杨俊茹,任保飞,孙绍帅,赵 姗

（山东科技大学机械电子工程学院,山东 青岛266590）

1 引言

当前的能源危机和环境污染已经逐渐影响到人类的生存和社会的发展。电动自行车的出现不但缓解了道路交通和自然环境的压力，而且降低了能源的消耗。但电动自行车还存在着一系列亟待解决的问题，例如续航里程短、电池寿命短、废弃的蓄电池对水和土壤污染严重等。利用涡卷弹簧受载收紧时将机械能转变为变形能储存，卸载时又能够将储存的变形能转变为机械能或动能的特点，将其与发电机结合直接发电取代蓄电池充放电来给电动自行车提供动力，这可以极大程度地摆脱废弃蓄电池对环境的危害。相较于其他储能方式，弹簧储能具有无污染、结构简单、成本低廉、转换效率高并且可控性好等优点。目前，将储能弹簧应用于电动自行车的发电机上的技术以及针对涡卷弹簧受力问题研究的文献比较少。文献［1］利用ANSYS分析了涡卷弹簧的最大等效应力，并进行了疲劳分析；文献［2］利用圆渐开线作为弹簧的型线，利用有限元法分析其刚度的变化；文献［3］利用ANSYS Workbench对微电机电刷用涡卷弹簧进行了优化设计；文献［4］对张力补偿装置中的涡卷弹簧进行了失效分析，并利用ABAQUS对其进行了模拟仿真；文献［5］利用workbench模拟出涡卷弹簧旋转一定角度时的应力分布，拟合出旋转165°时旋转角度与末端受力的关系曲线；文献［6］将涡卷弹簧应用到双足机器人的腿部来提供前进动力，同时实现了腿部关节单向旋转；……