鞋底暖脚器设计开题报告.doc

1、- 1 - 毕业设计 开题报告 工业设计 鞋底暖脚器设计 一、选题的背景、意义 不同的时代有着自己独特的生活方式和理念，每个时代的人们都追求符合当时时代的生活最高境界。随着社会的发展， 人们的客观生活质量已经达到了一定的水平，物质条件对人们生活质量的影响已经逐渐弱化，而生活满意度则成为衡量人们生活质量的 重要指标 1。 随着地球环境的不断恶化，寒冷的冬天对每一个人都是一种“折磨”，特别是现在的学生。由于学习压力很重，很多学生都希望把更多的时间用于学习。所以他们平时都很少活动，基本上长时间都坐在课桌前学习。由于寒冷的天气，加上中国大部分学校的教室都没有安装空调，很多学生脚上都会冰冷，甚至生冻疮。

2、所以为他们设计一款暖脚器显得十分重要。 现在的保暖措施有很多，据了解电热暖脚器、 USB 暖脚器这两种最受大众喜爱。电热暖脚器将热量储存起来然后慢慢释放出来，以达到保温效果； USB暖脚器是一直需要外部电源提供能量，使得温度保持在 40 左右。它们虽然能满足人们的基本保暖要求。可是也有不足的地方，它们都需要外部电源进行供电。然而现在我国很多地方出现了拉闸限电等情况， 能源问题越来越突出 ， 能源危机迫在眉睫 。 在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世 界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题 2。 自 2003 年以来 ,低碳经济的概念的提出，我国经济的发展就提出了应遵循“

3、低能耗、低污染、低排放” 3 。由此看来，研究一款新型节能环保暖脚器前景还是非常广阔的。 二、相关研究的最新成果及动态 （一）现有的暖脚器 现在市场上流行的暖脚器有各式各样的，但总结下基本有以下两类：电热暖脚器、 USB 暖脚器。 1电热暖脚器 - 2 - 电热暖脚器 （见图 1-2） ，它由 金属 壳体、底座、电热元件和装饰外罩构成。壳体 放置在底座上，壳体侧面设有电器元件盒，盒内装有电源插孔、温控元件和指示灯。电热元件采用电 热管 ，环置在壳 体内 ，电热管的两个 电极 置入元件盒内，作为电源插头的电极柱。壳内及电热元件的周围填注 石蜡 储热 保温 。也可在壳体底面增加一网孔板，并在 板与

4、壳体底面之间的端头固定一个微型风机， 这种 暖脚器则为冬暖夏凉的暖 凉脚器 4。 此种暖脚器是将热量先储存起来，然后热量慢慢释放出来，已达到保温效果，热量有个衰减的过程。 2 USB 暖脚器 USB 暖脚器（见图 1-3） 采用远红外碳纤维发热，利用电能，以半导体碳基材料为发热体，将电能转换为以远红外线为主的热能，远红外发热体所产生的5m15m 的远红外辐射线（这种波长的远红外线是人体及一切生物所必需的）5，更容易对人们的皮肤和细胞组织产生共振，能渗透到皮肤及皮下组织深处，从而产生温热效应，改善血液循环，扩张毛血 管，排除微循环障碍，长期使用，能起到活血、通络、促进新陈代谢，使脚部皮肤细腻、延

5、缓衰老 。 USB 暖脚器需要通过 USB 连接 ，需要外部电源一直提供能量，使得鞋子内的温度保持在 40左右，高于人体温 3左右。 （二）人们追求更加健康的生活 随着人们自我保健意识的不断增强 , 人们已越来越重视自己的身心健康 。图 1-2 电热暖脚器 图 1-3 USB 暖脚器 - 3 - 2003年，国家统计局在全国十大城市做了一项调查，调查结果表明，在七年前 , 人们最向往的生活是经济富裕 , 而七年后的今天 , 人们最向往的生活转变为更偏重于身体健 康、心情舒畅 6。 随着社会经济的 发展 , 人们追求健康的方式也越来越丰富 , 对健康的认识也越来越深刻。“ 健身去” 正在成为人们

6、常挂在嘴上的一句话。体育场爆满 , 体育用品热销 , 健身房越开越多 , 健康项目越来越丰富，花钱买健康 , 用时间换健康 , 健康消费已经成为人们消费的新时尚。目前，人们追求健康的途径主要有健康饮食、休闲健身、治病预防两不误等方式。 健康是人类永恒的话题，人一生当中最大的拥有就是生命，最大的享受就是健康，追求健康，应该成为一种习惯，也贵在坚持 7。 英国一项新研究显示，即使在 60岁之后，人也可以通过采取健康的生活方式来减 少患心脏病和糖尿病的风险，追求健康永不为晚 8。 可见人们对健康的热衷已经远远超过了年龄的界限。可以说追求健康生活已经成为现代人们的一种业余爱好，在繁忙的工作后，来一段健

7、康小操，让自己精力充沛，迎接美好的每一天。人的健康是生命运动的过程，是一种积极的、动能追求 9。 暖脚器具有 对人体脚足部位进行按摩保健、加热、保温、理疗、促进血液循环、改善关节炎症状的多种功能和良好效果。将暖脚器与运动结合起来，将会带来意想不到的效果。 （三）能量收集 1 道路减速带发电 道路减速带发电装置，包括减速带、弹簧、马达、发电机 和蓄电池。所述弹簧设置于减速带正下方，并且该减速带与马达连接，所述马达与发电机相连接，所述发电机又与蓄电池连接，所述蓄电池再与地面路灯相连接。当车辆经过减速带时，该减速带被挤压而下沉，导致对马达做功，从而带动发电机发电，电能又通过蓄电池储存起来，晚上可以为

8、小区的路灯供电照明。而且，减速带的下沉，还减小了车辆的颠簸，既使乘客舒服又能够不损坏车身装备；减速带下方设置的弹簧可以帮助减速带恢复到地面 10。 2鞋子发电例子 在物理课上我们学过 能量 既 不能产生也不能消失，能量转换是指从一种形式- 4 - 转化为另一种形式或 着 是 从一个物体转移到另一个物体 上 ， 除了宇宙大爆炸可以使能量消失 11 。 发条收音机的发明者特雷沃尔 贝利斯想出了对行走时产生的能量加以利用的办法。他最新发明的装置将被放置在鞋子内，当使用者行走时，它能为移动电话或掌上电脑提供电力。最终他们注册了两项专利。第一个办法是采用压电装置。石英类材料在弯曲或受压时会释放电力，把它

9、们一层层叠起来，它们在受到脚的踏压时能产生足以给电池充电的电压和电流。第二个办法是采用安装在鞋子内的螺旋状线圈系统，它驱使液体以很高的压力流向一个发电结构，从而产生电力。从鞋子里拉出的 电线可以顺裤腿直接与移动电话机相连。该技术还可以用来为掌上电脑提供电力 12。 还有另一个鞋子发电设计： 通过社会需求调查与科学实验设计了绿色发电环保鞋 ， 旨在挖掘生产生活中的潜在能源，节约资源，方便人们在户外活动时（尤其在电源网络遭受破坏的灾区环境）的夜间照明、搜寻定位和对小功率用电器（手机、 MP3、 MP4、 iPod 音乐播放器等）的实时充电。本装置主要由压力发电模块、倍压模块、整流稳压模块，电能储蓄

10、模块、电能传输模块、照明模块、充电模块、信号发射与接收模块、电压绝缘模块和重力缓冲模块组成。利用人行走过程 中脚部上下位移的变化使线圈切割磁感线将重力做功转化为电能，实现夜间照明和对小功率用电器的充电。也可通过信号发射与接收装置，对被困人员进行搜救。该装置绝缘模块保护人体不受电压影响，缓冲气垫置于鞋底，让人们在活动时更加舒适、安全、便捷。 当人们行走或者跑步时，作用于地面的挤压力和反作用力会对鞋底产生上下起伏的位移，利用这种上下起伏的位移，带动永磁铁上下移动，使固定线圈内的软磁体不断改变磁极而达到切割线圈以产生电能的压力发电器。装配上倍压模块、整流滤波模块、可充电电池、发光元件、开关、小型插口

11、，然后安装在鞋子上做 成绿色发电环保鞋。再在鞋子里安装上信号发射装置，当人们遇到地震、洪涝等灾害时，便可即时发出求救信号，以便搜救人员进行搜救。只要人们在行走，便有电能产生。若每天步行 5 公里，则在这一周左右的时间里，所产生的电能便能够充满一块容量为 1050mAh 的手机电池。鞋内磁力缓冲装置，让人在活动中更加舒适 1317。 - 5 - 这几种设计都很巧妙， 道路减速带发电 利用了车辆对减速带的压力，把这种“ 破环力 ” 通过设计变成了 “ 有利力 ” 。鞋子发电则是将浪费的能量加以利用，提高了效率，节省了能源。这些方式值得我们去借鉴和学习。 三、课题 的研究内容及拟采取的研究方法（技术

12、路线）、难点及预期达到的目标 （一） 课题的研究内容 “低碳环保生活 ”(low-carbonlife)的呼声越来越高 18，如何更好的利用能源已经成为我们关注的重要内容，暖脚器的设计也是一样，要突破常规改变能量来源方式。 根据研究发现 目前市场上所销售的暖脚器 的优点有：一，起热快。因为是外部电源提供电量所以会 让你的双脚马上就会感到温暖 ； 二， 新颖时尚，款式多样 。发热装置在鞋底，鞋面就可以有很多不同的设计，卡通的，时尚的可以根据不同的人群进行设计。 虽然已有的暖脚器有很多优点但是 也存在 有很多的缺点和不足 ： 第一：使用不便。 一般都要依靠外部电源来供电。使用场所受到限制； 第二：

13、操作麻烦 。过程需要多个步骤； 第三： 不够低碳环保。需要外部电源供电； 第四： 保健功能有待改进。只是单纯的让脚暖和起来了，个体没有参与健身过程； 第五：不够安全。直接接触电源，安全性有待改进。 对于这些不足进行我的设计。人在走路时候，腿就会因抬起而具有对地面的重力势能，自然落下时这部分重力势能 就白白浪费掉了。我们一天走的路很很多，浪费掉的能量也是很大的，这个暖脚器就是要利用这部分机械能。 根据 人 走路能产生 势能用 电能的形式储存起来 ，鞋内有温度记量器，当 鞋内温度 低于 一定值 的时候散发热量来维持一个 恒温状态。这样就可以起到保暖效果，而且可以提醒大家要保持一定的运动时间，因为生

14、命在于运动。 这种鞋一般比较适合坐在教室上课的学生，以及长期坐在办公 室 的人使用。只要每次走上 几十 分钟，或者原地踏步或扭动，产生能量后，就可以维持半天甚至全天的保暖效果，因为，人体是可以产生热量的。 人体 产生热量的同时， 需要外界提供的能量- 6 - 就少了， 保温的功能更大，这样就能维持 脚的温暖了 。 （二）技术路线 暖脚器设计的一般过程如下： (1)选定课题，制定设计 计划； (2)进行市场调研，搞清现有产品的特点和优缺点和特定用户的需求， 如分类及技术特点、操作特点、产品优缺点等，分析人、产品、环境等关系，确定产品的设计定位，完成可行性论证报告； (3) 进行概念设计，草图设计

15、、初步确定造型方案、完成草模制作； (4) 完成产品设计，了解现有的生产工艺，完成产品的数字模型和工程图、产品效果图、 模型制作、版面制作和设计说明书。 （三）设计难点 在这个过程中，对暖脚器的工作原理研究是具有一定难度的，因为暖脚器的内部构造和发热装置很复杂，而且我要设计的暖脚器结构与现有的 结构不一样，要参考已有的设计，更需要自己去研究探索。需要了解原理，做出合理的方案。 （四）预期达到的目的 1、文献综述 一篇 2、翻译每篇 2000 单词以上的相关外文资料两篇 3、开题报告 一篇 4、设计草图方案 10 个以上 5、计算机辅助设计效果图 6、工程图 7、模型 8、高 120厘米，宽 9

16、0厘米竖构图毕业设计展版一幅 JPG格式，精度 150 bpi 以上。图面上应以简体中文和英文标出院校名称、作品名称、作者名称、指导教师名称。 9、设计报告书 10、毕业设计展版 11、毕业设计答辩幻灯 四、 论文详细工作进度和安排 - 7 - 1、在 2010 年 12 月 13 日前完成市场调研，并完成文献综述初稿。 2、在 2010 年 12 月 27 日前完成相关外文资料的翻译、开题报告初稿。 3、在 2011 年 1 月 9 日前完成外文资料翻译、文献综述、开题报告。 4、在 2011 年 2 月 28 日前完成设计草图。 5、在 2011 年 3 月 14 日前优化并确定设计方案。

17、 6、在 2011 年 3 月 28 日前完成计算机辅助设计效果图初稿。 7、在 2011 年 4 月 11 日前完成计算机辅助设计效果图定稿。 8、在 2011 年 4 月 18 日前完成产品工程图。 9、在 2011 年 5 月 9 日前完成设计报告书初稿、模型制作。 10、在 2011 年 5 月 16 日前完成设计报告书定稿、毕业设计展版制作。 11、在 2011 年 5 月 19 日前完成毕业设计答辩幻灯资料。 五、主要参考文献 1任娜 . 生活质量主观指标研究 一项关于城市居民生活质量的调查 D. 湖北：武汉大学社会学专业， 2005 2百度百科 .能源 OL.（ 2010.12.

18、19） http:/ 3 XIE, Low Carbon Economy and Energy Technologies for a Low Carbon Future J. Energy Sources Part A: Recovery, Utilization & Environmental Effects, 2010-01, 31 （ 18）： 1593-1597 4陈独愚 . 节能电热暖脚器 P. 中国 :91214450.5, 1991-11-27 5百度百科 .USB 保暖鞋 OL.（ 2010.12.21）http:/ 6卢自润 .追求健康享受生命 J. 现代养生 ， 2003，

19、 1（ 02）： 01 7李晓霞 .追求健康当成为一种习惯 健康保健系列谈 J.养生大世界 ,2007,(09):52-53 8马丽 . 研究显示：追求健康永不为 晚 OL.（ 2007-01-10）http:/ 9郑万翔 .道路减速带发电装置 P.中国 :200920066462,2009-01-05 10发明与革新 .会发电的鞋子 OL.( 2000-01-09) http:/ 8 - ocno=75451 11田珊 .体育运动与人的健康素质初探 J.体育与科学 , 2003-03， 24（ 2） :01 12秦曾煌 .电工技术 M.高等教育出版社， 2009 13王兆安 .黄俊 .电力电子技术 M.机械工业出版社， 2000 14冯玉生 .李宏 .电力电子变流装置典型应用实例 M.机械工业出版社，2008.3 15夏德钤 .自动控制理论 M.机械工业出版社， 2000.5 16冯嘉雪 .发展可再生能源：优化中国能源结构的必然选择 J.产经网 -中国工业报， 2004， 7（ 7）： 257-258 17顾树华 ,张希良 ,王革华 .能源利用与可持续发展 M.北京能源出版社，2001