毕业设计（论文）-家用多功能简易按摩椅设计（全套图纸）

成都理工大学毕业设计（论文） I 家用多功能简易按摩椅设计 作者： 专业班级：机械三班 指导教师： 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 PRO/E 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 全套图纸加 153893706 成都理工大学毕业设计（论文） II Design of the multifunction and simple massage armchair Abstract With the development of social technology ,the improving of peoples well- being and the increasing of working pressure， people are more concerning about their health. For the groups who work in the office in a long period, sit for a long time before the screen will let you feel painful in neck, back and waist. Therefore massage armchair, the health care equipment, catches the peoples attention. According to market survey of the massage armchair consumption, this dessertation optimizes the multifunction and simple massage armchair, and also explores on the basis of Human Engineerings impact to the the armchair run mechanism. According to the survey did before, and the analyze to the result, I put forward the way that massage armchair works. In terms of the way, I designed the spare parts and its exterior. I analyzed the size of the every part according to the related books, and it reached the purpose of Analog Electronics Technique and its experiment effect. All these include the check prove that my plan is practical and reasonable and has a certain practical reference value. The dessertation tells about the design of function and structure, the analysis of work and stress and the choose of materials and check in details. By using PRO/E, the 3D design application, to model the all parts. It achieved the 3D modeling and motion simulation. It is easy to handle and fit to the numerous families. Key words: health messege system; message twirling; electric machinery control 3D modeling; motion simulation. 成都理工大学毕业设计（论文） III 目录 摘要 I Design of the multifunction and simple massage armchair based on pro/E II Abstract . II 第 1 章 前 言 1 1.1 课题背景 1 1.2 按摩椅的发展现状 1 1.3 课题研究意义 2 1.4 设计内容 3 1.4.1.设计构思. 3 1.4.2.设计内容. 3 第 2 章 按摩椅总体设计方案的分析及确定 5 2.1 总体设计方案 5 2.2 方案的对比 6 2.3 方案的确定. 7 2.4 总体尺寸设计. 8 2.5 按摩头设计. 8 2.5.1.人体背部穴位及功能介绍. 8 2.5.2.按摩头位置的设计. 9 2.5.3.按摩头大小的设计. 10 第 3 章 传动的设计 13 3.1 电机的选择 13 3.2 传动系统的运动和动力参数 13 3.2.1 计算各轴转速. 13 3.2.2 计算各轴输入功率. 14 3.2.3 计算各轴输入转矩. 14 3.3 传动系统设计 15 3.3.1.蜗轮蜗杆设计. 15 3.3.2.蜗杆轴设计. 16 成都理工大学毕业设计（论文） IV 3.3.3.齿轮设计. 18 第 4 章 轴的设计 22 4.1 轴的设计方法 22 4.2 轴的设计 22 4.2.1.蜗杆轴设计. 22 4.2.2.齿轮轴设计. 24 4.3 轴承的选用及校核 26 第 5 章 其他零件设计 29 5.1 齿轮盒的设计 29 5.2 颈部与背部连接部位的设计 29 5.3 靠垫及坐垫的设计 30 5.4 其他设计 31 第 6 章 三维造型及运动仿真 32 第 7 章 电路控制设计 33 7.1 电路总体设计方案 33 7.2 电路设计 33 总 结 35 致 谢 36 参考文献 37 成都理工大学毕业设计（论文） 1 第 1 章 前 言 1.1 课题背景 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。 1.2 按摩椅的发展现状 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- 1 为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- 1 国内按摩椅 2、图 1- 2 为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 成都理工大学毕业设计（论文） 2 图 1- 2 国外按摩椅 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。 1.3 课题研究意义 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 CAD 绘图的基本知识；PRO/E 的建模和运动仿真也使得我的 PRO/E 软件的学习 成都理工大学毕业设计（论文） 3 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。 1.4 设计内容 1.4.1.设计构思 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 PU 皮或者布料 （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： 1.结构小巧，减轻了重量，易于携带； 2.功能全面，具有按摩颈部，背部，腰部及腿部等功能； 3.价格低廉，更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。 1.4.2.设计内容 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 成都理工大学毕业设计（论文） 4 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 PRO/E 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。 成都理工大学毕业设计（论文） 5 第 2 章 按摩椅总体设计方案的分析及确定 2.1 总体设计方案 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- 1 所示： 图 2- 1 机构 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- 2 所示： 成都理工大学毕业设计（论文） 6 图 2- 2 机构 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。 2.2 方案的对比 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 成都理工大学毕业设计（论文） 7 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。 2.3 方案的确定 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： 成都理工大学毕业设计（论文） 8 图 2- 3 按摩椅三维模型 2.4 总体尺寸设计 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1200400mm， 宽为700400mm， 高 （椅面离地高度） 为750500mm， 这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 450mm，宽为 430mm，高为 760mm。 2.5 按摩头设计 2.5.1.人体背部穴位及功能介绍 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： 成都理工大学毕业设计（论文） 9 图 2- 4 人体背部穴位图 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 1.5 寸。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 1.5 寸。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 1.5 寸。 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 1.5 寸。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 2.5.2.按摩头位置的设计 根据背部穴位位置及功能： 设计颈部的两按摩头相距约 160mm，在按摩头转动运动下起到捏揉风池及 成都理工大学毕业设计（论文） 10 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 160mm，竖向间距约为 230mm。这样可以刺 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。 2.5.3.按摩头大小的设计 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。 成都理工大学毕业设计（论文） 11 图 2- 5 颈部按摩头 设计颈部按摩头的总体半径为 40mm， 按摩头由半径 40mm 的圆柱载体以及 上面规则分布的四个总高 10mm 的凸起部位组成。 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- 6 背部按摩头 设计背部按摩头的总体半径 40mm, 按摩头由半径 40mm 的圆柱载体以及上 面总高 6mm 的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， 成都理工大学毕业设计（论文） 12 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。 成都理工大学毕业设计（论文） 13 第 3 章 传动的设计 3.1 电机的选择 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- 1 电机参数 品牌： HYT 产品类型： 无刷直流电动机 型号： DS05L30KA01 级数： 4 级 额定功率： 0.45kw 额定电压： 5V 额定转速： 1440r/min 产品认证： IOS9001 按摩椅的转速 n：60 r/min. 齿轮传动比范围41= 齿 i；蜗杆传动比范围4010 = 蜗 i 电动机转速范围min/9600600 蜗齿 rniin Wd = 故所选电机的转速符合按摩椅的要求。 3.2 传动系统的运动和动力参数 计算总传动比： 24 min/60 min/1440 = r r n n i W M a 分配减速器的各级传动比： 在蜗杆传动比范围内取5 .15 1 =i，故齿轮传动比5 . 1/ 12 =iii a ，符合齿轮 传动比的推荐值范围()88. 304. 106. 003. 0 2 = a ii 计算传动装置的运动和动力参数 3.2.1 计算各轴转速 1 轴为蜗杆轴；2 轴为蜗轮轴；3 轴为从动齿轮轴 电机轴：min/1440rnM= 成都理工大学毕业设计（论文） 14 1 轴：min/1440 1 rnn M = 2 轴：min/9 .92 5 .15 min/1440 1 1 2 r r i n n= 3 轴：min/9 .61 5 . 1 min/9 .92 2 2 3 r r i n n= 3.2.2 计算各轴输入功率 3 轴：kWP34 . 0 3 = 2 轴：kWkWPP35 . 0 98 . 0 /99 . 0 /4 . 3/ 32 = 齿承 1 轴：kWkWPP44 . 0 8 . 0/99 . 0 /5 . 3/ 21 = 蜗承 d P = 联 / 1 P=0.44/0.99=0.45KW 3.2.3 计算各轴输入转矩 电动机输出转矩mN n P T M d d =961. 2 1440 4465. 0 95509550 1 轴：mNmNTT d =931 . 2 99 . 0 961 . 2 1联 2 轴：mNmNiTT=96.35 5 . 158 . 099 . 0 931 . 2 112蜗承 3 轴：mNmNiTT=94.11564 . 2 98 . 0 99 . 0 96.35 223齿承 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表： 表 3- 2 各轴运动和动力参数 轴名 功率 P / kW 转矩 T /Nm 转速 n r/min 传动 比 i 效率 输入 输出 输入 输出 电机轴 0.31 2.961 1440 1 0.99 1 轴 0.442 2.931 1440 15.5 0.792 2 轴 0.35 35.96 92.9 1.5 0.97 成都理工大学毕业设计（论文） 15 3 轴 0.34 115.9r 61.9 3.3 传动系统设计 3.3.1.蜗轮蜗杆设计 计算步骤如下： 按齿面接触强度设计 齿数： 12 izz = 31,2 21 =zz 载荷系数：由于载荷平稳1 .1=K 蜗轮转矩：mNT= 35 2 蜗轮许用接触应力： NVSHPHP ZZ= 取 2 /200mmN HP =； 92.0= VS Z；68.0= N Z 得： 2 /12.125mmN HP = 由14.3736 15000 2 2 2 2 = KT z dm HP 确定基本传动尺寸： mmdqm3000.105 .2 1 = 蜗轮分度圆直径：mmmZd5 .77315 . 2 22 = 蜗杆导程角： 00.10 2 1 arctg q Z arctg= o 31.11= 蜗轮齿宽： ()()mmqmb281105.08215.02 2 =+=+ 蜗杆圆周速度： sm nd V/25.2 100060 14403114.3 100060 11 1 = = = 相对滑动速度：sm V V s /15.2 31.11cos 25.2 cos 1 = o 当量摩擦角： oo 16.1101 = V 当量摩擦系数：020.016.1= o tgtg VV 按齿面接触疲劳强度校核验算 成都理工大学毕业设计（论文） 16 接触应力： KKK dd T Z VAEH 2 21 2 9400 = 取 155= E Z ；1= A K05.1= V K1= K 得： MPaKKK dd T Z VAEH 93.115105.11 32080 27.46494000 155 9400 22 21 2 = = HPH 合格 蜗杆传动热平衡计算 啮合效率： ()() oo o 16.131.11 31.11 1 + = + = tg tg tg tg V 905. 0 1 = 总效率： 99.098.0905.0 321 = 878.0= 导热率： ()CmWK o = 2 /15 散热面积： 73.1 100 33.0 = a A 2 395. 0mA = 润滑油工作温度： ()() Ct KA P t o 8.5220 095.115 878.0144201 2 1 1 =+ =+ = Ct o 95 1 合格 3.3.2.蜗杆轴设计 mm n P Cd3.14 1440 42.4 112 33 = mmd15 min =取 受力分析图如图 3- 1 所示。 成都理工大学毕业设计（论文） 17 图 3- 1 受力分析图 蜗杆受转矩mNT=931.2 1 圆周力： N d T Ft375.7 80 1031.2922 3 1 2 = = 径向力： Ntgtg d T F Xr 5612.1020 320 1027.46422 3 2 2 = = o 轴向力： N d T Fa02.29 320 1027.46422 3 2 2 = = 垂直面反力： N FF F ar NH 0885.9 156153 29024012.1056156 156153 40156 11 1 = + + = + + = N FF F ar NH 752.15 156153 29024012.1056153 156153 40153 11 2 = + = + = 水平面反力： 156153 75.732156 156153 156 1 1 + = + = t Nv F F 156153 75.732153 156153 153 1 2 + = + = t NV F F 应力校正系数：MPaMPa bb 215,60 11 = + 28.0 215 60 1 1 = + b b 成都理工大学毕业设计（论文） 18 校核轴径： 3 1 1 .0 b M d = 最大弯矩处 mmd3.29 601.0 150340 3 1 = = 11f dd= 837.1 11 = Z 738.0= Z 许用接触应力： 2 1 /98.295 1 mmN u u bd F KKKKZZZZ t HHVAEHH = + = 21, min HPHPH 合格 齿形系数 Fa Y ： 53.10253.14cos/93cos/ 87.3053.14cos/28cos/ 33 22 33 11 = = o o zz zz V V 成都理工大学毕业设计（论文） 20 19.2 55.2 2 1 = = Fa Fa Y Y 应力修正系数 Sa Y： 80.1 63.1 2 1 = = Sa Sa Y Y 螺旋角系数 Y： 75.0= Y 齿向载荷分布：()3425.2/27/=hb 38.1= F K 许用弯曲应力 FP ： lim lim F XRrelTVrelTNTSTF FP S YYYYY = 其中 2 2lim 2 1lim /250 /270 mmN mmN F F = = 90.0 89.0 2 1 = = NT NT Y Y 0 .1 21 = XX YY 25.1 min = F S 得： 2 2 2 1 /360 /48.384 mmN mmN FP FP = = YYYY mb F KKKK SaFa n t FFVAF 1 = 2 2 2 1 2 1 /08.69 /84.72 FP F FP F mmN mmN = = 合格。 齿轮主要传动尺寸列表如下表所示： 表 3- 3 齿轮主要传动尺寸 模数() n mm 2.0mm 压力角() n o 20 螺旋角 o 53.14 分度圆直径d mmd30 1 = mmd20 2 = 成都理工大学毕业设计（论文） 21 齿顶高 a h 0 .21= m hh aa 2.0 齿根高 f h 0 .225.1= mhh ff 2.5 齿顶间隙C 0 .225.025.0=mC 0.5 齿根圆直径 f d 22202 11 = ff hdd 5 .22302 22 = ff hdd mmd f 16 1 = mmd f 25 2 = 中 心 距a () 21 2 1 dda+= 25 齿 宽b 303.0 12 =dbb d ()mmbb102 1 = mmb10 1 = mmb8 2 = 齿顶圆直径 a d 22302 11 +=+= aa hdd 22202 22 +=+= aa hdd mmda34 1 = mmda242 = 成都理工大学毕业设计（论文） 22 第 4 章 轴的设计 4.1 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）一般情况下在设计轴的时候不必进行轴的刚度、振动、 稳定性等校核。 如要求需进行轴的刚度校核时， 也只作轴的弯曲刚度的校核。（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。 4.2 轴的设计 4.2.1.蜗杆轴设计 估算轴径 mm n P Cd3.14 1440 34.0 112 33 = mmd15 min =取 蜗杆受转矩 mNT=931.2 1 圆周力 N d T Ft375.7 80 1031.2922 3 1 2 1 = = 径向力 Ntgtg d T F Xr 5612.1020 320 1027.46422 3 2 2 1 = = o 轴向力 02.29 320 10427.4622 3 2 2 1 = = d T F a 根据设计轴的零件图如图 4- 1 所示，受力分析图如 4- 2 所示 垂直面反力 FF F ar AV 130 545.81 11 + = FF F ar BV 97 405,81 11 + = 水平面反力 693.3 97130 54 1 = + = t AH F F 628.3 97130 40 1 = + = t BH F F 应力校正系数 MPa bb ,60 11 = + 28.0 215 60 1 1 = + b b 校核轴径 M d b 3.29 1.0 3 1 = 11f dd 合格 成都理工大学毕业设计（论文） 23 N0885.9= N09.15= 图 4- 1 蜗杆轴示意图 MPa215= 28 mm3 成都理工大学毕业设计（论文） 24 图 4- 2 蜗杆轴的受力分析图 4.2.2.齿轮轴设计 轴的尺寸图如 4- 3 所示 图 4- 3 轴的尺寸图 估算轴径： mm n P Cd69.7 9.61 34.0 106 33 = mmd8 min =取 齿轮圆周力：N d T Ft99.7 2 1 2 2 = 齿轮径向力： o o 53.14cos 20 99.7 cos 22 tgtg FF n tr = NFr08.3 2 = 齿轮轴向力： o 53.1499.7 22 tgtgFF ta = NFa08.2 2 = 蜗轮圆周力：NFF at 02.29 12 = 蜗轮径向力：NFF rr 5612.10 12 = 蜗轮轴向力：NFF ta 275.73 12 = 轴受力图如图 4-4 所示： 成都理工大学毕业设计（论文） 25 图 4- 4 轴受力图 齿轮圆周力: N d T Ft99.8 2 1 2 2 = 齿轮径向力: N tgtg FF n tr 08.3 53.14cos 20 99.8 cos 22 = o o 齿轮轴向力: NtgtgFF ta 08.253.1426.8 22 = o 蜗轮圆周力: NFF at 02.29 12 = 蜗轮径向力: NFF rr 5612.10 12 = 蜗轮轴向力: NFF ta 3275.7 12 = 垂直面受力图, 水平面受力图,垂直面弯矩图, 水平面弯矩图, 合成弯矩图 及转矩图如图 4- 5 所示 垂直面反力: NFH013.29 1 = NFH808.61 2 = 水平面反力: NFV937.22 1 = NFV2627.36 2 = 成都理工大学毕业设计（论文） 26 图 4- 5 轴的载荷分布图 插入法求得： MPaMPa bb 270,75 11 = + 28.0 270 75 1 1 = + b b 3 1 1 .0 b M d = 最大弯矩处mmd69.7 751.0 3410 3 2 = = 设计时弹键的削弱 mmdd96. 703. 1 22 = mmdd8 22 = 合格. 4.3 轴承的选用及校核 1、蜗杆轴承的选择 蜗杆轴的支撑方案是采用一端固定一端游动。 固定端采用两个角接触球轴承， 成都理工大学毕业设计（论文） 27 以承受蜗杆轴向力，轴径初选 7211AC；游动端采用一个深沟球轴承，只承受径 向力，轴径初选 6202。校核如下： 经查手册得 7211AC 轴承主要性能参数： o 25=；NNCC rr 355.865050071.171.1 1 = NNCC rr 000.773850022 010 = min/)44803360()8.06.0( 001 rNN= NC r 355.86 1 = NC r 000.77 10 = min/1440 01 rN= 经查手册得 6202 轴承主要性能参数： NC r 7650 2 = ； NC r 3720 20 = ； min/17000 02 rN= NC r 7650 2 = NC r 3720 20 = min/17000 02 rN= 轴承受力情况：NFr13.98 1 =；NFF Aa 02.29 1 =；NFr55.39 2 =；NFa0 2 = ()()290241.13 .98167.01 .1 11111 +=+= ard FYFXfP NFfP rd 05.435 22 = = P C n L r h 16670 10 hL h 9 .69589 110 = hL h 62961 210 =48000h 寿命合格 2、高速轴轴承的选择 该轴为工作于普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，所受轴 向力比较小，选用一对深沟球轴承，按轴径初选 6202。查手册 6202 轴承主要性 能参数如下： NC r 478= ； NC r 328 0 = ； min/5600 0 rN= 轴承受力情况： NFr985.36 1 =NFr66.71 2 =NFF aa 4125.67 21 = 校核轴承 2 成都理工大学毕业设计（论文） 28 即可。 0206.032800/125.674 0 = ra CF，195.0=e eFF ra 48000h，寿命合格 结论：所选轴承满足寿命、静载荷与许用转速的要求，合格。 3、低速轴轴承的选择 该低速轴为工作在普通温度下的短轴，故支点采用两端单向固定的方式，所 受轴向力比较小，选用一对深沟球轴承，按轴径初选 6202。11下面进行校核， 轴承受力情况： NFr39.334 1 =；NFFF Aaa 05.1045 . 0 21 =；NFr816.56 2 = NFr439.33 1 =NFr816.56 2 = NFF aa 05.104 21 =校核轴承 2 即可 成都理工大学毕业设计（论文） 29 第 5 章 其他零件设计 5.1 齿轮盒的设计 齿轮盒的设计见下图： 图 5- 1 齿轮盒 齿轮盒固定轴承的位置从而起到固定齿轮组的作用， 而本着减轻整个按摩椅 重量的目的所以选料采用 ABS 塑料， 底部两个孔的位置由齿轮组轴的位置而确定， 顶部延伸部位的孔的位置由链接按摩头的轴的位置而确定的， 下方留孔用于颈部 和背部的电线链接。 5.2 颈部与背部连接部位的设计 由于被按摩者的身高有差别， 使得背部按摩部分与颈部按摩部分的高度不是 确定值，所以颈部与背部连接部位应该合理的设计为可伸缩的。具体设计为：以 伸缩杆的原理在内部设计为在金属杆的内部为底部大强度弹簧以及弹簧上方带 多个凹槽的滑体。金属杆外部有一个可弹出的小活塞卡住滑体的凹槽，用以充当 可固定金属杆长度的按钮。颈部按摩部位与背部按摩部位的长度控制工作原理： 带凹槽滑体在弹簧压缩力的作用下会向上滑动， 但是因为卡塞的原因能卡住凹槽， 固定住滑体的位置，从而达到控制其连接部位伸长的原理；缩短原理则需轻拉卡 塞防止继续卡在凹槽，并在颈部按摩部位施加一个向下的力，到期望位置时推进 成都理工大学毕业设计（论文） 30 卡塞卡住凹槽，此时达到了控制其连接部位缩短的效果。 颈部与背部连接部位见下图： 图 5- 2 颈部与背部连接部分 5.3 靠垫及坐垫的设计 基于人体舒适度及制作成本的考虑靠垫及坐垫的面料采用 PU 合成革，PU 皮 与 PVC 人造革最大的区别就在于它不用增塑剂来达到柔软的性质， 所以他不会变 硬，变脆，从而比 PVC 人造革更加耐用。而从化学结构来说，它接近皮质面料， 具有相当的强力和透气性，可提高人体舒适度，而又可以根据个人爱好，去选择 它的颜色和花纹，使人体视觉上又有了很好的体验。 靠垫及坐垫的设计如图： 成都理工大学毕业设计（论文） 31 图 5- 3 靠垫及坐垫 靠垫及坐垫的边缘部分设计为圆弧型，人体在被按摩时难免会有动弹，身体 的摆动以及腿部的移动都会在靠垫上起到相互作用， 这样的设计人性化的降低了 人在摆动时相比起直角型的人的不适。 5.4 其他设计 按摩椅工作部分外的地方全部填充柔软的 PMI 泡沫， 此种填充方式使人体躺 在按摩椅时的舒适度提高，能让人体完全放松下来。坐垫与靠垫的连接部分就采 用外部面料直接连接，内部为分隔独立的两个部分，这样设计使按摩椅的造型不 再单一，可折叠节省放置空间，也可使人坐着躺着多种姿势都可以被按摩到。 成都理工大学毕业设计（论文） 32 第 6 章 三维造型及运动仿真 在 PROE 上画出按摩椅各零件的三维图若干张，作出按摩椅按摩头在工作时 的运动仿真，并录成视频，见附件。 成都理工大学毕业设计（论文） 33 第 7 章 电路控制设计 7.1 电路总体设计方案 本电路设计总共采用了 6 路 LED 灯和三个按键； 每路 LED 灯用于显示按摩椅 的按摩点加热功能启动否； 按键 KEY1 控制腰部按摩头的启停， 按下则启动； KEY2 用于控制所有对应按摩头加热功能指示灯的启停；KEY3 用于控制颈部按摩头的 启停。 本电路是为了实现对电机控制及光电显示控制等， 基于低成本效率高的产品 设计理念， 故通过三极管及 MOS 管的相应合理搭配及相关电路设计来实现其功能。 7.2电路设计 整板电路图： 图 7- 1 电路图 如上电路由 Q1 和 Q2NPN 型与 PNP 型两个三极管构成推挽电路，控制 MOS IRFP054 N 沟道 MOS 管，通过 MOS 控制小功率电机的开关驱动；通过 R9 启动 MOS IRFP054，一旦 R1 电阻得电，则三极管 Q1 和 Q2 导通，MOS 管导通，J1 的 1 脚接 电机正极，2 脚接电机负极；在 MOS 管未导通情况下，电机不能够成回路，电机 成都理工大学毕业设计（论文） 34 不动，保持在停止状态，这时候如果 MOS 管导通则电机正极与负极构成回路，电 机开始启动旋转，这是可以通过开关拉低 R1 电阻的导电控制的； 此时三极管关闭，MOS 管关闭电机停转；由于电机是感性负载，会存在感应 电动势的存在此部分电压需要释放才可以，否则会损坏电路；电机的反馈电动势 会通过 MOS 管，通过快速开关二极管 1N4148 快速对地释放，同时由于 R10 的存 在可以保证电动势和 MOS 管内部的自举电容快速释放干净。 成都理工大学毕业设计（论文） 35 总 结 随着社会的发展，时代的进步，现代家庭对生活便捷性、舒适性的追求越来 越高。随着电视机、电脑、空调、洗衣机、微波炉、电冰箱等生活电器的普及， 人们在劳累一天回家的时候，电动按摩椅就成了他们的首要选择。 本文详细设计电动按摩椅的驱动装置，传动方式，按摩方式等。其驱动装置 主要包括电动机、涡轮