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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式充電打氣筒
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 這是一款便攜式的多功能打氣筒。針對(duì)傳統(tǒng)打氣筒做功效率較低、功能單一的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)合理，做功效率高，且操作方便的發(fā)電打氣筒。 設(shè)計(jì)者通過對(duì)傳統(tǒng)打氣筒進(jìn)行改造，在其把手中安裝有牽拉式做功發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置、電能輸出裝置和LED照明裝置，在保證傳統(tǒng)打氣筒功能的前提下，使其具有“打氣”“發(fā)電”“儲(chǔ)能”“照明”等四項(xiàng)功能。
- 詳細(xì)介紹：
- 一 作品內(nèi)容簡(jiǎn)介 這是一款便攜式的多功能打氣筒。針對(duì)傳統(tǒng)打氣筒做功效率較低、功能單一的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)合理，做功效率高，且操作方便的發(fā)電打氣筒。 設(shè)計(jì)者通過對(duì)傳統(tǒng)打氣筒進(jìn)行改造，在其把手中安裝有牽拉式做功發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置、電能輸出裝置和LED照明裝置，在保證傳統(tǒng)打氣筒功能的前提下，使其具有“打氣”“發(fā)電”“儲(chǔ)能”“照明”等四項(xiàng)功能。 二 研制背景及意義 隨著科技的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒娫O(shè)備越來(lái)越多，人們對(duì)于電的依賴性也越來(lái)越強(qiáng)。尤其是現(xiàn)在旅游產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，當(dāng)人們?cè)趹敉饴眯械臅r(shí)候，給用電設(shè)備充電是一大難題。 這款便攜式充電打氣筒，在考慮了便攜的基礎(chǔ)上，通過對(duì)傳統(tǒng)打氣筒進(jìn)行改造，附加了“發(fā)電”這一功能。通過USB接口可以為手機(jī)、MP3等多種用電器充電。發(fā)出的電能還可以用來(lái)照明。 目前國(guó)內(nèi)沒有類似的產(chǎn)品，只有國(guó)外設(shè)計(jì)師Formpasch設(shè)計(jì)了一款打氣筒手電，但這款產(chǎn)品實(shí)用性不高，有諸多缺陷。例如該款打氣筒照明系統(tǒng)使用的電源只能靠打氣產(chǎn)生，而且發(fā)出的多余電源不能輸出利用。而我設(shè)計(jì)的這款的打氣筒，在綜合考慮了以上幾個(gè)問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)。 三 主要功能和性能指標(biāo) 1、打氣功能：當(dāng)該產(chǎn)品作為打氣筒使用的時(shí)候，跟普通打氣筒并無(wú)差異，可以給美式氣門芯和英式氣門芯的自行車打氣，也可以給籃球、氣球等充氣，有三種氣嘴可供替換。 2、發(fā)電功能：在打氣筒推拉桿向下運(yùn)動(dòng)的過程中，完成打氣的作用，在打氣筒推拉桿向上運(yùn)動(dòng)的過程中，完成發(fā)電作用。 3、儲(chǔ)電功能：發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能儲(chǔ)存在鋰電池中。儲(chǔ)存的電能除給LED燈供電外，多余的電能可以給手機(jī)、MP3等小型用電器充電。鋰電池也可以接受220V家用電源的充電，電池充滿后可以作為移動(dòng)電源使用。 4、照明功能：打氣筒上端安裝有LDE照明裝置，由蓄電池提供電能。 四 設(shè)計(jì)方案 該打氣筒下端的氣筒部分與傳統(tǒng)打氣筒結(jié)構(gòu)一樣，主要?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)在于打氣筒的把手上。發(fā)電機(jī)系統(tǒng)、變壓電路、LED照明燈、USB接口、二相插頭等裝置都裝配在打氣筒的把手中。 為了便于裝配，首先把零部件裝配在一個(gè)芯子（即支撐架）上，然后把芯子裝入把手內(nèi)。 4.1 發(fā)電機(jī)系統(tǒng) 當(dāng)打氣筒推桿向上拉動(dòng)時(shí)，拉動(dòng)拉線，拉線帶動(dòng)齒輪和單向棘輪，然后帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)推桿向下推動(dòng)的時(shí)候，與拉線相連的回位彈簧（發(fā)條）將拉線收回。發(fā)出的電能經(jīng)過一個(gè)電壓放大電路儲(chǔ)存在蓄電池中。 發(fā)電機(jī)參數(shù)： 永磁鐵：厚度：4mm 直徑：16mm 磁感應(yīng)強(qiáng)度：0.4T (1T＝1N/A*m ) 釹鐵硼材料 線圈匝數(shù)N: 150匝 有效磁通面積：0.64*10^(-4)㎡ 根據(jù)公式： 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值：Em＝nBSω 計(jì)算可知，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到 8.3轉(zhuǎn)/秒時(shí)，就可以達(dá)到5V的充電電壓。 4.2 儲(chǔ)能系統(tǒng) 由可多次充放電的小型鋰電池、通用二相插頭和220V轉(zhuǎn)5V變壓電路三部分組成。鋰電池既可以存儲(chǔ)發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能，又可接受220V家用電源的充電。 鋰電池容量：880mAh 電壓：3.7V 4.3 LED照明系統(tǒng) 在打氣筒末端安裝有LED燈，由蓄電池為其供電。 LED工作電壓: 2.0V -3.6V 工作電流: 20-30mA 4.4 電能輸出系統(tǒng) 由升壓板和通用USB接口組成?？梢酝ㄟ^蓄電池向外輸出能量，當(dāng)蓄電池在接受外部電源充電的時(shí)候，也可以直接用外部電源給用電器充電。 手機(jī)和MP3電池的電壓一般為3.7V，所以蓄電池需要先通過一個(gè)3.7V升5V的升壓電路，升到5V后再向外輸出。 DC-DC升壓模塊： 工作電壓:1.0V-5V 輸出電壓:5.2-5.5V 輸出電流:<=500mA 輸出方式:標(biāo)準(zhǔn)USB 五 工作原理及理論設(shè)計(jì)計(jì)算 法拉第電磁感應(yīng)定律： E＝n*dΦ/dt（普適公式）｛法拉第電磁感應(yīng)定律，E：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)(V)，n：感應(yīng)線圈匝數(shù)，dΦ/dt:磁通量的變化率｝ Em＝nBSω（交流發(fā)電機(jī)最大的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)）｛Em:感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)峰值｝ 利用晶體管的放大作用組成電壓放大電路： 六 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用 傳統(tǒng)打氣筒推拉桿向下移動(dòng)時(shí)對(duì)筒體內(nèi)氣體做功，完成打氣作用，做功效率較高，但推拉桿向上移動(dòng)時(shí)只是使推拉桿復(fù)位，做功效率較低，且傳統(tǒng)打氣筒只具有打氣功能，功能單一，不能滿足人們多種需求的需要。而這款新型打氣筒，在保證打氣這一基本作用的前提下，當(dāng)推拉桿向上移動(dòng)時(shí)，能順帶完成發(fā)電過程，提高了做功效率。 本結(jié)構(gòu)的發(fā)電打氣筒是通過內(nèi)置牽拉式做功發(fā)電結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能的，具有做功效率高，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上具有獨(dú)創(chuàng)性。 2011年國(guó)內(nèi)旅游人數(shù)預(yù)計(jì)將達(dá)到23億人次，這款設(shè)計(jì)新穎、集多種功能于一身的便攜式充電打氣筒將會(huì)成為眾多“驢友”的選擇。而且手動(dòng)發(fā)電的設(shè)計(jì)既能為用戶提供更方便又順應(yīng)當(dāng)前低碳環(huán)保的環(huán)境友好理念。 參考文獻(xiàn) [1] 秦增煌 電工學(xué)（第七版下冊(cè)）電子技術(shù) 高等教育出版社2009.6 [2] 范順成 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（多學(xué)時(shí)）第四版 機(jī)械工業(yè)出版社2007.8 [3] 唐增寶 常建娥 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)第三版 華中科技大學(xué)出版社2006.9 [4] 劉小年 郭克希 機(jī)械制圖（機(jī)械類、近機(jī)類）第一版 機(jī)械工業(yè)出版社 2008.4
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 設(shè)計(jì)思路: 隨著科技的發(fā)展，人們?nèi)粘Ｉ钪械挠秒娫O(shè)備越來(lái)越多，人們對(duì)于電的依賴性也越來(lái)越大。尤其是在戶外的時(shí)候，給用電設(shè)備充電是一大難題。我設(shè)計(jì)的這款便攜式充電打氣筒，在考慮了便攜的基礎(chǔ)上，通過對(duì)傳統(tǒng)打氣筒進(jìn)行改造，附加了“發(fā)電”這一功能。通過USB接口可以為手機(jī)、MP3等多種用電器充電。發(fā)出的電能還可以用來(lái)照明。 創(chuàng)新點(diǎn)： 針對(duì)傳統(tǒng)打氣筒做功效率較低、功能單一的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)合理，做功效率高，具有“發(fā)電”“照明”“儲(chǔ)能”功能，且操作方便的發(fā)電打氣筒。 技術(shù)關(guān)鍵： 對(duì)傳統(tǒng)打氣筒進(jìn)行改造，在傳統(tǒng)打氣筒把手中安裝有牽拉式做功發(fā)電裝置、儲(chǔ)能裝置、電能輸出裝置和LED照明裝置，在保證傳統(tǒng)打氣筒功能的前提下，使其具有“打氣”“發(fā)電”“照明”“儲(chǔ)能”等多項(xiàng)功能。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 項(xiàng)目背景： 打氣筒是日常生活中的常用工具，可是長(zhǎng)期以來(lái)固守著傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和式樣，存在做功效率較低、功能單一等缺陷。針對(duì)這一不足，設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)了這款可以發(fā)電的多功能打氣筒。目前國(guó)內(nèi)沒有類似的產(chǎn)品。 技術(shù)對(duì)比： 傳統(tǒng)打氣筒推拉桿向下移動(dòng)時(shí)對(duì)筒體內(nèi)氣體做功，完成打氣作用，做功效率較高，但推拉桿向上移動(dòng)時(shí)只是使推拉桿復(fù)位，做功效率較低，且傳統(tǒng)打氣筒只具有打氣功能，功能單一，不能滿足人們多種需求的需要。 而這款新型打氣筒，在保證打氣這一基本作用的前提下，當(dāng)推拉桿向上移動(dòng)時(shí)，能順帶完成發(fā)電過程，提高了做功效率。 本結(jié)構(gòu)的發(fā)電打氣筒是通過內(nèi)置牽拉式做功發(fā)電結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功能的，具有做功效率高，操作方便的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)出的電能除給打氣筒的照明裝置供電外，多余的電能可以輸出利用。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該作品為2011年度濰坊學(xué)院大學(xué)生研究訓(xùn)練計(jì)劃（SRTP）科研立項(xiàng)項(xiàng)目，并獲得資金支持。
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 暫無(wú)
作品可展示的形式
- 實(shí)物、圖紙、圖片、現(xiàn)場(chǎng)演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)： 1、在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上具有獨(dú)創(chuàng)性，能夠使用戶在進(jìn)行打氣過程時(shí)，同時(shí)完成發(fā)電過程。上拉發(fā)電，下推打氣。 2、發(fā)出的電能儲(chǔ)存在蓄電池中，一部分給LED燈供電，多余電能可以升壓后輸出，給手機(jī)、MP3等小型用電器供電。 3、蓄電池可以接受家用220V電源充電，電池充滿后可作為移動(dòng)電源使用。 推廣前景： 1、這款產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)尚美觀，集多種功能于一身，彰顯個(gè)性，兼具多種流行元素。 2、手動(dòng)發(fā)電的設(shè)計(jì)既能為用戶提供更方便又能順應(yīng)當(dāng)前低碳環(huán)保的環(huán)境友好理念。
同類課題研究水平概述
- 目前人們對(duì)于多功能方面的研究較少，國(guó)內(nèi)沒有類似產(chǎn)品。國(guó)外設(shè)計(jì)師Formpasch曾設(shè)計(jì)了一款打氣筒手電，但這款產(chǎn)品實(shí)用性不高，有諸多缺陷。例如該款打氣筒照明系統(tǒng)使用的電源只能靠打氣產(chǎn)生，而且發(fā)出的多余電源不能輸出利用。而我設(shè)計(jì)的這款的打氣筒，在綜合考慮了以上幾個(gè)問題的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了獨(dú)創(chuàng)的設(shè)計(jì)。當(dāng)打氣筒推桿向上拉動(dòng)時(shí)，拉動(dòng)拉線，拉線帶動(dòng)齒輪和單向棘輪，然后帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)推桿向下推動(dòng)的時(shí)候，與拉線相連的回位彈簧（發(fā)條）將拉線收回。發(fā)出的電能經(jīng)過一個(gè)電壓放大電路儲(chǔ)存在蓄電池中。
