多功能健身器設(shè)計(jì)【說明書+CAD+CATIA】

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In addition, the multi-functional fitness equipment also has the advantages of easy to use, good safety performance, low cost, assembly design and so on.Keyword: multifunctional; body-building; mechanism; exerciseII多功能健身器設(shè)計(jì)緒論社會不斷在進(jìn)步，人們的生活水平也在不斷提高。從20 世紀(jì)80 年代開始，一直到今天，隨著生活節(jié)奏的不停加快，廣大上班族不得不面臨著越來越大的日常壓力，高負(fù)荷的工作任務(wù)使得他們的身體素質(zhì)不斷下降，加上內(nèi)心所承受的巨大精神壓力難以舒緩，從而導(dǎo)致了類似于普華永道和富士康等公司員工猝死事件的屢屢發(fā)生，這無疑為一眾國民敲響了健康問題的警鐘。中國醫(yī)學(xué)專家指出，目前，國內(nèi)有近 70%的人正處于亞健康狀態(tài)，罹患抑郁癥、精神分裂、頸椎病、高血壓等系列疾病的風(fēng)險(xiǎn)較以往大幅增加且逐漸呈年輕化趨勢?；诖?，人們在追逐物質(zhì)利益的同時(shí)，也開始注重追求新的生活方式和貫行新的健康理念，而健身器材的設(shè)計(jì)與推廣，正是迎合了當(dāng)前社會潮流發(fā)展的趨勢中國健身器材業(yè)分析：（1）中國有廣大的市場，便宜的人力資源和原材料市場，及政府的各種優(yōu)惠政策，中國處于高速發(fā)展的時(shí)代，及運(yùn)動會帶動全民健身意識，帶動健身器材行業(yè)的發(fā)展。（2）主要表現(xiàn)以下幾個(gè)方面：整體規(guī)模偏小、在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中所占的比重較小、商業(yè)化運(yùn)作水平不高、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一，市場多元化開發(fā)不夠、相關(guān)產(chǎn)業(yè)的潛能沒有充分發(fā)揮。起步較晚。健身器材工業(yè)起源于20世紀(jì)70年代初的美國及加拿大，別的國家也先后在70-90年代初發(fā)展起來，而中國在90年代中才開始。（3）國際市場廣大，進(jìn)一步促進(jìn)中國的高速發(fā)展，產(chǎn)品價(jià)格便宜;全民健身理念推廣。（4）中國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，各行業(yè)的競爭升級，外資的進(jìn)入對健身器材行業(yè)產(chǎn)生強(qiáng)大的機(jī)會和威脅，周邊發(fā)展中國家的健身器材業(yè)發(fā)展也有一定的威脅;發(fā)達(dá)國家對產(chǎn)品品質(zhì)和服務(wù)的要求在考驗(yàn)中國的健身器材行業(yè)。我國健身器材行業(yè)的發(fā)展應(yīng)該從以下三個(gè)策略出發(fā)：1、標(biāo)準(zhǔn)化戰(zhàn)略，短時(shí)間把我國健身用品業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)整理修訂一遍;沒有高基準(zhǔn)線的標(biāo)準(zhǔn)，所生產(chǎn)出來的健身器材就沒資格參與未來市場的競爭。2、認(rèn)證戰(zhàn)略，根據(jù)國際慣例，原帶行政職能的審定將被第三方認(rèn)證所替代， 而目前我國體育用品業(yè)內(nèi)的認(rèn)證市場較為混亂，還未與國際接軌。3、名牌推進(jìn)戰(zhàn)略，中國制造的產(chǎn)品在未來幾年內(nèi)的國際市場上還將不斷擴(kuò)大，但以獨(dú)立的民族品牌出現(xiàn)在世人面前的還是鳳毛麟角。為了振興民族的體育用品制造業(yè)，我們必須擁有自己強(qiáng)大的品牌群體20。隨著近年來人們享受式消費(fèi)在逐年增長,城市中大量涌現(xiàn)了白領(lǐng)階層,大家紛紛加入各式各樣的健身俱樂部,享受著時(shí)尚且新奇的健身體驗(yàn)。我國城市居民用于個(gè)人健身等方面的消費(fèi)以30%的速度在增長,大大高于全球20%的平均增速。市場需求規(guī)模快速增長，市場空間大。在健身市場較為成熟的歐美國家，健身器材市場非常龐大，以美國為例，由于健身鍛煉的具體方式方法的教育在大學(xué)之前就已完成 ，全民對健身知識的掌握和主動健身的觀念非常高。施瓦辛格在健身百科全書中提到，健身器材改變了以往那只利用身體本身自重去鍛煉的歷史，是一個(gè)非常巨大的進(jìn)步 ，所以這一市場將是非常龐大的，因?yàn)樗鼛Ыo人們的不僅僅是方式上的改變，同時(shí)也帶動了健身產(chǎn)業(yè)的另一種衍生品的發(fā)展 ；同時(shí)，只要健身俱樂部不斷的發(fā)展，健身器材行業(yè)就不斷地發(fā)展，未來家庭式健身器材也會大大地普遍21。健美冠軍之父本韋德在韋德之路中談到，健身器材工業(yè)起源于20世紀(jì)70年代初的美國及加拿大，所以美國及加拿大的健身設(shè)備制造廠是歷史最為悠久的工廠，他們經(jīng)歷了健身工業(yè)的高峰與低谷，經(jīng)歷了健身器械的誕生和發(fā)展過程，所以說美國及加拿大的健身設(shè)備是技術(shù)最專業(yè)的最優(yōu)秀的產(chǎn)品22。從政策角度來看，由于健身娛樂市場可以有效地拉動居民的消費(fèi)，符合國家拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展的政策，有望得到政府的進(jìn)一步支持。同時(shí)，一個(gè)需要特別注意的發(fā)展傾向是從人們對健身娛樂的消費(fèi)趨勢上來看，人們健康的需求也正逐步從被動的治療性向主動的預(yù)防保健型轉(zhuǎn)換，這也預(yù)示未來的健身娛樂市場必然向科學(xué)保健、運(yùn)動和娛樂合理搭配的方式發(fā)展。- 2 -多功能健身器設(shè)計(jì)1. 前言1.1 方案確定與分析多功能健身器是一個(gè)很實(shí)用的創(chuàng)新型的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課題，在設(shè)計(jì)之前我做了相對完整的市場研究，并且在網(wǎng)上搜集到了一部分與健身器材有關(guān)的資料。除了這些以外，我還去了一些健身房里走訪了健身房里比較突出的健身教練及健身愛好者，并且親自體驗(yàn)了相關(guān)健身器械，力求做到親身經(jīng)歷。健身器結(jié)構(gòu)：因?yàn)槟壳笆袌錾纤嬖诘慕^大多數(shù)的健身器材大體上都是屬于盲目的單一追求功能多樣化的健身器。市場上有一囊括了十七種繁復(fù)功能的健身器產(chǎn)品，倘若一個(gè)健身器的功能最終閑置下來，那么也就失去了該健身器原本的初衷，并且由于搭載太多的鍛煉功能會導(dǎo)致健身器的設(shè)計(jì)工作變得尤為復(fù)雜，同時(shí)也會造成健身器的工作不穩(wěn)定，故障率比較大，維修困難等一系列問題。在社會不斷向前發(fā)展的過程中，我國居民的物質(zhì)生活水平也得到了質(zhì)提升，民眾也慢慢的開始意識到了健身的重要性，各大高校和一些街道的健身房猶如雨后春筍一般，但是因?yàn)楝F(xiàn)在的社會條件下國人們的收入水平還不足以支持每一個(gè)人都到健身房去消費(fèi)，在目前的社會背景下看來，普通的工薪階層雖然還不足以承受私人健身器械，但是比去健身房更便宜，比去健身房節(jié)省更多的時(shí)間，所以目前大部分的健身器材產(chǎn)品都是大多數(shù)白領(lǐng)，還有消費(fèi)水平處于白領(lǐng)之上的那一群人。這個(gè)人群因?yàn)樵跁r(shí)間分配上的原因，沒有多余的時(shí)間去健身房進(jìn)行體育鍛煉，并且由于個(gè)人經(jīng)濟(jì)原因，他們也足夠消費(fèi)得起私人家用健身器械，與此同時(shí)由于我國的人口基數(shù)比較大，房屋單人面積人均占有率低，導(dǎo)致了房屋價(jià)格的飛速上升，目前的社會時(shí)代背景下，商品房經(jīng)濟(jì)背景下的人們所居住的環(huán)境相對非常狹小，所擁有的空間極其有限，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的初期我就已經(jīng)明確了本次健身器材設(shè)計(jì)的大體方向，多功能健身器械的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對緊湊，占地面積小，安全系數(shù)高，可以很容易地滿足人們對大多數(shù)肌肉鍛煉的渴望。健身的運(yùn)動器械增加鍛煉的多功能性質(zhì)，在另一方面，可以讓人們鍛煉更舒適。因此，健身設(shè)備的性能進(jìn)行了優(yōu)化，并通過去除一些不常用的功能，以提高健身器材的使用效率，以滿足人們的體質(zhì)的不同需求。單人多功能健身器是我這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)的器械，盡管這一個(gè)健身器械只能夠滿足單人對肌肉鍛煉的要求然而其提供了多項(xiàng)鍛煉性能。在我走訪了一部分健身房教練、還有一些健身愛好者之后發(fā)現(xiàn)，目前人們主要是針對于胸肌、肱二肱三以及腿大肌進(jìn)行相關(guān)的增肌鍛煉。我這一次的設(shè)計(jì)理念主要也源自于這里，所以我這一次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的多功能健身器的主要功能也是圍繞著以上幾個(gè)功能開展的設(shè)計(jì)工作。主要功能包括腿部肌肉的鍛煉、腰腹部核心肌肉群的加強(qiáng)、坐姿手拉拉手上下移動、站姿手拉拉桿的肱二肱三加強(qiáng)鍛煉。以上這四種功能綜合起來會使得健身器的整體結(jié)構(gòu)顯得較為美觀，并且在動作上也會顯得比較協(xié)調(diào)。通過該多功能健身器能夠鍛煉到的肌肉包括：胸肌、背闊肌、斜方肌、手臂肌肉前束、后束、肱二肱三、腿大肌、股直肌、三角肌等肌肉。1.2 設(shè)計(jì)要求 按照本次多功能健身器的設(shè)計(jì)要求，該健身器需要滿足以下幾點(diǎn)：（1）多功能健身器械，僅容一人進(jìn)行鍛煉操作；（2）要具備有安全性能高，運(yùn)行平穩(wěn)無太大噪音的性能；（3）配重設(shè)計(jì)為可調(diào)重量樣式，單級5kg，更換鍛煉強(qiáng)度便捷；（4）機(jī)械結(jié)構(gòu)安裝合理，能夠解決當(dāng)前社會背景下的健身器材市場上大多數(shù)健身器材或多或少都存在于設(shè)計(jì)上的缺陷 ，并且能夠可以便于制造。1.3 整體結(jié)構(gòu)1.3.1 手臂鍛煉機(jī)構(gòu)及機(jī)架 底座、立柱、拉手、鋼索、導(dǎo)桿、配重還有銷軸組成了整個(gè)手臂肌肉群的鍛煉機(jī)構(gòu)，該框架提供了兩個(gè)肱肌運(yùn)動平臺結(jié)構(gòu)非常有效的組合三，手臂肌肉運(yùn)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動電纜，電纜通過手柄驅(qū)動配重上下移動，以達(dá)到肌肉運(yùn)動的目的1.3.2 腿部肌肉鍛煉機(jī)構(gòu) 腿部肌肉鍛煉結(jié)構(gòu)主要由鏈傳動，鏈輪軸以及飛輪組成。這個(gè)肌肉鍛煉機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)靈感主要來源于自行車的傳動機(jī)構(gòu)，通過腳掌帶動踏板，踏板帶動鏈輪軸，軸帶動傳動鏈等一系列連鎖反應(yīng)，最后將能量存儲到鏈輪軸兩端的飛輪中，而飛輪又接著將其存儲的能量反向傳遞到了小鏈輪上。在小鏈輪軸上，鏈條踏板向上移動。1.3.3 腰腹部鍛煉機(jī)構(gòu)座椅底座、靠背以及圓柱螺旋拉伸彈簧構(gòu)成了整個(gè)腿部肌肉鍛煉機(jī)構(gòu)。鍛煉者坐于座椅上，往后靠給靠背一個(gè)力，帶動靠背繞軸進(jìn)行向后進(jìn)行轉(zhuǎn)動，帶動彈簧受力進(jìn)行拉伸（彈簧其中一端的圓鉤將其固定于座椅之上，另外一端圓鉤將其固定在靠背的左下或右下側(cè)），彈簧在失去靠背給的力之后，在本身彈力的作用下將靠背復(fù)位。整體結(jié)構(gòu)見圖一圖1.1：裝配圖2. 腿部鍛煉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 傳動方案的選擇初步考慮帶傳動和鏈傳動兩種方案，如圖二所示為鏈傳動。圖2.1：鏈傳動2.1.1 方案一:采用傳統(tǒng)的皮帶傳動定義：（帶輪傳動屬于眾多撓性傳動的一種，皮帶傳動的主要部件為兩個(gè)皮帶輪（驅(qū)動皮帶輪和從動皮帶輪）以及一條驅(qū)動帶。當(dāng)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時(shí)，通過皮帶輪與傳動帶之間的摩擦和嚙合作用，通過傳動帶將運(yùn)動以及動力傳遞給從動皮帶輪）2。傳動原理：（皮帶的張力被用作柔性部分以產(chǎn)生皮帶和皮帶輪之間的摩擦和傳動）2。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)比較簡單傳動較為平穩(wěn)緩沖以及吸振 價(jià)格比較低廉 對于安裝的精度要求低比較適合長距離傳動。缺點(diǎn)：容易產(chǎn)生疲勞損壞 傳動帶嚙合傳動相對比，其張緊力比較大，且軸上承受的壓力大 皮帶的長度較長、不太緊湊 很容易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象由于帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電，故一般不用于高溫等場合。2.1.2 方案二：使用鏈傳動方式定義：鏈傳動也屬于撓性傳動之中的一種。它由鏈條以及鏈輪（主動鏈輪和從動鏈輪）組裝而成。運(yùn)動和動力主要依靠鏈輪、鏈輪以及鏈條三者之間的嚙合來傳送2。工作原理：運(yùn)動和動力通過鏈輪鏈（中間柔性元件）與鏈輪齒嚙合來傳遞2。優(yōu)點(diǎn)：傳遞效率高 整體尺寸較小，能夠保持很好的結(jié)構(gòu) 張緊小，作用于軸上的徑向壓力比較小承載能力高對工作場合的要求低 成本低缺點(diǎn)：瞬時(shí)的傳動比不能得到保證 磨損后容易發(fā)生跳齒 在運(yùn)行過程中會產(chǎn)生噪聲和沖擊，不適合高負(fù)載、高速、快速反向傳輸。 由于本次設(shè)計(jì)要求運(yùn)動平穩(wěn)，傳遞效率高等特點(diǎn)。綜上所述，初步確定決定采用鏈傳動鏈傳動這個(gè)方案。2.2 鏈傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 鏈輪傳動的傳動比增大，導(dǎo)致鏈條與小鏈輪上之間的包角減小，與此同時(shí)正在嚙合的鏈輪輪齒數(shù)就會減少，每一個(gè)輪齒所承受的載荷就會增大，加速了輪齒的磨損，并且比較容易造成跳齒、脫鏈的現(xiàn)象。鏈傳動的傳動比一般情況下取，一般取。初步選用短節(jié)距精密滾子鏈。低速級的傳動系統(tǒng)中一般用滾子鏈作為傳動結(jié)構(gòu)，傳遞的功率一般不到，鏈傳動速度低于 。依據(jù)實(shí)際情況，初步選定主動鏈輪的轉(zhuǎn)速為，傳動比取，鏈傳動所傳遞的功率為。2.2.1 鏈輪齒數(shù)初步選定小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)。2.2.3 確定計(jì)算功率由表9-6查得2，由圖9-13查得，單排鏈2，則計(jì)算功率為 2.2.4 選擇鏈條型號和節(jié)距由Pca=1.35kW以及n1=60r/min查圖9-112，選取滾子鏈型號為16A。查表，鏈條節(jié)距為。2.3 對鏈節(jié)數(shù)和中心距的計(jì)算2.3.1 計(jì)算鏈速v，確定潤滑方式初步選擇中心距現(xiàn)取，則鏈長節(jié)數(shù)取節(jié)。查表得到中心距計(jì)算系數(shù),則鏈傳動的最大中心距為由和鏈號，可得滾子鏈的潤滑方式為定期人工潤滑。2.3.2 壓軸力的計(jì)算有效圓周力為由于鏈輪為垂直設(shè)置，則壓軸力系數(shù)，則壓軸力為:2.3.3 對鏈輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)選擇大鏈輪和小鏈輪均為整體式。2.3.4 鏈輪的材料鏈輪輪齒要具備有足夠高的耐磨性和強(qiáng)度。因?yàn)樾℃溳嗇嘄X比大鏈輪輪齒嚙合的次數(shù)多，所受的沖擊也大鏈輪大，所以小鏈輪需要采查表用較好的材料制造。由表9-52可知，小鏈輪的材料為15號鋼，大鏈輪的制造材料為20號鋼，采取滲碳、淬火和回火等熱處理，熱處理之后的硬度約為。2.4 軸的設(shè)計(jì)2.4.1 對輸出軸上的功率、轉(zhuǎn)速和扭矩的計(jì)算取傳動效率，則 （11） （12）于是 mm （13）2.4.5 對作用在軸上的力的計(jì)算在傳動軸上的力為壓軸力和支撐力。參見后文示圖。(1) 最小軸徑的確定有公式初步估算最小軸徑。取45鋼制造軸，調(diào)質(zhì)處理。取，得： （14）但由于輸出軸的最小直徑安裝在飛輪處軸的直徑和,故取=。2.4.6 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)現(xiàn)初步設(shè)計(jì)軸的割斷尺寸位置，如下圖。圖2.2：軸段圖根據(jù)各零件的軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度3。1）飛輪的軸向定位要求通過軸肩來滿足，所以在軸上需要制造相關(guān)的軸肩，故取。2）軸承的選擇。經(jīng)過軸承的受力分析后，初步選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，大軸承初步選取單列深溝球軸承6008，其尺寸為，=406815,故，而。3）鏈輪的安裝軸段的直徑；鏈輪的軸向通過軸套進(jìn)行定位。輪轂厚度為，該軸段由于定位要求需要短于輪轂的厚度，所以取。鏈輪的右端利用軸肩進(jìn)行軸向定位，尺寸為，故取，那么這一段軸的。這一段軸的厚度b1.4h，取。4）軸承蓋的厚度為20mm，為了使得軸承蓋便于裝卸，方便軸承的潤滑，取，而。周向定位：周向定位均采用鍵連接的方式。按查表6-1得大鏈輪與軸的連接平鍵截面2，同理，飛輪與軸的連接，選用平鍵為，飛輪與軸的配合為。由過渡配合來確保深溝球軸承與軸之間的周向定位要求，所以此處選軸的直徑尺寸公差為m6.2.4.7 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度危險(xiǎn)截面為截面C圖2.3：大連輪軸校核軸上最大彎矩及扭矩截面強(qiáng)度，軸上所承受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，則： （15）軸的材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，由表15-1查得2。因此，故安全。 圖2.4： 載荷分析圖2.5 飛輪機(jī)構(gòu)2.5.1 轉(zhuǎn)動慣量的計(jì)算1） 該機(jī)構(gòu)的許用運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻系數(shù) （16）2）等效驅(qū)動力矩Med （17） 3）飛輪所應(yīng)該具備的轉(zhuǎn)動慣量 （18） 2.5.2 飛輪尺寸的確定金屬材料盡可能少地獲得飛輪慣性矩輪的最大值，這相當(dāng)于飛輪在輪輞部分相對于輪輞的絕大多數(shù)重量，輪輻和慣性輪非常小， 足夠小，被忽略。 輪緣上存在的慣性力矩近似等于： （20）如果輪輞的寬度為B，則用于飛輪的材料的單位體積重量被設(shè)定為，則： (21)采用作為飛輪的制造材料，則H=20mm，B=16mm。 圖2.5：三維結(jié)構(gòu)圖3. 健身器腰部鍛煉機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 座椅的設(shè)計(jì)3.1.1 設(shè)計(jì)思路座椅設(shè)計(jì)用于將座椅的后部繞基座轉(zhuǎn)動。 主要部件是座椅板，靠背和可調(diào)高度基座。座板填充足夠泡沫棉和較為舒適的墊子?？勘承枰M(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，高度可調(diào)的底座可以適應(yīng)各類人群。材料選用，鑄造工藝足以滿足一般的要求，并滿足座椅設(shè)計(jì)的要求。3.1.2 座椅的尺寸9（1）座高：座椅高度是可調(diào)節(jié)的，適合所有類型的高個(gè)子。 座椅的前緣被設(shè)計(jì)為35厘米遠(yuǎn)離人體的高度，并且具有450mm的圓弧.（2）座寬：為魁梧人群座椅寬度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，臀寬為基準(zhǔn)尺寸，婦女作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的上限大小，采取450毫米。（3）座深：座椅深度是指后緣之間的距離前排座椅，舒適的座椅深應(yīng)能夠更容易地使靠背可以輕松支持腰椎，一般人只要他的小腿能得到穩(wěn)定的支撐，大腿會一般不太容易引起疲勞。 因此，為了適應(yīng)各種高度，深度需要按照人群設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般取400mm。（4）靠背高度：人體在最舒適的時(shí)間背面應(yīng)該是狀態(tài)的背部肌肉的自然延伸，此時(shí)將形成腰椎前凸的一部分，成人腰位置大致位于上述座面，比高度略高 的支點(diǎn)到腰部支撐，方便支持背部重量本身，取。 （5）靠背寬度：合適的寬度應(yīng)在肩部作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，考慮整體布局，所述座椅靠背的寬度的設(shè)計(jì)需要寬的寬度取。（6）靠背傾斜角度：根據(jù)脊椎的形狀，角度比較適合45度。3.2 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 反復(fù)變形后，彈簧應(yīng)保持良好的強(qiáng)度，韌性和耐疲勞性，并且還應(yīng)保證抗沖擊性。（2）查相關(guān)資料選擇合適的旋繞比C，查表10-2-17可知，旋繞比C=6，由公式（16-4）5得曲度系數(shù)K值： (35)（3）安裝空間的初始尺寸，彈簧的中間直徑D和彈簧絲的直徑由C值估算，彈簧絲的容許應(yīng)力由設(shè)計(jì)手冊進(jìn)行檢查?？紤]到安裝空間的大小，彈簧直徑的初始尺寸，由此可得 (36)（4）彈簧工作圈數(shù)由變形兼容性條件進(jìn)行計(jì)算，由表10-2-24可知5： (37)（5）彈簧的相關(guān)尺寸。 (38) (39)=102.5mm (40)最大拉力，最小拉力，行程，其載荷作用次數(shù)為，由具體工作情況及具體條件選定其材料為油淬火回火碳素彈簧鋼絲B類，它的端部結(jié)構(gòu)為圓鉤型。初定彈簧剛度為： （41）因?yàn)槭禽d荷，取，但由于是拉伸彈簧，所以應(yīng)將表10-2-165中值乘以，則 （42）彈簧線徑d及彈簧中徑D:查表10-2-165，選取d=3.5mm，D=18mm，Pj=564.41，fj=2.221，。由上述材料的選擇知。將從表10-2-165中查到的Pj=564.41及fj=2.221按照表10-2-155進(jìn)行修正： （43）有效圈數(shù)，現(xiàn)取，則其剛度 ，最小工作載荷下和最大工作載荷下的變形量分別為，求得極限載荷下的變形量為： （44）彈簧的內(nèi)徑D1=D-d=18-3.5=14.5mm，外徑D2=D+d=18+3.5=21.5mm，彈簧的自由長度H0=（n+1）d2D=（18+1）3.5+218=102.5mm，最小工作載荷下的長度 （45）最大工作載荷下的長度： （46）極限工作載荷下的長度，螺旋角,節(jié)距t=d=3.5mm，圓柱螺旋拉伸彈簧的展開長度 mm （47）實(shí)際極限變形量： （48）最大工作載荷 （49）極限工作載荷，即451.53425故所選圓柱螺旋拉伸彈簧強(qiáng)度在允許條件范圍內(nèi)。 4. 臂力機(jī)構(gòu)及機(jī)架設(shè)計(jì)4.1 設(shè)計(jì)材料的選定材料的選擇是臂機(jī)構(gòu)和機(jī)架的核心設(shè)計(jì)，選擇將是實(shí)力機(jī)構(gòu)和身體的安全，性能和壽命保證。1）為了符合設(shè)計(jì)和制造標(biāo)準(zhǔn)，我們參考以下材料：空心方管，標(biāo)記分別為： 2）無縫鋼管材料為（屈服強(qiáng)度235MP）3）板材都為4.2 底座的設(shè)計(jì)底座將是整臺機(jī)械性能保障。所以對其的強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)有較高的要求。在底座設(shè)計(jì)之初，由于在底座左右兩側(cè)安裝立柱，導(dǎo)向裝置及支架和其配重等機(jī)構(gòu)，所以優(yōu)先考慮受力情況。為便于拆裝，故將其對稱安裝，這樣也將有利于簡化底座受力。具體結(jié)構(gòu)詳見健身器裝配圖，其主要承受型材自重。綜上，選取Q235的板材制造底座，。4.3 支架的設(shè)計(jì)4.3.1 支架的作用支架是這臺健身器械相的重要的部件，主要用于架接滑輪組，實(shí)現(xiàn)手部肌肉鍛煉機(jī)構(gòu)的相關(guān)動作。4.3.2 支架力學(xué)性能分析 (1)受力分析： 截面A主要受人的拉力，其值為， 截面C主要受配重的拉力，其值為， 取，。 由此，可以計(jì)算出、 (50) (51)圖4.1：示意圖（2） 力矩圖：圖4.2：力矩圖(3) 強(qiáng)度校核從圖中可以看出，A截面上的應(yīng)力是最大的，它是危險(xiǎn)的部分，其強(qiáng)度被校核。 (52) (53)用于支架的材料是，查表2-6 得，3，符合設(shè)計(jì)要求。4.3.3 支架的工藝處理所述托架由冷彎方管焊接，焊接需要變形后進(jìn)行校準(zhǔn)。 同時(shí)，毛刺被拋光，表面被噴涂以防止生銹?；單恢迷诮M裝設(shè)計(jì)中，材料選用冷成型鋼， 底板和支架螺栓連接在一起，以減震和拆卸和組裝方便。4.4 配重的設(shè)計(jì)為降低配重在上升下降中產(chǎn)生的噪音和損壞后的便于維修，所以將配重的上面對稱地加兩條橡膠帶，這樣將可以在配重在下降的時(shí)候起到一定的緩沖作用。除此之外配重需要有良好的互換性。配重也對健身器材的性能有重要影響，因此需要考慮以下幾點(diǎn)：1）在鍛煉時(shí)由于配重的上、下降運(yùn)動會產(chǎn)生撞擊，需考慮這點(diǎn)。 2）由于導(dǎo)桿選材為不銹鋼材，價(jià)格較高且為保護(hù)導(dǎo)桿，需改進(jìn)配重孔。 3）根據(jù)目前市場數(shù)據(jù)，配重一般選擇13塊。綜合考慮上述幾點(diǎn)，現(xiàn)對配重做出如下改進(jìn)：1）在導(dǎo)管中用一定長度的塑料管加熱使其往外翻，以防止導(dǎo)桿被配重磨損。2）選材為厚冷軋鋼板標(biāo)號為：,它的強(qiáng)度不成問題，韌性也能保證。4.5 滑輪的設(shè)計(jì)滑輪的作用：滑輪主要作用是承擔(dān)鋼絲繩的導(dǎo)向及減少摩擦，由于它的受力相對較小，可以采用鑄造件，在本次設(shè)計(jì)中主要受不超過壓應(yīng)力的作用，但所選取的鋼材一般大于此值，故不考慮強(qiáng)度校核。4.6 鋼絲繩的設(shè)計(jì)由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得， (54)選擇系數(shù)的公式為： (55)式中n：安全系數(shù)，k：折斷系數(shù)，：鋼絲繩的充滿系數(shù)其中的算法為初步選擇，6級安全系數(shù)，則。根據(jù)手冊c取0.114代入其中，故其材料為鋼芯鋼絲繩（）,標(biāo)號為。4.7 其他零件的設(shè)計(jì)對于其他部件可以通過工廠定制，其設(shè)計(jì)要求相對較低，如使用緩沖螺栓，座椅連接，鋼絲繩長度按照要求安裝。4.8 標(biāo)準(zhǔn)件的選定及校核應(yīng)特別注意設(shè)計(jì)中使用的標(biāo)準(zhǔn)件的選擇。 本設(shè)計(jì)采用以下標(biāo)準(zhǔn)件：軸承，螺栓，螺釘，墊圈等。 4.8.1 螺栓連接的選定及校核立柱跟底座之間采用螺栓連接，材料選取，實(shí)際取2 ，則 (56)其中，30mm，因此立柱取M12螺栓連接是符合要求的 。4.8.2 軸承的選定及校核2在整個(gè)健身器中只有小鏈輪和大鏈輪的輪軸部分選用了軸承。校核大鏈輪輪軸處的軸承。查閱設(shè)計(jì)手冊可得，選用深溝球軸承，型號為預(yù)設(shè)可靠度，在徑向載荷作用下工作，工作應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為。由機(jī)械設(shè)計(jì)表13-9知，可靠度為時(shí)壽命修正系數(shù)，相應(yīng)的基本額定壽命為： (57)軸承額定動載荷為 (58)軸承壽命符合要求。4.9 導(dǎo)管的設(shè)計(jì)由于導(dǎo)管的精確度的要求是比較高的，比如：為防止造成運(yùn)動的卡頓造成健身者的不適，則直線精度不能過低；同時(shí)表面不可以噴漆，因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)配重與導(dǎo)管會產(chǎn)生摩擦，表面的漆容易掉落后導(dǎo)致導(dǎo)管產(chǎn)生銹蝕，故采用不銹鋼管制作導(dǎo)管，牌號為，表面需烤漆。4.10 運(yùn)動分析鏈傳動結(jié)構(gòu)存在了轉(zhuǎn)動副，通過小鏈輪帶動轉(zhuǎn)動副運(yùn)動進(jìn)而帶動了傳動鏈的運(yùn)動，而傳動鏈的運(yùn)動又進(jìn)一步帶動了大連輪的轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動。當(dāng)給小鏈輪一個(gè)恒定的角速度時(shí)，從動輪的角位移與時(shí)間之間成正比。圖4.3：鏈傳動簡圖圖4.4：鏈傳動角位移時(shí)間圖像5. 環(huán)保分析目前，世界公眾對環(huán)境保護(hù)的要求越來越高，各國也正在制定越來越嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境保護(hù)直接約束企業(yè)的經(jīng)營行為，有無良好的環(huán)保性已成為國際市場上產(chǎn)品競爭的重要指標(biāo)之一。健身器在運(yùn)動的過程中，由于各個(gè)部件之間的相互碰撞會產(chǎn)生比較大的噪音，比較容易形成噪聲污染，在此，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要充分考慮，使健身器對于周邊的環(huán)境影響降至最低。這是我們對產(chǎn)品負(fù)責(zé)，也是對社會的負(fù)責(zé)。環(huán)保型工程首先采用能再生利用的材料和資源，在各系統(tǒng)和部件設(shè)計(jì)中所選用的材料應(yīng)是可回收，易分解，能再生，且在加工過程中對環(huán)境無害的材料，特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料，提高工程機(jī)械材料的再生率。盡量采用低環(huán)保負(fù)荷材料，在零部件設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能不使用含氟利昂，含氯橡膠，樹酯及石棉等有害材料。工作過程中產(chǎn)生噪聲污染，我們要在健身器安裝時(shí)把連接件擰緊，設(shè)備試工作一段時(shí)間后，應(yīng)對松動的連接件及時(shí)擰緊，而后繼續(xù)開始進(jìn)行工作，然后再次進(jìn)行檢測，直到?jīng)]有松動的地方。同時(shí)也使零件的使用壽命增加，減少因松動而引起沖擊力使零件失效。在接觸較多的零件處，可以多應(yīng)用一些隔音或者消音的材料。例如橡膠材料。6. 設(shè)計(jì)總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)前期進(jìn)行了相關(guān)資料的收集，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，并且根據(jù)已掌握的資料對健身器的整體結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行確定，并且依據(jù)人類的鍛煉習(xí)慣進(jìn)行了相關(guān)機(jī)構(gòu)的尺寸確定。在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，運(yùn)用了關(guān)于軸、鏈傳動以及彈簧的設(shè)計(jì)等理論知識，并且對相關(guān)受力部分進(jìn)行了受力分析。根據(jù)所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)分析了軸所承受壓力，完成了鏈傳動以及彈簧校核等相關(guān)計(jì)算相關(guān)計(jì)算，設(shè)計(jì)了腿部鍛煉機(jī)構(gòu)，手部肌肉群鍛煉機(jī)構(gòu)，腰腹部肌肉群的鍛煉機(jī)構(gòu)，可以有效的對人體各肌肉群進(jìn)行增強(qiáng)鍛煉，實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的中心：多功能。同時(shí)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行的過程中，完成了裝配圖的設(shè)計(jì)繪制以及相關(guān)零件圖的繪制工作。經(jīng)過這樣的設(shè)計(jì)，我為多功能健身這個(gè)知識了解得更好的系統(tǒng); 加強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì); 加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備部件選型及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算; 加強(qiáng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法; 在很大程度上測試他們是否可以在實(shí)際應(yīng)用中學(xué)習(xí)理論知識四年; 培養(yǎng)自學(xué)能力和合作能力。參考文獻(xiàn)1 王志堅(jiān)，郭雪娥. Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 基礎(chǔ)教程M. 長沙： 湖南大學(xué)出版社， 2009.7： 15-672 濮良貴，紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)M北京：高等教育出版社， 2006.5: 62-4023 吳宗澤，羅勝國. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊M. 北京：高等教育出版社， 2006.5 ：12-894 孫恒， 陳作模. 機(jī)械原理M. 北京：高等教育出版社，2006.5 7-695 秦大同，謝里陽. 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第2卷M北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2011.1: 62-4026 徐學(xué)林. 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ)M. 長沙：湖南大學(xué)出版社，2007.9:7 白象忠. 材料力學(xué)M. 北京: 科學(xué)出版社, 2007.68 劉鴻文. 材料力學(xué)M. 北京: 高等教育出版社, 2004.19 李松山. 人體力學(xué)基礎(chǔ)M. 北京: 國防工業(yè)出版社,2007.110 王軍. 運(yùn)動生物力學(xué)M. 北京: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社,2011.9 11 李玉剛， 葛新發(fā) .運(yùn)動訓(xùn)練生物力學(xué)基礎(chǔ)M. 湖北：湖北科學(xué)技術(shù)出版社，2003.712 胡傳鼎. 機(jī)械制圖畫法范例M. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.113 支保軍等. 中文版AutoCAD 2009 機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程M.北京：中國鐵道出版社，2009.814 王中發(fā). 機(jī)械設(shè)計(jì)M. 北京 北京理工大學(xué)出版社,2007.515 余強(qiáng), 徐新偉. AutoCAD機(jī)械零件繪制技巧與典型實(shí)例M. 北京: 人民郵電出版社,2004.616 孟憲源, 姜褀 .機(jī)構(gòu)構(gòu)型與應(yīng)用M. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社,2004.117 庸厚 ，沈愛紅. 組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新M. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社，2008,718 （美） JE施格利，（美）JJ尤克. 機(jī)械與機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理M. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.619 Chen Xiaoyong.Principle Of The Brush Rolled In Sweeping BicycleJ.機(jī)械研究與應(yīng)用，2005.220 蔣平.我國健身器材行業(yè)發(fā)展前景淺析J 前瞻產(chǎn)業(yè)研究院21 Schwarzenegger . Fitness EncyclopediaJ Sports Business Journal December 20_26 , 1999. 23_2922 Ben Wade .Wade RoadJ Unversity of Nonthem Colorado. Human, Kinetics. 199820 呂明. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) M. 武漢 :武漢理工大學(xué)出版社, 2010.8致 謝在本設(shè)計(jì)完成之際，首先要向我的指導(dǎo)老師馬宗民致以最誠摯的感謝。在論文的寫作過程中，馬老師給了我許許多多的幫助和指導(dǎo)。在馬老師的悉心指導(dǎo)下，我不僅對以前所學(xué)的知識更熟練更扎實(shí)，而且更加開闊了視野，更深入，也在怎樣處人處事上受益匪淺；同時(shí)馬老師對工作的熱情、一絲不茍、實(shí)事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，是我以后參加工作學(xué)習(xí)的榜樣。在此謹(jǐn)向馬老師表示衷心的感謝和深深的敬意。我要感謝學(xué)校給我提供了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的學(xué)習(xí)資源，感謝大學(xué)期間所有為我授課的各位老師，是他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學(xué)到了知識，培養(yǎng)了能力。也感謝我的同班同學(xué)，感謝他們的幫助和支持。參考文獻(xiàn)1 王志堅(jiān)，郭雪娥. 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