基于人機工程學的橢圓機設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文中文摘要</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文外文摘要</b></p><p>　基于人機工程學的橢圓機設計摘要隨著社會的發(fā)展和科技的進步，未來的設計是基于研究和以三維造型為基礎的設計。在以后的設計中會更加多的加入人機工程學的內容，而人機工程學的研究也呈現(xiàn)出了很多嶄新的面貌，其定義的范圍也在不斷拓

2、展。本次設計是通過人機工程學與實際相結合，以Pro/E為基礎，結合人體尺寸來設計運動器材橢圓機的。其中大量的運用到Pro/E技術來設計，以實現(xiàn)橢圓機的三維造型。橢圓機的設計實現(xiàn)了在小范圍內達到科學鍛煉身體的目的，其操作簡單明了，噪音小，無污染，使用安全可靠。關鍵詞 橢圓機 人機工程學Pro/E軟件</p><p><b>　　目錄</b></p><p>

3、;<b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1人機工程學概論和Pro/ENGINEER軟件介紹1</p><p>　　1.1.1人機工程學概論1</p><p>　　1.1.2Pro/ENGINEER軟件介紹3</p><p>　　2橢圓機的理論設計4</p><p&g

4、t;　　2.1基于機械設計原理軸的設計（包括套筒的設計，軸承的選擇）4</p><p>　　2.1.1軸Ⅰ的結構設計4</p><p>　　2.1.2軸Ⅱ的結構設計6</p><p>　　2.1.3軸Ⅲ的結構設計7</p><p>　　2.2螺母的選擇及其主要尺寸9</p><p>　　2.3橢圓

5、機的人機工程設計9</p><p>　　2.3.1橢圓機的簡介及其設計要求9</p><p>　　2.3.2人體尺寸的選擇9</p><p>　　2.3.3踏板間距和踏板大小的確定11</p><p>　　2.3.4外觀及色彩設計12</p><p>　　3橢圓機三維模型的建立12</p&g

6、t;<p>　　3.1軸的三維模型形成13</p><p>　　3.2軸承的三維模型形成14</p><p>　　3.3墊圈的三維模型形成15</p><p>　　3.4螺母的三維模型形成15</p><p>　　3.5踏板的三維模型形成16</p><p>　　3.6底座及其連接部

7、分三維模型的形成17</p><p>　　3.7軸連接三維模型形成18</p><p>　　3.8桿連接部分三維模型的形成18</p><p>　　3.9軸三維模型的形成19</p><p>　　3.10桿連接三維模型的形成19</p><p>　　3.11橢圓機總裝配圖的三維模型20</p

8、><p><b>　　結論21</b></p><p><b>　　參考文獻22</b></p><p><b>　　致謝23</b></p><p>　　基于人機工程學的橢圓機設計</p><p><b>　　1引言</b>

9、</p><p>　　近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，生活質量不斷改善。越來越多居民的生活觀念由“力求溫飽”向“永保健康”轉變，以期擁有健康的體魄。達到高效學習，工作，實現(xiàn)享受生活并達到延年益壽。人們健康意識不斷高漲，促進了我國健身器材產業(yè)的飛速發(fā)展。</p><p>　　橢圓機作為一中重要的健身器材，其主要功能有增強人體肌肉力量，提高人體柔韌性和靈活性，增強人體平衡能力，改善血液循環(huán)

10、，可預防失眠。橢圓機的設計與人有著緊密聯(lián)系?，F(xiàn)代設計研究中與人機工程學聯(lián)系最大的研究之一，是在以用戶為中心的設計基礎上提出的。人與用戶雖然僅一字之差，卻反應了更加人性化的設計理念。用戶是一種使用，操作和完成任務的概念，“人”的概念比用戶的概念更強調人的全面需求，人的價值。因此，除了用戶參與這類研究方法以外，以人為中心的設計提出了將文化，文脈等因素全面地納入設計研究，形成了所謂的宏觀人際工程學。</p><p>　

11、　隨著社會的發(fā)展和科技的進步，未來的設計是基于研究和以三維造型為基礎的設計，國外許多著名的CAD軟件公司紛紛進入中國市場。未來的設計是以創(chuàng)新和創(chuàng)新力為核心設計，而設計創(chuàng)新在本質上是以人為中心的創(chuàng)新，設計是關于人的物質和精神生活的，所以，任何一項科學性的設計研究必然涉及人機工程學；同樣可視化設計，裝配設計，設計分析，運動仿真等方面的設計研究就要用到三維造型設計。</p><p>　　1.1人機工程學概論和Pro/

12、ENGINEER軟件介紹</p><p>　　1.1.1人機工程學概論</p><p>　　人機工程學的起源是由于人與物（工具）之間的關系變化。</p><p>　　傳統(tǒng)人機工程學的定義是：人機工程學研究人—機—環(huán)境系統(tǒng)中人、機和環(huán)境這三大要素之間的關系，為解決系統(tǒng)中人的作業(yè)效能、安全、生理和心理健康問題提供理論和方法。</p><p>　

13、　新的人機工程學定義：人機工程學是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的交互關系的一門科學，并運用其理論、原理、數(shù)據和方法進行設計，以優(yōu)化系統(tǒng)的工效和人的健康幸福之間的關系。也就是說，新的人機工程學的科學性定義是，研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的交互關系的一門科學。這種研究是建立在實驗科學的方法之上的，是系統(tǒng)地分析、實驗、研究和因果關系的假設和驗證。研究對象是系統(tǒng)中人與系統(tǒng)其他部分的交互關系。既要獲得最高的系統(tǒng)效率，又要保證人的健康舒適。新定義與傳統(tǒng)

14、定義見并沒有本質的區(qū)別，但更加強調了“交互”的概念，這符合人機工程學的發(fā)展趨勢。</p><p>　　根據國際人機工程學會的定義, 人機工程學(ergonomics) 是人機工程學是研究人在某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素; 研究人和機器及環(huán)境的相互作用; 研究在工作中、家庭生活中和休假時怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安全和舒適等問題的學科。人機工程學, 在美國有人稱之為人類工程學“HUM

15、AN ENGINEERING”, 人因工程學“HUMAN FACTORS ( ENGINEERING) ”, 在歐洲有人稱之為“ERGONOMICS”, 生物工藝學, 工程心理學, 應用實驗心理學以及人體狀態(tài)學等, 日本人稱之為“人間工學”。目前, 我國除使用上述名稱外,還有譯成工效學、宜人學、人體工程學、人機學、運行工程學、機構設備利用學、人機控制學等。人機工程學的命名已經充分體現(xiàn)了該學科是“人體科學”與“工程技術”的結合。實際上,

16、這一學科就是人體科學, 環(huán)境科學不斷向工程科學滲透和交叉的產物, 它是以人體科學中的人類學、生物學、心理學、衛(wèi)生學、解剖學、生物力學、人體測量學等為“一肢”;以環(huán)境科學中的環(huán)境保護學、環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境衛(wèi)生學、環(huán)境心理學、環(huán)境監(jiān)測技術等學科為“另一肢</p><p>　　美國二十一世紀信息技術計劃中的基礎研究內容為4 項: 軟件、人機交互、網絡、高性能計算機。其中, 人機建模研究在信息技術中被列為與軟件技術和計算機技

17、術等并列的六項國家關鍵技術之一,并被認為“對于計算機工業(yè)有著突出的重要性, 對其他工業(yè)也很重要”。美國國防關鍵技術計劃不僅把人機交互列為軟件技術發(fā)展的重要內容之一, 而且還專門增加了與軟件技術并列的人機界面這項內容。日本也提出了FPIEND21 計劃( Future Personalized Information Environment Development) , 其目標就是要開發(fā)二十一世紀個性化的信息環(huán)境。</p>

18、<p>　　我國人機工程學發(fā)展的基礎工作是在工業(yè)心理學和工程心理學的領域內開始的。20世紀30年代，清華大學開設了工業(yè)心理學課程?！豆I(yè)心理學概觀》（陳立，1935）是我國最早系統(tǒng)地介紹工業(yè)心理學的著作。70年代后期，人機工程學開始發(fā)展，其標志性發(fā)展是中國科學院心理學研究所、航天醫(yī)學工程研究所、空軍醫(yī)學研究所和杭州大學等分別建立了工效學或工程心理學研究機構。1989年成立了中國人類工效學協(xié)會（Chinese Ergonomic

19、s Society）。同時，在工業(yè)設計（industrial design）領域，人機工程學的發(fā)展幾乎與設計的發(fā)展是同步的，這成為我國人機工程學發(fā)展的特色之一。</p><p>　　1.1.2Pro/ENGINEER軟件介紹</p><p>　　Pro/ENGINEER（簡稱Pro/E）是美國參數(shù)技術公司推出的使用全參數(shù)化特征造型技術的大型CAD/CAM/CAE集成軟件，它的內容涵蓋了產

20、品從概念設計、工業(yè)造型設計、三維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出、生產加工成產品的全過程，廣泛應用于航空航天、汽車、機械、NC加工、電子等諸多行業(yè)。由于其強大而完美的功能，Pro/ENGINEER幾乎是CAD/CAM領域應用最廣的軟件。它在國外大學里已經成為工程類學生必修的專業(yè)課程，也成為工程技術人員必備的技術。</p><p>　　Pro/ENGINEER是一套由設計到生產的機械自動化軟件，是新

21、一代的產品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，是一套使用3D實體模型的設計工具，其最基本的實用功能就是構建零件的3D實體模型，其他功能都以此為基礎。Pro/ENGINEER的主要功能優(yōu)點歸納如下：</p><p>　　（1）工業(yè)設計（CAID）模塊</p><p>　　工業(yè)設計模塊主要用于對產品進行造型設計。在三維設計軟件產生以前，不制造出零件或模型，無法觀看零件的形狀，只能通

22、過二維平面圖進行想象。現(xiàn)在，用一些軟件可以生成實體模型，但生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用Pro/E生成的實體模型，不僅中看，而且相當管用。</p><p>　　（2）機械設計（CAD）模塊</p><p>　　機械設計模塊是一個高效的三維機械模塊，它可繪制任意復雜的零件。用Pro/E生成曲面僅需2~3步即可完成，如果和數(shù)控機床連接，可以生成數(shù)控程序，加工出美觀大方的產品。Pro

23、/E生成曲面的方法很多，如拉伸、旋轉、放樣、掃描、網絡、點陣等，因此使用它可以迅速建立任何復雜曲面。</p><p>　?。?）功能仿真（CAE）模塊</p><p>　　功能仿真模塊主要是指進行有限元分析。有限元分析使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件的內部受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎上，可以充分優(yōu)化零件的設計。</p><p>　?。?）制造（C

24、AM）模塊</p><p>　　在機械行業(yè)中用到的CAM制造模塊中的功能主要是NC Machining（數(shù)控加工）。</p><p>　　（5）數(shù)據管理（PDM）模塊</p><p>　　數(shù)據管理模塊是在計算機上對產品性能進行測試仿真，找出造成產品各種故障的原因，幫助設計師對癥下藥，排除產品故障，改進產品設計。它通過一定的機制保證了所有數(shù)據的安全及存取方便。<

25、/p><p>　　（6）數(shù)據交換（Geometry Translator）模塊</p><p>　　在實際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGNX、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據都難以被對方所識別。但在實際的工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據。這時幾何數(shù)據交換模塊就會發(fā)揮作用。</p><p>　　與眾多三維CAD軟件相比，功

26、能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是Pro/E的三大特點，使得Pro/E成為領先的、主流的三維CAD解決方案。Pro/E能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。Pro/E不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。</p><p>　　本文將基于人機工程學和機械設計的理論，對橢圓機這種室外健身器材的外形輪廓、色彩選擇、各部分參數(shù)等特征進行設計與確定；運用Pro/EN

27、GINEER軟件的各種相關的功能模塊對橢圓機各個零件、部件等進行三維建模設計，通過Pro/ENGINEER的三維建模功能對橢圓機的設計做出更加直觀、可視的設計與分析。這種基于人機工程學和機械設計理論，并運用Pro/E軟件對健身器材的設計研究已有較好的發(fā)展，這種方法也將適用其他工業(yè)產品的設計研究，對以后機械產品的設計研究、開發(fā)運用將提供一個很好的思路和方向，未來的設計將會更加可視化、直觀化、人性化。</p><p>

28、;　　2橢圓機的理論設計</p><p>　　2.1基于機械設計原理軸的設計（包括套筒的設計，軸承的選擇）</p><p>　　2.1.1軸Ⅰ的結構設計</p><p>　?。?）裝配方案，如圖2-1所示。</p><p><b>　　圖2-1 軸Ⅰ</b></p><p>　　（2）根據軸

29、向定位的要求確定各段軸的長度、直徑</p><p>　?、?為了滿足軸向定位要求，軸Ⅰ應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要，又要起到軸向定位的作用。AB軸段制造出有螺紋的形狀，取AB軸段總長=25㎜，非螺紋部分=10㎜，取螺紋部分長度為=15㎜，=M10，左端倒角為0.545°。</p><p>　?、?選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（GB/T 2

30、76-1994），參照工作要求并根據=17㎜，由軸承產品目錄中選取軸承代號6003，其尺寸為=17㎜35㎜10㎜，故BC段軸，=17㎜。</p><p>　?、?右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為=（0.07~0.1），取系數(shù)為0.1，因此，取=20.4㎜。</p><p>　?、?取右端DE段軸（類似螺栓頭）=5㎜，=30㎜，其端面具體尺寸如圖2-2所示。</p&g

31、t;<p>　　圖2-2 軸Ⅰ端面尺寸 </p><p>　?、?因為軸所裝的位置左右兩擋板的距離為145㎜，擋板厚度為4㎜，所以取軸肩段=5㎜。</p><p>　?、?為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，取=40㎜。</p><p>　?。?） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為0.5㎜，取軸端倒角為0.545°。</p>

32、<p>　?。?） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承?？紤]到軸承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉速非常?。ㄖ皇窃谝粋€較小的角度內轉動），故兩軸承間套筒的長度=（145+4-10-10-10-10）㎜=109㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜（滿足配合要求）；與擋板配合端套筒的長度=10㎜-4㎜=6㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜。</p><p>　　2

33、.1.2軸Ⅱ的結構設計</p><p>　?。?）裝配方案，如圖2-3所示。</p><p><b>　　圖2-3 軸Ⅱ</b></p><p>　?。?）根據軸向定位的要求確定各段軸的長度、直徑</p><p>　　① 為了滿足軸向定位要求，軸Ⅱ應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要，又要起到軸向定位的作用。AB軸

34、段制造出有螺紋的形狀，取AB軸段總長=15㎜，非螺紋部分=5㎜，取螺紋部分長度為=10㎜，=M10，左端倒角為0.545°。</p><p>　?、?選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（GB/T 276-1994），參照工作要求并根據=17㎜，由軸承產品目錄中選取軸承代號6003，其尺寸為=17㎜35㎜10㎜，故BC段軸，=17㎜。</p><p>　?、?/p>

35、 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為=（0.07~0.1），取系數(shù)為0.1，因此，取=20.4㎜。</p><p>　?、?取右端DE段軸（類似螺栓頭）=10㎜，=30㎜，其端面具體尺寸如圖2-4所示。</p><p>　　圖2-4 軸Ⅱ端面尺寸</p><p>　?、?因為軸所裝的位置左右兩擋板內側間的距離為45㎜，擋板厚度為4㎜，所以取軸肩段=5

36、㎜。</p><p>　?、?為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，故取=（45+8-10-4-1）=40㎜。</p><p>　?。?） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為0.5㎜，取軸端倒角為0.545°。</p><p>　?。?） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承?？紤]到軸承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉速非常

37、小（只是在一個較小的角度內轉動），故兩軸承間套筒的長度=（45+8-10-10-10-10）㎜=13㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜（滿足配合要求）；與擋板配合端套筒的長度=10㎜-4㎜=6㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜。</p><p>　　2.1.3軸Ⅲ的結構設計</p><p>　　（1）裝配方案，如圖2-5所示。</p><p><b&

38、gt;　　圖2-5 軸Ⅲ</b></p><p>　　（2）根據軸向定位的要求確定各段軸的長度、直徑</p><p>　?、?為了滿足軸向定位要求，軸Ⅲ應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要，又要起到軸向定位的作用。AB軸段制造出有螺紋的形狀，取AB軸段總長=15㎜，非螺紋部分=5㎜，取螺紋部分長度為=10㎜，=M10，左端倒角為0.545°。</p>

39、<p>　?、?選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（GB/T 276-1994），參照工作要求并根據=17㎜，由軸承產品目錄中選取軸承代號6003，其尺寸為=17㎜35㎜10㎜，故BC段軸，=17㎜。</p><p>　?、?右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為=（0.07~0.1），取系數(shù)為0.1，因此，取=20.4㎜。</p><p>

40、　?、?取右端DE段軸（類似螺栓頭）=5㎜，=30㎜，其端面具體尺寸如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-6 軸Ⅲ端面尺寸</p><p>　?、?因為軸所裝的位置左右兩擋板內側間的距離為96㎜，擋板厚度為4㎜，所以取軸肩段=5㎜。</p><p>　　⑥ 為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，故取=40㎜。</p><p>　?。?/p>

41、3） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為0.5㎜，取軸端倒角為0.545°。</p><p>　　（4） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承?？紤]到軸承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉速非常?。ㄖ皇窃谝粋€較小的角度內轉動），故兩軸承間套筒的長度=（96+8-10-10-10-10）㎜=64㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜（滿足配合要求）；與擋板配合端套筒的長度=10㎜

42、-4㎜=6㎜，內徑=17.5㎜，外徑=22.5㎜。</p><p>　　2.2螺母的選擇及其主要尺寸</p><p>　　由于軸端的螺紋=M10，考慮其連接和配合固定的要求，選擇Ⅰ型普通六角螺母（GB/T 6170 2000）。其主要尺寸為=M10，材料為鋼，螺紋公差為6H，表面不經處理。</p><p>　　2.3橢圓機的人機工程設計</p>&

43、lt;p>　　2.3.1橢圓機的簡介及其設計要求</p><p>　　橢圓機是利用人站立在踏板上，雙手緊握把柄，身體挺直，通過手臂曲伸及腳踏板反復的橢圓形運動達到鍛煉的目的。通過橢圓機的鍛煉可以增強肘關節(jié)、膝關節(jié)的柔韌性，促進血液循環(huán)，增強心肺功能，發(fā)展人體上、下肢及腰部肌群的力量。</p><p>　　橢圓機的基本設計要求為：</p><p>　　橢圓機的

44、結構尺寸符合鍛煉者的人體尺寸；</p><p>　　設計合理的結構形式和結構參數(shù)，保證橢圓機運動慣性舒暢；</p><p>　　橢圓機的運動負載符合力學原理。</p><p>　　除了上述運動功能設計要求外，還有外形美觀、符合運動心理學等設計要求。</p><p>　　2.3.2人體尺寸的選擇</p><p>　　為

45、了設計出符合人的生理和心理特點的橢圓機，使人們在健身運動時處于舒適的狀態(tài)和宜人的環(huán)境之中，以達到疲勞程度最低、效率最高和健身成效良好的目標。在設計橢圓機的主要構架時就充分考慮機械的使用范圍和人體各部的尺寸范圍，正確使用人體尺寸數(shù)據。人體各尺寸的比例關系，因不同種族、民族、國家和地區(qū)的人群而不同。因此，設計此產品時根據各地區(qū)人體尺寸差異來確定產品最優(yōu)結構參數(shù)。我國于1988年發(fā)布了《中國成人人體尺寸》國家標準(GB/T10000～1988

46、)，該標準根據人機工程學要求提供了我國成人人體的基礎數(shù)據，因此，在設計橢圓機時，這方面應得到充分考慮。</p><p>　　根據表2-1可知中國六個區(qū)域人體尺寸相差不大，故設計的橢圓機尺寸應滿足大多數(shù)人的健身要求。橢圓機屬于男、女通用的產品，可用男性18～60歲年齡組的第95百分位數(shù)和女性18～55歲年齡組的第5百分位數(shù)，作為尺寸上下限的依據，它考慮了絕大多數(shù)的使用群體。</p><p>

47、　　表2-1 中國六個區(qū)域人體尺寸的均值和標準差</p><p>　　表2-2 我國成年男女人體部分功能尺寸 （單位：mm）</p><p>　　2.3.3踏板間距和踏板大小的確定</p><p>　　根據人機工程學原理，不自然的姿勢會影響人的平衡感，甚至人體會失去平衡，故設計應考慮人體在運動過程中保持姿勢的舒適。為此，要控制運動時兩腳之間的距離，即橢圓機的踏板間

48、距。踏板間距太大，對使用者而言，其健身運動的方式就不自然，容易出現(xiàn)對臀部和下背部的壓迫和損傷。</p><p>　　圖2-7 踏板示意圖</p><p>　　踏板材料選用鋼板，長度350㎜，寬度為150㎜，高度為30㎜。其截面的具體形狀如圖2-7所示。</p><p>　　2.3.4外觀及色彩設計</p><p>　　產品給人的第一印象中，

49、色彩占80％ ，造型占20％。熟悉產品之后，兩者各占50％。而好的色彩往往有先聲奪人之功效，在設計中不可忽視。健身器材整體的色彩、操縱部件的色彩及工作場所的色彩都對人的生理和心理產生很大影響。色彩生理因素包括色彩與聲音、色彩與味覺、色彩與形狀；心理因素包括色彩的嗜好、色彩的聯(lián)想、色彩的象征等范圍。對產品進行色彩設計時，應注重運用色彩的生理學、心理學等相關科學理論，考慮產品的不同使用者、不同場合、不同地點等因素要求，科學地選擇色彩，正確地

50、使用色彩，充分發(fā)揮色彩的視覺心理作用，為人們創(chuàng)造一個良好的色彩環(huán)境，從而提高人們活動和健身效率。色彩配置一般不超過4種，太多太雜使人產生花俏、雜亂的感覺。合理利用色彩對人們心理的影響，可以使用戶第一眼就對產品產生一種信任感。</p><p>　　產品設計不僅是功能、性能等技術設計，還融合了外觀造型設計。而產品外觀部件的位置、尺度比例、色彩、材質、裝飾等都會在使用者心中產生不同感受，或明朗、愉快，或沉悶、壓抑，影響

51、人的情緒，產生冷暖感、興奮感、平靜感、輕重感、大小感與疲勞感等，進而影響產品功能的發(fā)揮和使用積極性。</p><p>　　橢圓機主要構架的設計用材都選用圓形鋼管。色彩的感覺是指人對色彩的直覺。人對色彩的冷暖感基本取決于色調；色彩的輕重感主要取決于明度；暖色、高明度的色彩有膨脹感；冷色、低明度的色彩有收縮感。無色彩中白色最有膨脹感，黑色最有收縮感。故橢圓機在色彩方面主要使用紅、黃、藍三種常見顏色，讓人感到平靜、舒服

52、、輕松，不會讓人感到沉重、壓抑以及影響人的情緒等。</p><p>　　3橢圓機三維模型的建立</p><p>　　Pro/ENGINEER是一款功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件系統(tǒng)，作為一種基于三維建模的實體造型工具，其設計過程實際上和零件形體分析的過程相似，是將若干簡單形體按照一定的相對位置進行堆積或挖切形成的。實體形成過程中，有些是在基本形體的基礎上加材料，有些是減材料，最后形成

53、符合要求的形體。Pro/ENGINEER可以拉伸、旋轉、掃描、等特征形式形成實體。</p><p>　　3.1軸的三維模型形成</p><p>　　因為橢圓機所用到的五根軸的基本外形相似，在此選擇軸Ⅱ作為代表建立三維模型。用Pro/ENGINEER繪圖時，首先要設置工作目錄，此后將不再敘述。</p><p>　?。?） 軸Ⅱ的基本參數(shù)</p><

54、;p>　　=15㎜，=10㎜；=40㎜，=17㎜；=5㎜，=20.4㎜；=5㎜，=30㎜。其中螺紋部分=13㎜。其簡圖如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 軸Ⅱ示意圖</p><p><b>　　（2）三維模型建立</b></p><p>　　在Pro/ENGINEER中，階梯軸的形成比較容易實現(xiàn)。首先，新建一個零件圖并命名為“

55、zhou1”，“草繪”并選擇一個草繪平面，可以逐節(jié)“拉伸”形成，也可以完成軸的縱截面草繪，然后一次“旋轉”完成。圓角半徑為0.5㎜，兩端倒角為0.545º。</p><p>　　左端螺紋的形成。應用Pro/ENGINEER中的“螺旋掃描切口”命令，草繪旋轉軸和掃描軌跡并標注掃描軌跡線和旋轉軸間距為10㎜；然后在合適的位置草繪掃描截面即螺紋槽的尺寸，截面為邊長1.2㎜的等邊三角形，點擊“確定”按鈕完成掃描

56、截面的繪制；然后，輸入節(jié)距值為“2”，點擊螺旋掃描對話框中的“預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕，最后點擊“保存”按鈕保存所畫的圖形。</p><p>　　軸右端用“拉伸”命令。繪制所要切除部分的尺寸，兩側距圓心的距離為12㎜，所繪圖形把軸端的圓包括在內，點擊“確定”按鈕完成草繪；單擊“拉伸工具”命令按鈕，修改拉伸的深度為10㎜，然后，單擊“去除材料”按鈕完成；單擊“預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕完成

57、整個軸的三維模型建立，單擊“保存”按鈕。</p><p>　　軸的三維模型，如圖3-2所示。</p><p>　　圖3-2 軸的三維模型圖</p><p>　　3.2軸承的三維模型形成</p><p><b>　　軸承的基本參數(shù)</b></p><p>　　軸承代號為6003，基本尺寸為=17㎜

58、35㎜10㎜。</p><p><b>　　三維模型建立</b></p><p>　　軸承的建模是在完成外圈、內圈和其中一個滾珠后，在新建的陣列組中以一定的陣列關系，完成軸承的三維模型。</p><p>　　首先，新建一個零件圖并命名為“zhoucheng”，“草繪”并選擇一個草繪平面繪出軸承外圈和內圈和旋轉軸，標注尺寸并且修改尺寸，單擊“確定

59、”按鈕；單擊“旋轉工具”按鈕，“預覽”所建的模型確定無誤后單擊“確定”按鈕。</p><p>　　其次，繪制軸承內的小圓珠。之前先建立一個基準平面，單擊“基準平面工具”，選擇軸承的軸和一個合適的平面，選擇旋轉角度為45º，新建的基準平面系統(tǒng)默認為“DTM1”。在DTM1平面上草繪圓并修改尺寸。按住Ctrl鍵選擇DTM1平面和剛草繪的圓，長按鼠標右鍵，在下拉菜單中選擇“組”將所選項構建成一個組。</

60、p><p>　　最后，單擊所建的組并單擊鼠標右鍵，選擇“陣列”選項，修改角度和陣列的個數(shù)，完成操作，確定無誤后保存。建立的軸承的三維模型如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 軸承的三維模型圖</p><p>　　3.3墊圈的三維模型形成</p><p>　?。?） 墊圈的基本參數(shù)</p><p>　　內徑=10

61、.5㎜，外徑=20㎜，厚度=2㎜。</p><p>　?。?） 三維模型建立</p><p>　　建立一個零件圖并命名為“dianquan”，點擊“草繪”按鈕并選擇一個草繪平面，繪制兩個同心圓并修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草圖的繪制；然后，單擊“拉伸工具”按鈕，修改拉伸深度并單擊 “預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕完成操作。最后，單擊“保存”按鈕保存所繪的圖形。墊圈的三維模型如圖3

62、-4所示。</p><p>　　圖3-4 墊圈的三維模型圖</p><p>　　3.4螺母的三維模型形成</p><p>　?。?） 螺母的基本參數(shù)</p><p>　　=M12，=10.8㎜，=14.6㎜，=17.77㎜，=16㎜。</p><p>　　（2） 三維模型建立</p><p>

63、　　首先，新建一個零件圖并命名為“l(fā)uomu”，選取一個草繪平面并按照螺母的基本參數(shù)繪制一個正六邊形和一個螺母孔所需的圓，標注尺寸并修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪。</p><p>　　其次，單擊“拉伸工具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成。</p><p>　　最后，應用“螺旋掃描切口”選項，草繪旋轉軸和掃描軌跡并標注掃描軌跡線和旋轉軸間距；然后在

64、合適的位置草繪掃描截面即螺紋槽的尺寸，截面為邊長1.2㎜的等邊三角形，點擊“確定”按鈕完成掃描截面的繪制；然后，輸入節(jié)距值為“2”，點擊螺旋掃描對話框中的“預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕，最后點擊“保存”按鈕保存所畫的圖形。螺母的三維模型如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 螺母的三維模型圖</p><p>　　3.5踏板的三維模型形成</p><p

65、>　?。?） 踏板的基本參數(shù)</p><p>　　長度350㎜，寬度為150㎜，高度為10㎜，板厚為5㎜。</p><p>　?。?） 三維模型形成</p><p>　　新建一個零件圖并命名為“taban”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制踏板的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“拉伸工具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽

66、”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。踏板的三維模型如圖3-6所示。 </p><p>　　圖3-6 踏板的三維模型圖</p><p>　　3.6底座及其連接部分三維模型的形成</p><p>　　底座包含的各個零件的三維模型的形成與以前的過程大同小異，在此不作敘述。在此介紹由各個零件通過各種約束和配合，最后組裝成底座這一大的組件。</p&g

67、t;<p>　　圖3-7 底座及其連接部分的三維模型圖</p><p>　　首先，設置工作目錄，新建一個組件圖，單擊“將元件添加到組件”按鈕，在所存零件的文件夾中選擇“l(fā)an1”，單擊“確定”按鈕完成第一個零件的放置；再單擊“將元件添加到組件”按鈕，在所存零件的文件夾中選擇“l(fā)an2”，按照其所處底座的位置和相關的約束命令完成第二個零件的放置，在消息欄中將顯示“完全約束”。如果約束不正確或者不合適等

68、，在消息欄中也會顯示相應的消息，提醒操作者進行修改等。第三個零件及其他各零件的組裝過程與前面相似，按照以上的方法一次組裝，直到完成底座整個部件的組裝，最后保存。整個底座及與其連接部分的組裝圖如圖3-7所示。</p><p>　　3.7軸連接三維模型形成</p><p><b>　?。?）基本參數(shù)</b></p><p>　　長度260㎜，寬度

69、為65㎜，板厚為15㎜。</p><p>　?。?） 三維模型形成</p><p>　　新建一個零件圖并命名為“zhoulianjie”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制桿的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“拉伸工具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。三維模型如圖3-8所示。</p>

70、<p>　　圖3-8 軸連接的三維模型圖 </p><p>　　3.8桿連接部分三維模型的形成</p><p>　　新建一個零件圖并命名為“l(fā)ianjiegan”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制桿的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“拉伸工具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。三維模型如

71、圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 連接桿的三維模型圖Ⅰ</p><p>　　3.9軸三維模型的形成</p><p><b>　?。?）基本參數(shù)</b></p><p>　　長度120㎜，直徑為30㎜，螺紋長度40㎜。</p><p>　　（2） 三維模型形成</p>&

72、lt;p>　　新建一個零件圖并命名為“zhou”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制軸的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“旋轉”按鈕，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。三維模型如圖3-10所示。</p><p>　　圖3-10軸的三維模型圖</p><p>　　3.10桿連接三維模型的形成</p>

73、<p><b>　?。?）基本參數(shù)</b></p><p>　　長度830㎜，直徑為50㎜，孔直徑30㎜。</p><p>　?。?） 三維模型形成</p><p>　　新建一個零件圖并命名為“l(fā)ianjiegan”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制桿的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“拉伸工

74、具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。三維模型如圖3-11所示。</p><p>　　圖3-11桿連接的三維模型圖Ⅱ</p><p>　　3.11橢圓機總裝配圖的三維模型</p><p>　　圖3-12橢圓機總裝配圖的三維模型</p><p><b>　　結論</b>&

75、lt;/p><p>　　人機工程學是一門研究人、機、環(huán)境之間相互作用的新興前沿性學科，它將人、機和環(huán)境看成是一個相互作用、相互依存的具有特定目標的系統(tǒng)。將人機工程學原理應用于橢圓機的設計中，提出橢圓機的人機工程學設計準則，進一步完善了橢圓機的設計理論。當前，健身器材的使用越來越普遍。但是，我國的健身器材起步較晚，產品檔次和技術含量低，與世界先進水平相比還有較大差距。橢圓機的人機工程學設計準則的提出及其主要設計參數(shù)選擇

76、范圍的研究，Pro/ENGINEER軟件的三維建模、三維向二維的轉化和運動仿真等方法的運用，為橢圓機的設計提供了更加直觀、更加人性化的設計研究方法。而這種同樣的方法和理論也適用于類似工業(yè)產品的開發(fā)與設計，這種研究將是我國健身器材以及相關工業(yè)產品的人機工程設計趕超世界先進水平的前提研究工作。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 張峻

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