校园“抖腿”蓄能充电桌设计研究

林伟芬+颜军+谢天佑

摘 要：利用很多学生喜欢“抖腿”这一习惯，设计一款“抖腿”蓄能充电桌，该产品结构简单，利用曲柄摇杆机构配合磁生电设计，既可达到锻炼放松的目的，也能实现能量的有效利用，为一些蓄电池充电，同时也能为呆板的学习生活提供一种乐趣。

关键词：抖腿；曲柄摇杆；磁生电；充电

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）32-0122-02

引言

在很多场合，特别是大学校园里，很多学生总有一个习惯动作就是抖腿，在学习的时候、吃饭的时候和追剧的时候都会不由自主抖腿，各种场合的抖腿其实是一种习惯性的动作，很多时候都是无意识的行为，也没有特定的目的。“抖腿”蓄能充電桌是一个充分利用了该习惯的产品，在使用该产品时，人在抖腿过程中，不但可以加快身体血液循环，放松身心，达到健身瘦腿的效果，同时还能通过机构的设计把机械能转换成电能，可以对蓄电池和连接的其他电子产品充电。

1 “抖腿”蓄能充电桌的造型及结构原理

“抖腿”蓄能充电桌造型如图1所示，该结构部分组成，如图2所示。

在桌体底部放置踏板，踏板连接曲柄摇杆部分，人腿抖动一下，就带动踏板上下来回运动一次，由连杆传递给曲柄，使得曲柄转动一次。曲柄带动主动轮盘转动，经皮带传动，带动从动轮盘转动。不喜欢抖腿的人群也可单纯用作脚踏，放松身体，符合人机工程学。

在磁生电部分，从动轮使得封闭的线圈切割磁场，电路中获得感应电动势。在外电路部分，当双闸开关向灯泡一端闭合时，发电机为小灯泡供电。当开关合向另一端时，交流电在转换为直流之后为蓄电池充电储存电能。

2 “抖腿”蓄能充电桌的技术参数（见表1）

3 “抖腿”蓄能充电桌的设计计算

3.1 让灯泡正常工作的踩踏次数

当脚匀速踩动踏板时，整个电路感应电动势随时间的变化如图3所示。

假设脚踩动踏板，每踩一下，曲柄即转一圈，则如果向让灯泡正常工作，那么人每分钟要踩54下踏板。

3.2 曲柄摇杆机构的踏板支撑钢棍的强度校核

脚踏板下面的钢棍采用Q235一级钢，其许用应力为160MPa，该钢棍为简支梁，拟校核其抗弯强度。该钢棍横截面为直径为16cm的圆，钢棍长度为70cm，脚踏板与梁的两个接触点a、b均为梁的四等分点。

第一部分：绘制弯矩图

（1）画计算简图，脚踏板支撑钢棍可以简化为简支梁，其受力分析图如图4所示。

（2）求支座反力

（3）绘制弯矩图

综上所述，该简支梁满足强度要求，该方案合理可行。

4 结束语

此款充电桌的结构合理，构思奇特，适合所有人群使用，喜欢抖腿的可以不断抖腿产生机械能，不喜欢抖腿的人群也可以单纯当作带脚踏的课桌使用，缓解腿部张力。通过计算得知，此结构的“抖腿”蓄能充电桌可以在学生抖腿放松身心的同时，满足为蓄电池和电子产品充电的功能需求，在校园中大量使用，可以有效缓解压力，同时让机械能得到有效利用，在课上和课下有效提升学习和生活的乐趣。

参考文献：

[1]郝特，张文闻.解码产品设计过程——外观与结构[J].艺术与设计，2008（05）：163-165.

[2]黄帆.曲柄摇杆机构的运动分析研究[J].科技视界，2016（01）：201-240.

[3]陶来华，段永刚，何理瑞.一种多功能课桌的设计[J].科技视界，2016（08）：242-228.

[4]孙珊珊.浅谈学校课桌椅设计[J].艺术与设计，2011（08）：134-135.

[5]沈洁.产品基础形态设计[M].中国轻工业出版社，2007（3）：12-14.endprint