家用健身器材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵零件設(shè)計(jì).ppt

家用健身器材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)-收腹運(yùn)動(dòng)機(jī),2013年5月27日,目錄,1,2,3,4,家用健身器材的簡(jiǎn)介http:/dxb.qnw.cc/,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)與造型,1.家用健身器材的簡(jiǎn)介,。從人類誕生之日起，運(yùn)動(dòng)就一直伴隨著其成長(zhǎng)歷程。早期人們的運(yùn)動(dòng)方式主要是在戶外進(jìn)行的，跑步、劃船、游泳，到后來(lái)的自行車、籃球、足球、登山、滑雪等等，這些運(yùn)動(dòng)可以統(tǒng)歸于戶外運(yùn)動(dòng)。但是戶外運(yùn)動(dòng)會(huì)受到時(shí)間、空間、氣候、設(shè)備等等限制，人們并不能隨心所欲的進(jìn)行特定的運(yùn)動(dòng)。這一客觀條件限制激發(fā)了人類征服自然的渴望，人們希望打破客觀條件的限制，可以隨心所欲的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。隨著物質(zhì)文明的不斷發(fā)展，有一批腦力勞動(dòng)者開(kāi)始進(jìn)行這方面的探索，研究人類如何將在室外的運(yùn)動(dòng)方式也引入室內(nèi)。家用健身器材就是用于身體鍛煉的器械，例如啞鈴、跑步機(jī)等都屬于健身器材。依據(jù)用途分，它可以分為專業(yè)的和非專業(yè)的。按照空間分，它可以分為戶外的和室內(nèi)的。家用健身器材，可以讓人足不出戶便可得到身體各方位的鍛煉。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的作用：,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)能夠起到輔助人們做仰臥起坐的作用，仰臥起坐可以直接針對(duì)腹部肌肉群，通過(guò)動(dòng)作上的細(xì)微變化，使腹部不同部位的肌肉得到鍛煉，最終達(dá)到塑型效果。最為常見(jiàn)的仰臥起坐方法是將身體處于仰臥狀態(tài)，膝部屈曲成90左右，腳部平放于地面，借助外力使之固定，然后利用腹部肌肉坐立起來(lái)。下面，我們就來(lái)細(xì)說(shuō)一下做仰臥起坐的好處:1.會(huì)鍛煉鍛煉者的腹肌，讓鍛煉者能更好地控制自己的身體，因?yàn)楦辜儆诤诵募∪?，?duì)于穩(wěn)定身體有很重要的作用，而且腹肌的強(qiáng)壯對(duì)背部有較好的支撐作用，使鍛煉者在從事其他有氧運(yùn)動(dòng)和娛樂(lè)活動(dòng)中增加體力。2.仰臥起坐也能減肥，但需要每次慢起做150個(gè)以上才能燃燒脂肪，否則只能鍛煉腹肌，未免太辛苦，而且效果也不理想，長(zhǎng)時(shí)間做會(huì)對(duì)脊椎造成傷害。3.仰臥起坐能鍛煉腹部肌肉，使腹部肌肉收緊，更好地保護(hù)好腹腔內(nèi)的臟器。4.仰臥起坐還可以拉伸背部肌肉、韌帶和脊椎。并可以通過(guò)拉伸脊椎，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)。從而改善身體的抗病能力。5.鍛煉腹股溝。腹股溝有許多毛細(xì)血管和穴位，做仰臥起坐可以通過(guò)刺激腹股溝的血管，加速血液流動(dòng)，治療和緩解婦科疾病。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的工作原理,家用收腹機(jī)裝置總的設(shè)計(jì)原理是通過(guò)設(shè)計(jì)出一系列的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及選擇合適的彈簧等元件協(xié)助使用者進(jìn)行收腹鍛煉。使用者雙手扶著坐板兩側(cè)的扶手把柄上坐于收腹機(jī)座板上，背部斜靠在收腹機(jī)靠背板上，初始狀態(tài)時(shí)，彈簧處于自然狀態(tài)，靠背板與地面成100110度的夾角。然后使用者背部向后用力，給靠背板一個(gè)向后的壓力，靠背板受力順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。背部持續(xù)向后用力，靠背板繼續(xù)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，直至靠背板旋轉(zhuǎn)至160170度的位置時(shí)，靠背板到達(dá)最底端處，此時(shí)彈簧被拉伸至最長(zhǎng)位置。接著使用者背部力量放松，彈簧開(kāi)始收縮，彈簧收縮通過(guò)連桿帶動(dòng)靠背板作逆時(shí)針?lè)祷?，返回?00110度的位置處，使用者再開(kāi)始?jí)嚎s靠背板順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。就這樣使用者背部壓著靠背板，不停的克服彈簧拉力做來(lái)回?cái)[動(dòng)，同時(shí)使用者腹部肌肉得到良好的鍛煉。,2.收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)根據(jù)收腹運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，讓頭、肩和背的上半部只在離地30-60度區(qū)間活動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)完全依靠腹部力量，讓腹部所有肌肉動(dòng)起來(lái)，瘦身效果最好。不同彈力裝置，完全滿足不同鍛煉需求?？勘耻浤z同時(shí)滾動(dòng)按摩背部。結(jié)合美體，有氧，伸展，舒壓，按摩五效合一。經(jīng)人體工學(xué)及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不需技巧，體驗(yàn)快，輕松上手。高效鍛煉腰，腹，臀，腿部肌肉群，達(dá)到美容美體的效果。伸展，舒解背部與腰部的壓力。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)功能介紹,家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的組成部件,根據(jù)家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)機(jī)裝置的設(shè)計(jì)原理可以得知收腹機(jī)共有以下各組成部件：收腹機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)底座，收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)機(jī)靠背，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，扶手柄，彈簧，有些收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)也運(yùn)用到了輪子。,常見(jiàn)收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖與產(chǎn)品圖,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的選擇,第一種產(chǎn)品采用彈簧將底座和靠背板鏈接，這樣的結(jié)構(gòu)更多地簡(jiǎn)化了收腹機(jī)外形，更大的節(jié)省了空間。缺點(diǎn)就是對(duì)彈簧的要求比較高，需要更大強(qiáng)度的彈簧。第二種產(chǎn)品則采用的四桿結(jié)構(gòu)與彈簧組成的收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)。摒棄了老款的滾動(dòng)滑輪，采用最新的上挺式運(yùn)動(dòng)方法，有效的保護(hù)了，滑輪對(duì)地板的損壞，更好的利用自身體重來(lái)，達(dá)到鍛煉塑身的目的。但機(jī)架的體積較大，也無(wú)法進(jìn)行拆卸，占用的空間較大。第三種產(chǎn)品的家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)，在使用時(shí)，使用者坐于收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的坐板上，背部及頭部靠在收腹機(jī)的背板上，背部與地面的角度呈115度左右，此時(shí)彈簧處于自然狀態(tài)，當(dāng)使用者腰部用力將靠背板向后壓，靠背板上受到的壓力通過(guò)連桿傳到輪子上，輪子產(chǎn)生向后運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，彈簧被拉伸。背部繼續(xù)下壓靠背板，彈簧繼續(xù)被拉伸，直至靠背板與地面呈165度左右的時(shí)候，輪子抵達(dá)極限位置處。這時(shí)背部隨著靠背板下降至最底處。然后放松腹部肌肉，彈簧收縮，輪子朝初始方向返回，通過(guò)連桿推動(dòng)靠背板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使用者背部被推回至初始位置?；瑝K的往復(fù)運(yùn)動(dòng)即形成使用者的一次腹部肌肉收縮。這樣反復(fù)重復(fù)一直循環(huán)運(yùn)動(dòng)，形成使用者腹部肌肉的反復(fù)收縮，從而腹部得到良好的鍛煉。經(jīng)過(guò)對(duì)比、研究、分析，我們選擇方案三作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)研究對(duì)象。第三種產(chǎn)品相對(duì)與第一種和第二種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于第三種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)便，在室內(nèi)擺放及存放等都比較方便。采用方案二設(shè)計(jì)出的收腹機(jī)過(guò)于復(fù)雜，占用空間也會(huì)較第三種產(chǎn)品的更大，而且不容易拆卸存儲(chǔ)。雖然從整體結(jié)構(gòu)上來(lái)講第第一種產(chǎn)品更為簡(jiǎn)便，但是第一種產(chǎn)品對(duì)彈簧的系數(shù)要求太高，彈簧的使用壽命可能會(huì)相對(duì)比較短。所以我們認(rèn)為，以第三種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)方案是比較理想的設(shè)計(jì)方式。,3.家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定,根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)，綜合人體工程學(xué)來(lái)考慮，初步選定幾何尺寸為47.5（底座長(zhǎng)）*80（靠背長(zhǎng)）*50（總寬）?；瑝K距基準(zhǔn)OB1為30cm，即彈簧在起始狀態(tài)下的原長(zhǎng)為30cm。仰臥起坐的要求是：拉起來(lái)時(shí)上身不能超過(guò)90,放下來(lái)時(shí)不要貼地，始終保持腹部和背部用力，盡量用腹部和背部來(lái)完成整個(gè)動(dòng)作。因此可以設(shè)定靠背的工作角度為115到165度。取OA的距離為32cm，根據(jù)幾何知識(shí)計(jì)算得：彈簧的行程B1B2為32.73cm，連桿A1B1的長(zhǎng)度為33.34cm，取A1B1=33cm。,受力分析,受力分析,當(dāng)人躺在靠背上時(shí)，靠背板受到來(lái)自人體背部的力為人體上半身的重力在垂直靠背板方向上的分力F，靠背在鉸接A1點(diǎn)處受到來(lái)自F，F(xiàn)在沿著連桿方向上和垂直于連桿方向上的受力分別為F1和F2。根據(jù)幾何分析可推導(dǎo)出輪子受到連桿的壓力F1，F(xiàn)1在輪子軌跡方向和垂直于軌跡方向上的分力分別為F3和F4。假設(shè)底座與靠背之間的夾角為，靠背與連桿之間的夾角為。,受力分析,假設(shè)人體質(zhì)量為70kg，上半身的重量m=45kg由受力分析可以知道彈簧所受拉力：F3=mgsin(-90)sincos（-）有數(shù)學(xué)關(guān)系可以算出：彈簧所受到的最大拉力F3=0.4544mg=0.4544*45*10=204.48N彈簧所受到的最小拉力F3=mgsin25sin55cos60=77.89N,彈簧參數(shù)的設(shè)計(jì),常用的彈簧材料有:碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼，不銹鋼和銅合金材料以及非金屬材料。選擇彈簧時(shí)，應(yīng)根據(jù)彈簧的功用，載荷大小，載荷性質(zhì)及循環(huán)特性，工作強(qiáng)度，周圍介質(zhì)以及重要程度來(lái)進(jìn)行選擇。彈簧設(shè)計(jì)，一般是根據(jù)彈簧的最大工作載荷，最小工作載荷，工作行程以及其他尺寸限制和工作條件等，確定彈簧絲直徑d，工作圈數(shù)n以及其他幾何尺寸，并繪制工作圖。由前面的分析可知，彈簧設(shè)計(jì)的主要約束條件為強(qiáng)度約束條件（如式3-26或3-27），剛度約束條件（如式3-28或3-29）及（壓縮彈簧）穩(wěn)定性約束條件。除此之外，還可能有一些尺寸約束條件，如對(duì)內(nèi)，外徑的尺寸約束。彈簧設(shè)計(jì)的任務(wù)是：要確定彈簧絲直徑d，工作圈數(shù)n以及其他幾何尺寸，使得能滿足上述所有的約束條件，進(jìn)一步地還要求相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)（如體重，重量，震動(dòng)穩(wěn)定性等）達(dá)到最好。具體設(shè)計(jì)步驟為：先根據(jù)工作條件，要求等，試選彈簧材料，彈簧指數(shù)C。由于許用彎曲應(yīng)力與d有關(guān)，所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d，再按式計(jì)算出d,n的值及相應(yīng)的其他尺寸。如果所得結(jié)果與設(shè)計(jì)條件不符合，則以上過(guò)程要重復(fù)進(jìn)行，直到求得滿足所有約束條件的解即為一個(gè)可行的方案。,4.家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)與造型,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的總體尺寸為47.5（底座長(zhǎng)）*80（靠背長(zhǎng)）*50（總寬）。采用可伸縮式靠背，靠背2可以在靠背1中滑動(dòng)，滿足不同升高人的要求。整體結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單。收腹運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，讓頭、肩和背的上半部都得到支撐，從而使運(yùn)動(dòng)完全依靠腹部力量，而且只在離地5080度區(qū)間活動(dòng)，利用此家用收腹機(jī)進(jìn)行幫助使用進(jìn)行收腹鍛煉，它能讓腹部所有肌肉都動(dòng)起來(lái)，可以完全替代普通仰臥起坐，并且甚至可以比普通仰臥起坐達(dá)到更好的鍛煉效果。拆卸簡(jiǎn)單，可折疊收藏，儲(chǔ)存占用空間小。同時(shí)彈簧更換簡(jiǎn)單，維修成本低。,總體方案,底座,人體臀部與收腹機(jī)底座表面是直接接觸的，人坐在上面時(shí)，底座要承受人體的大部分重量，起到支撐的作用。由于人體臀部與底座是直接接觸的，所以底座的大小要滿足人體臀部的尺寸，因此底座的設(shè)計(jì)是在直徑為38cm的圓為基礎(chǔ)的,可以滿足不同人們的需求。在底座的兩側(cè)設(shè)計(jì)了兩個(gè)扶手，與底座相連接，當(dāng)使用者在收腹機(jī)上進(jìn)行鍛煉時(shí)，手可以抓住扶手柄上。因?yàn)樵谑褂谜哌M(jìn)行鍛煉時(shí)，背部會(huì)隨著靠背板作來(lái)回?cái)[動(dòng)，人體的重心也會(huì)不停的變換位置，所以雙手握在扶手柄上可以幫助使用者穩(wěn)定重心。底座的總長(zhǎng)為47.5cm,符合前期設(shè)計(jì)的尺寸。底座的后部是連接靠背的構(gòu)建，在底座的最后端，底座的上面。當(dāng)然了人在收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行收腹運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可能讓臀部與底座直接接觸，必須在上面放上一個(gè)軟墊，保證一定的舒適度，這樣使用者在長(zhǎng)時(shí)間使用家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)時(shí)才不會(huì)因?yàn)榈鬃捕鴮?dǎo)致鍛煉無(wú)法正常進(jìn)行。所以，家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的底座表面的軟墊一定要選擇比較柔軟的且有韌性的皮質(zhì)材料。底座后面的兩個(gè)孔是為實(shí)現(xiàn)與靠背1的連接，底座與靠背1是用軸來(lái)連接的，這就要保證孔軸之間的間隙配合與孔軸的尺寸精度。當(dāng)然了，也要保證底座后面兩孔的同軸度，真正實(shí)現(xiàn)底座與靠背1之間的連接，并保證靠背1的可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的功能運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鍛煉腹部健身的作用。,靠背1,收腹機(jī)靠背1也是與人體直接接觸的部分，與靠背1接觸的是人體的背部，并且在使用者對(duì)收腹機(jī)進(jìn)行使用的時(shí)候背部與靠背板間的壓力是比較大的?？勘?與人體背部接觸的部位必須保持一定的柔軟度與舒適度，所以在靠背1上設(shè)計(jì)了6個(gè)圓形高彈性海綿滾動(dòng)滑輪，分別套在靠背1三個(gè)圓桿上，一邊運(yùn)動(dòng)，一邊滾動(dòng)按摩背部，疏通經(jīng)絡(luò)。同時(shí)也應(yīng)該考慮到人體曲線的問(wèn)題，人體背部曲線大致是呈現(xiàn)“S”的形狀。使用者在使用收腹機(jī)時(shí)，為了保證一定的舒適度，就得保證與背部更大的接觸面積，所以在收腹機(jī)靠背板外形的設(shè)計(jì)上應(yīng)該盡量保證靠背板的設(shè)計(jì)曲線與人體背部曲線一致，所以在進(jìn)行靠背1的設(shè)計(jì)的時(shí)候并沒(méi)有把它設(shè)計(jì)成直線性，而是在靠背1下部設(shè)計(jì)了一個(gè)圓弧，使其呈現(xiàn)曲線形狀，更好的貼緊人體的背部，保證舒適度與達(dá)到健身的目的。由于靠背2要安裝在靠背1上，并且還要可以自由的伸縮，保證不同升高的人的鍛煉需要。所以靠背1中要有一段掏空部分，來(lái)安裝靠背2，并且保證靠背2可以在其中自由的活動(dòng)，這就要在加工時(shí)，使掏空部分有著較高的表面粗糙度與尺寸的精度。在靠背一的背后，還要設(shè)計(jì)一個(gè)銷孔，實(shí)現(xiàn)靠背1與連桿的連接。靠背1的下面也要做成圓柱孔的形式，用軸實(shí)現(xiàn)其與底座的連接，是其可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就要求孔與軸之間的間隙配合并保證孔軸的尺寸精度，對(duì)加工有一定的要求。,靠背2,家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的靠背2是與人體頭部直接接觸的，人的頭部靠在上面了之后，應(yīng)該保證一定的人體舒適度，并起到以一定的支撐作用。由總體方案可以知道，靠背2的總長(zhǎng)應(yīng)該為40cm，滿足設(shè)計(jì)需要。不同人的人體身高是不一樣的，所以我把靠背設(shè)計(jì)成了靠背1與靠背2兩部分，靠背2可以在靠背1中活動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了可以隨時(shí)調(diào)節(jié)高度，這樣就滿足了不同身高的人的使用需要。由于靠背2要在靠背1中自由活動(dòng)，這就要保證靠背1與靠背2之間的配合以及靠背1與靠背2的尺寸精度。還有一點(diǎn)就是人體頭部靠在靠背板上的部分，如果是設(shè)計(jì)出帶點(diǎn)曲面的形狀，人的頭部靠在上面就像靠在枕頭上一樣，那樣的舒適度是可想而知了，在鍛煉身體的同時(shí)大腦可以得到完全的放松?？勘?的上面要裝上2個(gè)高彈性圓柱海綿，保證頭部的舒適度，同時(shí)指進(jìn)行收腹運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中還可以起到頭部按摩的作用，疏通筋脈，活血通淤,各個(gè)部件三維造型圖,裝配圖,運(yùn)動(dòng)仿真,謝謝聆聽(tīng),