机械毕业设计（论文）-多位置保健按摩椅的创新设计【全套图纸】 .pdf

编号： 毕业设计(论文)说明书 题 目： 多位置保健按摩椅的创新设计 院 （系） ： 应用科技学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 应用科技学院 姓 名： 职 称： 讲 师 题目类型：题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2011 年 6 月 10 日 桂林电子科技大学毕业设计（论文） i 摘 要 本文阐述了多功能保健按摩椅的创新设计与制造，对方案的选择、设计原理以及按 摩椅的加工制造进行了详细的论述。该按摩椅具有背部、腰部和脚底按摩功能，使用一 台电机来实现背部按摩与腰部按摩。 控制直流电机驱动齿轮减速机， 带动主传动轴转动。 主传动轴还通过定滑轮、动滑轮、钢缆绳及限位开关带动背部按摩轮上下往复滚动，实 现对背部的滚动按摩，通过调节限位开关的位置来调节按摩轮的按摩范围。腰部按摩盘 可根据使用者的腰围来调节腰部两侧按摩盘间距，实现转动倾斜挤压按摩。 本文的创新点主要是将市场上背部转动式或捶击式定点按摩创新设计为背部整体 滚动式按摩，另外创新设计了腰部赘肉和脂肪挤压式按摩，按摩速度可通过电路调节， 同时还增加了可伸缩拖动的脚底滚子按摩。与市场上已有产品相比，功能多样，执行可 靠，具有较高的性价比。 关键词：按摩椅；链轮传动；齿轮传动；滑轮组；直流电机；限位开关； 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 桂林电子科技大学毕业设计（论文） ii abstract this paper expounds the design process of multi- function massage armchair, and discusses selection of the design principle and the corresponding scheme. this massage armchair has back, waist and foot massage functionthis massage armchair use a motor realize back massage and lumbar massage.dcmotor drives gear,meanwhile gear drives shaft. spindle drives sprockets institutions rotation, and sprockets institutions drive waist massage plate to realize lumbar massage. the position of back massage and waist massage plate can be adjusted according to the needs of users. this paper is mainly the innovation points back on the market will be turning type or thump type fixed- point massage innovative design for back integral rolling massage, another innovative design the waist dewlap and fat extrusion type massage, massage speed can be through the circuit adjustment, but also increased the retractable roller massage feet drag. compared with the existing product on the market, functional diversity, execution and reliable performance. key words:multi- function massage armchair; sprocket transmission;gear transmission; pulley systems; dc motor; limit switches. 桂林电子科技大学毕业设计（论文） iii 目 录 1 绪 论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.3 按摩椅的特点 . 2 1.3.1 机械按摩的原理和特点 . 2 1.3.2 按摩方式 . 4 1.3.3 按摩模式及其组合 . 5 1.3.4 按摩椅按摩舒适性 . 5 1.4 本课题研究内容 . 6 2 多功能按摩椅的设计方案分析 . 7 2.1 多功能按摩椅的设计理念 . 7 2.2 多功能按摩椅的传动系统方案设计 . 7 2.2.1 方案设计 . 7 2.2.2 方案的确定 . 9 3 多功能按摩椅的计算分析 . 10 3.1 多功能按摩椅的椅架结构设计 . 10 3.2 摩擦力的计算分析 . 11 3.3 电机的选择及运动参数的计算 . 11 3.3.1 拟定工作方式 . 11 3.3.2 电动机选择 . 11 3.3.3 运动参数及动力参数计算 . 12 桂林电子科技大学毕业设计（论文） iv 3.4 齿轮传动的设计计算 . 12 3.5 轴的设计计算 . 15 3.5.1 轴的结构设计 . 15 3.5.2 轴上零件轴向固定方法和特点 . 15 3.5.3 轴的结构工艺性 . 17 3.5.4 小齿轮轴的设计 . 17 3.5.5 大齿轮轴的设计 . 20 3.6 键联接的选择及校核计算 . 20 3.6.1 小齿轮键 . 20 3.6.2 大齿轮键 . 21 3.7 链传动的设计计算 . 21 3.7.1 链传动的失效形式 . 21 3.7.2 设计计算步骤 . 22 3.7.3 大链轮轴的结构设计 . 27 4 按摩椅零件的加工制作 . 29 4.1 轴类零件的分类、技术要求 . 29 4.2 轴类零件的材料、毛坯及热处理 . 29 4.2.1 轴类零件的材料 . 29 4.2.2 轴类零件的热处理 . 29 4.3 按摩椅零件加工方案 . 30 4.3.1 小齿轮轴加工过程 . 30 5 结 论 . 32 5.1 设计与加工制造总结 . 32 5.2 个人心得体会 . 32 谢 辞 . 33 参考文献 . 34 附录 按摩椅的三维模型图 . 35 附录 典型零件的加工工艺卡 . 36 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 1 页 共 38 页 1 1 绪 论 1.1 研究背景 随着经济的不断增长以及人们生活节奏的不断加快，人们越来越重视身心的健康。 目前亚健康人群越来越多， 而推拿按摩进行保健是中华医学的传统项目， 因其老少皆宜， 应用十分广泛。随着具有保健功能的各种按摩器具如按摩椅、按摩浴缸、按摩脚盆等产 品的出现，也因其在舒缓压力，缓解疲劳等方面效果明显，深受消费者的欢迎。 1.2 国内外研究现状 世界上第一台自动按摩椅在日本诞生，是由按摩椅之父稻田二千武先生于1962年创 建的富士牌按摩椅，而第一台按摩椅的功能单一，运行不稳定，按摩振动大有冲击。目 前日本在按摩椅行业处于世界领先水平，已经具备了手及手腕这些复杂的按摩技艺，是 世界顶级的创新技术。 其产品采用的技术特点有， s 型双轨道设计 （真正符合人体工学） 、 3d 立体模式按摩（前后伸缩） 、两球按摩（真正的人手按摩技艺） 、3d 按摩点测定系统 （内置传感器） 、首创肩外侧气压按摩系统（放松肩、颈的辅助） 、32位元 cpu 晶片（可 精确运算细致的按摩动作变化） 。目前国外最具代表性的按摩椅知名品牌有，富士（日 本） 、傲胜（新加坡） 、松下（日本） 、欧姆龙（日本） 、三洋（日本） 、百欢乐（美国） 等。国外按摩椅定位层次高，主要有高科技、高性能、多功能、高舒适度等特点。 国内按摩器具已成为医疗器械及设备行业出口金额最大的产品，出口市场不断扩 大，出口前景非常广阔。据统计，国际市场按摩产品的销售已达 100 多亿美金，每年的 增长速度达 30；对国外市场的调研报告表明，日本仅按摩椅市场每年销售量就高达 60 万台，销售额约 80 亿人民币。 国内市场上的按摩椅外观上豪华，品质却一般，按摩上注重舒适度的体验和强调放 松功能并推出了自动按摩程序，减少程序设置外观简单。有的大而笨重，但略显单一按 摩手法较多但生硬按摩上，一体按摩，也可锁定部位按摩，可调节座位、角度、姿势。 舒适度一般外形漂亮，但做工较粗，按摩手法一般。国外品牌较国内品牌来比，质量和 服务上都更胜一筹。同时，在触感和体验上，更加的科学化和人性化。 目前国内外多功能按摩椅的主要产品及其性能如表 1.1 所示。通过对国内外按摩椅 的市场调研可知，现有产品特点如下： （1）使用多个电机带动多个固定按摩轮做定点转动式按摩； （2）多数使用捶击式或转动式按摩，可能会给使用者带来物理损伤； （3）已有产品只对腰部后侧定点按摩，其他健身器材如跑步机依靠腰部震动带的 颤动来实现腰部按摩； （3）结构复杂，生产成本高，价格昂贵难以普及。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 2 页 共 38 页 2 表1.1 国内外市场上多功能按摩椅性能分析 市场已有产品 性能分析 国内按摩椅产品 两个产品为国内制造的某两款多功能按摩椅， 具有背 部和腿部按摩功能， 背部按摩均是通过固定在按摩椅上 的按摩头旋转运动实现的，一个电机驱动一个按摩头， 按摩头只能自转不能移动， 按摩范围小。 总体可见两款 产品功能单一，结构复杂，成本较高。 国外按摩椅产品 两个产品为国外某制造商生产的多功能按摩椅， 不仅 具有背部和腿部按摩功能，而且还设置了自动按摩程 序， 使用者可根据自己的需求选择相应的按摩程序。 总 体可见两款产品功能较齐全， 结构复杂， 保养维护较难。 1.3 按摩椅的特点 通过对国内外按摩椅的研究，目前按摩椅主要理论有机械按摩的原理和特点、按摩 方式、按摩模式及其组合、按摩椅按摩舒适性等。 1.3.1 机械按摩的原理和特点 传统人工按摩通过专业医师或按摩师，根据按摩对象的实际病症或生理特点，对其 身体不同穴位或区域，采用诸如“推”、“揉”、“压”等一系列不同的手法进行按摩。 人工按摩能够疏通经络，使气血循环，保持机体的阴阳平衡，所以按摩后可感到肌肉放 松、关节灵活、使人精神振奋、消除疲劳，对保证身体健康有重要作用。对正常人来说， 人工按摩能增强人体的自然抗病能力，取得保健效果。按摩椅所采用的机械按摩方式相 对于人工按摩来说，既有相似之处，又有其自身的特点。 首先，从实现的方式上看，以背部按摩为例，机械按摩采用特殊设计的按摩头或充 气气垫，通过丝杆、气泵等机械机构带动多组电机运转，以实现敲击、揉捏、拍打等多 种按摩动作，其控制的精度主要取决于机械部件本身。相对来讲，机械按摩只能在最大 程度上模拟人工按摩，机构的复杂程度决定了其“仿真”的程度。常见的按摩机构(按 摩头)有滚轮式、固定式(又分单头式、双头式和多头式)，图 1.1 为一种滚轮式按摩椅 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 3 页 共 38 页 3 按摩机构的内部示意，该按摩椅便是通过滚轮按摩机构，由电机带动进行多种方式的按 摩，并可沿着丝杆上下移动，实现连续按摩。 图 1.1 按摩椅按摩机构结构示意图 其次，从控制方式上看，按摩椅对按摩强度、靠背倾角等参量的调节主要分手动和 自动控制两种方式，其中自动控制是体现按摩椅“智能化”的关键，其主要依赖于控制 软件将不同的控制参数预先写入软件中，通过接口与硬件相连，即可带动硬件中的电机 或气泵等动力装置按一定规律运转以实现按摩，其控制系统原理如图 1.2 所示。在人工 按摩中， 可依据被按摩对象的实际情况确定按摩方式、 按摩力度、 按摩时间等按摩参量， 具有实时性和灵活性，能够“随机应变”；而机械按摩是产品开发人员根据按摩机构实 际的机构特点预先设定好一系列按摩参量的数值和模式，用户只能在其中进行选择，不 能因人而异，灵活度较低。市场调查结果显示，今后产品按摩控制系统开发的趋势是使 其具备“学习型”和“专家系统”等更加智能化的功能，以使控制更加灵活和科学。 图 1.2 按摩椅控制系统原理图 综上分析，就目前的产品而言，按摩椅的机械按摩模拟人工按摩，但无法完全代替 人工按摩。当然，随着电子与信息技术，以及人工智能技术的不断发展，未来按摩椅将 朝着“智能化”方向不断发展，对人工按摩的“仿真度”会越来越高。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 4 页 共 38 页 4 1.3.2 按摩方式 根据市场调查的结果，目前按摩椅产品最常见的背部按摩方式分为以下四种:敲击 按摩、揉捏按摩、指压按摩和拍打按摩 13 ，如图 1.3 所示。 图 1.3 常见拿按摩椅按摩方式 下面就这四种按摩方式做一简单介绍: （1）敲击按摩。按摩头模拟人的拳头力稳、有节律地捶打按摩，作用在一定穴位 上，可以舒缓僵硬的组织，松弛紧张的肌肉，消除肌肉疼痛与疲劳。其按摩强度相对其 他按摩形式，诸如揉捏按摩来讲力度较高。一般按摩椅按摩机构通过电机带动皮带，按 摩头呈扇形运动轨迹，以模拟敲击按摩。 （2）揉捏按摩。此按摩功能可促进身体深处静脉和淋巴管的血液循环。悬臂式滚 轮通过电机带动进行旋转式揉捏，精心设计的按摩头类似人手的触感，揉捏按摩的同时 按摩机构亦可沿丝杆上下运动做滚压按摩。可完成定点按摩和连续按摩，灵活性较强。 此种按摩方式也是本课题实验研究部分采用的主要按摩方式。 （3）指压按摩。与专业人工按摩一样，对肌肉垂直施力，准确地进行点按摩。人 体上有多个指压点， 针对特定的指压穴位施加稳健的压力， 可有效消除肌肉紧绷与压力， 针对性较强。指压按摩与敲击按摩类似，但力度没有敲击按摩那么强烈，相对来见，其 力度控制也较难，对电机和机械结构要求也较高。 （4）拍打按摩。拍打按摩通过两个按摩头模仿专业按摩师握紧拳头的动作来进行 集中式拍打，使按摩效果深入肌肉层，达到协调肌肉、舒缓压力和紧张的作用，同时改 善软组织的活动性。拍打按摩许配合特殊形态的按摩头，其效果和敲击按摩类似，力度 也较强。 综上所述，这四种按摩方式各有其特点，对于高档按摩椅产品来讲，因尽可能在机 构上实现这四种按摩方式，以满足不同人群的需求。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 5 页 共 38 页 5 1.3.3 按摩模式及其组合 在按摩模式及其组合方面，按摩椅通过控制系统带动机械装置，改变各种按摩控制 参量，以实现不同的按摩功能。主要的按摩控制参量包括按摩强度、按摩触头形态、按 摩触头贴合度、按摩时间等，其中，按摩时间往往是独立地通过控制，不依赖于机械结 构。 按摩机构运动方式，机械按摩依靠按摩机构带动按摩触头作一定规律的机械运动。 按按摩机构动作轨迹的不同，可将按摩模式分为定点按摩和连续按摩两种。 定点按摩针对人体背部不同部位，采取不同的按摩方式对其实施特定“点”或“区 域”按摩，其特点是能够对特定点或区域进行针对性的按摩，但其对按摩强度和按摩时 间的控制有较高要求。 按摩机构依靠丝杆(导轨)沿着人体背部曲线上下或左右滑动，这种按摩模式称作 连续按摩，可一次性按摩背部大部分区域。连续按摩除了需要对按摩强度等控制参量进 行控制外，其对按摩进给速度、行程控制、按摩宽度(横向按摩)、按摩机构贴合人体背 部曲线的程度等也有一定要求，因而其功能的实现相比定点按摩来讲更加复杂。从背部 穴位的分布，以及按摩区域的划分上看，不管是定点按摩，还是连续按摩，在空间上都 应该能够作横向和纵向两个方向的按摩运动，这样才能按摩到背部大部分的穴位。有一 点非常明确，按摩模式依赖于按摩机构本身的复杂程度，相比定点按摩，连续按摩对按 摩机构的要求更高。目前市场上高档按摩椅均带有定点按摩与连续按摩选择程序，用户 只需依据自己的需要选择其中的一种模式即可， 或两种模式混合使用， 并可调节按摩头、 滚轮的宽窄度，以满足横向按摩的需要。 1.3.4 按摩椅按摩舒适性 （1）一般舒适性要求 按摩椅作为一种座椅，首先应该满足一般休闲椅对于坐姿舒适性的要求，同时这也 会间接影响到按摩椅按摩的舒适与否。 通过研究现有按摩椅产品可以通过调节腿托的高度及角度、靠背的角度等来调整按 摩椅尺寸以符合人体尺寸。通常按摩椅靠背角度调节范围为 115到 158（符合一般 休闲至深度休闲的过渡)，脚托角度可调范围在 0到 90，按摩椅整体适合 140cm-190cm 高度范围内的人群使用。 市场调查中发现， 有的高档按摩椅产品具有自动 红外形体检测功能，可以调整肩位，按摩轮的宽窄度也可以依据个人形体调节。多个部 位的可调功能使得使用者可方便地变换多种坐姿。另外，按摩椅的噪声限值也是衡量按 摩椅舒适性的一顶重要性能指标，其直接影响到使用者的按摩体验感觉。 （2）按摩强度 对不同的按摩方式，按摩强度的意义是不同的，比如在敲击和拍打按摩中，按摩强 度指的是敲击对白打次数，而对于揉捏按摩来讲，则是按摩头转速。按摩强度的档位是 否较多，这决定了按摩强度选择上的是否科学与合理，应针对不同体质选用不同强度档 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 6 页 共 38 页 6 位，长时间的高强度按摩反而对身体有害。如果按摩椅的强度调得太大，不仅起不到放 松的作用，还会造成肌肉痉挛疼痛。因此，在设计开发按摩椅时，应首先考虑按摩强度 的分档，尽量分的较细，或设置成无极调速模式，让使用者有更多的选择余地。 （3）按摩触头形态 现有按摩椅产品，尤其是低档按摩椅，其按摩触头形态众多，这主要是由其运动机 构的形式所决定的，因为只能做定点按摩，所以只能通过改变不同的触头形态来达到比 较理想的按摩舒适性。而在现有的高档按摩椅，其触头形态一般为半圆形。高档按摩椅 按摩机构一般都具有定点按摩和连续按摩的功能，按摩触头兼做按摩头和滑动滚轮，或 触头固定于按摩机构上作上下运动，但其缺点是触头一般固定，无法更换。由于按摩触 头是按摩椅按摩机构直接与人体背部接触的部件，故而其形态设计对按摩舒适与否具有 及其重要的意义。 今后的产品开发趋势应为触头可拆装， 甚至达到在不同按摩模式下 “智 能”控制其形态的功能。 （4）按摩触头贴合度 人体背部脊椎呈现自然的 s 形曲线，连续按摩中，按摩触头与背部脊椎的贴合度对 按摩舒适性显得至关重要，同时其对按摩力度也有一定影响。目前顶级品牌按摩椅均带 有背部按摩位置定位与检测单元，可依据不同人体形态自动调整按摩机构，使其紧密贴 合人体背部。 （5）按摩宽度与行程控制 按摩宽度与行程控制主要是针对连续按摩而言。一方面，根据不同使用者的体型和 生理特征，通过改变按摩宽度，以满足横向按摩对不同按摩店进行按摩的需要;另一方 面，对人体背部纵向和横向进行有选择性的按摩，对这两个控制参量进行灵活的控制也 是为了满足个性化按摩的需要。 （6）按摩时间对按摩舒适性的影响 传统人工按摩对按摩时间有及其严格的要求，按摩时间的长短直接影响到肌肉放松 的程度，过长的按摩不仅不能使肌肉放松，反而会加速肌肉疲劳的程度，如果再配合高 强度的按摩强度，甚至会对按摩区域以及脏器产生不利影响。 1.4 本课题研究内容 通过对国内外按摩椅的市场调研可知，现有产品特点如下： （1）按摩头不能移动，一个电机驱动一个按摩头，按摩范围小、使用电机多； （2）多数不具有对腰部的按摩，其他健身器材如跑步机依靠腰部震动带的颤动来 实现腰部按摩； （3）结构复杂，成本较高。 基于以上对按摩椅市场的调查研究，拟完成一款功能多样的保健按摩椅创新设计与 制造，为按摩椅市场提供一款操作简单、功能多样、经济实惠的按摩椅，满足广大群众 的保健按摩需求。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 7 页 共 38 页 7 2 多功能按摩椅的设计方案分析 2.1 多功能按摩椅的设计理念 基于以上对市场的按摩椅调查研究，创新设计了一款多功能保健按摩椅，采用创新 与优化设计 2 完成了按摩椅多个功能的实现，如主传动轴的创新设计，实现了一个电机 控制背部和腰部的运动；使用动滑轮、定滑轮、钢缆绳以及控制电路和限位开关实现背 部滚动按摩；使用倾斜按摩盘实现腰部按摩。其多功能按摩椅设计流程图，如图2.1所 示： 图2.1 多功能按摩椅设计流程图 2.2 多功能按摩椅的传动系统方案设计 机械系统的传动是将动力源或某个执行系统 （执行件） 的速度、 力矩传递给执行件， 使该执行件具有某种运动和动力的功能。 2.2.1 方案设计 根据设计理念，要达到预期的设计要求，拟有一下几种传动方案： 方案一。工作原理图如图 2.2 所示。此方案背部按摩传动与方案一相同，而在腰部 传动是通过主传动轴两端采用行位配合与夹持装置通过运动分流实现背部和腰部的协 调控制；采用滑槽与手闸的配合实现按摩盘的位置固定。 方案二。此方案将方案上述两个方案的背部按摩滑轮传动的传动方式改为曲柄滑块 机构 17 ，通过曲柄来带动背部按摩轮做往复运动，如图 2.3 所示。 直流无刷减速电机 转动 减速机 机 械 创 新 设 计 两端为 d 形 的主传动轴 可拖动的脚底滚 子按摩。 一个控制电机 正反转的电路 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 8 页 共 38 页 8 图 2.2 按摩椅传动原理 方案三。工作原理图如图 2.4 所示。通过控制电路实现直流电机正反转驱动齿轮减 速机，带动主动轴转动，主传动轴分两路控制工作部分。一路通过主传动轴带动链轮机 构的周向转动，以驱动按摩盘转动实现腰部按摩，同时采用滑槽与键组合设计，实现腰 部按摩盘轴向移动以适应不同身材使用；另一路通过控制电路、限位开关、定滑轮、动 滑轮和钢缆绳组合，驱动背部按摩轮上下往复滚动，实现对背部的滚动按摩，且其上下 滚动的高度可通过调节限位开关的位置来调节。 图 2.2 按摩椅传动原理 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 9 页 共 38 页 9 图 2.4 方案三按摩椅传动原理 2.2.2 方案的确定 设计方案既要满足设计的功能和相应的参数又要简洁方便，尽量使得生产成本低。 以上三种方案都能达到设计理念的要求，实现按摩椅的设计功能，但通过对以上三种方 案的具体分析对比，方案一腰部夹持装置对制造安装精度要求很高，因此生产成本会大 大提高；方案二运动空间大、力矩要求大、而且会外观美、曲柄滑块运动行程固定使得 背部按摩行程不可调，曲柄匀速转动时，滑块不能实现匀速运动；方案三滑槽与键组合 设计，实现腰部按摩盘轴向移动，从而避免了方案一中腰部夹持装置对制造安装精度要 求很高的难题，同时也实现了背部按摩行程可调，因此传动原理使用方案三。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 10 页 共 38 页 10 3 多功能按摩椅的计算分析 3.1 多功能按摩椅的椅架结构设计 多功能按摩椅椅架起着支承作用，而且要满足一定的结构强度，外形美观。根据机 架的设计准则 1 的一般要求， 对按摩椅机架的工作情况具体分析。 按摩椅作为一种座椅， 首先应该满足一般休闲椅对付坐姿舒适性的要求，同时这也会直接影响到按摩椅滚压的 舒适与否， 经过调查发现消费者对按摩椅座面的高度， 靠背的角度调治都有较高的需求， 这与人体工程学理论是相切合的。现有推拿椅产品可以经过调治腿托的高度及角度、靠 背的角度等来调整推拿椅尺寸以切合人体尺寸，通常推拿椅靠背角度调治范畴为 115 158（切合一般休闲至深度休闲的过渡）脚托角度可调范畴在 090，按摩椅整体适 合 140190cm 高度范畴内的人群使用 14 ；其二，按摩椅机架所受载荷为静载荷，载荷 一般小于 1000n，因此只要保证其静态稳定性就行了，即人坐上去不会倒，所以对材料 的要求并不高，故选择热轧不等边角钢(摘自 gb/t 9788-1988)如图 3.1 所示，椅架如图 3.2 所示。 图 3.1 热轧不等边角钢 gb/t 9788-1988 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 11 页 共 38 页 11 图 3.2 椅架结构简图 3.2 摩擦力的计算分析 本设计的按摩椅的背部按摩为滚压式按摩，因此摩擦力就等于人对背部按摩盘的压 力与按摩盘和人造皮革之间摩擦因数的乘积，按摩盘材料为木料，经查文献1表 1-8， 皮革与木料的滑动摩擦系数 f 为0.050.03，取中间值 0.04，人对背部按摩盘的压力取 人体重的三分之一，人体重去150kg，摩擦力的计算公式： fff nf = 式 （3-1） 根据式（3-1）得 nff60=； 初步计算背部按摩盘的所需功率，取背部按摩盘的转速为15r/min，按摩盘的的直 径为 125mm,功率计算公式： mp = 式（3-2） 根据式（3-2）计算得背部按摩所需的最低功率wp12 1= 。因为腰部按摩力度可调， 因此初步设定按摩盘所需功率wp12 2 =。 3.3 电机的选择及运动参数的计算 3.3.1 拟定工作方式 工作条件为长期连续双向运转，使用年限 8 年，每天工作 4 小时，载荷平稳，环境 要求清洁。 设定按摩力60nf =；转速15rad/minn =；按摩盘直径125mmd =；nff60=； wp12 1= ；wp12 2 =。 3.3.2 电动机选择 选择直流电动机（连续工作机器） 。 （1）传动装置的总功率（查文献1表 1-3） ，取一对齿轮啮合效率94 . 0 g =(7 级 精度)、复滑轮组效率97 . 0 s =、滚动动轴承效率99. 0 x =、联轴器效率97 . 0 =、链传 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 12 页 共 38 页 12 动效率0.96 l =，总转动效率计算公式： l= 321 式（3-3） 根据式（3-3）计算得背部转动总效率；83 . 0 = b 腰部传动总效率78 . 0 = y 。 （2）电机所需的工作功率，功率计算公式： / t pp = 式（3-4） 由式（3-4）计算得电机所需最小功率为 45.2w，取安全系数为 2，所以初选电机功率为 90w。 （3）确定电动机型号，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及链传动和齿 轮传动比，因此选定电动机型号为 dm-90gn 带有减速器，主要参数如表 3.1。 表 3.1 电机主要参数 电机型号 额定电压 额定电流 电机转速 额定转矩 齿轮减速比 输出转速 dm-90gn v24 a5 min/1500r mmn1500 1:30 min/50r （4）计算总传动比及分配各级的传动比，传动比计算公式： ji nni/= 式（3-5） 齿轮与滑轮组的总传动比33. 3 1= i；分配各级传动比，复合滑轮组的减速比为 0.5， 因此取齿轮的减速比为 5:3；齿轮与链轮传动的总传动比；分78. 2 2 =i配各级传动比， 因为取齿轮的减速比为 5:3，故去链转动比为 5:3。 3.3.3 运动参数及动力参数计算 根据电机参数以及传动比的，计算各轴的运动参数，根据式（3-5）计算各轴转速； 根据式（3-4）计算各轴功率。 n p t = 9550 式（3-6） 根据转矩计算公式式（3-6）计算各轴转矩，计算结果如表 3.2 表 3.2 运动参数的计算及结果 轴名 转速 功率 转矩 小齿轮轴 min/50rn = wp90= mmntd19.17= 大齿轮轴 min/30 1 rn = wp7 .74 1= mmnt78.23 1= 背部按摩轴 min/15 2 rn = wp4 .26 2 = mmnt80.16 2 = 腰部按摩轴 min/18 3 rn = wp 4 . 23 3 = mmnt40.12 3= 3.4 齿轮传动的设计计算 （1）选择齿轮材料及精度等级和齿数 按图 2.3 所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动，考虑传递功率不大，文献9 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 13 页 共 38 页 13 表 10-1 选，以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40cr 调质，齿面硬度为 280hbs。大齿轮选 用 45 钢调质，齿面硬度 240hbs；选 7 级精度 7 。二者硬度差为 40hbs，取小齿轮齿数 18z1=。根据传动比则大齿轮齿数30z2=。 （2）按齿面接触疲劳强度设计 标准直齿圆柱齿轮设计公式： 3 1 32 . 2 1 1 h e d t z u ukt d 式(3-7) 确定式 （3-6） 中有关参数。 传动比u=5/3， 由文献 9表 10-7， 取齿宽系数 d =0.9， 由文献9表 10-6 查得材料的弹性影响系数 2 1 8 . 189 mpaze=，试选载荷系数3 . 1= t k， 由文献9图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限mpa h 600 1lim =， ， mpa h 550 2lim =。 由式 （3-8） 计算应力循环次数得 7 1 103.504=n； 7 2 101024 . 2 =n。 h jlnn 11 60= 式（3-8） 计算接触疲劳许用应力，由文献9图 10-19 取接触疲劳寿命系数90 . 0 1=hn k； 95 . 0 2 = hn k。接触疲劳许用应力计算公式： s khn h lim = 式（3-9） 取失效率为 1%，安全系数 s=1，由式（3-9）得 mpa h 540 1 =；mpa h 5 . 522 2 =。 试算小齿轮分度圆直径 t d1,代入 h 中较小的值，根据式（3-7）得 mmd t 609.13 1 计算圆周速度v 根据式（3-10）计算圆周速度得 smv/713. 0=。 100060 = dn v 式（3-10） 计算齿宽b 根据式 （3-11） 计算齿宽得 mmb248.12=。 b=dd1t=0.913.609=12.248mm； td db 1 = 式（3-11） 计算齿宽比hb/ 模数 1 1 z d m t =0.756 式（3-12） 齿高 t mh25 . 2 = 式（3-13） 根据式（3-12）和式（3-13）得 mmmt756 . 0 =；mmh701. 1=；2 . 7/=hb 。 计算载荷系数 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 14 页 共 38 页 14 载荷系数计算公式： hhva kkkkk = 式（3-14） 确定式 （3-14） 中的相关参数， 根据smv/713. 0=， 7 级传动精度， 由文献9图 10-8 查得动载荷系数10 . 1 = v k；直齿轮，1= fh kk；由文献9表 10-2 查得使用系数 k a=1； 由文献9表 10-4 查得 432 . 1 = h k； 由2 . 7/=hb,432 . 1 = h k查文献9图 10-13 得35 . 1 = f k；故由式（3-14）计算载荷系数得 5752. 1=k。 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，实际的载荷系数校正计算公式： 3 11 t t k k dd = 式（3-15） 由式（3-15）得 mmd478.14 1= 。 齿轮主要参数如表 3.3 所示 表 3.3 齿轮的主要参数 名称 代号 小齿轮 大齿轮 模数 m 3 3 压力角 20 20 分度圆直径 d 48 90 齿宽 b 50 45 齿厚 s 4.71 4.71 齿顶高 a h 3 3 齿根高 f h 3.75 3.75 核齿根弯曲疲劳强度弯曲疲劳强度校核公式： f d safa f zm yykt = 2 1 3 1 2 式（3-16） 确定式（3-16）中的参数和系数。由文献9p207 图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳 强度极限mpa fe 500 1= ；大齿轮的弯曲疲劳强度极限mpa fe 380 2 =。由文献9图 10-18 取弯曲疲劳寿命系数85 . 0 1=fn k；88 . 0 2 = fn k。取安全系数4 . 1=s，由式（3-17） 计算弯曲疲劳许用应力得mpa f 57.303 1 =；mpa f 86.238 2 =。 s k fefn f = 式（3-17） 载荷系数计算公式式（3-18） 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 15 页 共 38 页 15 ffva kkkkk = 式（3-18） 由式（3-18）计算载荷系数得 485. 1=k；查文献 9表 10-5 取齿形系数得 65 . 2 1=fa y；226 . 2 2 = fa y，应力校正系数得58 . 1 1=sa y；764 . 1 2 = sa y。 将相应参数代入式（3-16）得 ff mpa润滑 不良时传动不可靠， 不宜采用。 当要求实际工作寿命低于15000h时， 可按有限寿命设计， 此时允许传递的功率高些。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 22 页 共 38 页 22 图 3.8 a 系列滚子链额定功率曲线 3.7.2 设计计算步骤 链传动设计计算的原始条件为，传动的工作情况，原动机、工作机的种类；传递的 功率 p；主、从动轮的转速 1 n、 2 n或传动比i；中心距大小，传动的布置等。 链传动设计计算内容包括：链条的型号、节距、排数和节数；链轮的齿数、尺寸、 结构和材料；中心距 a；作用在轴上的力 q f 等。 根据链速的大小，链传动的计算方法有以下两种： 中、高速链传动（0.6m/sv ）的设计计算步骤，链条在中、高速条件下，可能发 生磨损、链板疲劳破坏、滚子和套筒点蚀以及套筒和销轴胶合失效，所以应按功率曲线 设计计算。 （1）选择链轮的齿数 1 z、 2 z。为减少运动的不均匀性和动载荷，小链轮的齿数不 宜过少，通常17zmin=（链速极低时最少可到 9） ，可按链速由表 3.6 选取 1 z。大轮齿数 12 ziz=不宜过多， 2 z过多不仅使传动的尺寸和重量增加， 而且链节伸长后易出现跳齿和 脱链现象，通常120z2max 8 z1 1517 1921 23 （2）初定中心距 0 a 。中心距a小，结构紧凑，但链节数少，当链速一定时，单位 时间内每一链节的应力循环次数增多,加快了疲劳和磨损。中心距a大,链节数多，使用 寿命长，但结构尺寸增大。当中心距过大时，会使链条松边垂度过大，发生颤动，使传 动平稳性下降。一般取： pa)5030( 0 = （3-22） pa80 max =,采用张紧装置时 0 a 可大于p80 。 （3）确定链节距 p。链传动传递的功率 p 与特定条件下链条的额定功率 p0 之关系 为： mz a kk pk p 0 （3-23） 式中： a k为链传动的工作情况系数， 见表 3.7； z k为小链轮齿数系数， 即考虑19z1 时的系数，见表 3.8，当链传动的工作区在额定功率曲线（图 3.8）顶点左侧时查 kz、 在右侧时查kz； m k为链的多排系数，见表 3.9。 表 3.7 链传动的工作情况系数 ka 根据式（3-23）求得的 0 p 和小链轮转速 1 n，由图 3.8 查得链的型号以及节距在满足 传动功率的前提下，应尽量取较小的节距。对高速（8m/sv 时）重载的链传动可选取 载 荷 种 类 工 作 机 械 举 例 原 动 机 电动机或汽 轮机 内 燃 机 载 荷 平 稳 液体搅拌机、离心泵、离心式鼓风 机、纺织机械、轻型运输机、链式运 输机、发电机。 1.0 1.2 中 等 冲 击 一般机床、压气机、木工机械、食品 机械、印染纺织机械、一般造纸机械、 大型鼓风机。 1.3 1.4 较 大 冲 击 锻压机械、矿山机械、工程机械、 石油钻井机械、振动机械、橡胶搅拌 机。 1.5 1.7 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 24 页 共 38 页 24 小节距多排链。 表 3.8 小链轮的齿数系数 kz z1 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 kz kz 0.887 0.846 1.00 1.00 1.11 1.16 1.23 1.33 1.34 1.51 1.46 1.69 1.58 1.89 1.70 2.08 1.82 2.29 1.93 2.50 表 3.9 多排链系数 km 排 数 1 2 3 4 km 1.0 1.7 2.5 3.3 （4）校核链速v，确定润滑方式。链速计算值为 100060 11 = pzn v （3-24） v应符合选取 1 z时所假定的链速范围，并由图 3.9 确定润滑方式: 图 3.9 推荐使用的润滑方式 （5）确定链条节数 p l 。链条节数 p l 的计算值为: 2 12 0 120 2a2 a2 + + += zzpzz p lp （3-25） 计算得到的 p l 应圆整为相近的整数，并尽可能取偶数。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 25 页 共 38 页 25 （6）计算实际中心距 a 由式（3-25）得 + + + = 2 12 2 1212 2 8 224 a zzzz l zz l p pp （3-26） 为使链条松边具有合理的垂度，以利链与链轮顺利啮合，安装时应使实际中心距较 理论中心距 a 小5mm2。 （7）计算轴压力 q f 。轴压力按下式计算： vpff tq /) 3 . 12 . 1 (1000)3 . 12 . 1 (= （3-27） 式中 t f 为链所承受的圆周力。 （8）计算基本参数及主要尺寸，绘制链轮工作图。 由表 3.10 计算主要尺寸。按 所求尺寸绘制工作图，并注明齿形标准、齿数和节距。 表 3.10 滚子链链轮主要尺寸 名 称 代 号 计 算 公 式 备 注 分度圆直径 d z pd = 180 sin/ 齿顶圆直径 a d 1maxa 25. 1dpdd+= 1mina ) 6 . 1 1 (dp z dd+= 可在damax、damin范围内任意选 取，但选用 damax时，应考虑采用 展成法加工时有发生顶切的可 能性。 分度圆弦齿 高 a h 1maxa 5 . 0) 8 . 0 625 . 0 (dp z h+= )(5 . 0 1mina dph= ha是为简化放大齿形图的绘制 而引入的辅助尺寸 hamax相应于 damax、hamin相应于 damin 齿根圆直径 f d df = dd1 齿侧凸缘 （或排间 槽）直径 g d 76. 004. 1 180 cot 2 h z pdg h2内链板高度 （9）低速链传动（0.6m/sv ）的静强度计算： 对于低速链传动，其主要失效形式为过载拉断，故应按静强度计算，校核其静强度 安全系数 s 即： 84= ta q fk mf s （3-28） 式中 q f 为单排链条的极限拉伸载荷（见表 3.11） ；m 为链条排数。 桂林电子科技大学毕业设计（论文 第 26 页 共 38 页 26 表 3.11 a 系列滚子链的基本参数和尺寸 (gb/t1243-97) 链 号 节距 p (mm) 排距 pt (mm) 滚子外 径 d1(mm) 内链节 内宽 b1(mm) 销轴直 径 d2(mm) 内链板 高 度 h2(mm) 单排极限拉 伸 载荷 fq（kn） 单排每米 质量 q(kg/m) 08a 12.70 14.38 7.92 7.85 3.98 12.07 13.8 0.60 10a 15.875 18.11 10.16 9.40 5.09 15.09 21.8 1.00 12a 19.05 22.78 11.91 12.57 5.96 18.08 31.1 1.50 16a 25.40 29.29 15.88 15.75 7.94 24.13 55.6 2.60 20a 31.75 35.76 19.05 18.90 9.54 30.18 86.7 3.80 24a 38.10 45.44 22.23 25.22 11.11 36.20 124.6 5.60 28a 44.45 48.87 25.40 25.22 12.71 42.24 169.0 7.50 （10）链转动的具体计算过程（见表 3.12） 。 表 3.12 链传动的计算与说明 计算项目 计算与说明 计 算 结 果 1.确定链轮的 齿数 1 z 、 2 z 传动比3:5=i 初定速度smv/1 . 0= 查表 3.6 取18 1= z 30 2= z 18 1= z 30 2 =z 2.初定中心距 0 取p40 0= p40 0= 3.确定链节距 p 查表 3.7 得1= a k；查表 3.8 得 1= z k；查表 3.9 得 1= m k； w kk pk p mz a 4 .23 0 = ；根据 0 p和 1 n查图 3.8 得： mmp875.15= 选用链号 10a mmp875.15= 4.验算链速确 定润滑方式 sm pzn v/0714. 0 100060 875.151815 100060 11 = = = 符合原假设，由图 3.9 知应采用人工定期润滑。 smv/0714. 0= 采用人工定期 润滑 5.确定链条节 数 p l 2 12 0 210 22 2 + + += zzpzz p v 取104= p l节 104= p