一定的转速从而发出足够的电量。双单向齿轮机构可保证人在行走时无论腿向前摆动还是向后摆动都能使发电机朝一个方向转动，从而提高效率发出更多电能。该装置的齿轮机构如图2-1所示。人行走时，腿做往复的摆动，带动原动力齿轮来回转动，并由三个加速齿轮提升转速，传送扭矩到单向齿轮1。当腿向前摆动时，单向齿轮1逆时针转动，并带动轴旋转，轴上的小齿轮与发电机上的小齿轮啮合从而带动发电机转子旋转发电机开始发电，此时单向齿轮2为顺时针旋转，为空转，并不带动轴旋转。当腿向后摆动时，单向齿轮1顺时针转动为空转，不带动轴转动，单向齿轮2逆时针转动开始工作，带动轴转动，发出电量来。综上所述，不论是行走时向前摆腿还是向后摆腿，两个单向齿轮所在的轴总是逆时针旋转，从而保证发电机转子总是顺时针旋转。6传动齿轮发电机5单向齿轮14加速齿轮33加速齿轮22加速齿轮11原动力齿轮图2-1机构原理图7单向齿轮2三维建模 根据所设计的机构原理，用ug制作三维结构模型如图2-2所示摇杆外壳单向齿轮1单向齿轮2加速齿轮原动力齿轮图2-2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2-3所示。 图2-3 胯关节能量收集器的放置（2）连接在该装置外壳上有专供腰带穿过的腰带连接孔，在摇杆上有专供绑带穿过的孔，可借此稳固的附着于人体上，如图2-4图2-4传动比的计算 原动力齿轮的齿数为72，人走路时腿前后摆动的幅度大约为60度，因此原动力齿轮工作部分的齿数为12。传动比n=32式中Z1为原动力齿轮工作部分齿数12，Z2为加速齿轮1小齿轮齿数12，Z3为加速齿轮1大齿轮齿数48，Z4为加速齿轮2小齿轮齿数12，Z5加速齿轮2大齿轮齿数48，Z6为加速齿轮3小齿轮齿数12，Z7为加速齿轮3大齿轮齿数48，Z8为单向齿轮1齿数24。2.2胯关节运动能量收集装置的各部分零件设计2.2.1单向齿轮的零件设计双单向齿轮机构可保证人在行走时无论腿向前摆动还是向后摆动都能使发电机朝一个方向摆动，从而提高效率发出更多电能。其内部构造主要为棘轮机构。单向齿轮是该装置实现电机转子单向旋转的主要零件。主要通过棘轮系统实现单向旋转的功能。与轴是过盈配合，通过轴肩和轴套定位。1.齿轮1的结构设计单向齿轮1的齿数24为模数为1如图2-5所示图2-5(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，由弹簧使棘爪复位。如图棘爪零件图2-6所示。图2-6（2）棘轮的设计棘轮与齿轮是一体的，结构也是尽量简洁。与棘轮配合实现单向齿轮的单向转动，外侧齿轮齿数24，模数1，齿宽3，压力角20度。如图2-7棘轮所示。图2-7棘轮（3）滑块的设计 滑块位于棘轮内部与棘轮间隙配合，能够在棘轮内部绕轴旋转，如图2-8所示。图2-8滑块（4）挡板的设计 挡板安装于单向齿轮两端，与棘轮过盈配合，与滑块间隙配合，起保护单向齿轮内部结构的作用。如图2-9所示。图2-9单向齿轮1爆炸图如图2-10所示。图2-10 1 2 3 41-端盖，2-棘爪，3-滑块，4-棘轮2.单向齿轮2的设计单向齿轮2的齿数16为模数为1如图2-11所示。图2-11（1）棘爪的设计，如图2-12所示图2-12 （2）棘轮的设计如图2-13棘轮所示。图2-13（3）滑块的设计 如图2-14所示。图2-14挡板的设计 如图2-15所示。图2-15单向齿轮2爆炸图如图2-16所示 1 2 3 4图2-16 1-端盖，2-棘爪，3-滑块，4-棘轮2.2.3、齿轮加速速机构的零件设计 摇杆是原动件随着人的腿部运动而摆动，带动齿轮运动，再到加速齿轮1、加速齿轮2，加速齿轮3，由加速齿轮3再到单向齿轮1，通过齿轮加速机构来提高转速，以便能发出更多的电能。1.加速齿轮1的设计加速齿轮1大齿轮的齿数为48，模数为1，齿宽为2，压力角取20度；小齿轮的齿数为12，模数为1，齿宽为5，压力角取20度。如图2-17所示。图2-132.加速齿轮2的设计加速齿轮2大齿轮的齿数为48，模数为1，齿宽为2，压力角取20度；小齿轮的齿数为12，模数为1，齿宽为3，压力角取20度。如图2-18所示。图2-183.加速齿轮3的设计加速齿轮3大齿轮的齿数为48，模数为1，齿宽为2，压力角取20度；小齿轮的齿数为12，模数为1，齿宽为3，压力角取20度。如图2-19所示。图2-192.2.4 摇柄的设计摇杆是原动件随着人的腿部运动而摆动，带动齿轮运动，再到加速齿轮1、加速齿轮2，加速齿轮3，由加速齿轮3再到单向齿轮1，通过齿轮加速机构来提高转速，以便能发出更多的电能。根据人体的平均尺寸，摇杆的长取为150mm,总宽为10mm,厚度为5mm，轴的直径为4mm,齿轮的齿数为72,模数为1，齿宽为4，压力角20度。如图2.16所示。根据上述参数及渐开线齿轮的相关特性建模，如图2-20所示。图2-202.2.5 其他齿轮的设计1.传动大齿轮的设计传动大齿轮与单向齿轮1啮合，将转矩通过轴传递至传动小齿轮，作用是单向齿轮1与单向齿轮2的转动方向相反，从而达到保证人在行走时无论腿向前摆动还是向后摆动都能使发电机朝一个方向摆动的目的。与轴是过盈配合。齿数为，模数为，齿宽为，压力角20度。如图2-21所示。图2-212.传动小齿轮的设计齿轮的作用是配合齿轮使单向齿轮1与单向齿轮2的转动方向相反，从而达到保证人在行走时无论腿向前摆动还是向后摆动都能使发电机朝一个方向摆动的目的。与轴是过盈配合。齿数为16，模数为1，齿宽为3，压力角20度。如图2-22所示。图2-223.小齿轮的设计小齿轮的作用是连接轴与发电机，确保发电机跟随轴转动。与轴是过盈配合。齿数为12，模数为0.5，齿宽为3，压力角20度。如图2-23所示。图2-232.2.5 外壳的设计1.底座的设计底座的主要功能是安放和固定该装置的机械部分，并且能固定到腰带上。如图2-24所示图2-242.电池座板的设计电池座板的主要功能是配合底座固定轴和齿轮，同时还可安放该装置的电路部分（包括发电机，4节5号充电电池盒，电路板）如图2-25所示。现在市面上有很多型号的电池盒，但为简化结构，将电池盒与外壳设计成一体结构。电池座发电机安装孔图2-253.顶盖的设计顶盖的作用是保护该装置的电路部分，同时通过螺纹连接是其与电池座板和底座成为一个完整的整体。如图2-26所示。电量指示灯安装孔开关安装孔USB插座孔图2-262.3胯关节能量收集器各零件组装示意1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 图2-27 1-螺钉，2-顶盖，3-发电机，4-电池座板，5-小齿轮，6-传动大齿轮，7-单向齿轮1,8-加速齿轮1,9-加速齿轮3,10-摇杆，11-加速齿轮2,12-轴套，13-轴1,14-轴2,15-轴3,16-底座2.4 塑料零件的设计塑料零件设计时的注意事项：（1）设计时，塑料零件结构应设计的简单。在保证使用的前提下形状简单、合理的塑料零件便于成型、便于脱模，尽量避免或减少了抽芯机构。（2）零件的壁厚确定应合理塑料零件的使用要求决定了零件的设计壁厚，若是壁厚过薄，则零件的硬度和强度会不够，在受力的作用时容易变形、损坏，此外零件成型时也会因为流动阻力大导致大型复杂的零件就难以充满型腔；若是壁厚过大，首先会导致生产成本提高，增加了材料的浪费，而且加长成型周期，降低生产率。壁厚过大还会导致零件中产生气泡、缩孔、翘曲等疵病。因此，零件设计过程中，在设计零件壁厚时应注意以下几点：设计零件应首先满足实际使用要求，在满足了使用要求的基础之上，尽量减小壁厚；零件的各部位壁厚尽量均匀，否则会产生内应力和变型。内应力和变形的产生会导致零件尺寸出现问题，严重时会产生曲翘；承受紧固力部位必须保证压缩强度；避免过厚部位产生缩孔和凹陷；零件注塑完成时会有脱模顶出的过程，壁厚的设计应能承受住顶出的冲击力。（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。一般来说，工程塑料的结构件，应在保证顺利脱模的前提下，减小脱模斜度。（4）设计加强筋可提高零件的结构强度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。为防止冲模时料流受到搅乱，造成零件的韧性和外观质量的降低，应尽量保证强筋的方向应与料流方向一致。（5）零件的所有的转角尽可能设计成圆角或者用圆弧过渡,优点如下： 采用圆角以避免应力集中，同时可以提高制件强度在零件转角处特别容易产生应力的集中，当零件受到力或冲击、振动时会发生破裂，如果零件结构不合理或成型条件不当，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。 圆角可有利于充模和脱模若是零件原料的流动性较差，可对零件设计圆角，以改善充模性能，提高零件使用性能。 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。（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:软板、硬板、电线皮，塑料玩具特性: 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、但当水份完全挥发后会变得脆弱。 Kraton用途: 摩打垫特性: 具有弹性、韧度高、延伸性强的特点，且柔软。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。第三章 胯关节能量收集器电路设计3.1直流电动机的选取现在市场上流通的直流发电机有很多种，有体积小，价格便宜，发电量充足的特点，因此选用小型的直流发电机。现选取MITSUMI微型直流发电机，如图3-1所示3-1其相关参数如下：最大输出电压：5.6V最大输出电流：240mA最大输出功率：1.2W转速：2500rpm机身直径：24.5mm机身厚度：13mm轴径：2mm轴长：6mm3.1.1直流发电机的工作原理 电磁感应定律：导体在磁场中运动时，导体中会感应出电势e e=Blv图3-2直流电机做发电机运行时，如图3-2，电枢由原动机驱动而在磁场中旋转，在电枢线圈的两根有效边（切割磁通的部分导体）中便感应出电动势。显然，每一有效边中的电动势是交变的，即在N极下是一个方向，当它转到S极下时是另一个方向。但是，由于电刷A总是同与N极下的一边相连的换向片接触，而电刷B总是与S极下的一边相连的换向片接触，因此在电刷间就出现一个极性不变的电动势或电压。所以换向器的作用在于将发电机电枢绕组内的交变电动势换成电刷之间的极性不变的电动势。当电刷之间接有负载时，在电动势作用下就在电路中产生一定方向的电流。直流电机电刷间的电动势常用下式表示E=Kn式中，是一个磁极的磁通，单位是韦伯（Wb）；n是电枢转速，单位是转每分（r/min）；K是与电机结构有关的常数(查阅相关资料K可表示为K=，；E的单位是伏特（V）。查阅相关资料K可表示为K=则直流发电机的感应电动势为可表示为E=式中：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； n表示转子的转速3.1.2直流发电机相关参数的计算磁通量计算：(1）磁通密度B=H式中为介质的磁导率，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，HC=44千安/米，磁导率为3.2-4.50（2）磁通面积A=R，式中R为电机线圈的平均半径。综上所述：若不计磁漏则=BA=HR=4440.001=1.710-4韦转子的转速的计算：先计算角速=48式中: 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。则转子的转速n=1440转每分平均感应电动势的计算：直流发电机的感应电动势为E=式中：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； n表示转子的转速综上所述, 直流发电机的感应电动势为E=4.08v此电压仅为平均的估算电压，由于误差、功率等原因平均电压的数值会比计算的要小一些，基本符合发电机厂家所给的参数。并且人在行走时，速度是不恒定的，是一个波动的过程，类似于正弦线，估计电压的范围为期3v到5v之间波动。3.2电路图的设计3.2.1发电机稳压电路的设计由于人在行走时速度不恒定，因此发电机输出的电压也并不是恒定的，需要进行稳压才能满足需求，可选用1N4733A稳压管如图3-2所示3-2电路图如图3-3所示3-33.2.2发电机给手机充电电路的设计发电机经稳压后还无法直接应用于手机充电，必须采用一手机用升压电路。升压电路如图3-4所示3-43.2.2.1元件介绍FP6291是电流模式的DC-DC升压转换器。内置0.2功率MOSFET的PWM电路，使该稳压器高节能。内部补偿网络也最大。限度地减少了多达6个外部元件数量误差放大器的非反相输入端连接到一个0.6V的精确的参考电压，内部软启动功能，可以减少浪涌电流。如图3-5为引脚排列图：3-5参数：输入电压：2.6-5.5V输出电压可调最大12V可调电流保护：0.5-2.5A封装：SOT23-6L特性：（1）可调输出电压为直流（2）内部固定脉宽调制频率：1.0mhz（3）精度反馈参考电压（2%）0.6（4）内部0.2，2A，16V功率场效应晶体管（5）关机电流：0.1（6）过温度保护（7）过电流保护应用：充电器LCD显示数码照相机便捷设备移动电源升压IC3.2.3发电机给5号充电电池充电的电路图此装置为胯关节能量收集器，仅仅能够给手机充电是不够的，因此创新性的设计了第二个功能，即给4节5号充电电池充电。3.2.3.1选择5号充电电池的理由5号充电电池拥有如下便利之处：（1）价格便宜（2）应用范围广，可在多种家用电器上使用。（3）体积小巧，携带方便，存电量大。该装置在电池座板上设计有专门的电池盒用以放置充电电池，如图3-6所示图3-63.2.3.25号充电电池相关参数尺寸:直径14mm，高度49mm标称电压：3.7V（充满电后电压4.2V ，放电截止电压3V）输出电流：2A容量：4600mah内阻：电池小于80m使用寿命：循环1000次后容量下降30%3.2.3.3所用元件介绍TP4056是一款完整的单节锂离子电池采用恒定电流/恒定电压线性充电器。其底部带有散热片的SOP8/MSOP8封装与较少的外部元件数目使得TP4056成为便携式应用的理想选择。TP4056可以适合USB电源和适配器电源工作。由于采用了内部PMOSFET架构，加上防倒充电路，所以不需要外部隔离二极管。热反馈可对充电电流进行自动调节，以便在大功率操作或高环境温度条件下对芯片温度加以限制。充电电压固定于4.2V，而充电电流可通过一个电阻器进行外部设置。当充电电流在达到最终浮充电压之后降至设定值1/10时，TP4056将自动终止充电循环。当输入电压（交流适配器或USB电源）被拿掉时，TP4056自动进入一个低电流状态，将电池漏电流降至2uA以下。TP4056在有电源时也可置于停机模式。TP4056的其他特点包括电池温度检测、欠压闭锁、自动再充电和两个用于指示充电、结束的LED状态引脚。TEMP(引脚1)：电池温度检测输入端。将TEMP管脚接到电池的NTC传感器的输出端。如果TEMP管脚的电压小于输入电压45或者大于输入电压的80，意味着电池温度过低或过高，则充电被暂停。如果TEMP 直接接GND，电池温度检测功能取消，其他充电功能正常。PROG（引脚2）：恒流充电电流设置和充电电流监测端。从PROG管脚连接一个外部电阻到地端可以对充电电流进行编程。在预充电阶段，此管脚的电压被调制在0.1V；在恒流充电阶段，此管脚的电压被固定在1V。客户应用中，可根据需求选取合适大小的RPROG表3-1RPROG与充电电流的关系确定可参考表RPROG (k)IBAT (mA)305020701013052504300340025801.666901.57801.339001.21000GND（引脚3）：电源地。Vcc (引脚4)：输入电压正输入端。此管脚的电压为内部电路的工作电源。当Vcc与BAT管脚的电压差小于30mV时，TP4056将进入低功耗的停机模式，此时BAT管脚的电流小于2uABAT（引脚5）：电池连接端。将电池的正端连接到此管脚。在芯片被禁止工作或者睡眠模式，BAT管脚的漏电流小于2uA。BAT管脚向电池提供充电电流和4.2V的限制电压.STDBY(引6）：电池充电完成指示端。当电池充电完成时STDBY被内部开关拉到低电平，表示充电完成。除此之外，管脚将处于高阻态。CHRG（引脚引脚）:漏极开路输出的充电状态指示端。当充电器向电池充电时,CHRG管脚被内部开关拉到低电平，表示充电正在进行；否则CHRG管脚处于高阻态.CE（引脚8）芯片始能输入端。高输入电平。将使TP4056处于正常工作状态；低输入电平使TP4056处于被禁止充电状态。CE管脚可以被TTL电平或者CMOS电平驱动。图3-6 TP4056常用应用电路图3.2.3.4给5号充电电池充电的电路图根据上述对元件tp4056的介绍，可画电路图如图3-7所示3-73.2.4电池电量显示电路为了了解电池电量以便掌握电池充电程度，必须设计一电池电量显示电路，用led灯指示。该显示电路使用四电压比较器LM339为主要电子元件。3.2.4.1元件介绍LM339集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是：1）失调电压小，典型值为2mV；2）电源电压范围宽，单电源为2-36V，双电源电压为1V-18V；3）对比较信号源的内阻限制较宽；4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo；5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压；6）输出端电位可灵活方便地选用。LM339引脚图如图3-8所示3-8表3-2 LM339引脚功能列表引脚符号功能1OUTPUT2输出端22OUTPUT1输出端13V+电源正4INPUT1-反相输入端15INPUT1+同相输入端16INPUT2-反相输入端27INPUT2+同相输入端28INPUT3-反相输入端39INPUT3+同相输入端310INPUT4-反相输入端411INPUT4+同相输入端412GND电源地13OUTPUT4输出端414OUTPUT3输出端33.2.4.2电池电量显示电路图根据LM339相关应用，设计电池电量显示电路如图3-9所示图3-93.2.5总电路总电路如图3-10所示图3-10当k1接通，k2断开时，实现功能1；当k2接通，k1断开时实现功能2.总结随着时代的发展，清洁能源的开发必将成为时代的主流。本设计利用人在行走时胯关节的运动带动摆杆机构提供原动力，将人体自身运动产生的机械能加以转化利用，符合时代的潮流。现今市场上流通的和在实验阶段研发中的能量收集装置主要分为两大类：发电鞋和膝关节能量收集器。发电鞋发电装置较小，人行走时难以使发电装置产生足够的转矩，从而发出足够的电量；膝关节能量收集器的缺点是没有将人在行走过程中的动能最大程度的收集起来，因为人在行走过程中膝盖是辅助弯曲的，弯曲幅度较小，无法产生足够的电量。而胯关节是人在行走过程中运动幅度和力量最大的部位，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。本装置的另一创新之处在于实现了在工作过程中无论人的大腿向前摆动还是向后摆动都能实现发电机转子朝一个方向转动，从而发出足够且稳定的电量。该装置采用的是两个同轴的但转向不同单向齿轮，实现了这个功能，提高了发电效率。本装置的电路部分配合使用多种电子元件，实现了两大功能：直接给手机冲电和给4节号充电电池充电。简单可靠，贴近实际使用，这是本设计的第三大创新之处。致谢2014年，对我来说是非常梦幻的一年，因为就在今年，我就要从烟台大学毕业，结束我的大学生活，从知识的象牙塔真真正正地步入社会。这篇论文的完成，也算是给我的学生生涯画上了一个休止符。这篇论文从拿到课题开始，投入了我大量的时间和心血，但由于本人的驽钝，设计的内容和论文的完成程度都不是很让人满意。在这里我要感谢我的导师石运序老师，正是在他仔细耐心的教导和广博知识的引领之下，我才能完成这篇毕业论文。石运序老师的教导无疑帮我踩实了步入社会前的最后一步，是他告诉了我什么叫仔细严谨，什么叫知识渊博，他的教导将会在我的人生旅程上留下深深的印记。这篇论文是我查阅了大量相关资料后完成了。在这里我要感谢这些资料的著作者，正是他们书写的一本本人类文明的台阶，帮助我一步步踏上了通往真理的殿堂。还要感谢在我查阅资料时热情帮助过我的图书馆的老师们，没有他们的帮助，我在寻求真理的道路上将多走很多弯路。感谢在这个毕业设计对我进行耐心帮助的同学们，他们在设计和论文写作的过程中给了我很多的建议和灵感，他们是一帮最可爱的人。最后，让我再次感谢在整个论文写作过程中帮助过我的人，尤其是我的导师石运序老师，他是我人生的导师！由于我的学术水平有限，所写的论文中难免有幼稚和缺乏严谨的地方，恳请各位老师批评和指正。参考文献1 郑文纬 吴克坚主编，机械原理，东南大学机械学学科组，2006.52 濮良贵 纪名刚主编，机械设计，高等教育出版社，2007.83 机械制图，大连理工大学工程画教研室编，2007,24 秦曾煌主编，电工学，高等教育出版社，2008.115 钟日铭等编著，UG NX8.0 完全自学手册，机械工业出版社，2012.86 廖念钊 古莹菴 李硕根 杨兴骏主编，互换性与技术测量，中国计量出版社2007.5 7 冉新成主编，塑料模具，印刷工业出版社有限公司，2009.743