健身器械毕业设计.doc

学院2014届本科生毕业设计毕业设计（论文）肩部保健器械的创新设计与仿真学 院：专 业：姓 名：指导老师：机械与车辆学院机械工程及自动化学 号：职 称：中国二一四年五月诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计肩部保健器械的仿真及设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。本人签名：日期： 年 月 日摘 要在现代社会中，越来越多人越来越长时间地坐在办公室工作对着电脑工作，由于长时间在办公室对着电脑坐，使肩部、颈部、腰部处于劳累状态，日久年深，出现劳损，身体踏进亚健康状态。针对这种情况，本课题设计了肩部保健器械，它是一种能够通过使用者自身肢体运动踩蹬脚踏板来带动按摩轮转动以及控制座椅上方的按摩捶上下运动来达到锤肩按摩效果的传动机械。在工作期间，能及时地活动放松身体，保健肩部。此外，本课题中的肩部保健器械所需要的硬件传动机构结构简单，主要有链轮，链条，齿轮等普通零件，而座椅后背的滚动按摩装置可通过其他装置改装而来，开发成本低，经济效益高，实用性强，因此该产品经济可行应积极开发！关键词：肩部保健器械；机械传动；运动学仿真；结构设计AbstractIn modern society, more and more people work long hours sitting in the office at the computer work, due to prolonged sitting at the computer in the office, so that the shoulders, neck, waist is tired state, falling in deep strain occurs, the body entered the sub-health state. For this case, the subject of health care equipment designed shoulder, it is a way to step through the users own limb movement Heel kick pedal to drive the wheels turning and control massage massage hammer up and down movement of the seat to reach the top of the hammer shoulder massage effect the transmission machinery. During operation, the activities in time to relax the body, health shoulders. In addition, the hardware transmission mechanism in this topic shoulder care equipment needed for a simple structure, mainly sprockets, chains, gears and other common parts, while the seat back rolling massage device can be converted from other devices through the development costs low, high economic, practical, economically viable and therefore the product should be actively developed!Keywords: Shouldercare equipment;mechanical drive;kinematics simulation;structure design;目录1引言11.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求11.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题11.3本设计应解决的主要问题22 产品传动装置的总体设计23 链传动设计方案43.1 链传动的主要参数43.1.1 链的节距和排数53.1.2 链轮齿数与传动比53.2 链传动计算63.2.1 确定链节数63.2.2 根据计算功率来确定链条型号63.2.3 链条节距63.2.4 验算链速以及确认链条润滑方式73.2.5 链轮的计算74 轴的结构设计85 齿轮设计166 结论18参考文献19谢辞20附录211引言1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求在进行本课题设计之前，经过粗略调查，当今市面上绝大多部分的肩部保健器械结构以及形式比较单一，而且普遍保健器械都需要通过电力来提供动力来源，这与当代社会所响应的环保绿色低碳理念相违背，我们可以来试想一下，如果你在家里正使用保健器械来让自身达到舒适放松的同时又在通过电力产品不断往外界排出二氧化碳，这种举止，与3月份我们所举行的“地球熄灯一小时”活动正好是相悖而行的。而且通过调查，市面上的按摩器械按摩方位、形式等也比较有限，一般通过振动装置振动来达到松弛肌肉的效果，所以市面上绝大多部分的肩部保健器械所能满足的消费者十分有限。通过对本课题的研究，力求初步设计一款环保，科学合理的肩部保健器械来解决当今社会上班族人群长时间使用电脑手机等电子产品的同时又缺乏足够的运动锻炼所产生的肩部酸痛以及其他身体部位不适等问题。本设计主要针对锤打肩部按摩棒的传动分析与座椅靠背上的滚动按摩器设计，根据使用者的需求确定其结构和传动方案。网上查阅有关肩部保健器械资料，对其结构和工作原理等有一定了解，根据自己专业知识并结合比较先进的技术总结设计出一款能够缓解当今社会上广大上班族白领们日益突出的颈椎肩部问题的器械！ 技术路线：主要根据使用者的需求来确定其总体机构的结构和传动方案，进而采用传统的设计方法对传动机构尺寸进行确定，包括座椅设计等。并选取合适的零部件，对结构及其材料进行受力分析，利用三维软件进行三维建模并进行装配，模拟保健器械的工作过程。1.2 本设计在国内外的发展概况及存在的问题当今社会是个不断加快节奏的大环境，稍微慢下步伐就会被超越！所谓的“白领族”们为了生活而长时间奋战于电脑前，尤其是普通上班族，由于缺乏充足时间参加户外运动或者室内健身，久而久之所带来的身体健康问题，特别是肩部，劲椎等问题日益突出！随之诞生的是各种肩部保健器械例如肩部按摩器按摩披肩，肩部养生靠垫，肩周炎捶打按摩器等等。但是仔细观察不难发现，市面上所销售的各种类型按摩器械，要不就是通过电力来驱动震动按摩装置，要不则是利用自身手动来敲打按摩部位以达到按摩保健效果。结合以上情况，在考虑到既能在肩部保健按摩方面起到很好的效果，又能通过多种形式来达到保健作用，更加理想的是可以结合当今社会所提倡的环保绿色低碳理念，通过使用者自身的其他四肢运动来提供动力来源。综合这几点内容所设计出来的这样一款富有环保理念的肩部保健器械相信对于当今社会各种长期使用电脑或者由于其他原因而产生的肩部职业病人群而言，是十分有意义的！1.3本设计应解决的主要问题1.本课题设计的肩部保健器械是通过使用者利用下肢对脚踏板的踩动来控制座椅后上方的按摩捶运动来达到锤肩按摩的效果（按摩捶位置位于座椅后上方，一般情况下是位于使用者的肩膀以上，但其具体高度位置与角度的调整则可以根据人体学而定，准确找准穴位方可使得按摩效果更好）。2.于座椅靠背处安装特殊设计的滚动按摩装置，当使用者躺下往后靠并踩蹬脚踏板时，按摩装置运行来达到放松肩部肌肉的效果。本课题中的肩部保健器械所需要的硬件机构结构不会太过复杂，主要有链轮，链条，齿轮等普通零件，而座椅后背的滚动按摩装置可通过其他装置改装而来，开发成本低，经济效益高，实用性强，因此该产品经济可行应积极开发！2 产品传动装置的总体设计本设计中的肩部保健器械是由机械传动，其机械输入功率P=100w，输入转速n=60r/min，此款肩部保健器械动力来源是靠使用者自身的其他四肢运动来提供，实现了科学环保的设计理念。其机械传动机构主要由链轮链条传动、齿轮传动，以及滑杆三大传动机构组成。链条传动是采用单排滚子链作来传动，在决定采用链传动之前，也考虑过带传动，但是与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小,可减少轴承的摩擦损失，结构紧凑，能在油污以及温度较高的恶劣环境条件下工作。但链传动也有其缺点，其瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。结合以上两种传动方式对比，决定采用链传动。而齿轮传动是采用圆柱直齿齿轮，有两对外啮合齿轮，分别位于轴跟轴上，在传动中起到了平稳传输功率的作用；而滑杆构成，则是通过轴的特殊结构来控制按摩捶上下运动来达到锤肩按摩的效果。由于本课题设计的动力输入来源是靠使用者利用下肢对脚踏板的踩动来控制座椅后上方的按摩捶运动来达到锤肩按摩的效果，结合正常情况下使用者对链轮驱动的速度以及功率大小，决定在本设计中不采用减速装置，齿轮以及链轮传动比一致设置为1，这样可以确保输入功率损失降到最低同时不影响本课题设计理念。机构的传动顺序以及各零部件空间位置的布置：链轮1装在轴上，链轮2装在轴上，链轮1和链轮2之间由单排滚子链连接，机构中总共有两对齿轮，共四个。其中两个齿轮分布在轴两侧，而按摩滚动轮则分别位于轴齿轮之间。另外的两个齿轮分别布置在轴上，分别都是对称布置。而滑杆块机构有两组，对称布置在轴上，分别位于轴上的齿轮之间。传动顺序：人为踩蹬脚踏板驱动链轮1链轮1转动并且带动链条链轮2转动轴转动，与此同时带动轴上的齿轮随之转动，按摩轮同时工作轴齿轮啮合转动轴转动滑杆机构工作，按摩捶上下运动来达到锤肩按摩的效果其传动机构效果图如图一所示图一 传动机构图其三维装配效果图如下所示：图2 三维图3 链传动设计方案3.1 链传动的主要参数链传动是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成的，以链作中间绕性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递动力，其链传动简图如下所示：图3 链传动目前，链传动广泛应用与矿山机械、农业机械、石油机械、机床以及摩托车中。通常，链传动的传动比i8；中心距a56；传递功率P100kw；圆周速度v15m/s；传动效率约为0.950.98，在本课题设计中，由于动力输入是靠人工输入的，所以其输入功率相对较小，忽略传动过程中功率损失的计算。3.1.1 链的节距和排数根据分析，链的节距越大，其承载能力越高。但应注意的是：当链节以一定的相对速度与链轮齿啮合的瞬间，将产生冲击和动载荷。因此，最初设计时应尽可能选用小节距的链。而当高速运行时，可选用小节距多排链，要结合自身课题设计情况来选取链节距。3.1.2 链轮齿数与传动比通常，链传动的传动比i9，i一般取23.5，在本设计中i=1；为保证链条传动过程的运行平稳，链轮齿数不宜过少，初步估计，链条速度v0.6m/s，查机械设计基础（第五版）表13-12，如下表1所示表1 链轮齿数根据表13-12，查得链轮齿数z=27，因此本设计中所用到的两个链轮齿数z=27；在实际情况中，链轮齿数过多的话有可能会出现跳齿以及脱链现象。3.2 链传动计算3.2.1 确定链节数一般在不受机械结构的限制时，可初定心距a0=（3050）p，最大时amax=80p，如果装置中存在张紧轮结构或者托板装置时，最大时可取amax=90p。在这里取a=32p。查机械设计基础（第五版）公式13-22,如下所示Lp=2ap+z1+z22+pa（z2-z12）2带入数据，可得出以下结果：Lp=64+27=91查机械设计基础（第五版）图13-23，当链节数为奇数时，需采用过渡链节，因此为避免本设计中出现过渡链节，取Lp=92。3.2.2 根据计算功率来确定链条型号查机械设计基础（第五版）表13-33所示，得工况系数KA=1,结合图13-33，表13-33，初步估计此链传动位于图13-33所示曲线顶点的左侧，即小链轮齿数系数Kz=（z119）1.08带入数据得Kz=1.46由于本设计中的链条采用单排滚子链，所以多排链系数 KM=1；计算功率：Pc=KAKZPKM代入数据得以下结果：Pc=11.460.11=0.146kw3.2.3 链条节距结合以上计算Pc=0.146KW以及链轮1转速n1=60r/min，查机械设计基础（第五版）图13-33得链条型号为08A，节距p=12.7mm3.2.4 验算链速以及确认链条润滑方式根据机械设计基础（第五版）式13-20v=z1n1p601000带入数据得v=0.34m/s0.6m/s，因此符合初始估计链速；其最大中心距 a=32p=3212.7=400mm根据链条速度v=0.34m/s和链条型号为08A，查图13-34，可知应该采用的润滑方式为：人工定期用油壶或油刷给油；3.2.5 链轮的计算查机械设计基础（第五版）式13-19分度圆直径 d=psin180z齿顶圆直径 dmax=d+1.25p-d1dmin=d+1-1.6zp-d1齿根圆直径 df=d-d1其中d1为滚子直径，查表13-11得d1=7.95mm，结合以上公式，带入数据，经整理其结果如下表所示：表2 链轮参数根据链速v=0.34m/s，再结合链轮的直径d=116.9mm，可以得出链轮转速（r）是：r=vc=340mm/s116.9mm=0.93r/s由于传动比等于i=1，所以轴上的按摩捶敲打频率可近乎达到一秒敲打一次的速度。全文1万字，理工学校本科生毕业设计，包括PROE三维图（包含PROE三维图，仿真动画