CN206972452U - 一种振动发电减震器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种振动发电减震器，属于减震器领域，将车辆在行驶过程中会产生的运动形式为铅垂方向上的往复振动传递到齿条，通过齿轮齿条的啮合作用，将振动的往复铅垂运动转化为往复的旋转运动；接着通过单向轴承的作用，将往复的旋转运动转化为单向旋转运动；然后此单向旋转运动通过发电机的主轴，驱动发电机进行单向旋转运动，从而进行发电。本实用新型能回收车辆由于振动消耗的机械能，并转化成电能，增强了车辆的续航能力。
Description
技术领域
本实用新型涉及减震器领域，具体涉及到一种振动发电减震器。
背景技术
现今，随着电动车核心技术的突破，我国正逐步发展由电动车代替燃油车。现已开发出了不同的电动小轿车、电动公交车、电动面包车、电动货车等，并已逐步投入市场。目前国内外电动车市场容量数量庞大，年产销量逐年递增，我国政府加大了投入力度、扶持力度，不难预料，未来几年我国或将成为全球最大的电动车市场。同时，在能源、环境形势日益严峻的今天，电动车因其清洁、节能的显著优势，成为世界各国与地区都倍加重视的新兴产业。所以，电动车产业将是一个真正的朝阳产业，具有广阔的市场潜力和发展空间。电动车产业的发展，终将会为人类居住净化环境做出贡献。
但是，目前市场上使用的电动车续航能力较短，一次充电后的续驶里程一般为50～100km，不能行驶较远的行程，这成为电动车急需解决的问题。另一方面，由于国内公共场所电动车充电桩尚未普及，在行程中不能充电是电动汽车所面临的一大难题，严重影响了电动车的出行。目前市面上的减震器主要是专注于着承载和支撑车身，减少振动幅度，提高车辆的安全性能，附带回收利用电动车振动能量的减震器比较少。由于电动车的机械振动，消耗了许多电能，如果能回收利用电动车振动所损耗的能量，将损耗的机械能回收转化为电能二次利用，对于提高电动车的续航能力有显著的意义。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种振动发电减震器，回收车辆由于振动消耗的机械能并转化成电能，以此来增强车辆的续航能力。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：
一种振动发电减震器，所述减震器的主体为一根齿条，齿条的下部设有挡片，用于承载弹簧，齿条的底部设有安装用的通孔，齿条的上部设有直齿；
减震器外壳承载于弹簧的上部，所述减震器外壳内部贯穿有轴，所述轴通过轴承与减震器外壳固定；轴的中部固定有圆柱直齿轮，圆柱直齿轮与齿条的上部互相啮合；
轴上圆柱直齿轮的一侧通过第一单向轴承连接有第一圆锥齿轮，另一侧通过第二单向轴承连接有第二圆锥齿轮；第一单向轴承和第二单向轴承的自由转动方向相反；
减震器外壳的侧面固定连接有发电机，发电机的转动轴的端部连接有第三圆锥齿轮，第三圆锥齿轮与第一圆锥齿轮啮合，第三圆锥齿轮同时也与第二圆锥齿轮啮合；
所述减震器外壳的顶部还设有一个支出部，支出部上设有安装用的通孔。
根据上述方案，所述弹簧的弹簧丝直径为6mm，弹簧外径为54mm，弹簧内径为42mm，有效圈数为7.5，自由高度为130mm。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：能回收车辆由于振动消耗的机械能，并转化成电能，增强了车辆的续航能力；并且，由于车辆在行驶过程中会产生振动，减震器会实时将振动能转化成电能，解决电动车辆在行驶过程中不能充电的难题，为出行提供了方便；同时，该振动发电的减震器会减少人们对电动车辆的充电次数，节省电能。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是图1中的G-G剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明，图中各标号的释义为：1-轴承，2-轴，3-减震器外壳，4-圆柱直齿轮，5-齿条，6-弹簧，7-第一圆锥齿轮，8-第一单向轴承，9-第二圆锥齿轮，10-第二单向轴承，11-第三圆锥齿轮，12-发电机。
本实用新型所述减震器的主体为一根齿条5，齿条5的下部设有挡片，用于承载弹簧6；齿条5的底部设有安装用的通孔；齿条5的上部加工有直齿。
减震器外壳3承载于弹簧6的上部。所述减震器外壳3内部贯穿有轴2，轴2通过轴承1与减震器外壳3固定。轴2的中部固定有圆柱直齿轮4，圆柱直齿轮4与齿条5的上部互相啮合。轴2上圆柱直齿轮4的一侧通过第一单向轴承8连接有第一圆锥齿轮7，另一侧通过第二单向轴承10连接有第二圆锥齿轮9。第一单向轴承8和第二单向轴承10的自由转动方向相反。
减震器外壳3的侧面固定连接有发电机12，发电机12的转动轴的端部连接有第三圆锥齿轮11，第三圆锥齿轮11与第一圆锥齿轮7啮合，第三圆锥齿轮11同时也与第二圆锥齿轮9啮合。
所述减震器外壳3的顶部还设有一个支出部，支出部上设有安装用的通孔。
本实用新型是利用车辆行驶过程中产生的振动来发电的。下面分别讨论齿条5相对减震器外壳3向上运动和相对向下运动时系统的运行情况。
当齿条5相对减震器外壳3向上运动时，齿条5带动圆柱直齿轮4逆时针转动，此时第二单向轴承10锁死，第一单向轴承8处于自由转动状态。圆柱直齿轮4将带动第二圆锥齿轮9逆时针转动，随之通过第三圆锥齿轮11带动发电机12正向旋转进行发电。此时由于第一单向轴承8处于自由转动状态，第一圆锥齿轮7将被第三圆锥齿轮11带动从而顺时针转动。
当齿条5相对减震器外壳3向下运动时，齿条5带动圆柱直齿轮4顺时针转动，此时第一单向轴承8锁死，第二单向轴承10处于自由转动状态。圆柱直齿轮4将带动第一圆锥齿轮7顺时针转动，随之通过第三圆锥齿轮11带动发电机12正向旋转进行发电。此时由于第二单向轴承10处于自由转动状态，第二圆锥齿轮9将被第三圆锥齿轮11带动从而逆时针转动。
下面对弹簧6的性能参数及单个减震器的发电量进行简单计算。
一、弹簧的性能参数计算
减震器的减震性能在很大程度上与弹簧6的材料、外径、内径、旋绕比等因素有关。在弹簧6的选型上，我们由以下计算过程来确保减震器的减震可行性：
查阅文献可知：减震器常用弹簧钢60Si2Mn制成，60Si2Mn材料的力学参数如下：
弹性模量E＝206×103MPa；
切变模量G＝78.5×103MPa；
密度ρ＝7.85g/cm3。
假定电动车额定承载2人，以及车本身的质量，估计一个弹簧的载荷变化范围为：240N～720N，即最大应力F1＝720N，最小应力F2＝240N；振动频率约10Hz；弹簧的高度变化范围为：85mm～115mm，即最大高度H1＝115mm,最小高度H2＝85mm。
根据本装置中弹簧的工作条件，可知弹簧受I类工作载荷，经查阅机械设计手册得到弹簧的许用切应力值为：[τ]＝530MPa。
初选旋绕比C＝8。
①弹簧丝的直径计算
弹簧的曲度系数
弹簧丝的直径
所以，当弹簧丝直径选用6.00mm时，可满足要求。
则弹簧的中径：D＝Cd＝8×6＝48(mm)。
②弹簧刚度和有效圈数的计算
弹簧的刚度
有效圈数其中f＝H1-H2，F＝F1-F2；通过经查阅机械设计手册，我们取n＝7.5。
③弹簧的几何参数计算
弹簧外径D2＝D+d＝48+6＝54(mm)；
弹簧内径D1＝D-d＝48-6＝42(mm)；
载荷为240N时的变形量
弹簧自由高度H0＝H1+f1＝115+15＝130(mm)。
④弹簧的稳定性校核
查阅相关资料，对于两端固定弹簧，弹簧的高径比≤5.3。
弹簧的高径比
所以该弹簧满足稳定性要求。
⑤共振验算
弹簧的自振频率
强迫振动频率fr＝10Hz；
则
在实际工程应用中，弹簧的自振频率与强迫振动频率之比应大于10。
所以，该弹簧满足要求。
综上，我们选定的弹簧6的参数为：
弹簧丝直径：6mm；
弹簧外径：54mm；
弹簧内径：42mm；
弹簧有效圈数：7.5；
自由高度：130mm。
二、振动发电量的计算
本实用新型将双向运动转化为单向运动，故输出的电压波形均为单向直流电压。假设路况正常时，电动车以20Km/h的速度行驶，发电机12的振幅A约为4mm，取弹簧6的固有频率f＝10Hz，第一圆锥齿轮7或第二圆锥齿轮9的半径r＝10mm。
齿条5的移动速度为
第一圆锥齿轮7或第二圆锥齿轮9的转动角速度为
第一圆锥齿轮7或第二圆锥齿轮9的转速为
由于该装置为二级传动，由两级齿轮的速度关系，可求得次级齿轮即第三圆锥齿轮11的运动速度：
行星增速转动，转动比为20:1，即第一圆锥齿轮7或第二圆锥齿轮9与第三圆锥齿轮11的传动比为20:1，所以，次级齿轮运动速度n2＝n1×20＝1528r/min；由此得出发电机12的转速为1528r/min。
第一圆锥齿轮7或第二圆锥齿轮9的转速与发电功12率可近似为正比关系，查找发电机12的参数，转速为1528r/min时发电机功率约为P＝4.13W。
综上，单个本实用新型所述的减震器的发电功率约为4.13W。
本实用新型可应用在电动自行车、电动摩托车、电动汽车等多型号电动车辆上，可安装于电动车辆的前轮或后轮，适用性强，减震性能优越，并且可以量化生产。本实用新型能够高效回收电动车辆振动所损耗的机械能，并且可以一边行驶一边产生电能，实时回收电能，且回收电能时间长，效率高，可显著提高电动车辆的续航能力。
Claims (2)
1.一种振动发电减震器，其特征在于：所述减震器的主体为一根齿条(5)，齿条(5)的下部设有挡片，用于承载弹簧(6)，齿条(5)的底部设有安装用的通孔，齿条(5)的上部设有直齿；
减震器外壳(3)承载于弹簧(6)的上部，所述减震器外壳(3)内部贯穿有轴(2)，所述轴(2)通过轴承(1)与减震器外壳(3)固定；轴(2)的中部固定有圆柱直齿轮(4)，圆柱直齿轮(4)与齿条(5)的上部互相啮合；
轴(2)上圆柱直齿轮(4)的一侧通过第一单向轴承(8)连接有第一圆锥齿轮(7)，另一侧通过第二单向轴承(10)连接有第二圆锥齿轮(9)；第一单向轴承(8)和第二单向轴承(10)的自由转动方向相反；
减震器外壳(3)的侧面固定连接有发电机(12)，发电机(12)的转动轴的端部连接有第三圆锥齿轮(11)，第三圆锥齿轮(11)与第一圆锥齿轮(7)啮合，第三圆锥齿轮(11)同时也与第二圆锥齿轮(9)啮合；
所述减震器外壳(3)的顶部还设有一个支出部，支出部上设有安装用的通孔。
2.根据权利要求1所述的一种振动发电减震器，其特征在于：所述弹簧(6)的弹簧丝直径为6mm，弹簧外径为54mm，弹簧内径为42mm，有效圈数为7.5，自由高度为130mm。
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