脚踏式按摩椅设计-论文

脚踏式按摩椅设计  学     院      工业自动化学院             专     业      机械工程                   班     级      13级                       学     号                                姓     名                                指导教师                                    年     月     日          录  摘要  . 2 关键词  . 2 选题来源  . 错误 !未定义书签。  1  设计思路与创新  . 2 2  脚踏式按摩椅总体设计  . 3 传动装置设计  . 3 总体尺寸设计  . 5 3  链条传动设计  . 6 链传动的主要参数  . 6 链传动计算  . 6 链轮的选用  . 7 4  轴的设计  . 8 轴的设计方法  . 8 各轴的结构设计  . 8 各轴尺寸、强度计算  . 10 5  齿轮的设计  . 14 齿轮的基本参数和啮合要求  . 14 齿轮的尺寸和强度计算  . 14 6  按摩椅按摩器，整体外观功能设计  . 15 按摩椅按摩器设计  . 15 椅面和踏板设计  . 18 结论  . 20 谢辞  . 20 参考文献  . 21 附件  . 21  踏式按摩椅设计  摘要 ： 本次设计是对按摩椅的一种复古创新的设计。所设计的按摩椅是通过人工慢运动输入 动力 而进行按摩的脚踏式按摩椅。在设计上，首先确定按摩椅的动力传输方式，其次对按摩椅的总体尺寸及部零件空间布置尺寸 的设计 ;再对传动链 、各传动轴、齿轮的结构设计和强度计算，以及对按摩椅外观、踏板的设计。所设计的按摩椅符合人体工程学，具有中医穴位按摩的功能；在生活上，脚踏式按摩椅给国民带来慢运动、按摩放松 的 休闲方式。  关键词 ： 脚踏式    按摩     慢运动  选题来源：  在社会不断发展的今天，人们对生活质量的要求也随之增高。消费者在经过长时间压抑的工作及长时间的不运动，都需要稍微适当运动来放松身体 来 达到身体血液循环平衡、供氧充足。在选择放松方式时，消费者有很多选择。例如消费者可以在自己的办公室、房间来回走动放松或采取按摩椅来 放松。按摩椅在市场上均为电动按摩椅 (价 格昂贵，有一定的电磁波辐射 )，一般采用振动、挤压按摩 。如果在按摩时，再加上消费者自身的运动而且是慢运动，那是一件锦上添花 、完美的事。消费者不仅可以得到按摩放松，而且更难得的是可以通过自身慢运动得到通筋活血，减肥收脂的功效。而这款按摩椅便是会受到消费者青睐的“脚踏式按摩椅”。“脚踏式按摩椅”实现了通过自身慢运动而获得按摩放松，实现了科学环保的设计理念。这是按摩椅设计史上一大壮举之一！  1  设计思路与创新  脚踏式按摩椅是一款通过人工踩踏踏板，驱动链轮，带动链条，驱动齿轮等一系列复杂的传动构成的按摩椅。脚踏式按摩椅最大的特点便是消费者用自己的脚踩踏踏板（类似于骑自行车），便能获得按摩放松。而其它的按摩椅则是通过通电，用电机驱动来完成实现按摩。这就体现了脚踏式按摩椅的节能环保的科学设计理念。在工作之余，在家闲暇之余，消费者都可以使用所设计的脚踏式按摩椅。该脚踏式按摩椅与普通单个沙发椅一般大小，可以在室内占据合理的空间；使用脚踏式按摩椅时，按摩椅上的按摩器能准确地进行轻捶、揉压背部穴位，来达到通筋活血的功效。再之，消费者在踩踏踏板转动则是一种慢运动。对于爱美 性而言，便具有减肥收 脂美腿的功效。而踏板、椅面都设有小型按摩球，也起到挤压穴位按摩的作用。相信，脚踏式按摩椅能造福于广大消费者，在市场上占有一定的份额。  2  脚踏式按摩椅总体设计  传动装置设计  脚踏式按摩椅输入功率 P： 10050  w ，输入转速 n： 6015  r/脚踏式按摩椅是一款纯机械传动的按摩椅。无配电机，实现了科学环保的设计理念。脚踏式按摩椅的机械传动机构主要由链条传动、齿轮传动、曲柄滑块三大传动机构组成。链条传动采用单排滚子链 作为传动介质，其中有两张紧轮作为导向、张紧链条作用；齿轮传动则是采用圆柱直齿齿轮，有两对外啮合齿轮，分别位于链轮的两侧，在传动中起到了平衡传输功率的作用；曲柄滑块机构则是由曲轴、连杆、滑块构成，起到 实现 按摩作用。  三大传动机构空间布置及功能实现：  链轮 1装在踏轴 1上，链轮 2装在踏轴 2 上，链轮 1链轮 2由单排滚子链连接；踏齿轮 2分别布置在踏轴 2上，在链轮 2 的两侧，对称布置，踏齿轮 3分别布置在与踏齿轮 2相对应的位置踏轴 3上，分别与对应的踏齿轮 2想啮合；曲柄滑块机构有两组，对称布置在踏轴 3上，两踏齿轮 3之间。 传动装 置图如 图 1。    1  传动机构图  功能实现：驱动踏轴 1 链轮 1转动 带动链条 链轮 2转动 踏轴 2转动，同时踏齿轮 2转动、按摩器 1工作 踏齿轮 3啮合转动 曲柄滑块工作 按摩器 2 工作。 三维效果图如 图 2。  图 2  三维 传动机构图   总体尺寸设计  脚踏式按摩椅尺寸设计要求：按摩椅总体尺寸大小要合理，经济科学，以最适宜的量，发挥最大的作用。  脚踏式按摩椅尺寸设计方案：  根据一般的家庭椅子、沙发、及电动按摩椅的外观结构尺寸，调查发现，长为 1200500 为 700400 （椅面离地高度）为 750500   脚踏式按摩椅根据自身的结构特点，以及综合因素，合理的设计尺寸如下：长为 500为 650为 600支座离椅端面距离为 400轴 1离 椅面 为 320总体尺寸示意 如 图 3。  图 3  总体尺寸图     链条传动设计  链传动的主要参 数  a链的节距和排数  链节距越大，则链的零件尺寸 越大，承载能力越强，但传动时的不平稳性、动载荷和噪声也越大。链的排数越多，则其承载能力增强，传动的轴向尺寸也越大。因此，选择链条时应在满足承载能力要求的前提下，尽量选用较小节距的单排链，当在高速大功率时，可选用小节距的多排链。  b. 链轮齿数和传动比  为保证传动平稳，减少冲击和动载荷，小链轮齿数 宜过小（一般应大于 17） ,通常按表 1 选取。大链论齿数 z2=数过多除了会增大传动尺寸和重量外，还会出现跳齿和脱链等现象，通常在 20. 小链轮齿数要求如 表 1。  表 1  小链轮齿数  链速 v/（ m/s）  3 3 8 8 7  21   35 滚子链的传动比 i（ i=z2/宜大于 7，一般推荐 i=  ，只有在低速时 条在小链轮上的包角减小，啮合的轮齿数减少，从而加速轮齿的磨损。  c. 中心距和链节数  如果中心距过小，则链条在小链轮 上的包角较小，会导致磨损的加剧，且易产生跳齿、脱链等现象。同时链条的绕转次数增多，加剧了疲劳磨损，从而影响链条的寿命。若中心距过大，则链传动的结构过大，且由于链条松边的垂直度 大而产生抖动。  链传动计算  传递功率 P=100 w=0.1    转速 0 r/ 传动比 n1/0/40= 初步估计链速 6.0v  m/s ,由 机械设计基础 表 得小链轮 9 ,  z2=i1*8。  A 确定链节数  初定中心距 0p。  a0/p+(z1+2+p(=180+02/(90 04 节 。  B 根据计算功率确定链型号    查表得  工况系数 ，主动轮系数 排系数 。  A P/ 根据 0 r/ 从机械传动手册查表得  取用 08A 型号链。节距 p=12.7  验算 链速 V=60 1000)=19 60/(60 1000)=m/s 0.6 m/s。 故符合范围。  最大中心距 a=0p=1143  链轮的选用   链轮已标准化，无需设计计算，选用即可。  根据轴的设计尺寸，及链的型号，节距，两个链轮分别选用：  链轮 1如 表 2。  表 2  链轮 1参数表  Z d  B P 19 22 40 36 轮 2如表 3。  表 3  链轮 2参数表  Z d  B P 28 28 45 36 轮链条效果 如 图 4。    4  链条链轮装配图  4  轴的设计  轴的设计方法  轴的设计步骤：  （ 1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。  （ 2）按扭转强度估算出轴的最小直径。  （ 3）设计轴的结构 。  （ 4）按弯扭合成进行轴的强度校核。  （ 5）修改轴的结构再进行校核计算。  （ 6）绘制轴的零件图 。  需要指出的是：（ 1）  一般情况下设计轴时不必进行轴的刚度、振动、稳定性等校核。如需要进行轴的刚度校核时，也只作轴的弯曲刚度校核。（ 2）对用于重要场合的轴、高速转动的轴应采用疲劳强度校核计算方 法进行轴的强度校核。  各轴的结构设计  在脚踏式按摩椅中，有三根主要运动轴，即踏轴 1、踏轴 2、踏轴 3。这三 分别起到动力传输、驱动按摩器的作用。  踏轴 1的结构设计：  踏轴 1是阶梯轴，是输入功率第一接收轴，并带动链条运作。踏轴 1上装有齿数为 19的链轮 1，深沟球轴承，及踏板的连杆。因此踏轴 1的结构设计如 图 5。  图 5  踏轴 1 踏轴 1 的 c 段 安装 19 齿的链轮，采用平键周向定位，卡环轴向定位，在 b、 d 区是安装轴承，采用轴肩定位（ b、 d 的直径小于c 的直径），基轴制过盈配合。 a、 e 区 是安装踏板连杆，两轴端有铣扁，各轴端铣两面，用于周向定位，传递转矩，采用卡环、轴肩定位，轴两端设有卡环槽。  踏轴 2的结构设计：  踏轴 2是阶梯轴，是输入功率第二接收轴，驱动齿轮和按摩器 1运转。踏轴2装有齿数为 28的链轮 2，按摩器 1，齿轮，轴承。因此踏轴 2的结构设计如 图6。  图 6   踏轴 2 踏轴 2 的 d 段 安装 28 齿的链轮，采用平键周向定位，卡环轴向定位，在 c、 e 段是安装按摩器 1， c、 e 段各铣两面用于周向定位，传递转矩，基轴制过盈配合，采用轴肩轴向定位。 b、 f 段是安装齿轮，采用平键周向定位，轴肩，套筒轴向定位。 a、 g 段安装轴承，基轴制过盈配合。  踏轴 3的结构设计：  踏轴 3是曲轴，是输入功率第三接收轴，驱动按摩器 2运作。踏轴 3装有按 器 2、齿轮 、 轴承。因此踏轴 2的结构设计 如 图 7。  图 7   踏轴 3 踏轴 3 的 c、 d 段安装按摩器 的连杆。采用双轴肩轴向定位，基轴制的间隙配合。 b、 e 段是安装齿轮，采用平键周向定位，轴肩，套筒轴向定位。 a、 f 段是安装轴承，轴肩轴向定位，基轴制过盈配合。  各轴尺寸、强度计算  踏轴 1的尺寸、强度计算：  输入功率 P= 10070  w,   n=60 r/ 由于中小功率选用材料 45 调质钢 ,由 机械设计基础 表 得强度极限 B=650  按脉动循环处理【 0B】 =70  由 机 械 设 计 基 础 表 得 c=107 118, 3 /  = 3 60/07   由于轴两端铣扁的存在，直径加大 %5%3 ，取直径为 3d  a、   da=3e=25b、 虑轴承的选用，取 db=7d=18c 段是安装 19 齿的链轮，考虑链轮的选用，取 26 踏轴 1全长为 142用自行车踏轴最小直径 12d 故踏轴 1的强度符合要求，无需进行强度校核计算。  踏轴 2的尺寸、强度计算：  输入 p=0.1 n=40 r/料选用 45 调质钢。由 机械设计基础 表  B=650 按脉动处理。【 =70 由表 c=107 118。 3 /  = 3 40/07  16   于考虑到轴承选用安装，取最小轴径 da=7虑到 b， f 段是安装齿轮，取 db=0虑到 c， e 段是安装按摩器 1，取 dc=4虑到  8 确定轴长  考虑到轴承的选用安装，齿轮用套筒轴向定位，取 g=32f=28虑到按摩器 1 的安装，及与箱体的安装，取 e=121虑到链轮 2 的安装，取 8踏轴 2全长为 420 踏轴 2 的强度计算：已知主动轮即踏齿轮 2 的圆周力 420N，径向力 20N，轴向力 0N， 3=50 20轴的受力图 如 图 8，  9。  图 8  轴的受力图  图 9  2+(2+2+2(2+420 400/400=420N，  2+(2+2+2(2+420 400/400=420N。   20 50=21000N  20 50=21000N  图 10。  图 10   11。  图 11  受力图  2+() 2/(2+120 (300+50)+120 50 80/400=108N，  1+ 1+ Fa d / (2+120+60 80/400=132N，  1=108 50=5400 N  3=132 50=6600 N  图 12。    12  M= 22 M 。  22 M = 22 )50108()50420( =21683 N  22 M = 22 )50132()50420( =22013 N  图 13  总弯矩图  T=106P/n=106 0=15916 N  22 )1 5 9 1  1 6 8 3 =  22 )1 5 9 1  2 0 1 3 =  总弯矩图 如图 13。  故 为危险横截面 。  故校核 = 403） 3955= 而【 =70 【 条件，设计轴有足够的 强度，并有一定的裕量。   轴 3的尺寸、强度计算：   第三踏轴因载荷于第二踏轴相近，高出不多，只需将最小轴径加大 3%，即可。  d=17 (1+3%)= 由于轴承的选用安装，取 da=0虑到齿轮的安装，取 db=4虑到齿轮的轴向定位，取 dh=8虑到连杆的安装，取 dc=8 考虑到轴承的选用安装，齿轮用套筒轴向定位，取 f=33e=26虑到齿轮的轴向定位，取 i=9虑到连杆的安装和运作，取 d=24 踏轴 3全长为 420 由于踏轴 3受到的负载不大，与踏轴 2相近，无需进行强度计算。  5  齿轮的设计  齿轮的基本参数和啮合要求  标准直齿圆柱齿轮的基本参数有 5个： z、 m、 、  c*，其中 为齿高系数， c*称为顶隙系数。我国规定的标准值 1， c*= 两渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件：  m1=m2=m；   1= 2= 。  即两齿轮的模数和压力角分别相等。  齿轮的尺寸和强度计算  在脚踏式按摩椅结构设计中，有两组渐开线直齿圆柱齿轮，分别为踏齿轮 2，踏齿轮 3，各两个，总共 4 个。踏齿轮 2 与踏齿轮 3 相啮合（外啮合），来完成动力传输工作。踏齿轮 2是外啮合中的主动轮，齿轮啮合是起到减速的作用，故踏齿轮 2的齿数要少于踏齿轮 3。  确定 m=2， i=2， =200。  踏齿轮 2的设计  m=2 , =20o  0。  d=0。  0  =1, ha*m=2  da=d+20+4=84  踏齿轮 3的设计：  m=2 , 0。  d= 80=160   =20o，  8，  =1, ha*m=2  da=d+260+4=164。  由于踏齿轮 2为主动轮，齿数少，踏齿轮 2 的轮齿啮合的次数踏齿轮 3的大，故踏齿轮 2 的轮齿磨损比踏齿轮 3 的要大，故踏齿轮 2 的齿宽设计比踏齿轮 3大 2踏齿轮 2 的齿宽 0 齿轮 3的宽 8。  踏齿轮 2、踏齿轮 3 都采用平键来传递扭矩。踏齿轮 2 是采用 6 6 10齿轮 3是采用 8 7 14 6  按摩椅按摩器，整体外观功能设计  按摩椅按摩器设计  在脚踏式按摩椅的设计中，主要有两组类别的按摩器，即按摩器 1， 按摩器2。这两按摩器在脚踏式按摩椅功能实现的过程中，起着非常重要的作用。按摩器 1对人体的背腰部的穴位能进行挤压、刮压的按摩，促进人体的血液循环。按摩器 2对人体的背部有捶背的功能，能使紧张的人体瞬间得到放松。  按摩器 1的设计：  按摩器 1主要针对人体背腰部的穴位进行设计的，因此，按摩器 1上的按摩小球起着关键性的作用。按摩器 1随着踏轴 2 的转动而转动，按摩小球便能对人体背腰部穴位进行挤压、刮压的按摩。按摩器 1的设计图如 图 14，图 15，图 16。    14  按摩器 1 的按摩小球                    图 15  按摩器 1装配  图 16  按摩器 1尺寸  按摩器 1全长 200摩小球直径为 10摩小球离开椅面能有 75 能更好的按摩。  按摩器 2的设计：   摩器 2主要是针对人体的背部按摩（即捶背按摩）进行设计的。按摩器 2的工作头部分是仿生学的产物，是模仿人的手拳头进行设计的。按摩器 2 工作时，仿佛就是人的手给人体背部舒服的捶背，使人体得到一定的放松，使人精神抖擞，工作效率更佳。按摩器 2是曲柄滑块机构的一部分，随曲轴的转动而上、下地作往复 运动，来完成实现捶背按摩。按摩器 2的设计图如 图 17，图 18，图 19。  图 17  按摩器 2                                图 18  按摩器 2装配    19  按摩器 2尺寸  按摩器 2的全长 257拳头工作头、长方体块、圆柱杆、圆柱滑块组成。长方体块规格为 28 28 65柱杆底径为 15 44柱滑块上有直径为 6两直径为 6滑块端面对称布置，是用于连接导轨，起导 向作用，使滑块能上下作往复运动。  椅面和踏板设计  椅面的设计是决定人体对脚踏式按摩椅的感知程度。故椅面设计是脚踏式按摩椅设计中的重要部分之一。假设椅面是一般的椅面，比如是平的，那么按摩器发挥的效果不能完全的体现出来，人也不能感受到此款按摩椅带来的乐趣。故椅面设计要有独特的 一 面，要符合人体工程学，要把脚踏式按摩椅的价值体现出来。  椅面的设计：椅面与人体的背部接触，要有留一定的空间，来让按摩椅更好的工作，并能让人更佳体验按摩。故将椅面设计成 人体的背部能更好嵌在椅面，同时按摩器也能更好地进行按 摩工作。为了增加按摩的效果，将椅面 成两块区域，即背部区域，腰部区域。背部区域布置有直径为 10按摩小球，腰部区域布置有直径为 5此，由于按摩小球的存在，这些小球将能挤压刺激背、腰部穴位，能增进人体血液循环；在椅面的上端设有一个凹陷的枕头，能容放人体头部。在枕头下方（即椅