校園“抖腿”蓄能充電桌設計研究

林偉芬+顏軍+謝天佑

摘 要：利用很多學生喜歡“抖腿”這一習慣，設計一款“抖腿”蓄能充電桌，該產品結構簡單，利用曲柄搖桿機構配合磁生電設計，既可達到鍛煉放松的目的，也能實現能量的有效利用，為一些蓄電池充電，同時也能為呆板的學習生活提供一種樂趣。

關鍵詞：抖腿；曲柄搖桿；磁生電；充電

中圖分類號：TH122 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0122-02

引言

在很多場合，特別是大學校園里，很多學生總有一個習慣動作就是抖腿，在學習的時候、吃飯的時候和追劇的時候都會不由自主抖腿，各種場合的抖腿其實是一種習慣性的動作，很多時候都是無意識的行為，也沒有特定的目的。“抖腿”蓄能充電桌是一個充分利用了該習慣的產品，在使用該產品時，人在抖腿過程中，不但可以加快身體血液循環，放松身心，達到健身瘦腿的效果，同時還能通過機構的設計把機械能轉換成電能，可以對蓄電池和連接的其他電子產品充電。

1 “抖腿”蓄能充電桌的造型及結構原理

“抖腿”蓄能充電桌造型如圖1所示，該結構部分組成，如圖2所示。

在桌體底部放置踏板，踏板連接曲柄搖桿部分，人腿抖動一下，就帶動踏板上下來回運動一次，由連桿傳遞給曲柄，使得曲柄轉動一次。曲柄帶動主動輪盤轉動，經皮帶傳動，帶動從動輪盤轉動。不喜歡抖腿的人群也可單純用作腳踏，放松身體，符合人機工程學。

在磁生電部分，從動輪使得封閉的線圈切割磁場，電路中獲得感應電動勢。在外電路部分，當雙閘開關向燈泡一端閉合時，發電機為小燈泡供電。當開關合向另一端時，交流電在轉換為直流之后為蓄電池充電儲存電能。

2 “抖腿”蓄能充電桌的技術參數（見表1）

3 “抖腿”蓄能充電桌的設計計算

3.1 讓燈泡正常工作的踩踏次數

當腳勻速踩動踏板時，整個電路感應電動勢隨時間的變化如圖3所示。

假設腳踩動踏板，每踩一下，曲柄即轉一圈，則如果向讓燈泡正常工作，那么人每分鐘要踩54下踏板。

3.2 曲柄搖桿機構的踏板支撐鋼棍的強度校核

腳踏板下面的鋼棍采用Q235一級鋼，其許用應力為160MPa，該鋼棍為簡支梁，擬校核其抗彎強度。該鋼棍橫截面為直徑為16cm的圓，鋼棍長度為70cm，腳踏板與梁的兩個接觸點a、b均為梁的四等分點。

第一部分：繪制彎矩圖

（1）畫計算簡圖，腳踏板支撐鋼棍可以簡化為簡支梁，其受力分析圖如圖4所示。

（2）求支座反力

（3）繪制彎矩圖

綜上所述，該簡支梁滿足強度要求，該方案合理可行。

4 結束語

此款充電桌的結構合理，構思奇特，適合所有人群使用，喜歡抖腿的可以不斷抖腿產生機械能，不喜歡抖腿的人群也可以單純當作帶腳踏的課桌使用，緩解腿部張力。通過計算得知，此結構的“抖腿”蓄能充電桌可以在學生抖腿放松身心的同時，滿足為蓄電池和電子產品充電的功能需求，在校園中大量使用，可以有效緩解壓力，同時讓機械能得到有效利用，在課上和課下有效提升學習和生活的樂趣。

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