機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新綜合課程設(shè)計--多功能保健椅說明書

1、<p>　　機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新綜合課程設(shè)計</p><p><b>　　多功能保健椅 </b></p><p>　　二○一三 年 五 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，辦公自動化已經(jīng)是大勢所趨。由于大量的機(jī)械代替手工生產(chǎn)，這樣將

2、會使人們坐著辦公室的時間越來越長，時間長了就會導(dǎo)致腰酸背痛。大多數(shù)人沒有足夠時間好好休息，也沒有時間去保健，為此，我小組特利用機(jī)械原理和機(jī)械設(shè)計方法設(shè)計這種具有按摩功能的椅子(多功能保健椅)以緩解這個問題。這款椅子適用于長期在辦公室工作的人群和宅男宅女等，那些長期坐著工作的人們。是在普通椅子上安裝一些簡單的機(jī)構(gòu)，使得當(dāng)他們感覺疲憊的時候，只需往椅子后一靠，按下啟動按鈕就能夠起動，同時可以分開選用推、捏、揉、敲四個功能，或多個功能一起使用

3、。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 保健椅 辦公室助手 復(fù)雜輪系 離合器應(yīng)用</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章：緒論……………………………………………………………4</p><p>　　1.1 設(shè)計背景及意義…………………………………………………4</p><p

4、>　　1.2 電機(jī)的選擇………………………………………………………5</p><p>　　1.3 計算公式整理……………………………………………………6</p><p>　?。汗ぷ髟怼?</p><p>　　2.1 整體運動簡圖……………………………………………………7</p><p>　　2.

5、2 離合器工作原理…………………………………………………7</p><p>　　2.3 各功能實現(xiàn)工作原理……………………………………………8</p><p>　　2.3.1 “揉”功能實現(xiàn)原理………………………………………8</p><p>　　2.3.2 “推”功能實現(xiàn)原理………………………………………9</p><p>　　2.3.3

6、“捏”功能實現(xiàn)原理………………………………………10 </p><p>　　2.3.4 “敲打”功能實現(xiàn)原理……………………………………11</p><p>　　第三章： 主要零件的技術(shù)要求………………………………………12</p><p>　　3.1 凸輪技術(shù)參數(shù)要求……………………………………………12</p><p>

7、　　3.2 橢圓輪技術(shù)參數(shù)要求…………………………………………12</p><p>　　3.3 齒輪嚙合與速度調(diào)整…………………………………………13</p><p>　　3.3.1 “揉”速度調(diào)整…………………………………………13</p><p>　　3.3.2 “推、捏”速度調(diào)整……………………………………13</p><p>

8、　　3.3.3 “敲”速度調(diào)整…………………………………………14</p><p>　　第四章： 結(jié)論及體會…………………………………………………15</p><p>　　4.1 創(chuàng)新點及應(yīng)用前景……………………………………………15</p><p>　　4.2 組員心得體會…………………………………………………15</p><p>　　

9、第五章：參考文獻(xiàn)……………………………………………………17</p><p>　　第六章：附錄…………………………………………………………18</p><p><b>　　第一章：緒論</b></p><p>　　多功能保健椅是在普通椅子的基礎(chǔ)上改造后板，把各部分機(jī)械零件安裝在后板里面，利用電機(jī)提供動力，傳遞到各部分具體執(zhí)行。揉：椅子的背部設(shè)置

10、一個凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪帶動桿件作上下運動以此來實現(xiàn)振動；推：利用圓柱凸輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)往復(fù)運動，與人體接觸的部分為一個外面柔性的滾子，用一個彈簧來讓它很好地與人體頸部接觸；捏：捏功能和推都要求有一個往復(fù)的運動，因此可使用同一個圓柱凸輪，由于每個人的身體情況不一樣，所以在這一方面我們用了兩個棘輪以實現(xiàn)位置調(diào)節(jié)，同時需要用到鋼索來傳遞能量；敲：利用杠桿原理和凸輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)。這款保健椅最大的特點是我們應(yīng)用了離合裝置來控制功能的選用，這也是我們技術(shù)要求最

11、高的一部分。</p><p>　　1 .1 設(shè)計背景及意義</p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，人們對自身健康的關(guān)注度不斷提高，保健椅作為一種保健醫(yī)療器械，越來越受到消費者的歡迎。從家居設(shè)計的角度來講，作為一種智能化休閑座椅，保健椅除具有一般休閑座椅所具有的功能外還具有按摩功能。人工按摩能疏通經(jīng)絡(luò)，使氣血循環(huán)，保持人體的陰陽平衡，所以按摩后能使肌肉放松，關(guān)節(jié)靈活，精神振奮，消除

12、疲勞，對保持身體健康有重要作用。對正常人來講人工按摩能增強(qiáng)人體的自然抗病能力，取得保健效果。我們這款多功能保健椅所具有的機(jī)械按摩方式是對人工按摩是高度仿真。以捏功能為例，與肩膀接觸的部分我們設(shè)計成爪子的形狀，利用鋼索的長短可控制力度的大小，利用棘輪可以實現(xiàn)位置調(diào)節(jié)。</p><p>　　目前雖然存在高檔的按摩椅，但由于價格太高，不能實現(xiàn)大眾化。也有人力環(huán)保按摩椅，雖然是節(jié)能環(huán)保，但我小組討論后得到的結(jié)論是：按摩時

13、應(yīng)該是全身心的放松，為了按摩上半身，而讓雙腳累壞了的蠢事我們不做。</p><p>　　我們設(shè)計的多功能保健椅是介于前兩者之間的多功能器械，成本不高，容易實現(xiàn)大眾化；小能量帶動，可以實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，又能夠全身心的放松，使效果更佳。</p><p>　　多功能保健椅的造價低廉，我們查看了一些市場上已有的按摩椅，高檔的價格都在5000~15000之間，多功能保健椅在價格上有著明顯的優(yōu)勢。而且我們

14、的使用的電機(jī)耗電量也不大，以功率為60瓦計算，平均每天使用40分鐘，一年300天，使用壽命10年，電費不漲價按0.6元一度計算，十年的電費僅用去72元。</p><p><b>　　1.2 電機(jī)的選擇</b></p><p><b>　　表1：電機(jī)主要參數(shù)</b></p><p>　　選擇的電動機(jī)的額定功率必須滿足負(fù)載要求

15、，而且必須保證在啟動時可以順利地運行，對于電動機(jī)來說，轉(zhuǎn)速選擇150r/min合適，可以保證運行的穩(wěn)定性。另外轉(zhuǎn)速也不可過高，這樣造成功率因素過低，這也是不經(jīng)濟(jì)的。電動機(jī)的運動參數(shù)為轉(zhuǎn)速。電動機(jī)的速度越高，其尺寸和質(zhì)量也就越大，價格也就越高，但當(dāng)執(zhí)行構(gòu)件的速度較低時，若選用高速電動機(jī)，勢必需要大減速比的減速裝置，反而可能會造成機(jī)械傳動系統(tǒng)的過分龐大和制造成本的顯著增加。在此機(jī)械運動中執(zhí)行構(gòu)件要求的效率不是很大，經(jīng)過多方面的考慮我選150

16、r/min的電動機(jī)。</p><p><b>　　1.3 計算公式</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速計算公式：</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p><b>　　自由度計算公式：</b></p><

17、p><b>　?。?）</b></p><p>　　表2：齒輪參數(shù)計算公式</p><p><b>　　第二章：工作原理</b></p><p>　　2.1 整體運動簡圖：</p><p>　　圖1：多功能保健椅運動簡圖</p><p>　　由于我們設(shè)計的機(jī)構(gòu)是一個對稱

18、是機(jī)構(gòu)，所以此簡圖只畫了對稱的一半。如圖1所示，從左到右分別為揉、推、捏、敲四個功能。電機(jī)我們選用功率為60W，轉(zhuǎn)速為150r/min的。機(jī)構(gòu)是一個離合裝置，連接電機(jī)與齒輪。下面分析離合器和各功能的工作原理。</p><p>　　2.2 離合器工作原理</p><p>　　圖2：離合器結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖2是離合器結(jié)構(gòu)示意圖，它是連接在電機(jī)與齒輪之間，

19、利用開、合來控制功能是否被執(zhí)行。如圖2所示（剪頭表示力的方向），當(dāng)黑色部分受到力作用時，由紫色的鋼條和黃色的支座形成一個杠桿，從而使紅色部分與藍(lán)色（橡膠）分離，這時，白色的飛輪不能夠被帶動，實現(xiàn)了斷開功能。當(dāng)力移去后，彈簧可使紅色部分與橡膠緊密接觸，飛輪也隨之轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了能量傳遞。</p><p>　　2.3 各功能實現(xiàn)工作原理</p><p>　　2.3.1“揉”功能實現(xiàn)原理</p

20、><p>　　圖3：“揉”功能構(gòu)件運動簡圖</p><p>　　如圖3所示是為實現(xiàn)揉背部功能的結(jié)構(gòu)運動簡圖。主要是通過齒輪帶動凸輪的轉(zhuǎn)動，凸輪輪廓推動從動桿件上下運動，人的背部靠在椅子上（即從動桿件），就能實現(xiàn)背部揉的功能。從動桿件最頂端的彈簧就是為了讓從動桿件貼緊凸輪輪廓，及時回位避免卡死。</p><p>　　表3：“揉”功能主要零件尺寸</p>&l

21、t;p><b>　　其他參數(shù)：</b></p><p>　　頻率 =1Hz (每秒鐘5次)</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速 </b></p><p><b>　　=60×1</b></p><p><b>　　=60 r/min</b>&

22、lt;/p><p><b>　　自由度 </b></p><p>　　=3×2-2×2-1=1</p><p>　　2.3.2“推”功能實現(xiàn)原理</p><p>　　圖4：“推”功能構(gòu)件運動簡圖</p><p>　　如圖4所示為實現(xiàn)推功能的機(jī)構(gòu)運動簡圖。左圖是一個圓柱凸輪，主要用來

23、實現(xiàn)往復(fù)運動的，但也用于能量傳遞。中間為一根延伸桿件，彈簧在這里的作用就是為了使之與人體接觸更加優(yōu)良。右圖是與人體接觸的局部構(gòu)件，將采用比較柔軟的海綿作為滾子。</p><p>　　表4：“推”功能主要零件尺寸</p><p><b>　　其他參數(shù)：</b></p><p>　　頻率 =0.25Hz</p><p>&l

24、t;b>　　轉(zhuǎn)速 </b></p><p><b>　　=60×0.25</b></p><p><b>　　=15 r/min</b></p><p><b>　　自由度</b></p><p>　　=3×3-2×3-1=2&l

25、t;/p><p>　　2.3.3 “捏”功能實現(xiàn)原理</p><p>　　圖5：“捏”功能構(gòu)件運動簡圖</p><p>　　如圖5所示，當(dāng)齒輪帶動圓柱凸輪運動時，T型桿件作上下運動，在T型桿件的上端與鋼索連接，從而帶動鋼索上下運動。中間圖為靜止時捏爪的狀態(tài)，右圖是鋼索受到力后最大的運動極限。出于對安全性能的考慮，避免力度太大而誤傷肩膀，所以我們把上下運動距離定在40mm

26、。兩個棘輪機(jī)構(gòu)在這里的作用是根據(jù)不同人的身體特征來調(diào)節(jié)捏爪的位置，以達(dá)到舒適的效果。</p><p>　　表5：“捏”功能主要零件尺寸</p><p><b>　　其他參數(shù)：</b></p><p>　　頻率 =0.25Hz</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速 </b></p><

27、p><b>　　=60×0.25</b></p><p>　　=15 r/min</p><p><b>　　自由度</b></p><p>　　=3×2-2×2-1=1</p><p>　　2.3.4 “敲打”功能實現(xiàn)原理</p><p&g

28、t;　　圖6：“敲打”功能構(gòu)件運動簡圖</p><p>　　如圖6所示為實現(xiàn)敲打功能的機(jī)構(gòu)簡圖。底部齒輪帶動橢圓柱轉(zhuǎn)動，通過橢圓的長軸跟短軸的長度差距來實現(xiàn)從動件的往復(fù)運動，從而實現(xiàn)敲打功能。彈簧也是實現(xiàn)往復(fù)運動必不可少的構(gòu)件。</p><p>　　表6：“敲打”功能主要零件尺寸 ：</p><p><b>　　其他參數(shù)：</b></p&

29、gt;<p><b>　　頻率 =0.5Hz</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速 </b></p><p><b>　　=60×0.5</b></p><p>　　=30 r/min</p><p><b>　　自由度</b>

30、;</p><p>　　=3×2-2×2-1=1</p><p>　?。褐饕慵募夹g(shù)要求</p><p>　　3.1 凸輪技術(shù)參數(shù)要求</p><p>　　圖7：凸輪示意圖及參數(shù)</p><p>　　如圖7示意圖所示，凸輪最大上升距離為40mm，基圓半徑我們采用的是50mm，這樣既能保證上升的距離

31、，又能夠在安全范圍內(nèi)盡量地縮小了尺寸，使保健椅更加輕巧而且節(jié)約了材料，降低成本。具體設(shè)計參數(shù)如圖7所示。</p><p>　　3.2 橢圓輪技術(shù)參數(shù)要求</p><p><b>　　圖8：橢圓輪示意圖</b></p><p>　　如圖8所示為橢圓輪，是用于敲打功能實現(xiàn)的。它是由凸輪改造而來，因此它具有凸輪的特性。設(shè)計成對稱的結(jié)構(gòu)，當(dāng)橢圓輪旋轉(zhuǎn)一

32、周時，實際上機(jī)構(gòu)已經(jīng)了兩次的敲打。這樣一來可以更好地合理利用能量。</p><p>　　3.3 齒輪嚙合與轉(zhuǎn)動速度調(diào)整</p><p>　　圖9：齒輪嚙合示意圖</p><p>　　圖9為齒輪嚙合示意圖。由于不同的功能需要的運動頻率不一樣，因此，利用齒輪系來實現(xiàn)加速或減速是很有必要的。</p><p>　　3.3.1“揉”速度調(diào)整：</

33、p><p>　　頻率=1Hz,轉(zhuǎn)速=60r/min。==5/2</p><p>　　圖10：揉功能加速示意圖</p><p>　　=40的齒輪帶動=20的齒輪時可以實現(xiàn)。</p><p>　　3.3.2 “推、捏”速度調(diào)整：</p><p>　　頻率=0.255Hz,轉(zhuǎn)速=15r/min。==10/1</p>

34、<p><b>　　10=2.5×4 </b></p><p>　　圖11：推、捏功能減速機(jī)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　=</b></p><p>　　3.3.3 “敲”速度調(diào)整：</p><p>　　頻率f=0.25Hz,由于橢圓輪是一個對稱機(jī)構(gòu)，所以只需要傳遞給橢

35、圓輪的頻率為0.5Hz,就能夠使敲打頻率控制在0.25Hz。因此橢圓轉(zhuǎn)速n=75r/min。兩嚙合齒輪齒數(shù)要求，==2/1。如圖12所示。</p><p>　　圖12：敲打功能減速機(jī)構(gòu)示意圖</p><p><b>　　第四章：結(jié)論及體會</b></p><p>　　4.1 創(chuàng)新點及應(yīng)用前景</p><p>　　1、多功

36、能保健椅造價低廉，與市場上已有的價位在5000—15000元的按摩椅相比具有明顯的價格上的優(yōu)勢</p><p>　　2、多功能保健椅以串激電機(jī)帶動簡單的輪系實現(xiàn)所需功能，無需大功率電器等，節(jié)約電力財力，安全。</p><p>　　3 、多功能保健椅就是一個輕便，舒適的普通椅子，此設(shè)計方便了椅子的搬運也能節(jié)約椅子的占用空間。</p><p>　　4、 多功能保健椅不僅

37、價格低廉，而且能夠最大限度放松身體，實現(xiàn)按摩作用。必受人們青睞，具有很大的市場空間。</p><p>　　5、利用離合裝置來實現(xiàn)功能選用，可以根據(jù)不同的需要選用不同的功能。</p><p><b>　　4.2 組員心得</b></p><p>　　經(jīng)過整整兩周的課程設(shè)計，體會到自己動手設(shè)計東西并不是那么簡單。自己要考慮到方方面面，遇到不懂的東西

38、要自己查資料，跟組員的配合也很重要，要懂得分工，方才能完成任務(wù)。在設(shè)計的過程中雖然很繁瑣，要想方設(shè)法解決各種突如其來的難題，但回想整個過程，又會覺得這半個月過的很充實，也學(xué)會了很多。又或者說樂在其中，也學(xué)會了很多。同時也明白到平時所學(xué)的基礎(chǔ)知識是很重要的，基礎(chǔ)扎實才能懂得怎么運用，才能正確運用，才能有所創(chuàng)新。</p><p>　　將理論付諸實踐是我在這次課程設(shè)計中的最大收獲，以往的學(xué)習(xí)中，我們只是學(xué)學(xué)理論記一記公

39、式，然后做些傳統(tǒng)的題目，這樣的學(xué)習(xí)考完試后就會把知識遺忘。然而課程設(shè)計是要自己動手，需要靈活運用理論。在這次機(jī)械原理課程設(shè)計中，我們需要結(jié)合簡單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合運用所學(xué)知識，來確定運動方案。要對方案中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計。通過設(shè)計，我們要利用技術(shù)資料、運算和繪圖。在短短時間內(nèi)，我們的各方面的能力得到了一定程度的鍛煉和提升。就比如說運用計算機(jī)的能力，在短時間內(nèi)利用一個從未接觸過的軟件完成作品，這不僅要懂得高效率查閱資料，還要有足夠的耐性自學(xué)

40、推敲?？偟膩碚f，在這次課程設(shè)計中我收獲了很多。</p><p>　　在這次機(jī)械原理課程設(shè)計中，我們需要結(jié)合簡單的機(jī)械系統(tǒng)，綜合運用所學(xué)知識，來確定運動方案。要對方案中的機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計。通過設(shè)計，我們要利用技術(shù)資料、運算和繪圖。與此同時，我們也對機(jī)械學(xué)科有了更深刻的了解與認(rèn)知。這些都為我今后的學(xué)習(xí)和工作奠定了踏實的基礎(chǔ)。本次設(shè)計以小組為單位，增進(jìn)了同學(xué)自己彼此的了解，使我們學(xué)會團(tuán)隊之間的合作，受益終生。</

41、p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]楊可楨,程光蘊,李仲生.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京:高等教育出版社,2006.</p><p>　　[2]何銘新,錢可強(qiáng).機(jī)械制圖 [M].北京:高等教育出版社,2010.</p><p>　　[3]鄧凱，胡仁喜，陳鹿民.ADAMS 2005機(jī)械設(shè)計高級應(yīng)用實

42、例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版,2006.</p><p>　　[4]劉昌麗,周進(jìn).UG NX 8.0[M].北京:人民郵電出版社,2012.</p><p>　　[5]黃靖遠(yuǎn),高志,陳祝林.機(jī)械設(shè)計學(xué)[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2000.</p><p>　　[6]應(yīng)錦春.現(xiàn)代設(shè)計方法[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2007.</p><p>　　[7]

43、 王金武,周福君,孔曉玲等.互換性與測量技術(shù)[M].中國農(nóng)業(yè)出版社.2003.</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　圖13：多功能保健椅三維結(jié)構(gòu)示意圖（UG）</p><p>　　圖13為多功能保健椅三維結(jié)構(gòu)示意圖，根據(jù)不同的運動要求，我們可以通過一般齒輪和斜齒輪來具體實現(xiàn)。如圖所示，揉功能是作上下運動，與電機(jī)帶動的齒

44、輪運動一致，因此用一般齒輪就能實現(xiàn)。而推、捏、敲等功能的運動就需要使用斜齒輪來作一個運動方向的變換。</p><p>　　圖14：揉功能凸輪運動分析示意圖（UG）</p><p>　　圖14為凸輪在UG運動模擬下得到的運動分析圖。從線形走向來看，運動是穩(wěn)定的，滿足運動要求。</p><p>　　不足的是：由圖形可以看出，當(dāng)凸輪到達(dá)最低點的時候，受到的沖擊是很大的，所