划船器机构研究与设计.doc

课程名称：机械综合应用设计设计题目： 划船器机构研究与设计 院 系： 机械工程系 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 成 绩： 2015年 09月 01日 机械综合应用设计课程设计说明书 第IV页课程设计任务书专 业 姓 名 学 号 开题日期： 2014 年 09月 01 日 完成日期： 2015 年 09 月 01 日题 目 划船器机构研究与设计 一、设计的目的由教育部主办的机械创新设计大赛目的在于引导高等学校在教学中注重培养大学生的创新设计能力、综合设计能力与团队协作精神；提高学生针对实际需求进行机械创新思维、设计和制作等实际工作能力，吸引、鼓励广大学生踊跃参加课外科技活动，为优秀人才脱颖而出创造条件。其中第二届的主题就是“助残机械、康复机械、健身机械、运动训练机械等四类机械产品的创 新设计与制作” ，因此本题目就是根据目前已有的户外健身机械进行研究和设计，并能够进一步提高功能和能力而进行的设计。二、设计的内容及要求1、分析该机构的运动原理，了解对人体锻炼的部位及效果； 2、对划船器机构进行设计计算，包括运动和动力两部分的计算；3、适用范围体重在40-140kg,身高在1.3米-1.8米； 4、用软件进行可视化仿真。三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日摘 要户外健身路径，像一朵朵盛开的花朵，装点着现代化的城市，为全民健身提供了随时随地的便利，但是也需要科学使用，不然会适得其反。既要锻炼身体，又要免受伤害，做到两全其美，才能达到健身的目的。户外健身器材里的器械设置，目标群体是大众，它的广泛普遍性使其具有简单、易学、见效快的特点，而其中尤以划船健身器更受欢迎。划船器是增加和改善背阔肌及肩胛肌的肌肉体积和肌肉轮廓，提高人体全身运动的协调性，改善髋关节的灵活性和韧带的柔韧性的健身器材。本文在原有划船器基础上，对其进行结构分析处理，画出机构运动简图，并提出多种不同方案，然后从中选取最优方案进行创新设计。选定方案后，再对其进行运动与动力分析，通过分析其在不同状态下的不同状况，选取适当的结构与材料，最终设计出一个更好的划船器。在研究分析划船器的组成及其零件间相互关系的基础上，再进行细化分析，通过对轴、螺纹连接等分析，保证划船器的稳定性与安全性，最后在归零为整，保证整体协调性与美观性。然后利用Solid edge软件对健身器材划船器进行实体建模和运动仿真，并用Ansys分析软件进行模态分析与受力分析，从而为划船器的优化设计打下基础，使划船器真正起到其应有的锻炼作用。最后再利用Auto CAD把三维模型转化为二维图纸，方便以后的加工与装配。关键词：划船器；结构分析；建模；运动仿真目 录第1章 划船器设计思路111工作原理及用途112 设计思路113 机构运动简图214 提出和选择设计方案2第2章 运动分析5 21 确定构件长度522 建立运动分析方程5 23 程序设计框图7 24 运动图示7第3章 整体材料选择计算1131 材料选择1132 安全系数1133 许用应力和断裂韧度12第4章 轴的设计1341 轴的选择1342 轴结构设计的主要要求1443 基本直径dmin1444 轴段长度L1445 提高轴的承载能力措施1546 许用切应力计算1547 许用弯曲应力计算1648 安全系数校核计算19第5章 螺纹连接21第6章 润滑和密封保养22第7章 软件仿真2371 用Solid edge创建零件2372 爆炸图与三视图2473 Ansys分析零件2574 Solid edge装配图27结论28参考文献29 机械综合应用设计课程设计说明书 第29页第1章 划船器设计思路1-1 工作原理及用途划船器又叫划船机，是一种模拟划船运动的器材，对腿部、腰部、上肢、胸部、背部的肌肉增强有较好的作用。划船器运动是一项流畅且具趣味性和挑战自我的健身运动。每划一次，上肢、下肢、腰腹部、背部在过程中都会完成一次完整的收缩与伸展，可以达到一个全身肌肉的练习效果。尤其对腰腹部和上臂部脂肪较多的人群，划船器运动给您带来意想不到的塑身效果。1-2 设计思路明确工作原理提出3种待定方案分析评估，选择设计方案进行设计计算（包括材料、结构及尺寸）建模，仿真，绘出零件图、装配图划船器未来发展和展望总结1-3 机构运动简图（1） 依据图片建立起机构运动简图；图1-1 原方案机构运动简图（2） 对运动原理进行分析和研究，确认其机构的合理性；自由度：所以，机构自由度数=机构原动件数，故，机构具有确定运动。1-4 提出和选择设计方案（1） 提出划船器运动方案方案一：机构运动简图如图所示：图1-2 方案一机构运动简图方案二：机构运动简图如图所示：图1-3 方案二机构运动简图方案三：机构运动简图如图所示：图1-4 方案三机构运动简图（2） 分析三种方案优缺点，选定设计方案方案一，自由度： 优点：机构两个自由度，能同时锻炼上身和腿部力量；缺点：机构较复杂，运动不够稳定。方案二，自由度： 优点：利用平行四边形机构使座椅的移动更平稳；缺点：座椅构件中间无支撑，刚度差，易产生弯曲变形，且不能同时锻炼上身和腿部力量。方案三，自由度： 优点：同时具有方案1和2的优点；缺点：具有两个自由度，需要手脚的协调配合。比较以上三种方案，可以发现方案三的机构运动平稳，且能同时锻炼腿部与上身力量，对身体更健康，因此选择方案三为最终方案。第2章 运动分析22-1 确定构件长度根据设计要求，划船器适用范围体重在40-140kg,身高在1.3米-1.8米，为适应更广泛的人群使用，设计机构尺寸如下：图2-1 尺寸设计简图2-2 建立运动分析方程图2-2 机构坐标简图2-3 程序设计框图开始输入已知数据和列写的方程，解出,的关系t=0计算出,t=t+0.1计算5,8点的x,y求导，计算5,8点的速度v求导，计算5,8点的加速度at5?输出位置、速度、加速度曲线结束2-4 运动图示5点运动位置，速度，加速度曲线：图2-3 5点运动图示8点运动位置，速度，加速度曲线：图2-4 8点运动图示第3章 整体材料选择计算33-1 材料选择图3-1 含碳量对碳钢力学性能影响图根据含碳量对碳钢力学性能的影响图，可知含碳量越高，强度、硬度越高，而塑性、韧性越低，综合表现，选用45钢，进行适当的热处理，以提高材料的塑性、韧性；表面喷砂氧化防腐不锈。3-2 安全系数45钢调质处理后的性能为：-1=307MPa，m=9,N0=5*106。以对称循环变应力1=500MPa作用104次，2=400MPa作用106次。3-3 许用应力和断裂韧度主支承件的原始横截面长为0.2m，宽为0.1m，屈服力为Fs=100kN。屈服强度许用应力工作应力S，轴的疲劳强度是安全的第5章 螺纹连接图5-1 螺纹连接分布示意图图示划船器底板用8个螺栓与支架相连，划船器与其承重总质量为100kg，所以每个螺纹所受向下的轴向力为由于划船器工作载荷稳定，则残余预紧力取则螺栓的总拉力选择性能等级4.6的螺栓，则s=240MPa，按不控制预紧力：设螺栓直径为M20，查表：SS=5，=240/5=48MPa查手册，M20螺栓：d1=17.294mmdc，合适第6章 润滑和密封保养润滑脂可以减小摩擦、降低阻力和能源消耗、提高机器效率和寿命，同时也可起防锈、冷却、散热、吸振、降噪等作用。划船器运动速度较低，可以采用一般润滑脂或油润滑。尽量在固定地方使用，减少搬动，定期紧固螺丝，定期清理灰尘、杂物，定期更换转头。划船器使用前应该进行检查，为防止出现不必要的危险，应该仔细查检。看有没有锣丝松动，划船器轨道与座位处有没有异物，以防止划船器出现不必要的损坏。要经常清洁划船器，减少不必要的磨损，延长划船器的使用寿命。尤其是划船器轨道与座位处的接连处，磨损最快，要经常定量的加硅油或者润滑油，保持运动时更顺畅。第7章 软件仿真5677-1 用Solidedge创建零件 图7-1 零件示意图7-2 爆炸图与三视图图7-2 爆炸图图7-3 三视图7-3 Ansys分析零件图7-4 模态分析图图7-5 受力分析图7-4 Solidedge装配图图7-6 装配图结 论本次课程设计主要成果是对划船器进行了结构分析，使其能够在原有基础上更加稳定与安全。本次设计优点是：相对于原有模型，该设计更加简洁方便、美观易用。当然，限于作者水平，还是有不少缺点的：首先是在结构分析上，对于具体尺寸，作者借鉴其它划船器的尺寸标准，而没有具体通过计算得出结论，导致某些细节部分不够完善；其次是在三维建模时，构件间的连接不够细化，杆件截面形状不够清楚，基于减重的构件结构仍需优化；最后是二维建模，局部剖视图太少，装配关系表达不够清楚，这些都是以后需要加以提升的地方。本次设计着重强调了平行四边形的稳定性，可能有一些不合适的地方，但仍是一个可以借鉴与注意的问题。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一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，从而导致健身器材起不到较好的锻炼作用，白白浪费资源。因此我们要不断创新，不断优化产品，是健身器材起到其真正的作用。在今后的进一步研究中，划船器会有越来越多的功能，也会越来越美观实用，对人体的锻炼作用也会越来越明显，希望在以后的研究中，能把划船器的缺点也能一一改进，比如不易移动、占位空间大等。人类社会总是一点点进步的，相信不久的将来，通过健身器材的普及，人民的身体素质为慢慢提高，会越来越健康。参考文献1 濮良贵，陈国定，吴立言，等. 机械设计. 北京：高等教育出版社，2013-052 冯鉴，何俊，等. 机械原理. 成都：西南交通大学出版社，2008-063 江晓禹，龚晖编，等. 材料力学. 成都：西南交通大学出版社，2009-024 徐耀信，等. 机械加工工艺及现代制造技术. 成都：西南交通大学出版社，2005-025 王