畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多功能健身器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　多功能健身器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　摘 要：隨著世界城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意識(shí)逐漸 增強(qiáng)，健身也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分。健身器的出現(xiàn)尤其是室內(nèi)健身器材起到了足不出戶(hù)也可以鍛煉身體的作用。然而，現(xiàn)有的健身器一般都功能單一，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只能對(duì)身體單一部位進(jìn)行鍛煉，滿(mǎn)足不了健身者對(duì)多方面健身的要求，直接影響了生產(chǎn)

2、企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為此，該課題提出設(shè)計(jì)一部用多功能健身器，以適應(yīng)市場(chǎng)需求。本文主要對(duì)多功能健身器從實(shí)際健身者需求著手，意在實(shí)現(xiàn)健身的大眾化、多功能化，一機(jī)多用，為消費(fèi)者減少經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。本課題介紹了多功能健身器的基本特征，介紹了多功能健身器的構(gòu)成，工作原理。指出了多功能健身器的主要內(nèi)容，綜述了多功能健身器研究現(xiàn)狀，比較設(shè)計(jì)出市場(chǎng)所需求的家庭多功能健身器產(chǎn)品類(lèi)型。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：鍛煉；多功能；健身器；機(jī)構(gòu)

3、</p><p>　　Multifunctional body-building device design </p><p>　　Abstract: With the development of economy of world cities and rapid improvement in people's living standard, city residents

4、9; health consciousness gradually strengthened, fitness has become an important part in People's Daily life. Machines appear especially indoor fitness equipment rose to never leave home can also exercise the body. ,

5、however, the existing machines are generally single function, simple structure, can only single parts to exercise to the body, can't satisfy the fitness person of</p><p>　　Keyword: exercise； multifunctio

6、nal; body-building; mechanism</p><p><b>　　1 前言</b></p><p>　　1.1 方案確定與分析</p><p>　　體育健身器械的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一門(mén)實(shí)踐性的課題，我在確定方案的時(shí)候做了許多的市場(chǎng)調(diào)查，并在網(wǎng)上收集了許多相關(guān)的資料。除此之外，我還走訪(fǎng)了許多的健身教練及健身愛(ài)好者，最后在老師的指

7、導(dǎo)下，經(jīng)過(guò)我仔細(xì)的思考最終確定了這次設(shè)計(jì)的思路：由于目前市場(chǎng)上的健身器械大多是單人多功能健身器械，好多一味追求功能的齊全，有的產(chǎn)品甚至包含了十八種功能，這樣就造成了許多功能的閑置，而由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，工作時(shí)常出現(xiàn)故障，維修困難。隨著人們生活水平的提高，大眾健身的意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)，高校，社區(qū)紛紛開(kāi)設(shè)了健身房，但由于目前中國(guó)人們的消費(fèi)水平還不滿(mǎn)足人人到健身房消費(fèi)，雖然健身器械看起來(lái)還是有點(diǎn)超出普通人的消費(fèi)水平，但依然比去健身房實(shí)惠，而且能更加方便，

8、所以以后的產(chǎn)品針對(duì)的人是大部分的白領(lǐng)，及以上夠消費(fèi)的人群。他們由于時(shí)間的原因，去健身房不大適合時(shí)間安排，而且他們也消費(fèi)得起，同時(shí)由于中國(guó)人口眾多，人均房屋面積底下，同時(shí)造成房?jī)r(jià)暴漲，現(xiàn)在的讓人們普遍住在商品房里面，所以空間有限，所以我在設(shè)計(jì)的時(shí)候明確了自己設(shè)計(jì)的方向，要求作品結(jié)構(gòu)緊湊，相對(duì)占地較小，安全性能高，能滿(mǎn)足人們對(duì)多種肌肉的鍛煉，一方面增加鍛煉的多功能性，另一方面也讓人們舒適鍛</p><p>　　我設(shè)計(jì)

9、的是一款多功能的單人健身器，它雖然只提供單人健身鍛煉但是他提供了多項(xiàng)功能。同時(shí)據(jù)我的調(diào)查，現(xiàn)在人們普遍鍛煉的肌肉是：胸肌，肱二頭肌，肱三頭肌，以及腿大肌。我設(shè)計(jì)的單人多功能健身機(jī)可以提供一下四種鍛煉：腿部鍛煉，腰部鍛煉，做手向前的鍛煉，以及人站立手拉拉桿的鍛煉。這四種功能集成起來(lái)，就會(huì)使得器械整體比較協(xié)調(diào)，而且看起來(lái)特別美觀（鍛煉的機(jī)構(gòu)分別在器械的上面，中間，和下面），這樣就可以鍛煉的多塊肌肉如：胸大肌，腿大肌，趾長(zhǎng)肌，股直肌，肱二頭肌

10、，肱三頭肌，斜方肌，三角肌，背闊肌等肌肉。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　根據(jù)健身器械的要求，作品應(yīng)滿(mǎn)足一下要求：</p><p>　　1）只能提供單人鍛煉，但為多功能器械；</p><p>　　2）安全可靠，工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲；鍛煉量可調(diào)節(jié)，每級(jí)10kg，操作方便；</

11、p><p>　　3）設(shè)計(jì)合理，解決目前市場(chǎng)上健身機(jī)械的設(shè)計(jì)不足 ，并便于生產(chǎn)制造；</p><p>　　4）外型美觀，采用拼裝結(jié)構(gòu)，便于包裝運(yùn)輸；</p><p>　　5）選材合理，經(jīng)濟(jì)性能好，造價(jià)控制在3000元范圍內(nèi)。</p><p><b>　　圖1 三維效果圖</b></p><p>　　Fi

12、g.1 3D Efect</p><p>　　6）總體方案分析：手臂鍛煉機(jī)構(gòu)通過(guò)拉手操作配重的上下移動(dòng)，以達(dá)到鍛煉效果。腿部鍛煉機(jī)構(gòu)由鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸（包括軸承、軸承座）和飛輪組成，腿部的運(yùn)動(dòng)通過(guò)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將能量傳遞并儲(chǔ)存到飛輪，進(jìn)而飛輪把儲(chǔ)存的能量反過(guò)來(lái)傳遞到小鏈輪上，鏈動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)起來(lái)腰部鍛煉機(jī)構(gòu)由座椅、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、座椅固定架和彈簧組成，利用曲柄滑塊和彈簧實(shí)現(xiàn)腰部的復(fù)返運(yùn)動(dòng)。</p><p&

13、gt;<b>　　1.3 整體結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　手臂鍛煉機(jī)構(gòu)及機(jī)架</b></p><p>　　手臂鍛煉機(jī)構(gòu)及機(jī)架由底座、立柱、支架、拉手、鋼絲繩、雙導(dǎo)桿、配和調(diào)節(jié)桿組成，機(jī)架為整個(gè)機(jī)構(gòu)提供一個(gè)有效組合的平臺(tái)，手臂鍛煉機(jī)構(gòu)通過(guò)拉手操作配重的上下移動(dòng)，以達(dá)到鍛煉效果。</p><p>　　1.3.2

14、 腿部鍛煉機(jī)構(gòu)</p><p>　　腿部鍛煉機(jī)構(gòu)由鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸（包括軸承、軸承座）和飛輪組成，腿部的運(yùn)動(dòng)通過(guò)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將能量傳遞并儲(chǔ)存到飛輪，進(jìn)而飛輪把儲(chǔ)存的能量反過(guò)來(lái)傳遞到小鏈輪上，鏈動(dòng)腿部運(yùn)動(dòng)起來(lái)。</p><p>　　1.3.3 腰部鍛煉機(jī)構(gòu)</p><p>　　腰部鍛煉機(jī)構(gòu)由座椅、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、座椅固定架和彈簧組成。通過(guò)靠背（即曲柄）向后的轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈動(dòng)滑

15、塊和彈簧（彈簧掛鉤一端固定在機(jī)架，另一端固定在滑塊上）移動(dòng)，彈簧受力之后，進(jìn)而將滑塊拉回原處。</p><p>　　雖然單人多功能健身器由上面這幾部分組成，但在具體裝配過(guò)程中依然可能會(huì)有些許的變動(dòng)，因?yàn)樗婕暗玫搅慵呐浜详P(guān)系，以及當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境。</p><p>　　同時(shí)結(jié)合市場(chǎng)以及健身房里的健身器械，雖大部分都屬于單人多功能型的，但由于某些體育公司為了謀求利益使得器械的強(qiáng)度達(dá)不到應(yīng)有的

16、強(qiáng)度要求，由此一旦器械壞了，將造成器械維修麻煩和器械的使用壽命不高等。所以在我的設(shè)計(jì)中非常注意材料的選擇，只有注意了這方面才能有效地提高器械的性?xún)r(jià)比。</p><p>　　2 腿部鍛煉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1 傳動(dòng)方案的選擇[2]</p><p>　　腿部鍛煉機(jī)構(gòu)采用機(jī)械傳動(dòng)的形式，帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)為兩種可供考慮的方案。</p><

17、p>　　2.1.1 方案一:采用帶傳動(dòng)方式</p><p>　　定義：帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦和嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪。</p><p>　　傳動(dòng)原理：以張緊在至少兩輪上帶作為中間撓性件，靠帶與輪接觸面間產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：1

18、）有過(guò)載保護(hù)作用 ，過(guò)載時(shí)帶在帶輪上打滑，可以防止其它器件損壞2）傳動(dòng)帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是V帶沒(méi)有接頭，傳動(dòng)較平穩(wěn)，噪聲小 3）運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)噪音 4）適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)（=15m） 5）制造、安裝精度要求不高</p><p>　　缺點(diǎn)：1）有彈性滑動(dòng)使傳動(dòng)比i不恒定 2）張緊力較大（與嚙合傳動(dòng)相比）軸上壓力較大 3）結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊 4）打滑，使帶壽命較短 5）帶與帶輪間會(huì)產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高

19、溫、易燃、易爆的場(chǎng)合。</p><p>　　2.1.2 方案二：采用鏈傳動(dòng)方式</p><p>　　定義：鏈傳動(dòng)也是一種撓性傳動(dòng)。它由鏈條和鏈輪組成。通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。</p><p>　　工作原理：靠?jī)奢嗛g的鏈條（中間撓性元件）嚙合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　優(yōu)點(diǎn)：①平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，無(wú)滑動(dòng) ②結(jié)構(gòu)緊

20、湊，軸上壓力Q小 ?、蹅鲃?dòng)效率高η=98% ?、艹休d能力高P=100KW ?、菘蓚鬟f遠(yuǎn)距離傳動(dòng)=5～６m，可用于溫度高、環(huán)境惡劣的場(chǎng)合 ?、蕹杀镜?lt;/p><p>　　缺點(diǎn)：①瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定 　②傳動(dòng)不平穩(wěn) ?、蹅鲃?dòng)時(shí)有噪音、沖擊 　</p><p>　　比較方案一和方案二，健身器為室內(nèi)型器材，要求運(yùn)行平穩(wěn)且無(wú)噪聲和沖擊，有過(guò)載保護(hù)和緩沖吸振的作用。綜上所述，初步確定方案二較為合理，即采

21、用鏈傳動(dòng)的方案。</p><p>　　2.2 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　采用短節(jié)距精密滾子鏈。滾子鏈常用于傳動(dòng)系統(tǒng)的低速級(jí)，一般傳遞的功率在100kW以下，鏈速不超過(guò)15m/s，推薦使用的最大傳動(dòng)比imax=8。</p><p>　　根據(jù)實(shí)際情況，設(shè)定主動(dòng)鏈輪的轉(zhuǎn)速n1=60r/min，傳動(dòng)比i=2，鏈傳動(dòng)所需傳遞的功率為P=1kW。</p>

22、;<p>　　2.2.1 選擇鏈輪齒數(shù)</p><p>　　取小鏈輪齒數(shù)z1=19，大鏈輪齒數(shù)為z2=i·z1=2×19=38。</p><p>　　2.2.2 確定計(jì)算功率</p><p>　　由機(jī)械原理查得KA=1.0，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得KZ=1.35，單排鏈，則計(jì)算功率為</p><p>　　Pca=K

23、AKZP=1.0×1.35×1kW=1.35kW</p><p>　　2.2.3 選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距</p><p>　　根據(jù)Pca=1.35kW及n1=60r/min查機(jī)械手冊(cè)，可選16A-1。查機(jī)械手冊(cè)，鏈條節(jié)距為 p=25.4mm。</p><p>　　2.2.4 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距</p><p>　　初選

24、中心距a0=（30～50）p=（30～50）×25.4mm=762～1270mm</p><p>　　取a0=800mm，相應(yīng)的鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)為</p><p>　　Lp0 = 2a0/p + （z1+z2）/2 + [(z2-z1)/2π]²p/a0 =91.78</p><p>　　取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)Lp=92節(jié)。</p><p>

25、　　查機(jī)械原理得到中心距計(jì)算系數(shù)f1=0.24883,則鏈傳動(dòng)的最大中心距為</p><p>　　a=f1p[2Lp-(z1+z2)]=0.24883×25.4×[2×92-(19+38）]=802.68≈800</p><p>　　2.2.5 計(jì)算鏈速v，確定潤(rùn)滑方式</p><p>　　v=n1z1p/(60×1000)

26、=60×19×25.4/(60×1000)m/s≈0.5m/s</p><p>　　由v=0.5m/s和鏈號(hào)16A-1，查機(jī)械手冊(cè)可知應(yīng)采用定期人工潤(rùn)滑。</p><p>　　2.2.6 計(jì)算壓軸力Fp</p><p>　　有效圓周力為Fe=1000p/v=1000×1/0.5=2000N</p><p&

27、gt;　　鏈輪垂直布置時(shí)的壓軸力系數(shù)KFP=1.05，則壓軸力為</p><p>　　Fp≈KFPFe=1.05×2000=2100N</p><p>　　2.2.7 鏈輪的結(jié)構(gòu)</p><p>　　小鏈輪制成整體式，大鏈輪制成孔板式。</p><p>　　2.2.8 鏈輪的材料</p><p>　　鏈輪

28、輪齒要具有足夠的耐磨性和強(qiáng)度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應(yīng)采用較好的材料制造。由機(jī)械手冊(cè)可知，小鏈輪采用15號(hào)鋼，大鏈輪采用20號(hào)鋼，熱處理方式為滲碳、淬火和回火，熱處理后的硬度為50～60 HRC。</p><p><b>　　2.3 軸的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.3.1 求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，扭矩和彎矩M&l

29、t;/p><p>　　若取每級(jí)傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則</p><p>　　又 （1）</p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　于是=9550000=74808N·mm

30、 （3）</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　N·mm （5）</p><p>　　2.3.2 求作用在軸上的力</p><p>

31、;　　傳動(dòng)軸主要受一對(duì)平衡力的作用，即鏈傳動(dòng)對(duì)軸的壓軸力和兩個(gè)軸承對(duì)它的支撐力。示意圖見(jiàn)后文。</p><p><b>　　確定軸的最小直徑</b></p><p>　　先按公式（15-2）[3]初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3[2]，取，于是得</p><p><b>　?。?）</b>

32、;</p><p>　　輸出軸的最小直徑顯然是安裝飛輪處軸的直徑和,故取==28mm</p><p>　　2.3.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　擬定軸上零件的裝配方案。軸上零件的裝配方案示意圖詳見(jiàn)裝配圖。</p><p>　　(2) 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度[3]。1）為了滿(mǎn)足飛輪的軸向定位要求，I-II段右端和VI

33、II-IX段左端需制出一軸肩，故取。2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只承受徑向力，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列深溝球軸承6008，其尺寸為d×D×B=40mm×90mm×23mm,故，而。3）取安裝鏈輪處的軸段IV-V的直徑；鏈輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知鏈輪輪轂的寬度為L(zhǎng)=1.5d=67.5mm，為了是套筒面可靠地壓緊鏈輪，

34、此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。鏈輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，故取h=4mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度b≥1.4h，取。軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取，而。</p><p>　　至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。</p><p>　　軸上零件的周向定位[4]。鏈輪、飛輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表6-1[2]

35、查得平鍵截面b×h=14mm×9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為50mm，同時(shí)為了保證鏈輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇鏈輪輪轂與軸的配合為；同理，飛輪與軸的連接，選用平鍵為8mm×7mm×10mm，飛輪與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.</p><p>　　確定軸上圓角和倒角尺寸[3]。參考表15-2[2]，取軸端角為

36、2×45°，各軸肩處的圓角半徑見(jiàn)軸的零件圖。</p><p>　　2.3.4 求軸上的載荷[7]</p><p>　　根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，并進(jìn)而做出軸的彎矩圖和扭矩圖。</p><p>　　從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。</p><p>　　2.3.5 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)

37、度</p><p>　　進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力為</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1[2]查得。因此，故安全。</p><p>　　

38、圖2 軸的結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　Fig.2 The structure diagram </p><p><b>　　圖3 載荷分析圖</b></p><p>　　Fig.3 Load Analysis</p><p><b>　　2.4

39、 飛輪機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　2.4.1 飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的近似計(jì)算</p><p>　　因飛輪等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很大,作近似計(jì)算時(shí)其他構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可略去不計(jì).</p><p>　　預(yù)設(shè)鏈傳動(dòng)一個(gè)穩(wěn)定循環(huán)對(duì)應(yīng)于等效構(gòu)件一轉(zhuǎn),等效驅(qū)動(dòng)力矩Med為常量，等效構(gòu)件的平均轉(zhuǎn)速 =30 r/min ，其轉(zhuǎn)速誤差要求不超過(guò) </p><p&g

40、t;　　1） 該機(jī)構(gòu)的許用運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) </p><p>　　2）等效驅(qū)動(dòng)力矩Med</p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　3）裝在等效構(gòu)件上的飛輪應(yīng)具有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF（不計(jì)其余構(gòu)件的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）</p><p>　?。?） </p&

41、gt;<p><b>　?。?0）</b></p><p>　　2.4.2 飛輪尺寸的確定</p><p>　　飛輪的最佳設(shè)計(jì)是以最少的材料來(lái)獲得最大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,即應(yīng)把質(zhì)量集中在輪緣上，與輪緣相比，輪輻及輪轂的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小可略去不計(jì)。輪緣的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為</p><p><b>　?。?1）</b><

42、/p><p>　　設(shè)輪緣的寬度為b，材料單位體積的重量為，則</p><p><b>　　(12)</b></p><p>　　飛輪的材料為HT250，H/b為1.2，求得輪緣的橫剖面尺寸為H=30mm，b=25mm。</p><p>　　3 健身器腰部鍛煉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 座

43、椅的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 座椅的設(shè)計(jì)構(gòu)思</p><p>　　座椅設(shè)計(jì)成靠背可轉(zhuǎn)動(dòng)的形式，主要構(gòu)件為座板和靠背。座板配有足夠墊料和適當(dāng)硬度的椅墊，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域?？勘硲?yīng)適當(dāng)設(shè)置，為腰椎下部提供支承，降低背部緊張度。座板和靠背均采用鑄造工藝，所用的材料為HT200，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.1.2 座椅的尺

44、寸[9]</p><p>　　3.2.1 各桿長(zhǎng)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算[4]</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中各桿長(zhǎng)的確定巧妙利用了《機(jī)械原理》平面四桿機(jī)構(gòu)及其設(shè)計(jì)、《幾何》三角函數(shù)和《人體工程學(xué)》腰部構(gòu)造中的相關(guān)知識(shí)。示意圖3如下[5]：</p><p><b>　　圖3-1 示意圖</b></p><p><b&g

45、t;　　圖3 示意圖</b></p><p>　　Fig.3 Schemes</p><p>　　由此，可以列出下列計(jì)算公式：</p><p><b>　　設(shè)，，，，，，則</b></p><p><b>　　(13)</b></p><p><b>

46、　　(14)</b></p><p><b>　　(15)</b></p><p><b>　　(16)</b></p><p><b>　　(17)</b></p><p><b>　　(18)</b></p><p>

47、;　　聯(lián)立以上公式，可解得</p><p><b>　　，取特殊角，解得</b></p><p><b>　　(19)</b></p><p><b>　　(20)</b></p><p><b>　　(21)</b></p><p&g

48、t;<b>　　(22)</b></p><p><b>　　(23)</b></p><p><b>　　(24)</b></p><p>　　3.2.2 連桿直徑的選擇[8]</p><p>　　連桿是整個(gè)機(jī)構(gòu)受力最大的零件，其直徑的大小決定了整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命的長(zhǎng)短。從安全

49、角度考慮，連桿的材料應(yīng)選20鋼，其工作強(qiáng)度極限為，因此</p><p>　　， (25)</p><p>　　取d=10mm，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　3.2.3 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算</p><p>　　(1) 根據(jù)工作情況及具體條件選定材料，并查取其力學(xué)性能數(shù)據(jù)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)彈簧的力學(xué)性能有很高的要求，彈簧

50、多次重復(fù)變形后應(yīng)保持良好的強(qiáng)度和韌性，且耐疲勞，有良好的抗沖擊性能，因此按第Ⅲ類(lèi)彈簧來(lái)考慮，50CrVA型號(hào)的鋼滿(mǎn)足要求，其許用切應(yīng)力［τ］=750MPa。</p><p>　?。?）選擇旋繞比C，求曲度系數(shù)K值。查表16-9[2]可知，旋繞比C=8，由公式（16-4）得</p><p>　　K=+=+≈1.18 (26)

51、</p><p>　?。?）根據(jù)安裝空間初設(shè)彈簧中徑D，根據(jù)C值估取彈簧絲直徑，并查取彈簧絲的許用應(yīng)力。由安裝空間的實(shí)際情況，初設(shè)彈簧中徑D=40mm，由此可得</p><p>　　===5mm (27)</p><p>　?。?試算彈簧絲直徑。由公式（16-3）[2]

52、可得</p><p>　　≥1.6=4.6mm (28)</p><p>　　取d=5mm，D=40mm。</p><p>　?。?）根據(jù)變形條件求出彈簧的工作圈數(shù)，由公式（16-7）[2]可知：</p><p><b>　　(29)&

53、lt;/b></p><p>　　求出彈簧的尺寸、、，并檢查其是否符合安裝要求。</p><p><b>　　(30)</b></p><p><b>　　(31)</b></p><p>　　=320mm (32)&l

54、t;/p><p>　?。?）驗(yàn)算。彈簧的極限工作應(yīng)力=750MPa[1]</p><p><b>　　極限工作載荷</b></p><p><b>　　(33)</b></p><p>　?。?）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。彈簧的具體尺寸如下：</p><p><b>　　(34)<

55、;/b></p><p>　　外徑 (35)</p><p>　　旋繞比 (36)</p><p>　　自由高度 (37)</p><p>　　工作高度 (38)</p

56、><p>　　有效圈數(shù) (39)</p><p>　　展開(kāi)長(zhǎng)度 (40)</p><p>　　螺旋角 (41)</p><p>

57、　　質(zhì)量 (42)</p><p>　　4 臂力機(jī)構(gòu)及機(jī)架設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1 設(shè)計(jì)材料的選定</p><p>　　臂力機(jī)構(gòu)及機(jī)架的設(shè)計(jì)核心是材料的選定，材料的選定決定了臂力機(jī)構(gòu)及機(jī)架的使用性能，安全性能和它的壽命。一般情況下，太好的材料強(qiáng)度較高，硬度也會(huì)相應(yīng)提高，這樣對(duì)機(jī)械加工會(huì)鏈

58、來(lái)較大的困難。尤其是對(duì)健身器械來(lái)而言，大部分的鋼材都是選用型材及板材。為避免所選材料造成太大的浪費(fèi)和給加工鏈來(lái)的一些麻煩，所選材料應(yīng)該是在考慮滿(mǎn)足性能要求的情況下同時(shí)盡可能購(gòu)買(mǎi)周邊的材料，這樣可以減少運(yùn)輸費(fèi)用，降低設(shè)計(jì)和制造成本。</p><p>　　1）為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和制造要求，根據(jù)對(duì)鋼材大市場(chǎng)的調(diào)研，選取以下材料作為參考：</p><p>　　空心方管，標(biāo)記分別為：J50X2.5-GB

59、/T6782-2002</p><p>　　J45X2-GB/T6782-2002 J200X4-GB/T6782-2002</p><p>　　J50X30X2.5-GB/T6782-2002</p><p>　　2）無(wú)縫鋼管￠40(GB/T17395-1998)材料為Q235（屈服強(qiáng)度235MP）</p><p>　　3）板材都為

60、Q235</p><p><b>　　4.2 底座的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　底座的設(shè)計(jì)特別的重要，它關(guān)系到整臺(tái)機(jī)械的使用性能。它是支架，配重和立柱及導(dǎo)向裝置的安裝基礎(chǔ)，所以它的強(qiáng)度要高，結(jié)構(gòu)要扎實(shí)。</p><p>　　在設(shè)計(jì)底座時(shí)，必須先考慮底座的受力情況，由于底座上安裝左右立柱，支架，導(dǎo)向裝置，及上支架配重等。為了拆裝的方便，這些

61、部件均采用對(duì)稱(chēng)安裝，同時(shí)可以簡(jiǎn)化底座的受力情況。參考健身器裝配圖可知，底座主要是受其上面型材的重力。</p><p>　　綜上所述，底座的材料為Q235型號(hào)的板材，長(zhǎng)度為1700mm，寬度為500mm，厚度為30mm。 </p><p>　　4.3 支架的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3.1 支架的作用</p><p>　　支架是這臺(tái)器械

62、的重要部件，它提供鍛煉者以舒服的運(yùn)動(dòng)環(huán)境，支架的設(shè)計(jì)是一個(gè)比較實(shí)際的問(wèn)題，它的外表不僅要美觀大方，而且要有很多人性化的特點(diǎn)，能適應(yīng)不同鍛煉者的身體條件。</p><p>　　4.3.2 支架力學(xué)性能分析</p><p><b>　　(1)受力分析。</b></p><p>　　截面A受到的力為人對(duì)它的拉力，取其最大值為，</p>

63、<p>　　截面C受到的力為配重對(duì)它的拉力，取其最大值為，</p><p>　　的值由設(shè)計(jì)要求決定，取，。</p><p><b>　　由此，可以計(jì)算出、</b></p><p><b>　　(43)</b></p><p><b>　　(44)</b></p

64、><p><b>　　圖4 示意圖</b></p><p>　　Fig.4 Schemes</p><p><b>　?。?）力矩圖</b></p><p><b>　　圖5 示意圖</b></p><p>　　Fig.5 Schemes</p>

65、<p>　　(3) 強(qiáng)度校核由力矩圖可以看出，截面A為危險(xiǎn)截面，需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。</p><p><b>　　(45)</b></p><p><b>　　(46)</b></p><p>　　支架的材料為Q235，查表2-6[3] 得，，符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.3.

66、3 支架的工藝處理</p><p>　　該支架在加工時(shí)選用冷彎方管焊接，還要在上面安裝滑輪夾座，在焊接的時(shí)候校準(zhǔn)變形并打磨毛刺，表面烤漆。</p><p>　　其中滑輪的位置在裝配的時(shí)候進(jìn)行設(shè)計(jì)，我在設(shè)計(jì)的時(shí)候選用材料是冷彎方鋼，標(biāo)記為 該支架與底板采用螺栓聯(lián)接，以減少震動(dòng)，便于拆裝。</p><p>　　4.4 配重的設(shè)計(jì)</p><p&g

67、t;　　由于配重在鍛煉的過(guò)程中或多或少的會(huì)產(chǎn)生噪音，我在此套用了一種比較簡(jiǎn)單的方法，且又便于維修;在配重下面做四個(gè)對(duì)稱(chēng)的圓孔，用以安裝用橡皮做的橡皮圓柱體，這樣就使得噪音大大的減少同時(shí)由于安裝留有一定的空隙，便于以后的維修。除此之外它的互換性特別的好。</p><p>　　配重在器械中的性能也占有舉足輕重的位置，對(duì)他的設(shè)計(jì)考慮有以下幾點(diǎn)要求：</p><p>　　1）在鍛煉的時(shí)候由于配重忽

68、上忽下的運(yùn)動(dòng)會(huì)有很大的撞擊，因此，在設(shè)計(jì)配重的時(shí)候，市場(chǎng)上常用的方法是在配重的周?chē)米⑺軝C(jī)包裹一定厚度的橡皮。這種做法有一定的缺點(diǎn)，對(duì)于小批量的生產(chǎn)很不適合會(huì)造成成本的提高，而且也不便于維修，一旦外表面的橡皮經(jīng)過(guò)多次撞擊和老化以后，就很容易壞掉和脫落，一旦橡皮脫落以后噪音和沖擊就來(lái)了，這樣影響配重的使用壽命，而且巨大的噪音影響鍛煉者的心情，而且還不便于維修，這樣，配重就相當(dāng)于報(bào)廢了。</p><p>　　2）配重

69、在導(dǎo)向桿中上下滑動(dòng)，導(dǎo)桿選用1Cr18Ni9不銹鋼管材，是價(jià)格較貴的一種，因此為了保護(hù)導(dǎo)桿，因此需要對(duì)配重孔進(jìn)行改進(jìn)。</p><p>　　3）市場(chǎng)上大部分配重是每塊5kg，一般情況下人們的鍛煉時(shí)候的力量不會(huì)超過(guò)65kg，這樣就需要13塊，所以在這方面依然采用市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)。</p><p>　　4）據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在損壞了的材料中幾乎都是由于太脆開(kāi)裂而報(bào)廢的，由于這些配重都是用HT105(灰口

70、鑄鐵)鑄造而成的，而鑄鐵的缺點(diǎn)就是韌性低，質(zhì)脆（據(jù)計(jì)算：配重的厚度只有30mm并且在配重的中心開(kāi)了一條深12mm 的槽）。這樣一來(lái)就使的配重跟容易在鍛煉時(shí)開(kāi)裂而報(bào)廢。</p><p>　　綜合市場(chǎng)上的調(diào)查分析，我做了如下改進(jìn)：</p><p>　　1）為了便于維修，我不采用橡皮包裹的配重，我在配重下面安裝了四個(gè)￠20深12 的孔，然后在里面安裝高度為17的橡皮圓柱，這樣就有利于產(chǎn)品的維修。

71、</p><p>　　2）為了防止配重磨損導(dǎo)桿，用適當(dāng)長(zhǎng)度的塑料管在導(dǎo)管中加熱到達(dá)到適當(dāng)溫度厚再把塑料管往外翻。</p><p>　　3）在選材時(shí)，采用回收的板材，30mm厚的冷軋鋼板，材料標(biāo)記為：Q235-GB/T699-1988，它的強(qiáng)度不成問(wèn)題，韌性也能保證。</p><p>　　在設(shè)計(jì)配重時(shí)，我還專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)了第一塊配重（就是安裝在最上面的那塊配重），由于吊桿要

72、吊起配重，使用一銷(xiāo)將配重與之連接起來(lái)，所以配重一和吊桿要有安裝關(guān)系我在這里用一螺釘使得配吊桿在配重中有個(gè)準(zhǔn)確的位置，主要是限制吊桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣鍛煉者在選擇力量的時(shí)候就方便多了。</p><p>　　在制造配重的時(shí)候，可以先通過(guò)氣割，割下一定尺寸的毛坯，然后打磨毛刺后，在銑床上銑平相應(yīng)的面（如果鋼材采用的是廢棄的板材，他外表面不是很整齊，下料時(shí)留的加工余料要大些）然后鉆孔，倒角后后噴砂處理后噴油漆就可以了。然后

73、鉆安橡皮的孔就行了，最后裝上橡皮。</p><p><b>　　4.5 滑輪的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　滑輪在整臺(tái)健身機(jī)械中的作用：滑輪在器械中承擔(dān)著鋼絲繩的導(dǎo)向及減少摩擦的作用，由于整個(gè)滑輪的受力不是很大，可以采用鑄造的辦法獲得，也可以使用冷沖壓后焊接的辦法獲得，滑輪在此臺(tái)器械中主要受壓應(yīng)力的作用而且一般不會(huì)超過(guò)6500N, 然而一般鋼材的受力都大于此數(shù)值，

74、所以強(qiáng)度不是重點(diǎn)考慮的問(wèn)題，同時(shí)由于滑輪的運(yùn)動(dòng)都是圍繞中心運(yùn)動(dòng)，所以我設(shè)計(jì)在里面加一個(gè)軸承，由于滑輪，軸承，及夾座三者之間有一定的配合關(guān)系，這樣使得中心孔不易磨損。并且在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候摩擦也減小了，從而保證了滑輪的使用要求和使用壽命。</p><p>　　采用兩個(gè)上面的組裝起來(lái)即可。這樣適合如果大規(guī)模生產(chǎn)，可以采用沖壓工藝，通過(guò)落料形成，然后在中間放上軸承厚用鉚釘或螺栓連接就可以這樣的生產(chǎn)方法有許多優(yōu)點(diǎn)：首先選材保證

75、了他的強(qiáng)度，同時(shí)用料省，加工簡(jiǎn)單，成本低，加工精度高，生產(chǎn)效率高，但不適合小規(guī)模生產(chǎn)，原因是現(xiàn)在磨具的設(shè)計(jì)制造費(fèi)用相當(dāng)昂貴，它大致工藝為，下料，成型，沖孔等,這樣就降低了成本。</p><p>　　4.6 鋼絲繩的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知道，鋼絲繩的公稱(chēng)直徑</p><p><b>　　(47)</b></p>

76、<p>　　式中C為選擇系數(shù)，S為最大靜壓載荷</p><p>　　選擇系數(shù)的計(jì)算公式為：</p><p><b>　　(48)</b></p><p>　　式中n為安全系數(shù)，k為折斷系數(shù)，為鋼絲繩的充滿(mǎn)系數(shù)</p><p><b>　　其中的算法為</b></p><

77、;p>　　初選鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度為167MP，取安全系數(shù)值為6級(jí)，k=0.82, =0.46代入公式的c=0.110</p><p>　　根據(jù)手冊(cè)c取0.114代入</p><p>　　其中=1300N算的D=2.9取整D=3，所以選擇的鋼絲繩為鋼芯鋼絲繩（GB/T8918-1998）,標(biāo)記為3NAT6X21S+IWR16708Z5.39鋼絲繩的直徑為3mm,滑輪是安裝在滑輪座里面間隙

78、只有2mm單面間隙為1mm，這樣既可以保證鋼絲繩不會(huì)卡在滑輪座里面，保證鋼絲繩在使用過(guò)程中的可靠度。</p><p>　　4.7 其他零件的設(shè)計(jì)</p><p>　　對(duì)于其他零件的設(shè)計(jì)，如海綿防護(hù)體，坐墊及靠墊，這些均通過(guò)工廠定做，這些東西設(shè)計(jì)尺寸要求不是很高，只要使鍛煉者感覺(jué)到舒服就可以了，墊子選用黑色，并用螺栓或螺釘與支架連接，其中鋼絲繩的長(zhǎng)度具體由安裝時(shí)確定。</p>

79、<p>　　4.8 標(biāo)準(zhǔn)件的選定及校核</p><p>　　本次設(shè)計(jì)中采用了許多的標(biāo)準(zhǔn)件，在選用標(biāo)準(zhǔn)件的時(shí)候要特別的考慮。本次設(shè)計(jì)中采用了這些標(biāo)準(zhǔn)件：軸承，螺栓，螺釘，墊圈，球頭螺母等。</p><p>　　4.8.1 螺栓連接的選定及校核[2]</p><p>　　立柱與底座的聯(lián)結(jié)采用M12的螺栓連接，螺栓的材料為Q235，=235MP，在實(shí)際中F

80、a（max）=15KN ，則</p><p><b>　　(49)</b></p><p>　　其中，30mm，所以立柱取M12的是完全符合標(biāo)準(zhǔn)的 。</p><p>　　4.8.2 軸承的選定及校核[2]</p><p>　　整個(gè)機(jī)構(gòu)有三處選用了軸承：滑輪部分、小鏈輪軸部分和大鏈輪軸部分。由于同時(shí)在支架上安裝了8個(gè)滑

81、輪，此處軸承受力較小，不需進(jìn)行校核，小鏈輪軸所選用的軸承型號(hào)與大鏈輪軸相同，因此，只需校核大鏈輪軸處的軸承。</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，深溝球軸承的型號(hào)為6008（GB/T276-1994）</p><p>　　預(yù)設(shè)其可靠度為0.99，在徑向載荷Fr=750N作用下工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)達(dá)。</p><p>　　根據(jù)表13-9，查得可靠度為0.99時(shí)的壽命修正

82、系數(shù)=0.22，相應(yīng)的基本額定壽命為</p><p><b>　　(50)</b></p><p>　　軸承應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷為</p><p><b>　　(51)</b></p><p><b>　　軸承壽命符合要求。</b></p><p>　

83、　4.9 導(dǎo)管的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于導(dǎo)管要求的精度較高一點(diǎn)，如：直線(xiàn)精度不高會(huì)造成運(yùn)動(dòng)的不方便，給運(yùn)動(dòng)員鏈來(lái)不便，同時(shí)表面噴漆不可行，因?yàn)樗c配重摩擦，很容易掉漆后生銹，所以我們采用不銹鋼管，材料牌號(hào)為1Cr18Ni9，表面烤漆。</p><p><b>　　5 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　通過(guò)這一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受

84、益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)?；仡櫞舜萎厴I(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)很好的總結(jié)。</p><p>　　此次多功能健身器的設(shè)計(jì)不僅重溫了過(guò)去所學(xué)知識(shí)，而且學(xué)到了很多新的內(nèi)容。相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我今后的工作會(huì)有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設(shè)計(jì)中體味艱辛，在艱辛中體味快樂(lè)。</p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)我可以更加系統(tǒng)的了解多功能健身器

85、方面的知識(shí)；能夠加強(qiáng)多功能健身器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)多功能健身器功能部件的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算；能夠加強(qiáng)多功能健身器的方法和理論；能夠檢驗(yàn)自己能否將四年學(xué)習(xí)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用；能夠培養(yǎng)自己自學(xué)和與人合作的能力。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)不但鍛煉我的思維能力，還鍛煉我的查閱資料獲取有用信息的能力，通過(guò)繪制設(shè)計(jì)圖紙，使我熟練的掌握了CAD和ProE繪圖軟件的使用，我把自己的理論用到實(shí)際當(dāng)中去，在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中遇到的各種

86、困難，我通過(guò)思考和咨詢(xún)同學(xué)和全老師獲得了多解決問(wèn)題的方法和方式。</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程是艱辛的，解決問(wèn)題的過(guò)程是快樂(lè)的，成長(zhǎng)過(guò)程是痛苦的，我相信只要我們保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度，我一定能夠成長(zhǎng)起來(lái)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 徐學(xué)林主編.互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ).長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)出版社.2005

87、.</p><p>　　[2] 章宏甲等編.液壓行動(dòng).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2000</p><p>　　[3] 孫桓等編.機(jī)械原理.第六版.北京：高等教育出版社.2000</p><p>　　[4] 濮良貴等編.機(jī)械設(shè)計(jì).第七版.北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[5] 朱張校主編.工程材料.第三版.北京：清華大學(xué)出版社,

88、2001</p><p>　　[6] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編，程靳等編.理論力學(xué).第六版.北京：高等教育出版社，2002</p><p>　　[7] 郁明山等編.現(xiàn)代機(jī)械傳動(dòng)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996</p><p>　　[8] 吳宗澤主編.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[9]宮克&#

89、160;.多功能輔助運(yùn)動(dòng)器械的研究與應(yīng)用[J]. 體育博覽（研究版）， 2011</p><p>　　[10]王永強(qiáng). 基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的多功能跑步機(jī)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J] .信息科技, 2010</p><p>　　[11]錢(qián)林， 宜建明，朱寧飛 . 多功能折疊舉重床[Z].南通瑞升運(yùn)動(dòng)休閑用品有限公司 專(zhuān)利公告號(hào)CN201871169U 中國(guó)人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局 2

90、011.06.22</p><p>　　[12] 2011-2016年中國(guó)倒斜舉重床行業(yè)當(dāng)前現(xiàn)狀及未來(lái)趨勢(shì)發(fā)展預(yù)測(cè)報(bào)告[R].2011.10</p><p>　　[13]周正元. 充電式四肢運(yùn)動(dòng)康復(fù)器的設(shè)計(jì)[J]. 常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào), 2010.2</p><p>　　[14]李國(guó)強(qiáng). 電動(dòng)跑步機(jī)電控系統(tǒng)的研制[J].