基于proE的家用多功能简易按摩椅设计（毕业设计，仿真视频CAD图纸三维模型答辩稿）
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包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 I 基于 的家用多功能简易按摩椅设计 摘要 随着社会技术的发展和人们生活水平的提高，伴随着工作压力也在不断加大，使得人们对自身健康则愈来愈关注，针对长期在办公室工作的上班人群而言，久坐会使颈部、背部以及腰部疼痛。使之按摩椅这一保健器械得以消费者的青睐。本论文通过关于按摩椅消费情况的市场调查，就家用多功能简易按摩椅进行优化设计，以及结合人体工程学对其按摩椅的机械传动系统进行研究和设计。 本文针对前期的按摩产品市场调研，通过调研结果分析，提出了按摩椅的按摩方式，根据按摩方式，设计传动零件及其产品造型。运用有 关手册对各零部件的尺寸进行分析、通过模拟电子电路设计及仿真实验效果，通过有关校核表明了设计方案和计算方法切实可行并具有一定的实际参考价值。论文详细论述了该电动按摩椅的功能设计、结构设计、运动和受力分析、材料选用和校核等，并利用 三维设计软件对零件建模，完成电动按摩椅的三维造型和运动仿真，操作简单，适用于广大普通家庭。 关键词： 健康按摩系统 按摩传动 电机控制三维造型 运动仿真 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 of on of of s of in in a a in s to of on s to to to I In of I I of to it my is a of of of in By , D to It D It is to to D 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 录 摘要 . I of on . . 1 章 前 言 . 2 题背景 . 3 摩椅的发展现状 . 3 题研究意义 . 4 计内容 . 5 . 5 . 5 第 2 章 按摩椅总体设计方案的分析及确定 . 7 体设计方案 . 7 案的对比 . 8 案的确定 . 9 体尺寸设计 . 10 摩头设计 . 10 . 10 . 11 . 12 第 3 章 传动的设计 . 15 机的选择 . 15 动系统的运动和动力参数 . 15 算各轴转速 . 15 算各轴输入功率 . 16 算各轴输入转矩 . 16 动系统设计 . 17 . 17 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 . 18 . 20 第 4 章 轴的设计 . 24 的设计方法 . 24 的设计 . 24 . 24 . 26 承的选用及校核 . 28 第 5 章 其他零件设计 . 31 轮盒的设计 . 31 部与背部连接部位的设计 . 31 垫及坐垫的设计 . 32 他设计 . 33 第 6 章 三维造型及运动仿真 . 34 第 7 章 电路控制设计 . 35 路总体设计方案 . 35 路设计 . 35 总 结 . 37 致 谢 . 38 参考文献 . 39 2 3 第 1章 前 言 随着社会经济水平和生活水平的提高，人们开始越来越重视自身 的 身心健康。而电动按摩椅通过简易的操作与价格便宜的优势就能达到消除疲劳的效果，有着逐渐取代了人工按摩的趋势。 7通过关于按摩椅消费情况的市场调研，我们发现在上班族的人群这个具有购买力的人群中，购买意向很大，并且按摩部位优先选择颈部，背部，腰部和腿部；而市场上价格昂贵的按摩椅却不是那么受欢迎，价格在 五百元以下的按摩椅比较受欢迎。 通过市场调研 ， 国内外多功能按摩椅主要产品及其性能有以下分析： 1、图 1国内多数按摩椅产品，其性能分析为：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，总体可见产品功能单一，结构复杂，成本较高。 图 1摩椅 2、图 1国外多数按摩椅产品，其性能分析为：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，使用者可以根据 自己想要的按摩方式进而选 择相应的按摩程序，这样的产品特点是功能比较齐全，但是它的结构复杂，保养维护较难，操作较复杂，使得使用者无法很快熟练使用。 8 4 图 1摩椅 由此 可见 我国按摩椅的 发展趋势 是 模仿国外 按摩椅 已有的功能 ，主要 针对高端消费人群的消费水平去慢慢 发展 的， 但是这样 的发展趋势却不是一个长远的计划， 因为 国内 高端消费 人群的消费观一直 崇尚 国外产品 ，并且 国内的 按摩椅 具有的功能不够国外那么齐全，在其功能上的不健全， 理应 在价格上弥补 ； 但是由于制造技术没 有 国外先进，带来的成本提高，使得国内 按摩椅 的价格却不比国外进口产品低多少。 这样的 劣势使得高端消费 人群 顾客的 流失 严重，远 比不上 国外产品 的 市场占有率。 基于国内 按摩椅的如此现状 ，按摩椅生产 开发的 重心应该从针对 高端消费 水平 人群转移到普通消费 水平人群中去 。 而现今 设计制造出来的按摩椅的 市场价格昂贵成其短板，不能为普通家庭所接受。故，市面上急需价格低廉的简易按摩椅来推动按摩椅在中国的普及和运用。 家用 多功能 简易按摩椅的研究 意义在于 针对国内按摩椅由于 价格昂贵带来一系列问题 设计出 一种结构简单，体型较小， 实现 按摩的效率也高的简易按摩椅来推动按摩椅在 国内 的普及 。 本设计 是 针对普通 消 费水平人群所 设计 ， 而 上班族是在这个人群中占有很大份额的 。 对 长期在办公室工作的上班人群而言，久坐会使颈部、背部以及腰部疼痛。使的按摩椅在对 颈部 、 背部及腰部的按摩功能 这一保健器械得以消费者的青睐。在 因为按摩部位确定 为 颈部、中部、腰等位置后 ，本文又通过针对按摩产品市场调研结果 的分析 ，提出了按摩椅的按摩方式，设计传动零件及其产品造型。本次 课题研究对 于我这个 机械毕业 生 来说 ， 不仅是对 我的 机械设计这门课程 学习成果的 考验， 同时在 绘制零件二维图 的时候，巩固了 我图 的基本知识 ； 的建模 和运动仿真也使得我的 软件 的学习 5 得到很大的提升 ；按摩椅 内部 电路图 的 绘制 也 使 我的电路知识 得到了 巩固 。 容 作者本着使按摩椅价格更加低廉，功能更加实用的出发点，针对把我国多功能按摩椅推向更普及应用的目的，有以下见解： 1、在多功能按摩椅的外观造型上，作以下改变： （ 1）外部结构由真皮皮料换作耐磨实用的 或者布料 （ 2）总体造型由大型沙发换作简单轻便的靠垫造型 2、在多功能按摩椅的内部结构上，作以下改变： （ 1）由木质框架换作成型的塑料或者海绵填充 （ 2）由多电机驱动换作单电机或者单电机带动多按 摩头 3、在多功能按摩椅的机械结构上，作以下改变： （ 1）由金属机械机构换作硬度高的塑料替换 （ 2）由金属固定装置换作硬度高的塑料替换 该多功能按摩椅，具有以下特点： 轻了重量，易于携带； 有按摩颈部，背部，腰部及腿部等功能； 加适合普通家庭拥有。 目前，我国家用多功能按摩椅虽有一定推广，但由于价格稍贵、功能单一和不适用于普通家庭等原因，并未得到大众家庭的普遍接受，还未在家庭生活中得到普及。随着我国国民经济快速持续发展，市场上对多功能家用按摩椅的需要量不断增加 ，家用按摩椅将在市场上有广阔的畅销空间，发展前景良好市场潜力巨大。故，市面上急需价格低廉的简易按摩椅来推动按摩椅在中国的普及和运用。 通过书本所学知识与实践相结合、网络搜集相近产品的设计资料，然后根据现有的资料，结合所了解的按摩椅和按摩椅机械结构图。在指导老师的指导下完成电动多功能按摩椅的设计。通过与现有的类似结构进行类比，确定多功能按摩 6 椅的结构，再对其进行充分的讨论，保证其机械性能满足要求。 最终确定其机械零件尺寸及材料并画出零件二维图与零件装备图，对设计的多功能按摩椅的传动机构进行 建模与运动仿真，电路控制方面的电路图绘制， 在指导老师的指导下对关键机构进行分析设计，计算各个零件尺寸，对轴和齿轮等进行校核。调整机构的布局，使设计出的按摩椅尺寸合理，外形美观。最后对其可行性进行论证，得出最终设计结果。 7 第 2章 按摩椅总体 设计 方案的 分析及确定 计 方案 按摩椅的机械传动机构由涡轮 蜗杆 传动及齿轮传动机构组成。按摩椅的 颈部有 两个按摩 头 ，背部有四个按摩头 。 为了节约成本， 只 采用两个电机分别控制 颈部 和背部的按摩头。 颈部 的 电机的 输出轴通过联轴器与 蜗杆 相连，蜗杆与两侧水平 对置 相啮 合的涡轮 相连 ，再通过 圆柱 直齿 齿轮 ，控制转动的速度，并与输出轴相连。 背部 的电机采用双头电机，传动方式与颈部 相同 ，实现 一个 电机带动四个按摩头转动的目的。 根据 设计任务的要求，需要 设计 一个一个 电机输入 ，两个按摩头输出的 机械机构。 按照 要求设计如下两个机构： 机构 1 如 图 2示 ： 图 2构 1简图 由 机构简图可以看出， 电机 带动轴一转动， 通过两组 链轮与链条的传动， 带动 轴 2 和 轴 3 同 时旋转，再通过齿轮间的传动 使 输出轴 轴 4 轴 5 旋转 ，从而带动按摩头旋转，达到设计的目的 。 机构 2 如 图 2示 ： 8 图 2构 2简图 由 机构 2 简图 可以看出，电机电动蜗杆轴进行转动，蜗杆与涡轮 1 和 涡轮 2配合 ，带动轴 1 与 轴 2 的转动 ，再 分别 由一组齿轮的 传动 ，使轴 3 与 轴 4 能够 带动按摩头进行运动 ， 从而达到机构的目的。 两种 机构不 同 点主要是将电机的转矩传递到按摩头上的方法。 机构 1 是 采用同时使用两组链传动的方法，将电机输入的轴的转矩 分别 传递到两侧的轴上。 链传动 的 传动方式是通过链条将主动链轮的运动和动力传递到从动链轮。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高 ;传递功率大，过载能力 强，相同工况下的传动尺寸小 ;所需张紧力小，作用于轴上的压力小 ;能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有 :仅能用于两平行轴间的传动 ;成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。 9 机构 2 是 采用一个 蜗杆 分别带动两侧的涡轮旋转，将电机的转矩分别传递到两侧的轴上。 蜗轮蜗杆 传动的两轴是相互交叉垂直的；蜗杆可以看成为在圆柱体上沿着螺 9 旋线绕有一个 齿（单头）或几个齿（多头）的螺旋，蜗轮就象个斜齿轮，但它的齿包着蜗杆。在啮合时，蜗杆转一转，就带动蜗轮转过一个齿（单头蜗杆）或几个齿（多头蜗 杆）可以比较方便的实现高速比，还可以实现 自锁 ，工作平稳 ,无噪音 ;但传动效率不高，磨损严重。在重工业中也常有应用。主要是一些低转速的设备上。 案的确定 此 套机构要求使用 在按摩椅上，所以对转速的要求不高，需要对电机的转速进行一定的减速 。通过 结构的简图容易看出，机构 1 的 空间尺寸较大，结构不太紧凑，链 传动 中链的存在， 使 整个的机构长度很长，另外机构 1 中 需要两组 链轮实现传动的功能，成本也较高。 机构 2 中 使用一个蜗杆带动两个涡轮的结构， 而且 涡轮蜗杆 的两轴 是相互交叉 垂直 的，所以电机可以摆在竖直的位置，一定程度上节约横向的空间 。 而且 整个 机构的 尺寸 要比机构 1 小 许多。 另外 按摩椅对 舒适度 的要求也很好，所以整个机构运行的噪音需要控制，从两种机构的优缺点中不 难 看出，机构 1 的 链传动的噪音较大，而且不 平稳 ， 而且会有 附加的载荷， 而 机构 1 的 涡轮蜗杆传动传动平稳，噪音小 ， 且不会有附加的载荷。 在 工作环境的方面，因为按摩椅是在家 中 ，所以工作环境很好，两种都可以。 综上所述 ，采取机构 2 的 结构 进行 对按摩椅的设计。 按摩椅 三维模型如图所示： 10 图 2维模型 体尺寸 设计 根据 设计要求，多功能 按摩椅的总体尺寸要 相比 市面上 现有的按摩椅要 小巧些 ，以 科学的经济实惠 来满足 普通家庭 的需求，并且做到能 以最适宜的原料 量 ，来发挥它最大的作用。 多功能按摩椅的尺寸设计方案： 根据在家庭中一般的椅子、沙发及电动按摩椅 的外观结构尺寸，调查发现 按摩椅 的长为 1200400 为 700400 （椅面离地高度）为 750500 样的 尺寸 范围 是最合理的 。 机械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 450为 430为 760 摩头 设计 位及功能介绍 根据 人机工程学 ， 经过 查阅相关的中医材料以及一些穴位知识 ，有肩颈 背部的 穴位图 如下图： 11 图 2部穴位图 1、风池穴 ：位于 颈 部， 后 枕骨之下，与 风府穴 相平，胸锁乳突肌与斜方肌 上端之间的凹陷处。 治疗 ： 眩晕头痛， 颈部疼痛，耳鸣， 突发 中风 以及 落枕感冒 。 2、大椎穴 ： 位于 第 7 颈椎棘突下 与第一胸椎交界处 凹陷中 。治疗 ： 发热病；感冒、咳嗽、气喘；疟疾；癫狂，小儿惊风。 3、天柱穴：位于 后头骨正下方凹 处， 后发际正中旁开约 2 厘米左右。该穴位 在中医学上对治疗 头部、 颈部 、 以及颈椎神经疾病有特别效果。 治疗： 缓解眼睛疲劳， 目眩，头痛，颈椎痛 等。 4、肝 俞穴：位于 第 9 胸椎棘突下，旁开 。治疗：急慢性肝炎、夜盲症、近视、胆囊炎、结膜炎等。 5、脾俞穴：位于第 11 胸椎棘突下，旁开 。治疗：胃痉挛、恶心呕吐、肠炎、胃溃疡、胃炎等。 6、胃俞穴 ：位于第 12 胸椎棘突下，旁开 。 治疗 ： 消化系统疾病：胃部 疾病 、 肝炎与肠炎， 糖尿病，失眠等。 7、肾俞穴：位于腰部，第 2 腰椎棘突下，旁开 。治疗：遗尿，月经紊乱不调以及 泌尿系统疾病， 耳鸣，腰痛。 8、腰阳关：位于第 4 腰椎棘突下凹陷中。治疗：坐骨神经痛、腰骶神经痛、类风湿病、小儿麻痹、盆腔炎、心肌梗死等疾病。 10 计 根据 背部穴位位置 及 功能 ： 设计 颈部 的 两 按摩头相距约 160在 按摩头 转动 运动 下 起到捏揉 风池及 12 天柱 等主要 穴位 ， 能有效 舒缓 头痛 、 眩晕、颈部 疼痛等 功效 。人体颈部是无比重要 的，因为 它 起到连接 人脑部 的 控制 神经中枢与身体运动 神经 中枢 的 作用，再以颈椎管内的脊髓 作为 载体，人体大部分的 支配 神经 都需要经过这里。 颈部 一直 支撑大脑，并且 一直 活动 ， 它在 作为 传递信息 中枢 的同时，充 当 着为头部提供血液流动和氧气，也为人体全身 输送 氧气以及 供 食 到 人体胃部的作用 。在 颈部起到如此大的 作用的 同时，它也因为工作量的巨大，变得十分容易劳损和退化。 由此可见 ，颈部的按摩十分有必要且重要 的 ，它不仅可以改善血液循环，还能起到训练颈部增加颈部肌肉力量起到保护颈部 的 作用。 设计 背部的按摩头横向间距约 160向间距约为 230样可以刺激到主治肺部疾病的肺俞穴；主治心脏疾病的心俞穴；能疏通气血的督俞穴；主治肝脏疾病的肝俞穴；主治胆囊疾病的胆俞穴以及 主治 脾脏 疾病的 脾俞穴 等等。人体背部的 按摩 是 常见的也是有必要的，对于我 所设计的 家用按摩椅 针对 的 上班族 来说， 在 上了一天班 后 进行一次背部按摩不仅能缓解 人体 的 腰酸背痛， 还能使人体紧绷的神经 得到 舒缓，在压力过后的精神萎靡变得振奋起来 。这使人体 不再有疲劳感，有利于人体健康 。 小的设计 因设计按摩椅根据 按摩头的 旋转 实现的捏揉按摩，故按摩 头总体 应采用圆饼造型，在其 总体造型上的凸 起部位或规则的边缘 部位 旋转使 与 人体 背部 和 颈部 的相互作用 力 起到的按摩效果。 13 图 2摩头 设计 颈部 按摩头的 总体半径为 40摩头由 半径 40 圆柱 载体以及上面 规则分布 的四个 总高 10 凸起部位 组成 。 这样 设计 的目的是在按摩头旋转的过程中，四个凸起部位能交换 按摩 颈部穴位 并且 能保证没有按摩真空期。 图 2摩头 设计 背部按摩头的 总体半径 40按摩头由 半径 40 圆柱 载体以及上面 总高 6 平滑圆边 结构的组成 。背部 按摩头与颈部按摩头设计造型不同的原因 在于人体坐在 按摩椅上 时 背部靠在按摩椅 上的 作用力远远大于颈部 时 受力 ， 14 采用 不同的设计造型减少了 人体 背部 紧靠 时压力 产生 的作用 ， 平 滑的按摩表面减消了 人体 在按摩 过程 中的 刺痛感 。 15 第 3章 传动 的 设计 择 根据 按摩椅的转速和结构要求，选择 单头 及双头的 小功率 直流电机作为驱动。 电动机 数据 为下表 所示： 表 3数 品牌 ： 品类型 ： 无刷 直流电动机 型号 ： 数 ： 4 级 额定功率 ： 定电压 ： 5V 额定 转速： 1440r/品认证 ： 摩椅的 转 速 n： 60 r/齿轮传动比范围 41齿i；蜗杆传动比范围 4010 蜗600600蜗齿 d 故 所选电机的转速 符合 按摩椅的要求 。 计算总传动比： 240440 分配减速器的各级传动比： 在蜗杆传动比范围内取 i ，故齿轮传动比 2 a，符合齿轮传动比的推荐值范围 1 轴为蜗杆 轴 ； 2 轴 为蜗轮轴； 3 轴 为从动齿轮轴 16 电机轴： 440 1 轴： m 4401 2 轴： mi n/n/1440112 3 轴： mi n/n/3 轴： 2 轴： 32 齿承 1 轴： 21 蜗承 /1P=计算各轴输入转矩 电动机输出转矩 4 04 4 6 5 09 5 5 01 轴： 2 轴： 承 3 轴： 承 将运动和动力参数计算结果进行整理并列 于下表： 表 3动和动力参数 轴名 功率 P / 矩 T /N m 转速 n r/动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 440 1 轴 1440 17 2 轴 轴 统设计 计算步骤如下： 按齿面接触强度设计 齿数： 12 31,2 21 载荷系数： 由于载荷平稳 蜗轮转矩： 352 蜗轮许用接触应力：Z 取 2/200 ； Z 得 ： 2/ 由 3 61 5 0 0 02222 P确定基本传动尺寸： 蜗轮分度圆直径： 22 蜗杆导程角：1 a rc rc 蜗轮齿宽： 蜗杆圆周速度： 11 相对滑动速度： o s o s 1 当量摩擦角： V当量摩擦系数： 0 2 18 按齿面接触疲劳强度校核验算 接触应力： 2129400取 155 1K 1 M P Z 2212 合格 蜗杆传动热平衡计算 啮合效率： tg 总效率： 导热率： 2/15 散 热面积： 润滑油工作温度 ： 11 951 合格 计 4 2 33 5m 取 受力 分析图如图 3示 。 19 图 3析图 蜗杆受转矩 圆周力：t 12 径向力：r 22 轴向力：a 22 垂直面反力： 0156 111 0153 112 水平面反力： 1 5 61 5 3 21 5 61 5 61 5 31 5 6 11 61 5 3 21 5 31 5 61 5 31 5 3 12 M P 1 5,60 11 56011 20 校核轴径： 3 11.0 最大弯矩处 15034031 11 合格。 计算步骤如下： 转矩： 363 1055.9 通过 查表可得： d； 101 ； 802 估计 13 取 290 P 初步计算小齿轮直径： 2901 3 23 211 取 01 初步齿宽： 圆周速度： 3 精度等级 : 8 级 取 101 z 5 i 310/30/11 t 取 4s 使用系数 : 原动机均匀平稳，工作机有中等冲击 K 动载系数： K 21 齿间载荷分配系数： K 1 0 0 齿向载荷分布系数： 2321 区域系数： Z 弹性系数： M 重合度系数 : a na r c t a nc a na r c t a n t r c c r c c r c c a r c c r c c r c c a 由于无变位，端面啮合角 t a nt a nt a nt a 8 3 1 Z Z 许用接触应力： 21/ 21 ,m 合格 齿形系数 22 o s/93c o
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