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多功能 健身器 设计 三维

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一、选题依据 1论文题目 ：多功能健身器设计及运动分析 2研究领域 ：综合设计 3论文（设计）工作的理论意义和应用价值理论意义：社会不断在进步，人们的生活水平也在不断提高。从 20 世纪 80 年代开始， 一直到今天，随着生活节奏的不停加快，广大上班族不得不面临着越来越大的日常 压力，高负荷的工作任务使得他们的身体素质不断下降，加上内心所承受的巨大精 神压力难以舒缓，从而导致了类似于普华永道和富士康等公司员工猝死事件的屡屡 发生，这无疑为一众国民敲响了健康问题的警钟。中国医学专家指出，目前，国内 有近 70%的人正处于亚健康状态，罹患抑郁症、精神分裂、颈椎病、高血压等系列 疾病的风险较以往大幅增加且逐渐呈年轻化趋势。基于此，人们在追逐物质利益的 同时，也开始注重追求新的生活方式和贯行新的健康理念，而健身器材的设计与推 广，正是迎合了当前社会潮流发展的趋势。应用价值：随着科学技术的进步、工作节奏的加快以及人们生活水平的提高，人们越来越 感到了健康的重要性。多功能健身器材可应用于广大商业健身俱乐部，中小型的健 身房以及普通家庭。多功能健身器一改以往的占地面积大，结构复杂繁琐，锻炼功 能单一的缺点，做到了锻炼功能的集中化，噪音低等等优点，大大地降低了参与健 身者的疲劳感，提升了参与健身的兴趣。多功能健身器结合了多种功能，能够让人 的身体的各个部位得到充分的锻炼，可以做到足不出户就可以锻炼身体。应用于商 业俱乐部以及中小型健身房，可以在大大地降低了人们的消费压力的同时，也能很 好的提高当地民众的身体健康水平。4目前研究的概况和发展趋势 因为健身器材的发展往往是跟其市场的发展息息相关的，市场的增长会带动健身器械的增长，所以健身器材市场的发展趋势完全可以等同于健身器的发展趋势。 随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意识正在逐 步提高，健身也正在慢慢地成为了人们日常生活中的一部分。一个国家的体育市场 的发展程度，往往可以通过这个国家的体育消费水平可以看出。在当前的社会环境 下，大多数发达国家的家庭体育消费都是相当可观的，例如英国的家庭体育消费高 达 130 亿美元，意大利的家庭体育消费为 94 亿美元，西班牙 81 亿美元，德国为640 亿马克。1996 年法国家庭的体育消费为 462 亿法郎，所占比重达到了整个体育 消费的 49%。相比之下，我国的体育消费就显得尤为寒酸，根据国家体育总局发布 的2001 年中国群体体育现状调查报告可以得出结论，我国城乡居民以家庭为 单位全年体育消费的平均值为 397.42 元。跟发达国家的对比之下，我国的体育消费水平就显得相形见绌了。颜强在史记2016 体育篇中指出，中国健身器材行业的发展始于 20 世纪 80 年代末，随着中国加入 WTO 和北京申奥的成功，为健身器材行业的发展提供了 有利条件和发展机遇，健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来浓厚商机。2006 年 1-12 月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值 51,537,399 千元，比 2005年同期增长 24.61%；实现累计产品销售收入 49,740,392 千元，比 2005 年同期增 长 24.2%；实现累计利润总额 1,821,317 千元，比 2005 年同期增长 18.62%。2007 年 1-12 月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值 61,313,721 千元，比 2006 年同期增长 19.39%；2008 年 1-10 月，中国体育用品工业企业实现累计工业总产值 55,906,766 千元，比 2007 年同期增长 16.67%。中国健身器材行业在迅速发展的同时，一些问题也日益显露出来。特别是在国 际市场缺乏知名品牌，产品附加值较低，同时，与国际先进水平相比，中国不少生 产企业还处在仿制生产阶段，产品研发和技术创新能力不足。在消费领域，与欧美 等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费还很 低。表明我国的健身器械市场消费水平很低，从一个国家的人口基数以及家庭所拥 有的健身器械来看，美国人口 2.81 亿，其跑步机一年的销量为 300 万台；韩国人口 4600 多万，2002 年其跑步机的销售数量为 100 万台；而中国拥有 13 亿接近 14亿的人口，跑步机一年的销量大概在 20 万台左右，这其中的影响因素不仅仅是我 国民众不爱好健身，还包括了健身器械的价格以及国民的经济水平。截止目前为止， 中国家庭的跑步机普及率仅仅只有 1%1。虽然近年来我国的国民经济水平在不断 地提高，对于身体素质的健康意识也在不断提高，对于家庭健身器械的消费有所增 长，但是相比发达国家的家庭健身器械拥有量，还是有一个比较大的距离。从国际 视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方 面，与西方发达国家比较都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了我国体 育市场整体上还处于起步和初级发展阶段。体育健身产业在我国还属于正在成长期的新兴产业，它是一项前景广大的朝阳 产业，具有巨大的市场潜力。近年来，中国健身产业逐渐形成，数据显示全国健身 俱乐部每年在以 1000 家的速度递增，仅北京健身俱乐部就以每年 30 家的速度递增。在网友”我爱珺”于 2013 年 3 月 26 日上传于百度文库的关于健身器材行业投 资研究报告中指出，目前，我国已有众多健身器材生产企业，世界上几乎所有的普 通健身器材类型，中国企业都在生产，并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的 健身器材在国际市场上占据了约 60%的份额，出口交易额达 20 亿美元，出口已逐 渐成为我国健身器材产业发展的方向。健身器材市场分为家用以及商用市场两部 分，人们对于健身器材，特别是家用健身器材的需求也日益增加，因此家用市场的 规模也远较商用市场规模大且增长快。城市居民对体育用品的消费已经从低档为主向中高档方向发展，农村居民尤其是已经进入小康生活标准的农村地区，对中低档 体育用品的消费也将逐步形成新的需求。随着农村地区收入的增加将使健身市场的 潜力变成现实，中国健身器材市场的年销售额逐年增长，中国人对健康的关注正在 形成个黄金市场。虽然健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来了浓厚商机，但是行业存在的 产品伪劣、夸大宣传等不良现象也成为了制约行业发展的棘手问题。据中国社会调 查事务所的项调查显示：83%的人认为国产健身器的质量问题是制约消费者购买的 主要原因。对一般家庭来说，追求性能优越、质量可靠、经久耐用，是消费者的共 同心愿。然而，目前市场上销售的些健身器功能不齐全、部件易损坏的现象相当严 重。此外，我国健身器材行业尽管内外销市场趋旺，但在国际市场缺乏知名品牌却 是个不得不面对的事实。目前，我国出口的健身器材产品基本上是以“委托加工” 和“贴牌生产”的方式进入国际市场，产品附加值较低。同时，与国际先进水平相 比，我国不少生产企业还处在仿制生产阶段，产品研发和技术创新能力不足。在消 费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的 人均消费还很低。这也意味着，我国健身器材行业仍有很广阔的发展空间。因此， 中国健身器材工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量， 加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出健身器材统一的技术安全标准，加强售 后服务。只有这样才能在新形势下立于不败之地。中国健身器材业分析：（1）中国有广大的市场，便宜的人力资源和原材料市场， 及政府的各种优惠政策，中国处于高速发展的时代，及运动会带动全民健身意识， 带动健身器材行业的发展。（2）主要表现以下几个方面：整体规模偏小、在经济结 构中所占的比重较小、商业化运作水平不高、产品结构单一，市场多元化开发不够、 相关产业的潜能没有充分发挥。起步较晚。健身器材工业起源于 20 世纪 70 年代初的美国及加拿大，别的国家也先后在 70-90 年代初发展起来，而中国在 90 年代中 才开始。（3）国际市场广大，进一步促进中国的高速发展，产品价格便宜;全民健 身理念推广。（4）中国经济高速发展，各行业的竞争升级，外资的进入对健身器材 行业产生强大的机会和威胁，周边发展中国家的健身器材业发展也有一定的威胁; 发达国家对产品品质和服务的要求在考验中国的健身器材行业。我国健身器材行业 的发展应该从以下三个策略出发：1、标准化战略，短时间把我国健身用品业的标 准整理修订一遍;没有高基准线的标准，所生产出来的健身器材就没资格参与未来 市场的竞争。2、认证战略，根据国际惯例，原带行政职能的审定将被第三方认证 所替代， 而目前我国体育用品业内的认证市场较为混乱，还未与国际接轨。3、名 牌推进战略，中国制造的产品在未来几年内的国际市场上还将不断扩大，但以独立 的民族品牌出现在世人面前的还是凤毛麟角。为了振兴民族的体育用品制造业，我 们必须拥有自己强大的品牌群体2。近年来，我国健身器材行业在逐步完成对生产体系、产品系列以及品牌运作经验的积累后，国内领先的健身器材厂商，已经成功将自主品牌打入部分国家或地区 市场，实现国际销售。中国健身器材市场的消费不断增长,而当前国内的健身器材 营销在结构布局上比较单一,大部分健身器材通过体育用品实体店进行经营,体育 用品项目丰富,在健身器材的销售上主要以家用与商用为主。当前市场中涌出的体 育用品店及其他的经营单越来越多,可以满足市场要求、确保市场流动,真正建立一 个有效的市场营销体制。在营销途径上,很多着名品牌的体育用品多是在专卖店或 特定的大型体育商品店出售,价格高,不过本地青少年很感兴趣,并成为固定的消费 人群。随着近年来人们享受式消费在逐年增长,城市中大量涌现了白领阶层,大家纷 纷加入各式各样的健身俱乐部,享受着时尚且新奇的健身体验。我国城市居民用于 个人健身等方面的消费以 30%的速度在增长,大大高于全球 20%的平均增速。市场需 求规模快速增长，市场空间大。在健身市场较为成熟的欧美国家，健身器材市场非常庞大，以美国为例，由于 健身锻炼的具体方式方法的教育在大学之前就已完成 ，全民对健身知识的掌握和 主动健身的观念非常高。施瓦辛格在健身百科全书5中提到，健身器材改变了以往那只利用身体 本身自重去锻炼的历史，是一个非常巨大的进步 ，所以这一市场将是非常庞大的， 因为它带给人们的不仅仅是方式上的改变，同时也带动了健身产业的另一种衍生品 的发展 ；同时，只要健身俱乐部不断的发展，健身器材行业就不断地发展，未来 家庭式健身器材也会大大地普遍。健美冠军之父本韦德在韦德之路6中谈到，健身器材工业起源于 20 世纪70 年代初的美国及加拿大，所以美国及加拿大的健身设备制造厂是历史最为悠久 的工厂，他们经历了健身工业的高峰与低谷，经历了健身器械的诞生和发展过程， 所以说美国及加拿大的健身设备是技术最专业的最优秀的产品。郑瑞在中美两国体育健身娱乐业现状比较研究7中指出，1981 年, 美国 有 40%的院系设置了非师范专业, 到 1987 年, 这样的院系增至 75%。这些院系除 了开设传统的体育教育、运动训练外, 都开设了体育管理、健康与身体素质管理、 运动科学、运动医学、身体疗法、体育新闻报道和残疾体育等专业。 美国高校主 要培养以下三个层次的体育经营管理人才: 依托商学院培养高层次的体育人才, 课程设置采用 MBA 课程加体育学课程; 依托各大学的体育学院或体育系培养中高 级体育经营人才,多采用体育学加工商管理课程的设置; 依托各大学的体育学院或 社区学院培养专门人才。卢芳群在美国体育产业发展概貌及其社会学因素分析8提到，2015 年全 世界体育总值 15000 亿美元 , 美国体育产业总价值 4984 亿美元居于世界首位,占 百分比为 33.2%, 2015 年有近 200 万美国人从事与体育产业相关的工作 有中国学者研究指出， “在美国 ,论及产业增加值 ,2015 年体育产业在 2 1 个产业大类中居于长 期稳居第 3 位,仅次于美国商业银行和证券市场”2016 年国务院办公厅发布关于加快发展健身休闲产业的指导意见。意见指出， 健身休闲产业是体育产业的重要组成部分，是以体育运动为载体、以参与体验为主 要形式、以促进身心健康为目的，向大众提供相关产品和服务的一系列经济活动， 涵盖健身服务、设施建设、器材装备制造等业态。当前，我国已进入全面建成小康 社会决胜阶段，人民群众多样化体育需求日益增长，消费方式逐渐从实物型消费向 参与型消费转变，健身休闲产业面临重大发展机遇。但目前健身休闲产业总体规模 不大、产业结构失衡，还存在有效供给不足、大众消费激发不够、基础设施建设滞 后、器材装备制造落后、体制机制不活等问题。加快发展健身休闲产业是推动体育 产业向纵深发展的强劲引擎，是增强人民体质、实现全民健身和全民健康深度融合 的必然要求，是建设“健康中国”的重要内容，对挖掘和释放消费潜力、保障和改 善民生、培育新的经济增长点、增强经济增长新动能具有重要意义。从政策角度来看，由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉 动内需、刺激经济发展的政策，有望得到政府的进一步支持。同时，一个需要特别 注意的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步 从被动的治疗性向主动的预防保健型转换，这也预示未来的健身娱乐市场必然向科 学保健、运动和娱乐合理搭配的方式发展。国务院总理李克强在近日的两会期间表示，到 2020 年，我国常住人口城镇化率 达到 60%，户籍人口城镇化率达到 45%。随着城市化进程加速，人们会越来越重视 亚健康问题，未来健身器材行业一定会呈现井喷式增长。二、论文（设计）研究的内容 1.重点解决的问题（1）健身器的结构确定n健腹：曲柄滑块机构n腿部锻炼：链轮传动，连杆结构n背部锻炼：钢索滑轮传动（2）健身器材料选择：铸铁 2.拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）健身器相关文献查阅健身器设计方案的确定健身器原型设计健身器结构计算校核健身器运动分析：SolidWorks 3.本论文（设计）预期取得的成果多功能健身器设计原理CAD 图纸一套：装配图，零件图毕业论文SolidWorks 运动分析数据电子版光盘三、论文（设计）工作安排 1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）方案设计：机构功能分析 ：可能的解决方案 ：总体设计选定方案结构设计：零件设计 ：部件设计 设计要求：运动学设计，零件的工作能力设计，部件装配草图和总装配图的设计， 主要零件的校核2.论文（设计）进度计划第 1 周：设计题目的审题以及设计方向的确定第 2 周：设计题目当前的国内外现状以及发展的前景第 3 周：设计需要的期刊，论文，会议等方面的准备第 4 周：开题报告撰写及准备开题答辩第 5 周：健身器功能方案的筛选，确定第 7 周：健身器结构方案的确定第 6 周：健身器主要零部件的设计，计算，装配第 8 周：健身器辅助零部件的设计，计算，装配第 9 周：健身器装配图整体合理性检查第 10 周：中期检查第 11 周：健身器设计图纸的绘制与检查（1）第 12 周：健身器设计图纸的绘制与检查（2）第 13 周：整体的检查，以及不合理设计的微小改动，处理第 14 周：说明书的撰写，光盘的刻录，电子文件的准备等 第 15 周：准备答辩 PPT第 16 周：准备答辩 四、需要阅读的参考文献1 刘振.家用多功能健身器材J 河北科技师范学院2 蒋平.我国健身器材行业发展前景浅析J 前瞻产业研究院3 Schwarzenegger . Fitness EncyclopediaJ Sports Business Journal December 20_26 , 1999. 23_294 Ben Wade .Wade RoadJ Unversity of Nonthem Colorado. Human, Kinetics. 1998 5 郑瑞.中美两国体育健身娱乐业现状比较研究J 辽宁体育科技，2008，30（02）.6 卢芳群.美国体育产业发展概貌及其社会学因素分析J 体育大视野,2016,06(25) 7 陈桂岭.健身器材市场现状研究 J.安徽体育科技,2004,28 (03):4547.8 第二届中国健身产业人力资源高峰论坛C.出版地不详. 刘扶民.20079 程耀光.对我国健身器材制造业质量现状与发展趋势的研究J 2006 年全国体育仪器器材 与体育系统仿真学术报告会论文集,200610 赵世龙.健美先生J辽宁日报，200311 包蕾蕾.中德健身业对比和发展趋势新探J 首都体育学院学报,2009,21(02).12 刘江南.美国体育产业发展概貌及其社会学因素的分析J 广州体育学院学 报,2001,21(01)13 刘鸿文.材料力学 IM.北京：高等教育出版社，2004.14 卢秉恒.机械制造技术基础M.北京：机械工业出版社，2007.15 孙桓.机械原理 IM.北京：高等教育出版社，2013.16 杨黎明.机构选型与运动设计M北京：国防工业出版社，2007.15 濮良贵.机械设计M.天津：高等教育出版社，2013.17 毛成涛.我国健身器材质量和检验现状分析及其对策 J.中国安全科学学报,2004,28 (08):4547.18 崔超.健身器材造型设计的实例分析 J.青岛建筑工程学院学报,2001,28 (04):45 47.19 Research and Markets: 2010 Plimsoll Analysis - Fitness Equipment - A comprehensive profile of 93 companies operating in the UK market J.Anonymous M2 Presswire 2010-ProQuest20 中国力学学会.室外健身器材安全使用寿命及疲劳性能试验装置的研究 C. 第八届全 国体育科学大会会议论文集.出版地不详:程耀光 2007.21 体育健身器材供需特点及对全民健身计划实施的影响 C. 第五届全国体育科学大 会.出版地不详：姜达维，1997.22 张卓. 健身器材设计的研讨D.吉林:吉林大学,2005.23 郑维维. 户外公共健身器材改进设计与通用设计原理运用的思考D.上海:同济大 学,2008.24 张织璇.基于消费者行为学的家用健身器材设计研究D.河北:燕山大学，2014.25 陈洪琪.基于物联网技术的数字健身器材设计与应用研究D山东：曲阜师范大学，201426 高林.室内健身器材设计的探析D上海：同济大学，200727 Sabrina Talita de Oliveira, Maria Lucia Leite Ribeiro Okimoto :Requirements for Improving the Usability of Gym Equipment Located in Public Areas: The Case of Blind Users or Low Vision in BrazilJ Procedia Manufacturing, Volume 3, 2015, Pages 4550-455628 Paola Silvia Wood, Kim Nolte :The FitTrack Index as fitness indicator: A pilot studyJ Health SA Gesondheid, Volume 21, December 2016, Pages 431-43629 Stefan Sauerland & Anne Catharina Brockhaus : Approaches to assessing the benefits and harms of medical devices for application in surgeryJ 14 January 2014 /Accepted: 3 February 2014 /Published online: 16 February 2014# Springer-Verlag Berlin Heidelberg2014附：文献综述或报告关于多功能健身器的文献综述(一)健身器综述 健身器主要用于强健体魄，增强体质，增强抵抗力，减肥塑形以及一些术后恢复等等。器械健身之所以越来越受到人们的青睐，是因为它具有其他体育项目所不可替 代的独特作用。通过科学、系统而持久的健身锻炼，人们不仅使体质得以增强，情操 得以陶冶，其最大收获还在于能使形体大为改观。肥胖者，能变得身材矫健；瘦弱者， 可练得体格魁梧；适中者，使体型更加健美；畸形者，令体态得以矫正。器械健身的 另一特点，是不分男女老幼均可参与其中，皆能获益匪浅。器械健身的作用：（1）发达肌肉，增长力量： 器械健身是对肌肉进行锻炼的一 种最佳方法。因为经常性地从事器械健身，可以使肌纤维增粗、肌肉中的毛细血管增 多，从而使肌肉的生理横断面增大，使肌肉更加结实、丰满、发达。与此同时，由于 中枢神经系统调节机能的改善，也会导致肌肉更加强健有力。不仅如此，器械健身还 能促进骨骼的新陈代谢，提高其抗压、抗拉、抗扭力等性能。此外，对关节、韧带的 生长发育也有着良好的促进作用（2） 增进健康，消除脂肪：因为全身是一个统一的 整体，所以每一块肌肉都和体内其他系统紧密相连。经常性地进行器械健身，可以明 显地提高循环系统、呼吸系统、消化系统和中枢神经系统的机能水平，从而使体质得 以全面增强，健康状况得以全面改善。(二)国内发展现状 健身器的起源早已无处可寻，但是自健身器出现以来，历经几十年的发展创新，健身器从刚开始的功能单一，体型笨重结构不够规范发展为各式各样的健身器材，根 据应用空间可分为室外健身器材，室内健身器材以及医疗康复器材等，根据其功能分 类可以笼统地分为结构较为复杂的多功能健身器材和结构简单的单一功能的健身器 材。健身器发展至今，早已形成各自品牌，其中世界十大健身器品牌分别是： LifeFitness(力健)Technogym(泰诺健) Precor(必确) Star Trac(星驰) Nautilus(诺德士) 乔山 舒华迈宝赫 英派斯 万年青。中国健身器材行业的发展始于 20 世纪 80 年代末，随着中国加入 WTO 和北京申 奥的成功，为健身器材行业的发展提供了有利条件和发展机遇，健身队伍的不断扩大 为健身器材生产商带来浓厚商机。健身器可分为多功能健身器、普通健身器、医疗康复健身器械。多功能健身器 械指的是可在一个器械上完成对多个身体部位进行锻炼的健身器械，这一类健身器械 结构较为复杂，占地面积比一般的健身器材要略微大一点，其优点是可以做到功能集图一：多功能健身器 中，可以在一台健身器上完成身体多个部位的锻炼，安全系数较高。综合型多功能器（如图一所示）：一般都包括扩胸器、引体向上、仰卧推举、仰 卧起坐等器械的功能。扩胸器、引体向上、仰卧推举，主要是用来锻炼上肢力量及胸 大肌力量；仰卧起坐，主要用来锻炼腰肌群，减少腰腹部多余脂肪。一般的多功能健 身器械分为三站式和五站式。三站式可以三个人同时进行锻炼，五站式可以同时满足 五个人对不同身体部位的锻炼需求。普通的健身器又可以称之为单功能健身器，单功能器械，常见的有划船器、健美 车、健步机、跑步机、美腰机等。它们的主要功能是：划船器（如图二）：主要用来 增强手臂力量及动作协调。动感单车（如图三）：锻炼时，像骑自行车一样，主要用 来增强腿部力量，增强心血管功能。健步车：主要用以锻炼腿、腰、腹部肌肉及心肺 功能。跑步机：主要用以锻炼腿、臀、腰、腹部肌肉及心肺功能。美腰机：可对腰部、 背部作放松按摩。“划船”时身体的每一个屈伸动作、每次划桨时的挥臂动作，使大约 90%的伸肌 参与了运动，因此它对于平时几乎不参与任何动作的伸肌来说，是相当有益处的。划 船动作对锻炼背部肌肉有明显的作用，让脊背在体前屈和体后伸当中得到最大的活动 范围，同时有效地活动了脊背的每一个关节，不仅增强了弹性，也增加了韧性。在练 习划船动作的时候，一定要注意动作的连贯性，每一个蹬伸动作不能够出现停顿。划 行过程中的每一个动作一定要到位，动作幅度过小会导致参与运动的肌肉无法充分伸 展或收缩。在很多健身房里，都可以看到一种和自行车长得很像的运动器材，这个叫做动感 单车（Spinning）单车的设计很人性化，可以根据每个人自身特点进行细微调节，包 括车把、车座、脚蹬、阻力。安全脚套始终固定在蹬板上，安全系数绝对可以放心。 Spinning 有自己的音乐编排，跟随动感音乐的节拍，调节阻力的大小，在教练的带领 下，由简单到复杂，包括手臂、腹部和胸部在内的所有的肌肉都在做功。据教练介绍， Spinning 对心肺功能提高是很显著的，它平均每小时燃烧体内的脂肪也非常多，一节 45 分钟的 Spinning 课会燃烧 400 到 500 卡路里热量，相当于长跑一个半小时。对于臀部、大腿，也有很好的塑形作用。图二：划船器图三：动感单车出行、洗澡、起床这些对于健康人来说是轻而易举的事情，而对于一些老弱 病残者却是一次冒险，甚至是一项单靠自己不可能完成的任务。而那些能够帮助病人 进行理疗、功能性锻炼、恢复生活自理和劳动能力的康复医疗器械，正在受到越来越 多老人、残障人士的欢迎。康复医疗器械按治疗与锻炼方式，可分为理疗器械和体疗器械两大类。据介绍，理疗器械包括刺激神经与肌肉的电疗器械，磁疗器械，超声器 械，红外线、紫外线、激光等光学器械，机械假肢，电子反馈设备以及各类护理床等。 理疗器械有一定的难度，有些还属于高新技术产品，只能在医院通过专业医护人员， 根据治疗康复疗程操作。体疗器械又称功能性练习器，若人体有疾患可进行功能性恢 复的训练，身体健康也可进行保健、锻炼等。其包括辅助行走练习器、牵引器械、按 摩器、矫形器以及轮椅等生活器具。(三)国外发展现状 在健身市场较为成熟的欧美国家，健身器材市场非常庞大，以美国为例，由于健身锻炼的具体方式方法的教育在大学之前就已完成 ，全民对健身知识的掌握和主动 健身的观念非常高。施瓦辛格在健身百科全书3中提到，健身器材改变了以往那只利用身体本 身自重去锻炼的历史，是一个非常巨大的进步 ，所以这一市场将是非常庞大的，因 为它带给人们的不仅仅是方式上的改变，同时也带动了健身产业的另一种衍生品的发 展 ；同时，只要健身俱乐部不断的发展，健身器材行业就不断地发展，未来家庭式 健身器材也会大大地普遍。健美冠军之父本韦德在韦德之路4中谈到，健身器材工业起源于 20 世纪 70 年代初的美国及加拿大，所以美国及加拿大的健身设备制造厂是历史最为悠久的工 厂，他们经历了健身工业的高峰与低谷，经历了健身器械的诞生和发展过程，所以说 美国及加拿大的健身设备是技术最专业的最优秀的产品。郑瑞在中美两国体育健身娱乐业现状比较研究5中指出，1981 年, 美国有 40%的院系设置了非师范专业, 到 1987 年, 这样的院系增至 75%。这些院系除了开设 传统的体育教育、运动训练外, 都开设了体育管理、健康与身体素质管理、运动科学、 运动医学、身体疗法、体育新闻报道和残疾体育等专业。 美国高校主要培养以下三 个层次的体育经营管理人才: 依托商学院培养高层次的体育人才, 课程设置采用MBA 课程加体育学课程; 依托各大学的体育学院或体育系培养中高级体育经营人才, 多采用体育学加工商管理课程的设置; 依托各大学的体育学院或社区学院培养专门 人才。卢芳群在美国体育产业发展概貌及其社会学因素分析6提到，2015 年全世 界体育总值 15000 亿美元 , 美国体育产业总价值 4984 亿美元居于世界首位,占百分 比为 33.2%, 2015 年有近 200 万美国人从事与体育产业相关的工作 有中国学者研究指出， “在美国 ,论及产业增加值 ,2015 年体育产业在 2 1 个产业大类中居于长 期稳居第 3 位,仅次于美国商业银行和证券市场”。 包蕾蕾在中德健身业对比和发展趋势新探11指出：以德国为例, 德国健身养生市场是欧洲第 2 大市场, 日耳曼民族是一个崇尚竞技和运动的民族, 体育是德 国人日常生活的重心之一, 吃饭、睡觉、工作和运动是居民生活的必需品, 健身养生 市场参与人员(俱乐部会员)和全国总人口比例保持在 1 16。 近年来, 各项运动和 行业发展更是走在欧洲的最前沿, 体育健身业近年来也保持了持续而稳定的发展。 (四)发展趋势2016 年国务院办公厅发布关于加快发展健身休闲产业的指导意见。意见指出，健 身休闲产业是体育产业的重要组成部分，是以体育运动为载体、以参与体验为主要形 式、以促进身心健康为目的，向大众提供相关产品和服务的一系列经济活动，涵盖健 身服务、设施建设、器材装备制造等业态。当前，我国已进入全面建成小康社会决胜 阶段，人民群众多样化体育需求日益增长，消费方式逐渐从实物型消费向参与型消费 转变，健身休闲产业面临重大发展机遇。但目前健身休闲产业总体规模不大、产业结 构失衡，还存在有效供给不足、大众消费激发不够、基础设施建设滞后、器材装备制 造落后、体制机制不活等问题。加快发展健身休闲产业是推动体育产业向纵深发展的强劲引擎，是增强人民体质、实现全民健身和全民健康深度融合的必然要求，是建设 “健康中国”的重要内容，对挖掘和释放消费潜力、保障和改善民生、培育新的经济 增长点、增强经济增长新动能具有重要意义。从政策角度来看，由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉动 内需、刺激经济发展的政策，有望得到政府的进一步支持。同时，一个需要特别注意 的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步从被动 的治疗性向主动的预防保健型转换，这也预示未来的健身娱乐市场必然向科学保健、 运动和娱乐合理搭配的方式发展。国务院总理李克强在近日的两会期间表示，到 2020 年，我国常住人口城镇化率 达到 60%，户籍人口城镇化率达到 45%。随着城市化进程加速，人们会越来越重视亚 健康问题，未来健身器材行业一定会呈现井喷式增长。(五)总结 健身器的发展一直一直都是机遇与挑战并存的，目前的健身器大多数存在质量不过关，价格昂贵，结构复杂，功能单一等等各式各样的问题，所以经查阅相关文献及 跟老师的沟通讨论，本次毕业设计主要解决的是多功能健身器的材料选择以及相关结 构的设计计算。审核意见指导教师评阅意见（对选题情况、研究内容、工作安排、文献综述等方面进行评阅）签字：年月日教研室主任意见签字：年月日学院教学指导委员会意见签字：年月日公章：!【包含文件如下】【机械类设计类需要定做代做的咨询购买企鹅97666224】.bat1.txt三维图三维图.png大轴承座A3.dwg大链轮A2.dwg大链轮轴A3.dwg小轴承座A3.dwg小链轮A3.dwg小链轮轴A4.dwg开题报告.doc拉手A4.dwg滑轮A4.dwg装配图A0.dwg设计说明书.doc配重A3.dwg限位块A4.dwg飞轮A4.dwg目录摘 要IAbstractII绪论- 1 -1. 前言- 3 -1.1 方案确定与分析- 3 -1.2 设计要求- 4 -1.3 整体结构- 4 -2. 腿部锻炼机构设计- 6 -2.1 传动方案的选择- 6 -2.2 链传动的设计计算- 7 -2.4 轴的设计- 8 -2.5 飞轮机构- 10 -3. 健身器腰部锻炼机构设计- 12 -3.1 座椅的设计- 12 -3.2 弹簧的设计计算- 12 -4. 臂力机构及机架设计- 15 -4.1 设计材料的选定- 15 -4.2 底座的设计- 15 -4.3 支架的设计- 15 -4.4 配重的设计- 17 -4.5 滑轮的设计- 17 -4.7 其他零件的设计- 18 -4.8 标准件的选定及校核- 18 -4.9 导管设计- 19 -4.10 运动分析- 19 -5. 环保分析- 21 -6. 设计总结- 22 -附录1：外文翻译- 24 -附录2：外文原文- 30-致 谢- 37 -摘 要我毕业设计的主题是多功能健身器材，设计了多功能健身器，用于锻炼身体的主要功能：锻炼手臂部位肌肉群、锻炼大腿小腿部肌肉组织、锻炼腰腹部核心肌肉群。大腿小腿的肌肉组织可以根据链条传递的原理和飞轮的特点达到肌肉训练的效果；关于腰腹部核心肌肉群的锻炼可以利用圆柱螺旋拉伸弹簧的受力拉伸、撤力自动恢复的特点来达到肌肉锻炼的目的；手臂肌肉群的锻炼可以通过相关机构带动一定重物作上下升降的动作来达到肌肉增强的作用；手臂肌肉群的锻炼机构包括操纵、导向、调节等相关机构；框架的主要功能是为上述三个结构的正确安装提供一个平稳的平台。另外，多功能健身器具还具有使用方便，安全性能好，成本低，装配设计等优点。关键词：多功能；健身器；机构；锻炼 多功能健身器设计目录摘 要IAbstractII绪论- 1 -1. 前言- 3 -1.1 方案确定与分析- 3 -1.2 设计要求- 4 -1.3 整体结构- 4 -2. 腿部锻炼机构设计- 6 -2.1 传动方案的选择- 6 -2.2 链传动的设计计算- 7 -2.4 轴的设计- 8 -2.5 飞轮机构- 10 -3. 健身器腰部锻炼机构设计- 12 -3.1 座椅的设计- 12 -3.2 弹簧的设计计算- 12 -4. 臂力机构及机架设计- 15 -4.1 设计材料的选定- 15 -4.2 底座的设计- 15 -4.3 支架的设计- 15 -4.4 配重的设计- 17 -4.5 滑轮的设计- 17 -4.7 其他零件的设计- 18 -4.8 标准件的选定及校核- 18 -4.9 导管设计- 19 -4.10 运动分析- 19 -5. 环保分析- 21 -6. 设计总结- 22 -附录1：外文翻译- 24 -附录2：外文原文- 30-致 谢- 37 -摘 要我毕业设计的主题是多功能健身器材，设计了多功能健身器，用于锻炼身体的主要功能：锻炼手臂部位肌肉群、锻炼大腿小腿部肌肉组织、锻炼腰腹部核心肌肉群。大腿小腿的肌肉组织可以根据链条传递的原理和飞轮的特点达到肌肉训练的效果；关于腰腹部核心肌肉群的锻炼可以利用圆柱螺旋拉伸弹簧的受力拉伸、撤力自动恢复的特点来达到肌肉锻炼的目的；手臂肌肉群的锻炼可以通过相关机构带动一定重物作上下升降的动作来达到肌肉增强的作用；手臂肌肉群的锻炼机构包括操纵、导向、调节等相关机构；框架的主要功能是为上述三个结构的正确安装提供一个平稳的平台。另外，多功能健身器具还具有使用方便，安全性能好，成本低，装配设计等优点。关键词：多功能；健身器；机构；锻炼 AbstractThe theme of my graduation design is the multi-functional fitness equipment, designed a multi-functional fitness, for exercise the main function of the body: exercise arm parts muscle group, exercise thigh calf muscle tissue, exercise waist and abdomen core muscle group.The muscles of the thigh calf can be transmitted according to the principle of the chain and the characteristics of the flywheel to achieve the effect of muscle training; on the waist and abdomen core muscle group exercise can use the cylindrical spiral tension spring tension, the automatic recovery of the characteristics of The purpose of muscle exercise; arm muscle group exercise through the relevant institutions to promote a certain weight for the movements up and down to achieve the role of muscle enhancement; arm muscle group exercise institutions, including manipulation, guidance, regulation and other related institutions; Is to provide a smooth flat for the correct installation of the above three structures station. In addition, the multi-functional fitness equipment also has the advantages of easy to use, good safety performance, low cost, assembly design and so on.Keyword: multifunctional; body-building; mechanism; exerciseI多功能健身器设计绪论社会不断在进步，人们的生活水平也在不断提高。从20 世纪80 年代开始，一直到今天，随着生活节奏的不停加快，广大上班族不得不面临着越来越大的日常压力，高负荷的工作任务使得他们的身体素质不断下降，加上内心所承受的巨大精神压力难以舒缓，从而导致了类似于普华永道和富士康等公司员工猝死事件的屡屡发生，这无疑为一众国民敲响了健康问题的警钟。中国医学专家指出，目前，国内有近 70%的人正处于亚健康状态，罹患抑郁症、精神分裂、颈椎病、高血压等系列疾病的风险较以往大幅增加且逐渐呈年轻化趋势。基于此，人们在追逐物质利益的同时，也开始注重追求新的生活方式和贯行新的健康理念，而健身器材的设计与推广，正是迎合了当前社会潮流发展的趋势中国健身器材业分析：（1）中国有广大的市场，便宜的人力资源和原材料市场，及政府的各种优惠政策，中国处于高速发展的时代，及运动会带动全民健身意识，带动健身器材行业的发展。（2）主要表现以下几个方面：整体规模偏小、在经济结构中所占的比重较小、商业化运作水平不高、产品结构单一，市场多元化开发不够、相关产业的潜能没有充分发挥。起步较晚。健身器材工业起源于20世纪70年代初的美国及加拿大，别的国家也先后在70-90年代初发展起来，而中国在90年代中才开始。（3）国际市场广大，进一步促进中国的高速发展，产品价格便宜;全民健身理念推广。（4）中国经济高速发展，各行业的竞争升级，外资的进入对健身器材行业产生强大的机会和威胁，周边发展中国家的健身器材业发展也有一定的威胁;发达国家对产品品质和服务的要求在考验中国的健身器材行业。我国健身器材行业的发展应该从以下三个策略出发：1、标准化战略，短时间把我国健身用品业的标准整理修订一遍;没有高基准线的标准，所生产出来的健身器材就没资格参与未来市场的竞争。2、认证战略，根据国际惯例，原带行政职能的审定将被第三方认证所替代， 而目前我国体育用品业内的认证市场较为混乱，还未与国际接轨。3、名牌推进战略，中国制造的产品在未来几年内的国际市场上还将不断扩大，但以独立的民族品牌出现在世人面前的还是凤毛麟角。为了振兴民族的体育用品制造业，我们必须拥有自己强大的品牌群体20。随着近年来人们享受式消费在逐年增长,城市中大量涌现了白领阶层,大家纷纷加入各式各样的健身俱乐部,享受着时尚且新奇的健身体验。我国城市居民用于个人健身等方面的消费以30%的速度在增长,大大高于全球20%的平均增速。市场需求规模快速增长，市场空间大。在健身市场较为成熟的欧美国家，健身器材市场非常庞大，以美国为例，由于健身锻炼的具体方式方法的教育在大学之前就已完成 ，全民对健身知识的掌握和主动健身的观念非常高。施瓦辛格在健身百科全书中提到，健身器材改变了以往那只利用身体本身自重去锻炼的历史，是一个非常巨大的进步 ，所以这一市场将是非常庞大的，因为它带给人们的不仅仅是方式上的改变，同时也带动了健身产业的另一种衍生品的发展 ；同时，只要健身俱乐部不断的发展，健身器材行业就不断地发展，未来家庭式健身器材也会大大地普遍21。健美冠军之父本韦德在韦德之路中谈到，健身器材工业起源于20世纪70年代初的美国及加拿大，所以美国及加拿大的健身设备制造厂是历史最为悠久的工厂，他们经历了健身工业的高峰与低谷，经历了健身器械的诞生和发展过程，所以说美国及加拿大的健身设备是技术最专业的最优秀的产品22。从政策角度来看，由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉动内需、刺激经济发展的政策，有望得到政府的进一步支持。同时，一个需要特别注意的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步从被动的治疗性向主动的预防保健型转换，这也预示未来的健身娱乐市场必然向科学保健、运动和娱乐合理搭配的方式发展。- 1 -多功能健身器设计1. 前言1.1 方案确定与分析多功能健身器是一个很实用的创新型的结构设计课题，在设计之前我做了相对完整的市场研究，并且在网上搜集到了一部分与健身器材有关的资料。除了这些以外，我还去了一些健身房里走访了健身房里比较突出的健身教练及健身爱好者，并且亲自体验了相关健身器械，力求做到亲身经历。健身器结构：因为目前市场上所存在的绝大多数的健身器材大体上都是属于盲目的单一追求功能多样化的健身器。市场上有一囊括了十七种繁复功能的健身器产品，倘若一个健身器的功能最终闲置下来，那么也就失去了该健身器原本的初衷，并且由于搭载太多的锻炼功能会导致健身器的设计工作变得尤为复杂，同时也会造成健身器的工作不稳定，故障率比较大，维修困难等一系列问题。在社会不断向前发展的过程中，我国居民的物质生活水平也得到了质提升，民众也慢慢的开始意识到了健身的重要性，各大高校和一些街道的健身房犹如雨后春笋一般，但是因为现在的社会条件下国人们的收入水平还不足以支持每一个人都到健身房去消费，在目前的社会背景下看来，普通的工薪阶层虽然还不足以承受私人健身器械，但是比去健身房更便宜，比去健身房节省更多的时间，所以目前大部分的健身器材产品都是大多数白领，还有消费水平处于白领之上的那一群人。这个人群因为在时间分配上的原因，没有多余的时间去健身房进行体育锻炼，并且由于个人经济原因，他们也足够消费得起私人家用健身器械，与此同时由于我国的人口基数比较大，房屋单人面积人均占有率低，导致了房屋价格的飞速上升，目前的社会时代背景下，商品房经济背景下的人们所居住的环境相对非常狭小，所拥有的空间极其有限，所以在进行设计的初期我就已经明确了本次健身器材设计的大体方向，多功能健身器械的机械结构相对紧凑，占地面积小，安全系数高，可以很容易地满足人们对大多数肌肉锻炼的渴望。健身的运动器械增加锻炼的多功能性质，在另一方面，可以让人们锻炼更舒适。因此，健身设备的性能进行了优化，并通过去除一些不常用的功能，以提高健身器材的使用效率，以满足人们的体质的不同需求。单人多功能健身器是我这一次毕业设计的器械，尽管这一个健身器械只能够满足单人对肌肉锻炼的要求然而其提供了多项锻炼性能。在我走访了一部分健身房教练、还有一些健身爱好者之后发现，目前人们主要是针对于胸肌、肱二肱三以及腿大肌进行相关的增肌锻炼。我这一次的设计理念主要也源自于这里，所以我这一次毕业设计所设计的多功能健身器的主要功能也是围绕着以上几个功能开展的设计工作。主要功能包括腿部肌肉的锻炼、腰腹部核心肌肉群的加强、坐姿手拉拉手上下移动、站姿手拉拉杆的肱二肱三加强锻炼。以上这四种功能综合起来会使得健身器的整体结构显得较为美观，并且在动作上也会显得比较协调。通过该多功能健身器能够锻炼到的肌肉包括：胸肌、背阔肌、斜方肌、手臂肌肉前束、后束、肱二肱三、腿大肌、股直肌、三角肌等肌肉。1.2 设计要求 按照本次多功能健身器的设计要求，该健身器需要满足以下几点：（1）多功能健身器械，仅容一人进行锻炼操作；（2）要具备有安全性能高，运行平稳无太大噪音的性能；（3）配重设计为可调重量样式，单级5kg，更换锻炼强度便捷；（4）机械结构安装合理，能够解决当前社会背景下的健身器材市场上大多数健身器材或多或少都存在于设计上的缺陷 ，并且能够可以便于制造。1.3 整体结构1.3.1 手臂锻炼机构及机架 底座、立柱、拉手、钢索、导杆、配重还有销轴组成了整个手臂肌肉群的锻炼机构，该框架提供了两个肱肌运动平台结构非常有效的组合三，手臂肌肉运动机构驱动电缆，电缆通过手柄驱动配重上下移动，以达到肌肉运动的目的1.3.2 腿部肌肉锻炼机构 腿部肌肉锻炼结构主要由链传动，链轮轴以及飞轮组成。这个肌肉锻炼机构的设计灵感主要来源于自行车的传动机构，通过脚掌带动踏板，踏板带动链轮轴，轴带动传动链等一系列连锁反应，最后将能量存储到链轮轴两端的飞轮中，而飞轮又接着将其存储的能量反向传递到了小链轮上。在小链轮轴上，链条踏板向上移动。1.3.3 腰腹部锻炼机构座椅底座、靠背以及圆柱螺旋拉伸弹簧构成了整个腿部肌肉锻炼机构。锻炼者坐于座椅上，往后靠给靠背一个力，带动靠背绕轴进行向后进行转动，带动弹簧受力进行拉伸（弹簧其中一端的圆钩将其固定于座椅之上，另外一端圆钩将其固定在靠背的左下或右下侧），弹簧在失去靠背给的力之后，在本身弹力的作用下将靠背复位。整体结构见图一图1.1：装配图2. 腿部锻炼机构设计2.1 传动方案的选择初步考虑带传动和链传动两种方案，如图二所示为链传动。图2.1：链传动2.1.1 方案一:采用传统的皮带传动定义：（带轮传动属于众多挠性传动的一种，皮带传动的主要部件为两个皮带轮（驱动皮带轮和从动皮带轮）以及一条驱动带。当驱动轮转动时，通过皮带轮与传动带之间的摩擦和啮合作用，通过传动带将运动以及动力传递给从动皮带轮）2。传动原理：（皮带的张力被用作柔性部分以产生皮带和皮带轮之间的摩擦和传动）2。优点：结构比较简单传动较为平稳缓冲以及吸振 价格比较低廉 对于安装的精度要求低比较适合长距离传动。缺点：容易产生疲劳损坏 传动带啮合传动相对比，其张紧力比较大，且轴上承受的压力大 皮带的长度较长、不太紧凑 很容易出现打滑的现象由于带与带轮间会产生摩擦放电，故一般不用于高温等场合。2.1.2 方案二：使用链传动方式定义：链传动也属于挠性传动之中的一种。它由链条以及链轮（主动链轮和从动链轮）组装而成。运动和动力主要依靠链轮、链轮以及链条三者之间的啮合来传送2。工作原理：运动和动力通过链轮链（中间柔性元件）与链轮齿啮合来传递2。优点：传递效率高 整体尺寸较小，能够保持很好的结构 张紧小，作用于轴上的径向压力比较小承载能力高对工作场合的要求低 成本低缺点：瞬时的传动比不能得到保证 磨损后容易发生跳齿 在运行过程中会产生噪声和冲击，不适合高负载、高速、快速反向传输。 由于本次设计要求运动平稳，传递效率高等特点。综上所述，初步确定决定采用链传动链传动这个方案。2.2 链传动的设计计算 链轮传动的传动比增大，导致链条与小链轮上之间的包角减小，与此同时正在啮合的链轮轮齿数就会减少，每一个轮齿所承受的载荷就会增大，加速了轮齿的磨损，并且比较容易造成跳齿、脱链的现象。链传动的传动比一般情况下取，一般取。初步选用短节距精密滚子链。低速级的传动系统中一般用滚子链作为传动结构，传递的功率一般不到，链传动速度低于 。依据实际情况，初步选定主动链轮的转速为，传动比取，链传动所传递的功率为。2.2.1 链轮齿数初步选定小链轮齿数，大链轮齿数。2.2.3 确定计算功率由表9-6查得2，由图9-13查得，单排链2，则计算功率为 2.2.4 选择链条型号和节距由Pca=1.35kW以及n1=60r/min查图9-112，选取滚子链型号为16A。查表，链条节距为。2.3 对链节数和中心距的计算2.3.1 计算链速v，确定润滑方式初步选择中心距现取，则链长节数取节。查表得到中心距计算系数,则链传动的最大中心距为由和链号，可得滚子链的润滑方式为定期人工润滑。2.3.2 压轴力的计算有效圆周力为由于链轮为垂直设置，则压轴力系数，则压轴力为:2.3.3 对链轮结构的设计选择大链轮和小链轮均为整体式。2.3.4 链轮的材料链轮轮齿要具备有足够高的耐磨性和强度。因为小链轮轮齿比大链轮轮齿啮合的次数多，所受的冲击也大链轮大，所以小链轮需要采查表用较好的材料制造。由表9-52可知，小链轮的材料为15号钢，大链轮的制造材料为20号钢，采取渗碳、淬火和回火等热处理，热处理之后的硬度约为。2.4 轴的设计2.4.1 对输出轴上的功率、转速和扭矩的计算取传动效率，则 （11） （12）于是 mm （13）2.4.5 对作用在轴上的力的计算在传动轴上的力为压轴力和支撑力。参见后文示图。(1) 最小轴径的确定有公式初步估算最小轴径。取45钢制造轴，调质处理。取，得： （14）但由于输出轴的最小直径安装在飞轮处轴的直径和,故取=。2.4.6 轴的结构设计现初步设计轴的割断尺寸位置，如下图。图2.2：轴段图根据各零件的轴向定位要求确定轴的各段直径和长度3。1）飞轮的轴向定位要求通过轴肩来满足，所以在轴上需要制造相关的轴肩，故取。2）轴承的选择。经过轴承的受力分析后，初步选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，大轴承初步选取单列深沟球轴承6008，其尺寸为，=406815,故，而。3）链轮的安装轴段的直径；链轮的轴向通过轴套进行定位。轮毂厚度为，该轴段由于定位要求需要短于轮毂的厚度，所以取。链轮的右端利用轴肩进行轴向定位，尺寸为，故取，那么这一段轴的。这一段轴的厚度b1.4h，取。4）轴承盖的厚度为20mm，为了使得轴承盖便于装卸，方便轴承的润滑，取，而。周向定位：周向定位均采用键连接的方式。按查表6-1得大链轮与轴的连接平键截面2，同理，飞轮与轴的连接，选用平键为，飞轮与轴的配合为。由过渡配合来确保深沟球轴承与轴之间的周向定位要求，所以此处选轴的直径尺寸公差为m6.2.4.7 按弯扭合成应力校核轴的强度危险截面为截面C图2.3：大连轮轴校核轴上最大弯矩及扭矩截面强度，轴上所承受的扭转切应力为脉动循环变应力，取，则： （15）轴的材料为经过调质处理的45号钢，由表15-1查得2。因此，故安全。 图2.4： 载荷分析图2.5 飞轮机构2.5.1 转动惯量的计算1） 该机构的许用运转不均匀系数 （16）2）等效驱动力矩Med （17） 3）飞轮所应该具备的转动惯量 （18） 2.5.2 飞轮尺寸的确定金属材料尽可能少地获得飞轮惯性矩轮的最大值，这相当于飞轮在轮辋部分相对于轮辋的绝大多数重量，轮辐和惯性轮非常小， 足够小，被忽略。 轮缘上存在的惯性力矩近似等于： （20）如果轮辋的宽度为B，则用于飞轮的材料的单位体积重量被设定为，则： (21)采用作为飞轮的制造材料，则H=20mm，B=16mm。 图2.5：三维结构图3. 健身器腰部锻炼机构设计3.1 座椅的设计3.1.1 设计思路座椅设计用于将座椅的后部绕基座转动。 主要部件是座椅板，靠背和可调高度基座。座板填充足够泡沫棉和较为舒适的垫子。靠背需要进行适当调节，高度可调的底座可以适应各类人群。材料选用，铸造工艺足以满足一般的要求，并满足座椅设计的要求。3.1.2 座椅的尺寸9（1）座高：座椅高度是可调节的，适合所有类型的高个子。 座椅的前缘被设计为35厘米远离人体的高度，并且具有450mm的圆弧.（2）座宽：为魁梧人群座椅宽度设计标准，臀宽为基准尺寸，妇女作为设计基准的上限大小，采取450毫米。（3）座深：座椅深度是指后缘之间的距离前排座椅，舒适的座椅深应能够更容易地使靠背可以轻松支持腰椎，一般人只要他的小腿能得到稳定的支撑，大腿会一般不太容易引起疲劳。 因此，为了适应各种高度，深度需要按照人群设计标准进行设计，一般取400mm。（4）靠背高度：人体在最舒适的时间背面应该是状态的背部肌肉的自然延伸，此时将形成腰椎前凸的一部分，成人腰位置大致位于上述座面，比高度略高 的支点到腰部支撑，方便支持背部重量本身，取。 （5）靠背宽度：合适的宽度应在肩部作为标准设计的基础上，考虑整体布局，所述座椅靠背的宽度的设计需要宽的宽度取。（6）靠背倾斜角度：根据脊椎的形状，角度比较适合45度。3.2 弹簧的设计计算(1) 反复变形后，弹簧应保持良好的强度，韧性和耐疲劳性，并且还应保证抗冲击性。（2）查相关资料选择合适的旋绕比C，查表10-2-17可知，旋绕比C=6，由公式（16-4）5得曲度系数K值： (35)（3）安装空间的初始尺寸，弹簧的中间直径D和弹簧丝的直径由C值估算，弹簧丝的容许应力由设计手册进行检查。考虑到安装空间的大小，弹簧直径的初始尺寸，由此可得 (36)（4）弹簧工作圈数由变形兼容性条件进行计算，由表10-2-24可知5： (37)（5）弹簧的相关尺寸。 (38) (39)=102.5mm (40)最大拉力，最小拉力，行程，其载荷作用次数为，由具体工作情况及具体条件选定其材料为油淬火回火碳素弹簧钢丝B类，它的端部结构为圆钩型。初定弹簧刚度为： （41）因为是载荷，取，但由于是拉伸弹簧，所以应将表10-2-165中值乘以，则 （42）弹簧线径d及弹簧中径D:查表10-2-165，选取d=3.5mm，D=18mm，Pj=564.41，fj=2.221，。由上述材料的选择知。将从表10-2-165中查到的Pj=564.41及fj=2.221按照表10-2-155进行修正： （43）有效圈数，现取，则其刚度 ，最小工作载荷下和最大工作载荷下的变形量分别为，求得极限载荷下的变形量为： （44）弹簧的内径D1=D-d=18-3.5=14.5mm，外径D2=D+d=18+3.5=21.5mm，弹簧的自由长度H0=（n+1）d2D=（18+1）3.5+218=102.5mm，最小工作载荷下的长度 （45）最大工作载荷下的长度： （46）极限工作载荷下的长度，螺旋角,节距t=d=3.5mm，圆柱螺旋拉伸弹簧的展开长度 mm （47）实际极限变形量： （48）最大工作载荷 （49）极限工作载荷，即451.53425故所选圆柱螺旋拉伸弹簧强度在允许条件范围内。 4. 臂力机构及机架设计4.1 设计材料的选定材料的选择是臂机构和机架的核心设计，选择将是实力机构和身体的安全，性能和寿命保证。1）为了符合设计和制造标准，我们参考以下材料：空心方管，标记分别为： 2）无缝钢管材料为（屈服强度235MP）3）板材都为4.2 底座的设计底座将是整台机械性能保障。所以对其的强度和结构有较高的要求。在底座设计之初，由于在底座左右两侧安装立柱，导向装置及支架和其配重等机构，所以优先考虑受力情况。为便于拆装，故将其对称安装，这样也将有利于简化底座受力。具体结构详见健身器装配图，其主要承受型材自重。综上，选取Q235的板材制造底座，。4.3 支架的设计4.3.1 支架的作用支架是这台健身器械相的重要的部件，主要用于架接滑轮组，实现手部肌肉锻炼机构的相关动作。4.3.2 支架力学性能分析 (1)受力分析： 截面A主要受人的拉力，其值为， 截面C主要受配重的拉力，其值为， 取，。 由此，可以计算出、 (50) (51)图4.1：示意图（2） 力矩图：图4.2：力矩图(3) 强度校核从图中可以看出，A截面上的应力是最大的，它是危险的部分，其强度被校核。 (52) (53)用于支架的材料是，查表2-6 得，3，符合设计要求。4.3.3 支架的工艺处理所述托架由冷弯方管焊接，焊接需要变形后进行校准。 同时，毛刺被抛光，表面被喷涂以防止生锈。滑轮位置在组装设计中，材料选用冷成型钢， 底板和支架螺栓连接在一起，以减震和拆卸和组装方便。4.4 配重的设计为降低配重在上升下降中产生的噪音和损坏后的便于维修，所以将配重的上面对称地加两条橡胶带，这样将可以在配重在下降的时候起到一定的缓冲作用。除此之外配重需要有良好的互换性。配重也对健身器材的性能有重要影响，因此需要考虑以下几点：1）在锻炼时由于配重的上、下降运动会产生撞击，需考虑这点。 2）由于导杆选材为不锈钢材，价格较高且为保护导杆，需改进配重孔。 3）根据目前市场数据，配重一般选择13块。综合考虑上述几点，现对配重做出如下改进：1）在导管中用一定长度的塑料管加热使其往外翻，以防止导杆被配重磨损。2）选材为厚冷轧钢板标号为：,它的强度不成问题，韧性也能保证。4.5 滑轮的设计滑轮的作用：滑轮主要作用是承担钢丝绳的导向及减少摩擦，由于它的受力相对较小，可以采用铸造件，在本次设计中主要受不超过压应力的作用，但所选取的钢材一般大于此值，故不考虑强度校核。4.6 钢丝绳的设计由机械设计手册查得， (54)选择系数的公式为： (55)式中n：安全系数，k：折断系数，：钢丝绳的充满系数其中的算法为初步选择，6级安全系数，则。根据手册c取0.114代入其中，故其材料为钢芯钢丝绳（）,标号为。4.7 其他零件的设计对于其他部件可以通过工厂定制，其设计要求相对较低，如使用缓冲螺栓，座椅连接，钢丝绳长度按照要求安装。4.8 标准件的选定及校核应特别注意设计中使用的标准件的选择。 本设计采用以下标准件：轴承，螺栓，螺钉，垫圈等。 4.8.1 螺栓连接的选定及校核立柱跟底座之间采用螺栓连接，材料选取，实际取2 ，则 (56)其中，30mm，因此立柱取M12螺栓连接是符合要求的 。4.8.2 轴承的选定及校核2在整个健身器中只有小链轮和大链轮的轮轴部分选用了轴承。校核大链轮轮轴处的轴承。查阅设计手册可得，选用深沟球轴承，型号为预设可靠度，在径向载荷作用下工作，工作应力循环次数为。由机械设计表13-9知，可靠度为时寿命修正系数，相应的基本额定寿命为： (57)轴承额定动载荷为 (58)轴承寿命符合要求。4.9 导管的设计由于导管的精确度的要求是比较高的，比如：为防止造成运动的卡顿造成健身者的不适，则直线精度不能过低；同时表面不可以喷漆，因为在工作时配重与导管会产生摩擦，表面的漆容易掉落后导致导管产生锈蚀，故采用不锈钢管制作导管，牌号为，表面需烤漆。4.10 运动分析链传动结构存在了转动副，通过小链轮带动转动副运动进而带动了传动链的运动，而传动链的运动又进一步带动了大连轮的转动副转动。当给小链轮一个恒定的角速度时，从动轮的角位移与时间之间成正比。图4.3：链传动简图图4.4：链传动角位移时间图像5. 环保分析目前，世界公众对环境保护的要求越来越高，各国也正在制定越来越严格的环境保护法和相关标准。环境保护直接约束企业的经营行为，有无良好的环保性已成为国际市场上产品竞争的重要指标之一。健身器在运动的过程中，由于各个部件之间的相互碰撞会产生比较大的噪音，比较容易形成噪声污染，在此，在设计的时候，需要充分考虑，使健身器对于周边的环境影响降至最低。这是我们对产品负责，也是对社会的负责。环保型工程首先采用能再生利用的材料和资源，在各系统和部件设计中所选用的材料应是可回收，易分解，能再生，且在加工过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。尽量采用低环保负荷材料，在零部件设计中应尽可能不使用含氟利昂，含氯橡胶，树酯及石棉等有害材料。工作过程中产生噪声污染，我们要在健身器安装时把连接件拧紧，设备试工作一段时间后，应对松动的连接件及时拧紧，而后继续开始进行工作，然后再次进行检测，直到没有松动的地方。同时也使零件的使用寿命增加，减少因松动而引起冲击力使零件失效。在接触较多的零件处，可以多应用一些隔音或者消音的材料。例如橡胶材料。6. 设计总结本次毕业设计前期进行了相关资料的收集，阅读相关文献，并且根据已掌握的资料对健身器的整体结构方案进行确定，并且依据人类的锻炼习惯进行了相关机构的尺寸确定。在进行设计的时候，运用了关于轴、链传动以及弹簧的设计等理论知识，并且对相关受力部分进行了受力分析。根据所设计的结构分析了轴所承受压力，完成了链传动以及弹簧校核等相关计算相关计算，设计了腿部锻炼机构，手部肌肉群锻炼机构，腰腹部肌肉群的锻炼机构，可以有效的对人体各肌肉群进行增强锻炼，实现本次设计的中心：多功能。同时，在毕业设计进行的过程中，完成了装配图的设计绘制以及相关零件图的绘制工作。经过这样的设计，我为多功能健身这个知识了解得更好的系统; 加强机械结构设计; 加强机械设备部件选型及相关设计计算; 加强机械结构设计理论与方法; 在很大程度上测试他们是否可以在实际应用中学习理论知识四年; 培养自学能力和合作能力。参考文献1 王志坚，郭雪娥. 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Human, Kinetics. 199820 吕明. 机械制造技术基础 M. 武汉 :武汉理工大学出版社, 2010.8附录1：外文翻译评估医疗器械在手术中应用的益处和危害的方法斯特凡：赛尔和安妮凯瑟琳娜和内奥米藤田rohwerder & 斯特凡诺 萨阿德1. 摘要在技术外科社区和医疗器械行业为患者的利益进行了富有成效的合作的背景下，在过去几年中，一些高风险的产品导致的问题和丑闻，因此突出了欧洲行政长官要求改革的必要性。2013年10月，欧洲议会对拟于2014年更换现行指令的医疗器械法规草案进行表决。本文目的在于为外科医生如何选择和评估医疗器械临床使用提供指导，例如包括人工括约肌、心脏修补网织物以及单孔和机器人辅助等外科手术。重要的是，外科医生要对行政长官对于新的医疗设备的要求有一个基本的了解。因为欧洲市场需要引进的是设备性能而不是有效性,外科医生和病人往往会因为使用有害设备而留下负担。此外，由于缺乏数据透明度，已核准的医疗设备存在了安全性或有效性等相关的潜在问题。由于在欧洲层面监管改革被封锁，许多成员国现在将寻求其他限制使用具有未知有效性的医疗设备的方法。在这方面一个有趣的模型将新医疗设备的反馈与临床试验的进行联系起来。结论：外科医生在使用新的高风险的医疗设备之前，应该在其医院中开发一个结构化的多学科方法来进行创新管理。问题的关键在于如何在创新和安全之间取得适当的平衡。关键词：医疗器械、设备批准、欧洲、临床试验、创新扩散。医疗设备在医疗保健是不可或缺的,尤其是在外科手术中, 由于创新器械,植入或成像工具开发，很多操作在技术上变得都是可行的。对许多国家来说，医疗设备也是重要的经济因素，德国是目前欧洲最大的医疗器械出口国。德国医疗保健行业这种主导的作用可以归因于该国的临床医生和研究人员在过去和现在的创造性。然而近年来，自由的监管框架在帮助医疗设备行业的繁荣的同时也导致了一系列的严重问题和丑闻。本文介绍医疗设备管理的最新发展概况，并对外科医生应该如何最好地去利用医器械提出了建议，同时避免可能会导致的危害或责任等相关的问题。我们将解决外科医生在医疗器械背景下提出的关键问题。2. 使用新的医疗设备的决定可以估计，每年约有150个新的高风险医疗器械被引入欧洲市场。然而，由于许多这些设备要么是不相关的手术，要么就仅仅是现有产品的轻微修改，所以外科医生可能面临的每年只有约五至十个新的医疗设备。通常，这些设备已经具有CE标志（“ConformitEuropenne”），允许公司在欧洲经济区销售其产品。高风险设备在可以进行CE标记之前，它们必须由“认证机构”进行评估，该认证机构是由制造商聘用的以验证设备的质量的技术审查公司。CE标志的要求（从而市场准入）的重要依据是不同的风险等级，其中IIb类设备（包括大多数外科植入物）和III类设备（如心血管植入物和人工关节）的危险等级最高。在一家法国公司（Poly ImplantProthse，PIP）屡次欺骗了他们的德国认证机构（TVRheinland），并出售了大约30万个装有工业硅胶的低质量乳房植入物后，获得CE标志的过程受到了越来越多的关注。2012年,欧盟委员会对这一丑闻和拟议规则提高公告机构的能力和增加医疗器械公司的审计水平必要的标准(例如通过现场突然访问的方式)。虽然这些措施肯定是有用的在防止医疗设备的未来质量问题，欧洲联盟委员会未能解决最基本的问题，设备的调节，事实上是新的医疗设备只需具备卓越的安全和性能，但并没有任何的要求以显示效果或效果的临床效益。即使是非常基本的想法，一个临床评价的目标是衡量的临床益处的新的医疗设备的要在在欧洲层面上建立也是不容易的。此外，仍然没有规定要求制造商对新设备进行随机对照试验（RCT）。2013年10月22日,欧洲政客们妥协常见的科学原理和商定了一项新规定即仍保持后门的开启:“随机对照调查通常生成一个更高层次的临床疗效和安全性的证据,其他任何设计或研究的使用必须是合理的。还应当合理的选择控制干预”1。因此,在许多设备上CE标志的基础上一系列案件约50例。最近的外科的一个例子是在2010年初进入欧洲市场的磁食道括约肌。根据法律要求，临床数据主要包括对44名胃食管反流病患者进行的可行性研究。然而，缺少一项磁性括约肌植入与胃底折叠（目前的护理标准）比较的研究。表1列出了这一点，并表明已经产生了影响，或可能对一般手术未来的影响等几个较新的医疗设备的选择性概述。对于大多数这些“创新”，缺乏高质量的证据或没有显示相对于当前手术标准的相关改进。因此，临床医生应该始终牢记，新的CE标记的医疗设备并非绝对有效。特别是对高风险的设备，这意味着风险效益比值是不确定的，如果未来的研究未能显示的预期效益，可能会转化为弊大于利2-4。近日，当发现在患者中金属对金属髋关节植入物一个高得惊人的失败比例时，骨科医生不得不接受这个惨痛的教训5。其他几个例子表明,在大量的未知效果的医疗设备中，有些被证明是无效的甚至是有害的。只有在进行更高水平的临床研究后，这种情况才会变得明显4,6,7。只有当一家设备公司计划进入美国市场时，才会进行此类研究.。通常由于美国食品和药物管理局（FDA）但并非总是比欧洲认证机构提出更好的临床证据，因此与美国相比，欧洲市场上早在2年前就已经开始出现新的高风险装置8- 11。在这段时间（甚至更长时间，如果该设备不在美国销售），欧洲的外科医生必须冒险使用或引进无效或有害的设备12。虽然外科医生习惯于在不确定性和时间压力下做出决策，但在创新和患者的安全之间做出选择是非常困难的。然而，一个倾向往往盛行有所创新，并抑制人的疑虑，即使新的设备的临床需要被限制13，14。外科医生有时在引入具有感知的附加值的创新时甚至可能面临来自患者和媒体的压力。在医院之间竞争激烈的地区，医院可能会选择使用创新，原因是由于当地媒体会将此事件作为医院质量的标志。然而，更有理性和结构化的评估是必要的，这应该包括对新设备的优点和缺点的彻底审查，所有问题清楚地分为那些有和没有临床支持的证据15。理想情况下，外科医生由具有以基于证据的方式评估医疗程序的专业知识的多学科团队（或常设医院委员会）协助16-18。如果手术杂志提供了关于新医疗设备的常规部分，读者可能对基于证据的和独立的评论更感兴趣。临床，经济和战略论点必须相互权衡。如果在医院做出使用临床数据稀疏的新装置或程序的决定，则应该总是具有某种形式的并发质量控制，理想地在如下所述的更正式研究内，接着是重新评估。表1对常规手术有影响的重要新医疗器械最高水平的证据主要临床研究或评论目前对效果的最佳结论钛夹用于阑尾切除术136不明单切口多端口套管针阑尾切除术137没有相关的差异胆囊切除术138、39没有相关的差异用于结肠直肠切除术240不明慢性或急性皮肤伤口的负压伤口治疗141、42不明磁括约肌扩张胃食管反流病243不明胃食管反流病444、45不明大便失禁346、47不明电下食管括约肌刺激448不明骶神经刺激粪便缺陷149不明十二指肠空肠旁路套150不明生物网格的切口疝451不明超声波清扫设备152次要优势对于胃底折叠术机器人辅助153没有相关的差异减肥手术154不明胃切除术355不明证据水平：1 =随机对照试验（RCT）或RCT的系统评价; 2 =更高质量（例如前瞻性）对照研究; 3 =较低质量（例如回顾性）对照研究; 4 =没有对照组（即病例系列）的队列研究; 5 =非临床数据或专家意见3. 现有设备之间的选择一旦一个新的设备已经进入市场，一些非常相似的产品通常会跟随。这使得外科医生能够选择购买原始的领先产品或类似的后续产品。这一决定应再次以产品的安全性，临床效果和成本进行全面评估。经常地，针对设备购买价格的传统的成本计算将倾向于更廉价的产品，即使关于安全性和有效性的数据大多不存在。后续产品通常可以以更低的价格提供，因为这种设备的制造商节省了创新成本，并且没有义务提交与第一产品所需的相同量的数据。第一个创新产品通常必须在临床数据的基础上证明安全性和技术性能，而后续产品可以基于其与第一个产品的技术等同性而被CE标记。因此，非临床数据（与来自文献的临床数据结合）可能足以允许“同类产品”的进入市场，这允许制造商以低得多的价格提供他的产品。此外，后续产品通常仅受到当前专利法的不充分的阻碍。原则上，欧洲专利的有效期为20年，但它往往是可能构造类似的设备而不侵犯专利法。此外，科学理论和医疗程序都不能授予专利。因此，“同类产品”是早期且经常出现的问题，特别是当新装置不太复杂时，例如椎间间隔物。因此，对临床试验的投资有时不能为创新设备制造商带来回报。在药品和医疗器械的专利这种差异让许多新设备的价格进入市场后迅速回落，但是，从另一方面阻碍了临床研究的进行。实际上，临床数据（尤其头头比较）经常缺乏。当试图在单个设备或一组医疗设备上找到数据时，外科医生通常难以找到信息，因为医疗设备上的临床前和临床数据可能存在，但由制造商保存。透明度或更确切地说，缺乏它已被确定为医疗器械评价中的主要问题11,19。目前，制造商或通知机构没有义务公布CE档案的临床结果数据。任何可以帮助竞争对手制造商这样的出版物都要避免。此外，欧洲医疗器械数据库（EUDAMED），可以向外科医生概述所有最近批准的医疗器械，以及支持的临床和非临床数据，但不能公开访问。因此，临床医生和患者不可能在被许可用于相同适应症的不同医疗设备之间作出知情选择。外科医生只能依靠营销材料和几个公开的临床研究做出决定。这解释了为什么即使是科学外科医生利用临床经验，理论见解和个人沟通。最终，数据透明度的缺乏导致整个欧洲外科部门的结构化，异质性和错误的创新管理。希望通过修订欧洲法规，可以提高医疗器械临床数据的透明度。2013年10月22日，欧洲议会同意“安全和性能报告摘要”应通过EUDAMED公开1，但这一新的透明度仅适用于高风险的医疗设备。在这方面，可以从美国的监管程序中吸取经验，所有相关数据都可以公开获取。在FDA网站上，例如，很容易找出哪些可调节的胃束带系统已被批准，哪些临床数据已提交批准。欧洲外科医生应该更好地利用这种信息来源，也是因为美国监管机构批准的标准更高。值得注意的是，PIP有机硅植入物，全髋关节置换术