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4884-双人娱乐健身小车的设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】

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4884-双人娱乐健身小车的设计
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4884-双人娱乐健身小车的设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,双人,娱乐,文娱,健身,小车,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩
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2:小车的动力传动方式采用锥齿轮的传动, 这样小车的转向系统也可以沿用现在市面上的自行车的转向方式; 3:小车的前进的传动方式也是采用齿轮传动,但是改为 齿轮齿条的传动;并且小车的转向液采用齿轮式的方式。 设计方案的 确定 : 第一种设计方案链传动式的结构和现在自行车的结构形式是一样的同时缺乏新颖性,和本课题的趣味性也相差很远;第二种锥齿轮式的传动,和第一种相比传动结构形式上有了变化,但是这种设计出的整车的结构形式和现在市面上存在的自行车也会相差无几,没有什么创新点,不能够吸引到人们的眼球;第 三种设计方案,齿轮齿条式的传动方式在自行车的传动中是很少见的,同时转向部分也是采用齿轮式的转向,那么 采用这样的方式设计出的小车在整车的结构上会与现在市面上存在的小车的结构大不相同。同时第三种方案 5 为了满足趣味性的特点,可以设计为双人的自行车, 并且可以把转向系统和前进系统设计为需要两个人协同操作才能够完成,在增加了趣味性的同时,小车的市场前景也被看好。 由于我国体育事业的强大,尤其是在 08 奥运会以后,我国体育事业呈现出了一个蓬勃发展的迹象。现在国内的很多家庭都开始注重生活的品质,很多家境现在已经开始购置一些健身 的器材,在家中进行锻炼,已达到强身健体的作用。 并且由于人们现在对于产品的质量要求的饿不断提高,尤其是产品的安全性上。 所以产品要能够引起人们的注意一定要有自己的特点,在性能上也要有保障。现在有许多的健身俱乐部在市场上也悄然的兴起,这也为健身器材的发展提供了足够的空间。 近几年, 有许许多多的运动器材充斥在市场上,但是总是没能够得到很好的普及,有的健身器材是有价无市, 有的健身器材功能单一,虽价格较低,但一般消费者认为并不划算;另外一些健身器材功能较多,但结构复杂,使用空间大,价格较高,大多数消费者又接受不了。所以 真正能进入家庭的产品并不是很多。 国内的健身器材是在国外产品测绘的基础上制造出来的 ,其在外形和血统上与 国外的产品 近乎一样。作为 健身器材 核心部件的 一些受力元件 一般式采购 国外 的现货,在几年以前, 主要的受力关键件都被国外的厂家垄断 ,但随着国内技术的发展,打破了 国外 的垄断,并且产品质量也不比国外的差,只是在一些理论基础的研究上还有待提高。由于 由于健身器材功能的 独特性, 很难对他们进行定性的分析 。随着计算机技术的发展,我们现在可以应用一些大型的 一些关键的受力部件 进行仿真分析。这样不仅可以直观的看到整个 运动 过程 特点,同时还可以获得一些用实验无法获得的数据,为我们的设计研究提供了方便。 课题研究的内容 本课题设计的宗旨是,设计一款适合家用的饿集娱乐性和健身性雨一身的多功能小车,以满足人们的健身的需求。本文主要从以下几个方面入手对课题进行研究论证: 1:文章的开始总结归纳了现有的一些小车的特点,并且阐述了国内外的健身小车的发展状况,对国内这种健身小车的市场的前景进行了分析,得出了本小车在国内还是有非常广阔的市场; 2:在文章的后面,根据机械原理上的已有的一些机构的运动的原理进行了分析,同时结合本健身小车 的实现的功能,得出了小车的主要部分转向系统和前进系统采用的结构 6 形式,转向是采用的齿轮的传动,前进是齿轮齿条的传动,这样同时可以锻炼身体的三个主要部位; 3:对小车的整体进行了受力的分析,并且对小车的关键部件进行了强度和寿命的校核。 7 第二章 健身小车结构的可行性设计 设计灵感 目前 自行车骑行运动在人们的生活中流行了起来,同时像一些有趣味性的双人自行车也在人们的生活中得到了越来越多人的喜好。从这一点出发,本文想设计一个集趣味性和实用性一体的 健 身 自行 车。现在市面上也已经存在一些带有趣味性的 健 身 器材,但是都没得到过很好的普及。首先是操作性上比较复杂,再一个安全性上也存在问题。 本课题在借鉴现在市面上已有的一些健身器材的特点,同时为了突出本设计的娱乐性和趣味性,在设计时突破已有的一些健身器材的特点。本课题在设计上,要实现小车的前进和转向需要两个人协同作业才能够实现,因此本课题要设计的是一个双人式的健身小车。 健身小车实现的功能设计 根据现在社会上存在的一些职业病,像颈椎、腰椎最容易出现问题,所以本产 品的设计目的要达到锻炼腰部、颈部、腿和手的目的。像腰部的锻炼一般就是要能够扭动,腿和手臂要能够伸缩,颈部要能够实现摇动。再设计上还要兼顾一个理念,结构尽量简便,质量要轻盈。 转向功能实现 由于设计的是一个娱乐性的健身小车,那么就要有小车的基本功能,首先小车要有转向的功能,再结合之前分析的腰部靠扭动来实现锻炼,所以设计上想能够靠腰部的扭动来实现小车的转向。 8 图 转向示意图 前进动力的实现 日常生活中的自行车的动力源自用脚踩踏板,通过链传动实现前进的动力。根据这一理念,我们还是引用这种动力的形式,但是我们想能够同时用脚和手提供动力。这样手脚并用的话,就能够达到同时锻炼手脚,同时手脚并用的形式,在运动的过程中也会带动颈部的运动。这样就可以达到了手、腿、颈部的锻炼,一种结构三种方式。 图 前进示意图 健身小车结构设计 健身小车转向系统设计 首先参考现有的自行车的转向设计如图 示,原理是通过手转动车把实现转向。 9 车把是固定在车架之上的,车把和车架通过关节轴承连 接。 图 自行车 根据之前的设计理念,为了达到锻炼腰部的目的, 健 身 小车的转向是通过腰部的扭动来实现的。人是坐在座椅之上的,那么要实现转向是通过座椅来带动车轮实现。因此转向机构可以设计为齿轮的传动,座椅下面装一个大齿轮,车轮竖轴上固定一个小齿轮,这样就可以通过转动座椅来实现小车的转向。转向系统的原理图如图 图 转向系统原理图 健身小车的原理是通过齿轮来实现后轮的转向, 座椅的半径 R=弯的力 F=50N,则转弯的扭矩 M=转弯力矩是比较小的,因此小车在转弯时的受力不是很大。同时后座椅上是坐一个人假设一个人的重量 G=1000N; 根据上面的分析,得出轴承的径向的载荷为 1000N,轴向的 载荷是相对较小的取 100N,查阅机械手册得:时查阅相关的参照表得: X =Y =确 10 定当量动载 : 1 . 2 ( 0 . 5 6 1 0 0 0 1 . 5 1 0 0 ) 8 5 2p r aP f X F Y F N 轴承应有的基本额定载荷: 660 395010 N 查样本约定深沟球轴承代号为 6310( 273 也就是止推轴承受力大约是 1000N,因此 查阅机械设计手册,推力球轴承的代号 选择为 51105( 301则转向系统的结构图如下图所示: 图 转向系统机构图 根据以上的分析,那么齿轮设计的技术参数可以设定为以下几个方面:小齿轮的转速n 800r/小齿轮 的齿数比为 设每周使用 3 次,一个月使用十二次,一年使用使用 144 次,每次 2 个小时, 使用 10 年, 那么使用寿命为 : 12 12 2 10=2880 小时 ,考虑安全系数,设计寿命为 3500 小时。 通过以上的分析可知,转向系统是通过一对圆柱齿轮传动实现的,由于 转向 系统要求相对较低,并且转速也不高,因此选用的齿轮的等级为 7 级精度。小齿轮材料选为 40质处理),硬度是 280齿轮材料为 45 钢(调质)硬度为 240者材料硬度差为 40小 齿轮齿数1 24z , 大 齿轮齿数2 2 4 1 6z 。这样就选定了齿轮的类型、精度、材料齿数等。 选用载荷系数: 11 ( 通过齿轮传递的扭矩: 5 0 0 . 2 1 0T N m ( 选取齿宽系数 1d;弹性影响系数 121 8 9 . 8 p a;查的齿轮的疲劳强度极限l i m 1 550H M p a 。 应力循环次数的计算: 8116 0 6 0 5 0 0 3 5 0 0 1 . 0 5 1 0hN n j L ( 8 721 . 0 5 1 0 3 . 3 1 03 . 2N ( 再确定齿轮的接触疲劳寿命系数:120 . 9 ; 0 . 9 5H N H 。 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,得 1 l i m 11 0 . 9 6 0 0 5 4 0 M p a M p ( 2 l i m 22 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 5 M p a M p ( 计算齿轮的分度圆直径1 231 12 . 3 2 6 9 . 5t ( 齿宽 b 的确定: 1 1 6 9 . 5 6 9 . 5d m m ( 模数: 112 . 8 9tt dm m ( 齿高: 2 . 2 5 4 . 4 6th m m m ( 确定载荷系数: 1 . 5 9 4A v H K K K ( 校正的分度圆直径: 12 311 70d m ( 弯曲强度得: 13 212 2 . 0 5F a S ( 齿轮几何尺寸计算 ( 1)计算分度圆直径: 11 70d z m m m( 22 108d z m m m( ( 2)计算中心距: 12 412m m ( ( 3)计算齿轮宽度: 1 32db d m m( 由转向示意图中可以看到,齿轮传动中要用到键槽固定。键是一种标准件,并且根据之前的描述可以看到,在传动的过程中 工况不是很复杂,因此可以选择一般的平键传动参考 1095 图 设计的转向系统 健身小车动力系统设计 在上面转向系统的设计可以很好的锻炼腰部,那在小车的前进系统的设计上,希望能 13 够实现胳膊、腿和颈部的 锻炼。腿部的锻炼一般是通过伸缩来实现的,这样在设计理念上,就可以通过腿部的运动来给小车提供动力。腿部的伸缩一般是直线运动,这样可以选用机械上的齿轮齿条传动。前进的动力原理确定后,现在考虑胳膊的锻炼,胳膊也是通过伸缩来实现锻炼的,并且如果单纯的靠腿部的伸缩来实现小车的前进,动力还是有不足的。因此,可以通过胳膊的运动辅助小车的前进,这样可以一条钢丝绳来实现。这样小车的前进系统的原理也就确定了如图 示。 图 小车动力系统原理图 齿轮齿条的传动,其实和圆柱齿轮传动是一样的,只是其中的一个圆柱齿轮的 直径无限大,这样我们的设计和上面转向系统的设计步骤是一样的。首先分析传动部分运动需要的力,腿部的伸缩带动齿条,而后通过齿轮带动小车前轮轴的转动,从而带动小车前进。 图 小车受力分析 由于我们设计的是双人健身小车,并且按照设计任务书的要求。小车的质量要小于75750N) , 加上小车上人的重量,每个人重量 1000N。 首先小车在竖直方向上受力平衡: G=2 得出 2=914N。 查相关的文献,地面的摩擦因子取 14 则小车在 水平方向上受力平衡: F 动 =F 摩擦 F 动 = 914= F 摩擦 = 所以车轮上的力矩为: M= F 摩擦 R=么通过齿轮齿条 传递 的力矩也同样为 通过以上的分析可知,前进系统的传递方式是齿轮齿条的传动,由于在传递过程中齿轮的转速也是相对较低的因此 因此他们的精度也选为 7 级。由上面的分析可知,齿轮齿条传递的力矩为 小车在使用过程中,前进速度一般为 5m/s,那么车轮轴的角速度为 w=5/s。设计过程中忽略个转动部件之间的摩擦,根据以上的分析选取小 齿轮的齿数 z=31,节圆半径 R=模数 m=R/z=据 12368取模数 m=小齿轮的分度圆直径确定为 R=31=条看成是分度圆无限大的齿轮,则齿条模数和压力角是与齿轮一样的。 由于齿轮的半径 R=160以车轮的周长 l=1000计中希望齿轮齿条完成一次啮合传动车轮旋转 1/3 周,所以齿条的长度l=350 齿轮齿条的传动设计图如下图所示: 图 齿轮齿条传动设计图 由于以上介绍到的所以的机构以及零件都是需要固定 位置,也就是要装在一个机架上的 ,这样就需要设计出小车的机架系统。根据任务书的要求:小车的尺寸为:1800式速度在 6公里左右;可载两人。 通过这些性能要求可知道小车的速度是相对较低的,并且小车的载重量也只是有两个人的重量,这就是说小车的整体的力学性能是相对较低的。并且考虑小车的轻量化的设计 ,小车的车架是由空心钢管焊接而成的。钢管的的直径选用市场上比较常见的直径 d=20右的不锈钢管。 通过以上的分析设计,那么把 健 身 小车的传动系统的设计 机构如下图所示: 15 图 动力系统设计图 本章小结 本章首先是通过已有的自行车的设计出发,通过已有的设计为原型,而后结合自己的设计理念,对健身小车实现的功能进行了设计,对小车主要结构进行了优化。接下来对小车要实现的结构原理图结合已有的一些机械结构的知识,进行了设计,主要是小车的转向系统和小车的前进系统的设计。通过原理的分析,小车转向系统采用的是齿轮传动,并且对齿轮系统进行了设计计算确定了齿轮的模数 m、分度圆直径和齿宽 B。接着对小车的前进系统进行了设计计算,确定了前进系统的原理结构,采用齿条 齿轮的传动,所实现的动作时,用脚推动齿条的运动带动前轴的齿轮运动从而实现小车的前进,但是鉴于前进的动力不足同时也为了起到锻炼胳膊的作用,采用手臂拉动钢丝绳作为辅助的动力,这样一个传动的动作就实现了同时锻炼腿部和胳膊的功能。并且在手臂和腿部结合作业的过程中,还同时起到了锻炼颈部的作用。 16 第三章 关键零部件的强度校核 文章的前面确定了 健 身 小车的机构设计,现在要对小车的主要结构件进行强度校核,首先对 小车 的整体进行 竖直方向 受力的分析,如下图所示: 图 整体受力分析 小车在竖直方向上的受力是,人的重力 G、地面在三个车轮上的支持力 F,这三个作用力在竖直方向上平衡的: 122G F F( 式中, G 是 两个 人体的重力( N) ;1N);2 N)。 车轮前轴的校核 首先假设一个人的体重有 100么 G=2000N。则前面两个车轮受力分析 图如下图(前轮主轴的直径为 10: 17 图 轴的受力简图 图 轴的剪力图 图 轴的 弯矩 图 首先 校核轴的弯曲强度( 忽略键槽影响 ): 由上面的受力分析图得出轴的 A 点的弯矩最大所以只要 A 点满足强度要求就可以: 1 70M M P ( ( 220 . 7 5M , 332W d ) 69 0W ( 53 11 61 . 9 3 1 0 1 0 2 5 . 6 9 7 09 . 2 10 M p a M P ( 所以轴 弯矩 强度满足。 校核轴的 扭矩 强度 前轮主轴受到的扭矩图如下图所示: 18 图 主轴扭矩图 首先确定 主轴上所受到的最大扭力是 主轴的抗扭截面系数为: 3 210 20016W ( 5m a x 63 6 . 2 1 . 8 1 02 0 0 1 0 ( 轴承的 寿命 校核 验算深沟球轴承 : 由于之前选用的饿轴承的代号为 6310,次轴承的额定静载荷为 C=38000N. 所以相对轴向载荷为: 02700 0 . 0 7 1 0 538000 ( 验算轴承的寿命: 266010h 30020 ( 轴承寿命符合要求。 止推轴承验算: 推力球轴承的代号选择为 51105( 301 查阅机械设计手册得: 52z=2。 19 52 2 2 2212750 1 . 5 1 04 2 2 542d d ( 经验算止推轴承也满足寿命的要求 (3500h)。 齿轮上键的强度的校核 102 p ( 1 0 08 1 p ( 所以键符合设计的要求 车架焊件的强度的校核 健身小车的车架是一个焊件,车架的受力简图如下图所示: 图 车架受力简图 244 6752 ( 3 8 . 7 7h x A W ( 可见 3 8 . 7 795 N= ( 1 8 1 0 0 . 6 c m= ( 20 20 . 7 3 . 5 1 7A k c m ( 其中 :焊脚尺寸 , l 为闭合 圆 形焊缝周长, 5 kD p=( 其中 W 为环形焊缝抗弯截面模量,/2=; 3J r ; ; p=: 即 m a x 5 1 . 6 ( 本章小结 本章对设计的健身小车的整体的受力进行了分析,绘制了小车受力简图,并且对小车的主要部件进行了强度和寿命的校核。首先对小车的主轴进行了强度上的校核,经计算得出轴符合设计的要求;对轴承进行了强度上的校核,进过验证得出,多选的轴承满足强度和寿命的要求;并且对齿轮上的键进行了校核;最后对小车的整个小车机架焊件,进行了受力的分析,验证了小车受力寿命符合要求。 21 第四章 娱乐小车的方案校验 本课题设计的娱乐健 身小车 主要包括三个主要部分:小车转向系统、小车动力系统、机架焊件。 转向系统的校验 小车的转向系统采用的是齿轮式的转向,依照前面的设计 齿轮副的分度圆直径分别为10870一般小车的转弯角度是 40 度,按照设计的齿轮传动的传动比,当小车需要转弯时腰部 ,腰部扭动合适的角度就可以达到锻炼的目的,而不至于腰部扭动幅度过大或者是扭动幅度过小。 小车动力系统的校验 本课题设计的小车的前进的动力是通过手脚并用的传动结构实现的,其中腿部的伸缩运动时由齿轮齿条的传动实现的,齿轮齿条式的传动保证了小车前进的动力,同时 手部拉动钢丝绳起到了辅助动力的作用,这样设计是可行的。 机架校验 机架系统是整个小车的骨架,他的强度是否符合要求就决定了小车的能否满足设计的要求。通过上面的设计计算,小车的固件采用的是,空心的不锈钢的圆钢材料,由于本小车设计只是载重两人,所以圆钢的选材绝对能够满足设计的要求。 22 第 五 章 总结和展望 由于人们物质生活水平的提高,人们对生活品质的要求也越来越高,精神生活要求不断增加。现有的一些运动已经不能够抓住人们的眼球,并且国家对于现在市场上的一些健身产品的安全性要求更为严格,这样为一些新型安全的健身器材提 供了很好的发展空间。 文章的开始总结归纳了现有的一些小车的特点,并且阐述了国内外的健身小车的发展状况,对国内这种健身小车的市场的前景进行了分析,得出了本小车在国内还是有非常广阔的市场。 在文章的后面,根据机械原理上的已有的一些机构的运动的原理进行了分析,同时结合本健身小车的实现的功能,得出了小车的主要部分转向系统和前进系统采用的结构形式,转向是采用的齿轮的传动,前进是齿轮齿条的传动,这样同时可以锻炼身体的三个主要部位。 对小车的整体进行了受力的分析,并且对小车的关键部件进行了强度和寿命的校核。 本文由于作者 精力有限,因此在一些设计上面还是有许多不理想的方面,后续的研究者可以从以下几个方面对娱乐健身小车进行补充性的设计,以便使小车的设计更为完美: 1:在结构的设计上,采用的是齿轮式的传动,此种传动的方式虽然简单,但是还是存在一些不足的,所以建议后续的研究者,能偶在结构上在进行改进; 2:在对小车受力分析时,尤其是主要部件的强度分析时,使用手算,建议后续研究者能够应用现在比较流行的 23 致谢 首先,衷心感谢我的 文的研究工作是在 悉心指导下完成的,从论文的选题、课题研究方案 到全文构思及撰写的整个过程,都倾注了 量的心血和辛勤的劳动。在这 段,我得到了 活上无微不至的关怀和细心的教导。 仅教导我如何开展科研工作,更是教会了我在科研工作中尊重实事求是在读书做人上也给了我启迪。 识 、活跃的学术思想及科研工作忘我的进取精神给我留下了深刻印象,不但时刻激励着我积极进取、努力探索,而且让我开阔了视野,拓宽了知识面。值此论文完成之际,谨向 以崇高的敬意和衷心的感谢! 在本课题的研究过程中,还一直得到 无私帮助,使得论文能够顺利完成,在此向他们表示衷心的感谢!另外我还要感谢我的亲人,正是他们给了我生活上无微不至关怀和精神上极大的支持,我才能顺利完成了 此向他们表示衷心的祝福 ! 24 参考文献 1 邢伟 J 九期 2 胡文胜,沙沅 J 5期 3 市场经济与体育改革 81051 251 8 4 刘 勇主编 04 009620 X 5 濮良贵 ,纪名刚 第七版 M等教育出版社, 6 吴宗泽 ,罗圣国 M北京: 高等教育出版社, 7 凯德 文野火版 基础入门篇 8 孙靖民 . 机械优化设计 M械工业出版社 9 吴宗泽 S. 化学工业出版社 , 1999 10 张福润 M. 华中理工大学出版社 , 1997 11 周开勤 手册 S. 高等教育出版社 , 1994 12 王先逵 M. 机械工业出版 , 1995 13 熊滨生 北京:化学工业出版社, 2004 14 张晓玲,沈韶华 北京:北京航空航天大学出版社, 2005 15 吴宗泽 . 机械设计实用手册 . 北京: 化学工业出版社, 2004, 773262616 成大先 第四版第五卷 . 北京:化学工业出版社, 2005, 17 吴宗泽 册 ). 北京:机 械工业出版社, 2004, 130918 程友联 北京: 中国农业出版社, 2007, 13619 孙桓,陈作模,葛文杰 京:高等教育出版社, 2001, 24020 徐灏 北京:机械工业出版社, 2000, 26-5 毕业设计 (论文 ) ( 20) 娱乐健身小车的设计计算 学生姓名 学 号 000000 院 系 工学院 专 业 指导教师 完成日期 20 摘要 娱乐式健身小车 应用广泛。现有的健身器一般都采用单一功能,对人体单一部位进行锻炼,而对那些要求全身得到锻炼的适应能力比较差,直接影响了生产企业的经济效益。为此,该课 题提出设计 一种娱乐式的健身小车 ,以适应市场需求。本文主要对 娱乐式健身器材 从实际工作需求着手,针对现在产品中存在着规模大功能少等缺点,旨在实现家庭化,多功能化,为本项目市场化、产业化运营奠定了基础。 鉴于本产品的定位,首先是为了健身的目的,再一个是一定要体现出小车的趣味性。所以在设计时,要充分的发挥娱乐的目的。像一般的健身式的小车或者自行车,往往运动量较大,同时整个锻炼的过程枯燥乏味。这样就很难引起人们的兴趣,再一个在市场的定位上,主要是针对都市的白领。 因为白领们的工作压力较大,并且他们一般没有大量的时间去参 加一些锻炼性的活动。普通的健身方式也很难引起他们的兴趣,这样一种集娱乐和锻炼于一体的健身器材可定会在市场上有不错的反响的。 文章的开始总结归纳了现有的一些小车的特点,并且阐述了国内外的健身小车的发展状况,对国内这种健身小车的市场的前景进行了分析,得出了本小车在国内还是有非常广阔的市场;在文章的后面,根据机械原理上的已有的一些机构的运动的原理进行了分析,同时结合本健身小车的实现的功能,得出了小车的主要部分转向系统和前进系统采用的结构形式,转向是采用的齿轮的传动,前进是齿轮齿条的传动,这样同时可以锻炼身体的三个 主要部位;对小车的整体进行了受力的分析,并且对小车的关键部件进行了强度和寿命的校核。 关键字:娱乐;健身; 齿轮传动。 he of is a on to to to a on of To of of a to to on to is at In of of is of s At to or of it to a in of do a of to in is to a of in of a in of of of of at to at or a in to of of on of to of to a of a is of of of as a of of 目录 第一章 娱乐健身小车简介 . 1 选题背景 . 1 国内外的研究现状 . 2 课题研究的目的和意义 . 5 课题研究的内容 . 5 第二章 健身小车结构的可行性设计 . 7 设计灵感 . 7 健身小车实现的功能设计 . 7 转向功能实现 . 7 前进动力的实现 . 8 健身 小车结构设计 . 9 健身小车转向系统设计 . 9 健身小车动力系统设计 . 12 本章小结 . 13 第三章 关键零部件的强度校核 . 15 车轮前轴的校核 . 15 轴承的强度校核 . 18 齿轮上键的强度的校核 . 19 车架焊件的强度的校核 . 19 本章小结 . 20 第四章 总结和展望 . 22 致谢 . 23 参考文献 . 24 1 第一章 娱乐健身小车简介 选题背景 随着经济 的飞速发展,人们生活节奏不断加快,休息时间与工作时间对于大部分的都市白领来说,已经没有了明显的界限,在这样的大背景下,越来越多的人患上了职业病: 屏幕脸、 胃病 、鼠标手电脑椎、沙发臀 。在这种亚健康的情况下,身体是非常容易出毛病的,然而像一些普通的运动既枯燥又乏味,很难引起人们的兴趣。如果发明一件运动器材,既简易方便又有趣,那肯定会有不错的效果。 由于人们物质生活水平的提高,人们对生活品质的要求也越来越高,精神生活要求不断增加。现有的一些运动已经不能够抓住人们的眼球,并且国家对于现在市场上的一些健身产品的安全性要 求更为严格,这样为一些新型安全的健身器材提供了很好的发展空间。 健身小车在现有的健身产品中是属于新兴事物,并且提出了新的健身理念,这种健身器材的出现,改变了以往人们健身的的方式,提高了人们生活休闲水平。并且这样的健身器材操作简单易行,很容易引起人们的兴趣,并且能够得到很好的推广。现在的很多趣味健身器材在市场上大都得到了很好的反应,像弹簧跳舞机、腹板机等,得到了市场的肯定。还有一些模拟冲浪的健身车,得到了很多年轻人的喜爱,尤其是在现在社会的高压下,人们更渴望得到身体和心灵上的放松,因此这些带有趣味性的运动就得 到了大家的认可。在国内虽然全民健身的理念是比较早的,但是大都关注与一些简单传统的运动,往往这些运动枯燥乏味,在当今这个飞速发展的年代是很难吸引大家,让大家坚持下来的。国内在一些基础健身设施方面,还没能够真正的得到很好的普及,只是在 2008 年北京奥运会后,开始慢慢变得普及,但是这些健身器材并没能真正发挥他们的功能。可以说在趣味健身这一方面,国内市场还是一个空白,因此在这一方面还是有很大的市场潜力的。 但是现在健身器材市场在国内的状况是,国外的一些品牌在瓜分着我们的市 2 场,国内的产品想要发展壮大遇到了重重的阻力。 但是随着现在我国体育事业的蓬勃发展,以及国家对国内的体育事业的大力的支持,现在的国内产品遇到了一个发展的机遇。像英派斯、体之杰、舒华、昊康、同欣都是国内近几年发展起来的运动器材体育品牌,质量是企业的生命、服务是企业的灵魂、创新是企业发展之源,国内体育品牌秉承“以优质的产品和服务不断满足顾客需求”的企业精神只要用心做事、用心承诺。坚持不懈、不断超越是全体昊康人的梦想。我们坚信,伴随着“全民健身工程”的深入开展,国内体育品牌一定会走出一条自己民族品牌之路。 国内外的研究现状 一个国家的体育事业是否发达 状况往往取决于这个国家在体育市场上的消费量 。 发达国家在体育方面的花费量是十分巨大的,同时他们的体育市场也相对比较火爆 。 二十世纪末 , 在英国相对于平民这一块市场的消费量就达到了 130亿美元;其次是意大利他们的市场达到了 94 亿美元;在此时西班牙达到了 81亿美元;法国体育消费是最大的占到了市场的 49%,达到了 462 亿法郎。于此同时我国的体育市场就相对小多了,据我国体育总局公示的“中国体育现状调查报告”,我国城镇户口的居民以每个家庭为单位显示,每个家庭在购买健身器材方面的花费约为 92 元,这个数据表明我国的健身器材市场 还是相对较小的。 我们以跑步机为例,剖析一下我国在体育市场方面的霞飞水平以及我国的体育市场。美国总共有 的人口,他们每年大约要卖掉 300 万台跑步机;韩国棒子大约的人口总数是 4600 万,每年他们要卖掉 100 万台跑步机;我国人口数量是 13 亿,人口最多,但是我国跑步机每年只能够卖掉 10 万台左右。也就是说只有 1%的中国家庭在使用跑步机。 虽然近年来, 国内在体育器材方面的消费在不断的增加,但是我们与欧美国家的差距还是比较大的,从另一个角度说就是我国的健身器材市场潜力是非常巨大的。国内 市面上存在一些小车如下图所示 : 3 图 健身小车 从国际的大环境来看 ,国内在体育市场的建设、体育设施的投入、以及体育产业的发展等方面,尤其是在体育行业吸纳高端人才上,与各发达国家还是有很大的差距的 。当然这也从另一个方面反映了我国在体育产业这一块还是一张白纸,体育市场还处于起步阶段,虽然近几年有了一定的发展,但是整个发展的过程却是异常的缓慢。如果能够把我国这个体育市场给发展起来,其中的潜力是不言而喻的。 国内在健身器材市场方面存在以下几个缺点:整个体育市场还不是很完善尊在许多弊端;平均的需求量不足;市场发展没有能够得到一个很好的 发展环境或者政策。 本课题的设计不同于以往的简单的结构设计,本次设计的目的首先要实现的是产品的趣味性, 就是要能吸引人们的眼球,使人们热爱上这项运动,再一个要实现他的多功能性,就是要人们在做这项运动的时候能够同时实现多方面的锻炼。 在二十世纪后期在运动器材方面有了这一概念,运动器材的出现对于人们生活品质的提高 , 增加人们的生活水平起到了不可磨灭的作用。 从运动器材的发展历程上看来,在出现的初期他们的功能都是比较单一的,只能够实现一些简单的锻炼,并且结构也是比较笨重的。随着科技的发展,他的功能越来越强大, 同时健身器 材的科技含量也是与日俱增。整个机器的结构也更为轻盈,并且安全性也越来越高 。 4 科技发展是第一生产力的这一铁讯在健身器材的发展上得到了很好的提现。进入二十一世纪以来,科技发展日新月异,同时科技的进步也带动了健身器材科技含量的提高。 首先在新材料、微电子、计算机技术方面有了很好的发展, 同时在仿生学方面的发展,许多仿生学技术也用到了健身器材上面。 并且现在已经发展到了,针对不同的年龄层或者不同的身体健康层面的人们开发出了具有不同性能的健身器材。 随着改革开放的深入发展,我国的市场经济体制已经有了一个深刻的变化。许多行业 随着我国加入世贸组织后,进行了一个行业的大洗牌,那么我国的健身器材行业何去何从呢? 全国工商联副主席张宏伟最近说, “ 预计未来 5 年,在全国副省级以上的城市会有一半的企业被外资兼并 ” 。 由于自由市场经济体制,在这种体制内往往是市场决定产品,产品要适应市场,但同时也要面临市场上的激烈的竞争,物竞天择,适者生存,在这里得到了很好的提现。 但我们必须明确,中国健身器材行业的命运应该是掌握在自己的手里,我们的企业必须自重、自醒、自立、自强。企业为了自身的生存与发展,必须降低成本,提升效益,增强市场竞争力 。 这款娱乐健身小车 是 顺应市场的需求而设计出来的 。 它集锻炼腰部、腿部、胳膊和颈部的功能于一身。 考虑到小车的娱乐性和健身性集一身,因此在设计之初就想到占地面积这一问题。这款集合了多种健身器功能于一身的新型健身器 结构紧凑 ,在户外使用时不会占用很大的空间,同时在平时不用收起来时可以很方便的储藏。 国内研究 健身器材 的初期,是以国外的 产品 为基础,并且首先 是从借鉴模仿开始的。 在国外的一些研究资料以及一些研究参数的基础上, 建立起了符合国内行情的模型。并且结合一些国内基本要求,进行了自己的创新。 虽然国内在 在健身器材研究方面 起步比欧美等发达国家是 比较晚的,但是借助国外研究平台基础上, 国内健身器材发展起点还是很高的 ,尤其是在 机器的材料方面 , 国内已经有很多高校在轻型化材料研究方面有了很大的成果。 当前国内的 健身器材 在市场上已经有了很强的话语权,有了很大的市场占有率,尤其是随着我国近十年的潜心的努力,在技术上也已经和国外的相差不大,并且我们占有价格的优势。现在国家对 健身器材安全性能要求越来越高 , 舒适性 5 要求也越来越严格 , 同时随着国家政策的支持 ,也为 健身器材 的发张提供了很好的外部环境。 课题研究的目的和意义 由于我国体育事业的强大,尤其是在 08 奥运 会以后,我国体育事业呈现出了一个蓬勃发展的迹象。现在国内的很多家庭都开始注重生活的品质,很多家境现在已经开始购置一些健身的器材,在家中进行锻炼,已达到强身健体的作用。并且由于人们现在对于产品的质量要求的饿不断提高,尤其是产品的安全性上。所以产品要能够引起人们的注意一定要有自己的特点,在性能上也要有保障。现在有许多的健身俱乐部在市场上也悄然的兴起,这也为健身器材的发展提供了足够的空间。 近几年, 有许许多多的运动器材充斥在市场上,但是总是没能够得到很好的普及,有的健身器材是有价无市, 有的健身器材功能单一,虽价格 较低,但一般消费者认为并不划算;另外一些健身器材功能较多,但结构复杂,使用空间大,价格较高,大多数消费者又接受不了。所以真正能进入家庭的产品并不是很多。 国内的健身器材是在国外产品测绘的基础上制造出来的 ,其在外形和血统上与 国外的产品 近乎一样。作为 健身器材 核心部件的 一些受力元件 一般式采购 国外的现货,在几年以前, 主要的受力关键件都被国外的厂家垄断 ,但随着国内技术的发展,打破了 国外 的垄断,并且产品质量也不比国外的差,只是在一些理论基础的研究上还有待提高。由于 由于健身器材功能的 独特性, 很难对他们进行定性的分析 。随着 计算机技术的发展,我们现在可以应用一些大型的 件,对 一些关键的受力部件 进行仿真分析。这样不仅可以直观的看到整个 运动过程 特点,同时还可以获得一些用实验无法获得的数据,为我们的设计研究提供了方便。 课题研究的内容 本课题设计的宗旨是,设计一款适合家用的饿集娱乐性和健身性雨一身的多功能小车,以满足人们的健身的需求。本文主要从以下几个方面入手对课题进行研究论证: 6 1:文章的开始总结归纳了现有的一些小车的特点,并且阐述了国内外的健身小车的发展状况,对国内这种健身小车的市场的前景进行了分析,得出了本小车 在国内还是有非常广阔的市场; 2:在文章的后面,根据机械原理上的已有的一些机构的运动的原理进行了分析,同时结合本健身小车的实现的功能,得出了小车的主要部分转向系统和前进系统采用的结构形式,转向是采用的齿轮的传动,前进是齿轮齿条的传动,这样同时可以锻炼身体的三个主要部位; 3:对小车的整体进行了受力的分析,并且对小车的关键部件进行了强度和寿命的校核。 7 第二章 健身小车结构的可行性设计 设计灵感 目前 自行车骑行运动在人们的生活中流行了起来,同时像一些有趣味性的双人自行车也在人们的生活中得到了越来越 多人的喜好。从这一点出发,本文想设计一个集趣味性和实用性一体的健身自行车。现在市面上也已经存在一些带有趣味性的健身器材,但是都没得到过很好的普及。首先是操作性上比较复杂,再一个安全性上也存在问题。 健身小车实现的功能设计 根据现在社会上存在的一些职业病,像颈椎、腰椎最容易出现问题,所以本产品的设计目的要达到锻炼腰部、颈部、腿和手的目的。像腰部的锻炼一般就是要能够扭动,腿和手臂要能够伸缩,颈部要能够实现摇动。再设计上还要兼顾一个理念,结构尽量简便,质量要轻盈。 转向功能实现 由于设计的 是一个娱乐性的健身小车,那么就要有小车的基本功能,首先小车要有转向的功能,再结合之前分析的腰部靠扭动来实现锻炼,所以设计上想能够靠腰部的扭动来实现小车的转向。 8 图 转向示意图 前进动力的实现 日常生活中的自行车的动力源自用脚踩踏板,通过链传动实现前进的动力。根据这一理念,我们还是引用这种动力的形式,但是我们想能够同时用脚和手提供动力。这样手脚并用的话,就能够达到同时锻炼手脚,同时手脚并用的形式,在运动的过程中也会带动颈部的运动。这样就可以达到了手、腿、颈部的锻炼,一种结构三种方式。 图 前进示意图 9 健身小车结构设计 健身小车转向系统设计 首先参考现有的自行车的转向设计如图 示,原理是通过手转动车把实现转向。车把是固定在车架之上的,车把和车架通过关节轴承连 接。 图 自行车 根据之前的设计理念,为了达到锻炼腰部的目的,健身小车的转向是通过腰部的扭动来实现的。人是坐在座椅之上的,那么要实现转向是通过座椅来带动车轮实现。因此转向机构可以设计为齿轮的传动,座椅下面装一个大齿轮,车轮竖轴上固定一个小齿轮,这样就可以通过转动座椅来实现小车的转向。转向系统的原理图如图 示: 10 图 转向系统原理图 通过以上的分析可知,转向系统是通过一对圆柱齿轮传动实现的,由于转型系统要求相对较低,并且转速也不高,因此选用的齿轮的等级为 7 级精度。小齿轮材料选为 40质处理),硬度是 280齿轮材料为 45 钢(调质)硬度为 240者材料硬度差为 40齿轮齿数1 24z ,大齿轮齿数2 3 . 2 2 4 7 6 . 8z ,取2 24z 。这样就选定了齿轮的类型、精度、材料齿数等。 选用载荷系数: ( 通过齿轮传递的扭矩: 2 0 0 0 . 2 4 0T N m ( 选取齿宽系数 1d ;弹性影响系数 121 8 9 p a;查的小齿轮的疲劳强度极限li m 1 550H M p a ;大齿轮的接触疲劳强度极限li m 2 550H M p a 。 9116 0 6 0 9 6 0 1 ( 2 8 3 0 0 1 5 ) 4 . 1 4 7 1 0hN n j L ( 9 924 . 1 4 7 1 0 1 . 2 9 6 1 03 . 2N ( 再确定齿轮的接触疲劳寿命系数:120 . 9 ; 0 . 9 5H N H 。 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,得 1 l i m 11 0 . 9 6 0 0 5 4 0 M p a M p ( 2 l i m 22 0 . 9 5 5 5 0 5 2 2 . 5 M p a M p ( 计算小齿轮的分度圆直径1 22 413311 1 . 3 9 . 9 4 8 1 0 4 . 2 1 8 9 . 82 . 3 2 2 . 3 2 6 5 . 3 9 61 3 . 2 5 2 2 . 5t 齿宽 b 的确定: 1 1 6 5 . 3 9 6 6 5 . 3 9 6d m m ( 11 模数: 112 . 7 2 5tt dm m ( 齿高: 2 . 2 5 6 . 1 3th m m m ( 确定载荷系数: 1 . 5 9 4A v H K K K ( 校正的分度圆直径: 311 6 9 . 9 9 5d m ( 弯曲强度得: 13 212 2 . 0 5F a S ( 齿轮几何尺寸计算 ( 1)计算分度圆直径: 11 70d z m m m( 22 225d z m m m( ( 2)计算中心距: 12 1 4 7 . 52m m ( ( 3)计算齿轮宽度: 1 70db d m m( 取217 0 , 7 5B m m B m m。 12 图 设计的转向系统 健身小车动力系统设计 在上面转向系统的设计可以很好的锻炼腰部,那在小车的前进系统的设计上,希望能够实现胳膊、腿和颈部的锻炼。腿部的锻炼一般是通过伸缩来实现的,这样 在设计理念上,就可以通过腿部的运动来给小车提供动力。腿部的伸缩一般是直线运动,这样可以选用机械上的齿轮齿条传动。前进的动力原理确定后,现在考虑胳膊的锻炼,胳膊也是通过伸缩来实现锻炼的,并且如果单纯的靠腿部的伸缩来实现小车的前进,动力还是有不足的。因此,可以通过胳膊的运动辅助小车的前进,这样可以一条钢丝绳来实现。这样小 车的前进系统的原理也就确定了如图 示。 图 小车动力系统原理图 齿轮齿条的传动,其实和圆柱齿轮传动是一样的,只是其中的一个圆柱齿轮的直径无限大,这样我们的设计和上面转向系统的设计步骤是一样的。首先分析 13 传动部分运动需要的力,腿部的伸缩带动齿条,而后通过齿轮带动小车前轮轴的转动,从而带动小车前进。齿轮齿条的传动设计图如下图所示: 图 齿轮齿条传动设计图 通过以上的分析设计,那么把健身小车的传动系统的设计机构如下图所示: 图 动力系统设计图 本章小结 本章首先是 通过已有的自行车的设计出发,通过已有的设计为原型,而后结合自己的设计理念,对健身小车实现的功能进行了设计,对小车主要结构进行了优化。接下来对小车要实现的结构原理图结合已有的一些机械结构的知识,进行了设计,主要是小车的转向系统和小车的前进系统的设计。通过原理的分析,小 14 车转向系统采用的是齿轮传动,并且对齿轮系统进行了设计计算确定了齿轮的模数 m、分度圆直径和齿宽 B。接着对小车的前进系统进行了设计计算,确定了前进系统的原理结构,采用齿条齿轮的传动,所实现的动作时,用脚推动齿条的运动带动前轴的齿轮运动从而实现小车的前 进,但是鉴于前进的动力不足同时也为了起到锻炼胳膊的作用,采用手臂拉动钢丝绳作为辅助的动力,这样一个传动的动作就实现了同时锻炼腿部和胳膊的功能。并且在手臂和腿部结合作业的过程中,还同时起到了锻炼颈部的作用。 15 第三章 关键零部件的强度校核 文章的前面确定了健身小车的机构设计,现在要对小车的主要结构件进行强度校核,首先对校车的整体进行受力的分析,如下图所示: 图 整体受力分析 小车在竖直方向上的受力是,人的重力 G、地面在三个车轮上的支持力 F,这三个作用力在竖直方向上平衡的: 122G F F( 式中, G 是人体的重力( N) ;1N);2 N)。 车轮前轴的校核 首先假设一个人的体重有 90么 G=900N。则前面两个车轮受力分析图如下图: 图 轴的受力简图 16 图 轴的剪力图 图 轴的扭矩图 首先 根据第四强度理论且忽略键槽影响 1 70M M P ( ( 220 . 7 5M , 332W d ) 69 0W ( 53 11 61 . 9 3 1 0 1 0 2 5 . 6 9 7 09 . 2 10 M p a M P 所以轴的强度满足。 校核轴的疲劳强度 抗弯截面系数 3 3 20 . 1 0 . 1 8 0 020W d m m ( 抗扭截面系数 3 3 20 . 2 0 . 2 1 6 0 020W d m m ( 截面 A 左侧的弯矩 M 为 : 385 8 8 0 2 3 2 3 0 3 5 997M N m m ( 截面 A 上的弯曲应力 1 8 . 4b M M P ( 17 截面 A 上的扭转切应力 2 3 . 5 2b T M P ( 轴的材料为 40质处理 查得材料的敏性系数为 , 应力集中系数为 ( ( 查得表面质量系数 查得尺寸系数为 ;查得扭转尺寸系数为 计算得综合系数为 ( ( 取 40特征系数为 ,取 ,取 计算安全系数 ( (
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本文标题:4884-双人娱乐健身小车的设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】
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