毕业设计（论文）-基于智能机械按摩组合床垫设计.doc

全套图纸加扣 3012250582编号： 毕业设计说明书题 目： 基于智能机械按摩组合床垫 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师单位： 机电工程学院 姓 名： 职 称： 实验师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 2010年5月26日摘 要随着科学技术的不断进步与发展，中医推拿作为传统中医治疗的重要组成部分，却仍由有经验的按摩师人工进行。近年来，虽然人们研制了许多推拿按摩器械，丰富、扩大了推拿保健和治疗的范围。但因机械力度难以掌握，振动频率不易控制，许多器械推拿还不能达到高水平推拿师手法治疗的效果。所以开发智能推拿器械，可望继承和发扬中医推拿技巧，使古老推拿术得到较大的推广。医疗器械行业是一个多学科交叉、知识密集、资金密集的高科技产业。由于这几年随着计算机技术的飞速发展，医疗器械对于数字化、开放式、分布式体系的要求也越来越迫切。智能按摩床为了适应不同患者的身高、体型，需要提供足够的运动和灵活空间，同时为了满足不同推拿操作的要求，又需要具有足够的刚度和精度，本按摩床设有推摩模块和滚法模块，可以自由操控。今天，健康问题愈来愈受到人们普遍关注，研制出具有高自动化水平的智能按摩床，不仅能满足巨大的市场需求，更能推进我国数字医疗器械的快速发展，具有良好的市场开发和应用前景。关键字：按摩床 中医按摩 智能 医疗器械AbstractWith the continuous progress and development of the science and technology, as an important component of the traditional chinese medicine therapy, traditional Chinese Medical Massage are still done by experienced massagists of Chinese medieine. In recent years a lot of Massage equipments have been developed that enriches and expands care and treatment of Massage. But because of grasping mechanical strength difficultly, quite difficult to control the rate of vibration, many massage instruments can not aehieve the high level of the advaneed massage surgeon. So the development of massage manipulator is expected to inherit and carry forward the skills and effects of massage, and making a great development of the ancient massage technique. The medical instrument profession is a multi-disciplinary overlapping, the knowledgeintensive, fund crowded high tech industryAs a result of these years along with computer technologys rapidly expand, the medical instrument request digitization, open style，distributional was getting more and more urgentIn order to adapt to different patients height and size，this intelligent massage couch need to provide adequate spaee for movement and flexibility. At the same time in order to satisfy the requirements of the operation，massage couch also need to have sufficient stiffness and aeeuracy. This massage couch has two moduletuinan module and anrou module, so we can manipulate it freely.Today, health is increasingly widespread concern. Developed a high level of automation equipment for health care，is not only to meet the enormous market demand，but also to promote the rapid development of Chinese digital medical equipmentIts development and application has a good market prospect Key words: massage couch; traditional Chinese medical massage; intelligent; medical instrument目 录引言11 绪论21.1 研究背景21.2 研究目的22 设计方案32.1 按摩结构原理分析33 综合设计与工作原理73.1 背部按摩头的设计73.2 腰部按摩头的设计93.3 模块的整体设计94 机构设计134.1 背部模块的设计134.1.1齿轮134.1.2推拿模块的按摩头的设计194.1.3球杯和齿轮的连接204.1.4大齿轮轴的设计234.1.5大齿轮轴上键的连接264.1.6大齿轮轴的轴承设计284.2 腰部模块的设计314.2.1滚筒的设计314.2.2滚筒里轴的设计324.2.3 滚筒中轴承的设计344.2.4轴承的配合354.3电机的选择384.4箱体的设计384.4.1塑料的基本知识394.4.2箱体中导轨的选择424.5 绕线轮等其他部件的设计434.5.1绕线论的设计434.5.2钢丝绳的选用435电路的控制设计455.1控制方法的比较455.2行程控制原理及电路图476 三维实体建模486.1三维建模的方式486.2零部件的装配497 结论50谢 辞52参考文献53附录54全套图纸加扣 3012250582 第 56 页 共 54 页 引言众所周知，中医推拿在中国有着悠久的历史，在伤科治疗中有奇效。随着现代科学技术的发展，以及人们生活水平和环保意识的提高，人们对身体保健和治疗有了更高的追求。然而，中医推拿作为最洁净的理疗方法却无法广泛的得到推广，其原因在于按摩穴位需要有经验的按摩师人工进行，而其劳动量大，周期长等问题一直无法得到解决。因此如何将中医推拿的医学原理与现代科学的机器人相联系，并成功应用于保健器械成为迫切需要解决的问题。 随着现代生活节奏的加快和工作强度的加大，颈、腰椎病作为常见病，其发病率呈上升趋势。据统计，我国40岁以上的人4550患有颈、腰椎病，60岁以上发病率达80111；同时颈、腰椎病正在呈现低龄化趋势，中青年乃至青少年颈、腰椎病患者的人数逐年呈上升状态。据统计80以上青少年的颈椎处于亚健康状态，30至40岁的人群中，有591的人患有颈、腰椎病。同样，美国进行过类似的统计，在美国每年因下腰疼而失去2179亿个工作日，一年内有O7的下腰疼痛病人误工超过半年，工人每年损失110亿美元的工作，为此损失了大量的工作日和卫生资源。颈、腰椎病已经严重影响了人们的生活和工作，国内外医学界对颈、腰椎病曰趋重视。社会现代话的发展,人们的生活的节奏日益紧张,工作繁忙,缺乏足够的休息.为了解决这个问题，本毕业设计设计一种新型按摩床垫，让人们在休息的时间也能得到传统的中医按摩，使人们免受病痛的折磨，以达到健康保健的目的。1 绪论1.1 研究背景推拿师用双手在病人身体上施加不同力量和技巧，刺激某些特定的部位来达到恢复或改善人体机能效果，促使病情康复的一种方法。这种方法不但效果好而且不需要药物，是当今人们所崇尚的环保型医疗方法。传统的中医推拿以各种不同的手法，持续、用力、均匀、柔和的对人体的穴位和病变部位进行按摩推拿，以达到预防与治疗的作用。推拿手法是按摩医学的核心之一，在推拿治疗时，依据中医辨证论为准则，并根据病人的病情、部位、体质、年龄不同而辩证施术。如滚法，以手的背部在体表进行连续的滚动，以其滚动之力作用于体表，作用于背部、腰部、臀部等部位。可治疗各种运动损伤、运动后疲劳、偏瘫、截瘫等多种病症。1.2 研究目的按摩是人类最古老的一种物理疗法，它起源于人类对抚摸缓解自身疼痛的初步认识，人们在早期艰巨的劳动中，逐渐发现按摩伤处能使疼痛减轻或者消失，然后又将其应用范围不断扩大。按摩通过对穴位的按摩、揉动、挤压、提拿、叩击等手法，可以舒筋活络、改善血液循环，并具有缓解肌肉酸痛，减轻疲劳的功效。为了让中医按摩能在与现代科技的结合中更好的发展，我自行设计了一套具有多种功能的按摩床垫。作品使用了几种机械结构，通过旋转、平移、滚动实现推、摩、滚等典型的中医按摩手法；与此同时将按摩机构模块化，与气囊拼接，根据需要科学的组合成平稳舒适的床垫，实现大型按摩器械小型化、仪器化的重大突破。2 设计方案2.1 按摩结构原理分析按摩手法的种类很多，不可能在一台机械产品上同时实现这些手法的力学特征，故选用几种能涉及的几种按摩手法进行力学分析，这样就可以在今后对相应的机械进行规范化的管理和研究。在我设计的机械中所涉及到的手法均属于级，包括：推法、摩法。注：从按摩手法来讲，力的大小程度简称力度，由此的分级标准为：级：有以下手法：按、摩、抹、擦、疏、梳、推、抿、振、颤。它们的共同特点是施术轻柔，深度在皮下至筋间。适用范围：皮肤、皮下、头面部、胸腹部、胁肋、外伤时的背胸部。级：手法力度中等，达筋肉至骨；在滑利关节手法中，手法在关节活动起始端小范围、节律性运动。其中有以下手法：扪、掐、摸、揉、擂、滚、捻、搓、剁，捶、拍、打、刮、拿、捏。滑利关节中的拔、颤、擞。适用范围：腹部、腰背部、四肢。适用于颈、肩、髋、膝等关节。 级：手法力度重，达筋骨深处；在滑利关节手法中，手法在关节活动允许范围内大范围、节律性运动，每次均接触关节活动的终末端，并能感觉到关节周围软组织的紧张。其中有以下手法：压、点、叩、击、插。滑利关节中的抖、运、摇、拉、扯、伸、提、迭、盘、折。适用范围：腰底部、臀部；叩、击法还适用于四肢及腰背部。滑利关节手法适用于肩、腰、髋、膝等关节。级：专用于搬和扳法。手法在关节活动的终末端，小范围地运动,并能听到“叭、叭”的响声。有搬、扳等手法。适用范围：颈、腰。.根据中医按摩力学分析，推法如图所示：图2-1 图2-2推法定义：用指、掌或肘部着力于一定部位进行单方向的直线移动称为推法。用指称指推法，用掌称掌推法，用肘称肘推法。此三种方法只在受力面积上存在差别。机械分析：用手指、手掌或肘部沿Z轴方向施力于患者的某一部位，沿X轴方向直线推动，后沿Y轴方向微动，进行下一轮按摩，周而复始，该手法动作完成需要三个自由度，分别为沿X，Y，Z轴三个方向移动。其中沿Z轴和X轴方向施力，而沿Y轴方向的移动为空载移位。下面分析掌推法的受力，如图所示，F为施力方向，其方向沿与皮肤接触的法线方向，大小由按摩师决定。.摩法如图所示： 图2-3 摩法定义：用掌和掌面或食指，中指，无名指的指面以及拳等，附在一定部位或穴位上，以关节连同前臂作环形或半环形而有节律的摩动称为摩法。机械分析：用指腹、掌或肢体其他部位沿Z轴方向施力于身体的某一部位或穴位向下压之，并在该处保持一定的压力停留片刻，随之稍加绕Z轴转动，提起后，重复同样的动作或沿X，Y轴方向移动到另一部位或穴位继续操作。因而该手法动作的实现需要四个自由度，分别为沿X，Y，Z轴方向的移动和绕Z轴的转动。其中沿Z轴方向移动和绕Z轴转动为施力运动，而沿X，Y轴方向的移动为空载换位。下面分析摩法的受力，如图所示，按摩师沿轨迹W做圆周运动，红色标定施力部位，其中F为作用力，其水平分量Fn克服皮肤摩擦力且沿圆周的切线方向，垂直分量Fv作用于肌肉等组织。滚法如图所示： 图2-4 图2-5滚法定义：手握空拳，手背吸附在一定的施治部位交替进行往返滚动的方法，称为滚法。机械分析：滚法由腕关节的伸屈运动和前臂的旋转运动复合而成。中医推拿中靠手背侧面为支点绕X轴或Y轴作滚动运动，在一个滚动结束后返回，向Y轴或X轴方向作微量移动，然后周而复始作重复运动。因而该手法动作实现需要四个自由度，分别为沿X,Y,Z轴方向的移动和绕X轴或Y轴的转动。其中沿Z轴方向移动和绕Y轴方向的转动为施力运动，沿X轴或Y轴方向的移动为空载换位。下面分析滚法的受力，如图所示， F为施力方向，按摩师用腕力施力于按摩部位，以该点为圆心，沿轨迹W作圆周运动，力F的方向尽量与Z轴呈角2.2方案比较方案一：对于要达到的按摩要求，应该规范制作一种可以在，x y z方向分别可进行运动的平台，将按摩部分置于平台之上，其可以给出x,y,z方向的作用力。如图所示：图2-6方案一图仅为按摩头及其启动部分若想让这个按摩部件进行二维空间的移动外部还需要更大的平台等装置。参考了实现滚法中医推拿并串混联机器人的研究这篇文章发现，如果将整个按摩器作为一个机械结构制造会造成很大的空间浪费，虽然可以达到之前的要求，机械在纵向就会归于庞大，如果想要按摩部分可以移动到背部的任何区域，则二维运动平台的覆盖面积将大于背部面积，如果这样，那么除了按摩部分的作用区域，其他区域将处在悬空状态，这样会造成按摩的不舒适感，而且体积过于庞大的平台的加工成本很高，不适合大批量生产。方案二：智能按摩床采用对称式结构，如图右图所示。采用这种结构，进行按摩时，受力平稳，不易发生振动，可以承受比较大的载荷。但也有一些明显的缺点，如设备结构较庞大，成本相对较高，不方便搬运与按摩床床配合使用。 方案三：我选取了一种折衷的方法，舍弃了一个维数的运动，代替之将背部分成两块不同尺寸的部分，即腰部一块，背部一块，腰部的只能在x轴方向运动，背部的只能在y轴方向运动，将按摩部分固定在两个相互垂直的轨道上，每一个部分只能作一维运动，两个部分组合起来可覆盖背部整个部分。这样进一步在纵向压缩了运动机械的体积，而且避免了二维运动的高加工成本和不舒适感等问题，还减少了悬空区域。故此在运动方面，可以达到x,y,w的运动（其中w为按摩头的转动），在施力方面可以达到x,z方向施力。（其中z方向的为压力，x方向为克服与皮肤间的摩擦力） 图2-7方案二椅子有两个机械按摩模块推摩模块、滚法模块，分别用来执行三种典型的按摩手法。建立笛卡尔坐标系如图所示：图2-8各种按摩手法的施力及运动情况总结如下表： 表2-1综上所述，应选择方案三。3 综合设计与工作原理3.1 背部按摩头的设计 图3-1 图3-2由图可知，每个按摩头由三个部件组成，分别是圆球，球套和底垫片。四个按摩头一组，固定在按摩头支架上。人体受力分析与实际按摩手法的比较，如图所示： 图3-4 推法手法与机械按摩施力对比 驱动按摩部分旋转的电机不工作时，按摩头只做直线运动，故其有速度v，当人躺在椅子上时造成的压力为F，其横分量克服摩擦力，纵向分量进行按摩，其施力方向为x z，运动自由度为x，z，当四个按摩头阵列在一起时与手掌宽度类似： 图3-5若按正常人体75KG计算，背部对于按摩部分的压力约为F=20KG10N/KG=200N，按摩球的直径为3.2cm，分配到8个按摩头，每一个受到的压力即对人体的压力约为25N，每一个按摩头与人体接触面积约为0.35=11.25，故压强约为2.3N/，参照于“中医推拿手法力学信息数据库”可达到“推法”的按摩效果。当驱动按摩部分旋转的电机工作时，每一个按摩头其受力图如图所示 图 3-6 摩法手法与机械按摩施力对比其中F为合力，Fn一直沿按摩头运动圆周的切线方向，Fv为按摩压力。当速度V存在按摩头运动轨迹为螺旋形，其施力方向为z x y，运动自由度为x y z，由受力分析可得到当按摩部分旋转时其效果与摩法类似。3.2 腰部按摩头的设计腰部按摩头的设计图如图所示 图3-7对人体受力分析与实际按摩手法的比较图3-8按摩手法比较滚杠与人体接触角大约为30，接触面积约为83.26，按正常人体计算施于腰部按摩部分的压力约为200N，从而得到压强为2.4N/，而滚杠套在一轴上，所以向前运动时一直在滚动，其施力方向为x z，运动自由度为x z由受力分析可知其效果等同于滚法。3.3 模块的整体设计图示为我国成年人人体尺寸的比例关系， 图3-9 下面以男性为例，选取不同身高来计算人体各部分的尺寸大小，见下表。 表3-1背部推摩模块整体结构如图所示图3-10背部按摩模块上图中两个齿轮与旋转按摩电机的转轴啮合带动按摩头转动，齿轮的传动。单个尺寸为50cm25cm12cm。背部并排放两个这种模块。两个直齿轮啮合，平移驱动电机为15r/min直流减速电机，带动其头部绕线轮转动缠绕（放松）钢丝，钢丝绕过定滑轮带动按摩部分运动，具体方法在本章另附说明。由此可见背部按摩部分可以在x轴方向运动而且在绕z轴方向转动，施力方向为x，z。该模块的主要构件有：机箱，限位开关支架，平移驱动电机，驱动电机支架，绕线轮，平面移动导轨，推摩按摩头，斜齿轮及外壳，旋转按摩电机，定滑轮，定滑轮支架，双层支撑板。腰部滚法模块整体结构如图所示： 图3-1腰部按摩模块整体尺寸为50cm25cm12cm上图中三个滚杠通过支架固定在支撑平板上，电机为直流减速电机，带动其头部绕线轮转动缠绕（放松）钢丝，钢丝绕过定滑轮带动按摩部分运动。由此可见腰部按摩部分可以沿y轴运动而且绕x轴转动，施力方向为z轴方向。该模块的主要构件有：机箱，驱动电机，驱动电机支架，减速箱，绕线轮，限位开关，滚动按摩滚杠，滚动按摩滚杠支架，支撑平板，平面移动导轨，定滑轮和定滑轮外壳。4 机构设计4.1 背部模块的设计4.1.1齿轮背部推摩模块中齿轮的设计 图4-1齿轮啮合，设计寿命15年选定齿轮的类型、精度等级、材料及齿数图4-2由于齿轮转速不高，故选用7级精度（GB1009588）材料选择 表4-1常用齿轮材料的力学特性选择齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS。选择齿轮大齿数为=50，小齿轮齿数=21。按齿面的接触强度设计按公式试算，即 （1） 确定公式内的各计算值始选=1.3由于知道大齿轮转速15r/min,所以计算大齿轮的传递的转矩。 设p=0.4kw, n=15r/min,则带入数据的T=Nmm选取齿宽系数。查下表得材料的弹性影响系数=95.6 由下图可以查的两齿轮的接触疲劳强度极限= =550 。图4-3齿轮的接触疲劳强度极限计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，查表计算，取=540MPa, =522.5MPa.（2）计算 试算齿轮分度圆直径，有下述公式取中较小的值代入数据，=1.3，T=Nmm，=95.6 , =522.5MPa, 计算得93.02mm。计算圆周速度。m/s计算齿宽b及模数9.3mm=1.86计算纵向重合度=2.0计算载荷系数K根据=0.07m/s,7级精度，由下图查得动载荷系数 图4-4齿轮的动载荷系数直齿轮=1.查下表使用系数=1 表42使用系数，在有表查得=1.45 因此载荷系数按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，有下式得mm计算模数。=综合上面的计算，由于齿轮制造都已经标准化，故在不影响使用的情况下，进行数值优化，参照下表，取标准值2 表4-3标准模数系列表（CB1357-78）即=2.计算齿轮的分度圆直径，mmmm计算齿宽 =mm.因此取整后B=10mm.计算齿顶圆直径参表可知=1所以带入数据得mmmm计算齿根圆直径查表可知=0.25代入数据得mmmm计算中心距4.1.2推拿模块的按摩头的设计图4-5推拿按摩头按摩球头的设计包括球杯和球体。球杯选用45钢，因为球杯是弧线变形所得，依据材料的加工硬化原理，硬度超过240HBS，满足要求。按摩球头采用45Cr调质处理，硬度可以达到280HBS，由于两者材料硬度差为40HBS，切按摩球头更耐腐蚀与摩擦，符合要求。球体的大小初步设定为29mm,固定在齿轮上的圆盘的大小为90mm. 图4-6按摩球头和球板4.1.3球杯和齿轮的连接选用螺钉连接（1） 每个球头所受到的压力为可以近似每个螺钉受到的压力为（2） 选取螺钉的直径 选择螺纹材料为Q235、性能等级为4.6的螺纹，查下表得可知屈服极限=240MPa。 表4-4螺栓、螺钉和螺柱的性能等级因此屈服极限=240MPa。查下表 表4-5螺栓连接的安全系数可知安全系数S=1.5故螺钉材料的许用压力。根据下式计算螺钉的危险截面的直径带入数据得 图4-7螺钉因此按照开槽圆柱头螺钉 GB/T652000.，选用公称直径为M3的螺钉即螺钉 GB/T65 M310此标记表示 螺纹规格为=M3、公称长度为10mm、性能等级为8.8级、不经表面氧化的A级开槽六角圆柱头螺钉。下附 表4-6因为螺钉是承受的轴向压力，并且比较小，所以选用只要GB/T65 M310拧紧就可以。4.1.4大齿轮轴的设计轴的用途及分类轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件(例如齿轮、蜗轮等)，都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。按照承受载荷的不同，轴可分为转轴、心袖和传动轴三类。工作中既承受弯矩又承受扭矩的轴称为转轴(下图)。这类轴在各种机器中层为常见。 图4-8只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴。心轴义分为转动心轴(下左a图)和固定心轴(下右b图)两种。 图4-9只承受扭矩而不承受弯矩(或弯矩很小)的轴称为传动袖(下图) 图4-10轴还可按照轴线形状的不同，分为曲轴(下图)和直轴两大类。曲袖通过连扦可以将旋转运动改变为住复直线运动，或作相反的运动变换。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。光轴形状简单，加工容易，应力集中源少但轴上的零件不易装配及定位；阶梯轴则正好与光轴相反。因此光轴主要用于心轴和传动轴，阶梯轴则常用于转轴。(1)按扭转强度条件计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的转矩时，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。再做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估计轴颈。对于不重要的轴，也可以作为最后的计算结果。轴的扭转强度条件为式中：扭转切应力，MPa; 轴所受的扭矩，； 轴的抗扭截面系数，； 轴的转速， r/min； 轴传递的功率，kW; 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa, ,见下表 表4-6由上式可得轴的直径 式中，= ，查上表。对于空心轴，则式中，即空心轴的内径与外径之比，通常取=0.50.6.。应当指出，当轴截面上揩油键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%；有两个键槽时，应增大10%15%。然后将轴径圆整为标准直径。 图4-11按照下式计算轴的材料采用45号钢，设计轴径d=16mm， p=0.4kw, d=15mm， 查表得知=2545则打入数据得=18.8MPa，则。为了使轴上的齿轮轴向定位，再轴上设计一个轴肩，齿轮的周向定位用平键连接。4.1.5大齿轮轴上键的连接表4-7普通平键和普通楔键的主要尺寸选用圆头普通平键，由d=15mm，由上表查得键的截面尺寸为：宽度b=4mm，高度h=4mm，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=8mm平键连接传递转矩时，连接中各零件的受力情况见下图 图4-12对于采用常见的材料组合和按标推选取尺1寸的普通平键连接(静连接)、其主要失效形式是工作面被压馈 除非有严重过载，般不会出现键的剪断(右图中沿面剪断)。因此，通常只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。对于导向平键连接和滑键连接(动连接)、其主要失效形式时工作面的过度磨损。因此、通常按工作面上的压力进行条件性的强度校核计算。 假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为 核键连接的强度由公式，查下表得=110MPA表4-8 键连接的许用挤压应力和许用压力所以131400h故此轴承符合要求。4.2 腰部模块的设计腰部模块和背部模块大体相同，只是箱体内导轨上面的机构不同。其大体构造如下图 图4-144.2.1滚筒的设计滚筒采用空心设计。厚度5mm，内径为30mm.外径为40mm，滚筒的端口处，车一内台阶，厚度为2.5mm.，深度为13mm.。总体设计图，如下图4-15校核滚筒的强度由下述公式得 材料用45钢经过调质，调质后的性能为：=307MPa，m=9, =。假设循环次数为N=5500000，则代入数据得 =300MPa，综合参考，滚筒符合设计要求。4.2.2滚筒里轴的设计按扭转强度条件计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的转矩时，则用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。再做轴的结构设计时，通常用这种方法初步估计轴颈。对于不重要的轴，也可以作为最后的计算结果。轴的扭转强度条件为式中：扭转切应力，MPa; 轴所受的扭矩，； 轴的抗扭截面系数，； 轴的转速， r/min； 轴传递的功率，kW; 计算截面处轴的直径，mm； 许用扭转切应力，MPa, ,见下表表4-10由上式可得轴的直径 式中，= ，查上表。对于空心轴，则式中，即空心轴的内径与外径之比，通常取=0.50.6.。应当指出，当轴截面上揩油键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径100mm的轴，有一个键槽时，轴径增大3%；有两个键槽时，应增大7%。对于直径的轴，有一个键槽时，轴径增大5%7%；有两个键槽时，应增大10%15%。然后将轴径圆整为标准直径。下图为设计轴的样图 图4-16按照下式计算轴的材料采用45号钢，设计轴径d=10mm， p=0.4kw, d=10mm， 查表得知=2545则打入数据得=15.7MPa，则。轴的两端是88的正方形，深度是13mm。便于和箱体的定位。4.2.3 滚筒中轴承的设计选用6300的轴承，内径d=10mm，外径D=35mm，宽度B=11mm，校核该轴承轴承的径向载荷取=50N,轴向载荷取=5N,（1）求比值 根据下表 表4-11此时选择（2）计算当量动载荷P,根据下式 查表取=1.2。按照上表,带入数据到上式则 （3）求轴承的应有的基本额定动载荷（4）验算6300的寿命，根据下式=512588所以符合轴承的要求。4.2.4轴承的配合 轴承的配合是指内圈与轴颈及外圈与外壳孔的配合。轴承的内、外圈按其尺寸比例一般可认为是薄壁零件，容易变形。当它装入外壳孔或装到轴上后，其内、外圈的不圆度将受到轴颈及外壳孔形状的影响。因此除了对轴承的内、外径规定了直径公差外，还规定了平均内径和平均外径(用或表示)的公差，后者相当丁轴承在正确制造的轴上或外壳孔中装配后，它的内径或外径的尺寸公差。标准规定，0、6、5、4、2各公差等级的轴承的平均内径和平均外径。的公差带均为单向制，而且统一采用上偏差为零，下偏差为负使的分布（下图）。详细内容见有关标准 图4-17滚动轴承是标准件，为使轴承便于互换和大量生产，轴承内孔与轴的配合采用基孔制即以轴承内孔的尺寸为基准；轴承外径与外壳孔的配合采用基轴制，即以轴承的外径尺寸为基准。与内圈相配合的轴的公差带以及与外圈相配合的外壳孔的公差带，均按圆柱公差与配合的国家标准选取。由于的公差带在零线之下，而圆柱公差标准中基准孔的公差带在零线之上，所以轴承内圈与轴的配合比圆柱公差标准中规定的基孔制同类配合要紧得多。下图表示了滚动轴承配合和它的基准面(内圈内径、外圈外径)偏差与轴颈或座孔尺寸偏差的相对关系。由图中可以看出，对轴承内孔与轴的配合而言圆柱公差标准中的许多过渡配合在这里实际成为过盈配合，而有的间隙配合，在这里实际变为过渡配合。轴承外圈与外完孔的配合与圆柱公差标准中规定的基轴制同类配合相比较，配台性质的类别基本一致但由于轴承外径的公差值较小，因而配合也较紧。 图4-18滚动轴承与轴及外壳孔的配合轴承配合种类的选取应根据轴承的类型和尺寸、载荷的大小和方向以及载荷的性质等来决定 正确选择的轴承配合应保证轴承正常运转，防止内圈与轴、外圈与外壳孔在工作时发生相对转动。一般地说，当工作载荷的方向不变时，转动圈应比不动圈有更紧一些的配合，因为转动圈承受旋转的载荷，而不动圈承受局部的载荷。当转速愈高、载荷愈大和振动愈强烈时，则应选用愈紧的配合。当轴承安装于薄壁外壳或空心轴上时也应采用较紧的配合。但是过紧的配合是不利的，这时可能因内圈的弹性膨胀和外圈的收缩面使轴承内部的游隙减小甚至完全消失。也可能由于相配合的轴和座孔表向的不规则形状或不均匀的刚性面导致轴承内外圈不规则的变形，这些都将破坏轴承的正常了。过紧的配合还会使装拆困，尤其对于重型机械。 对开式的外壳与轴承外圈的配合，宜采用较松的配合。当要求轴承的外圈在运转中能沿轴向游动时，该外圈与外壳孔的配合也应较松，但不应让外圈在外壳孔内可以转动。过松的配合对提高轴承的旋转精度、减少振动是不利的! 如果机器工作时有较大的温度变化，那么，工作温度将使配合性质发生变化。轴承运转时、对于一般丁作机械来说，套圈的温度常高于其相邻零件的温度。这时轴承内圈可能因热膨胀而与轴松动，外圈可能因热膨胀而与外壳孔胀紧，从而可能使原来需要外圈有轴向游动性能的支承丧失游动性。所以，在选择配合时必须仔细考虑轴承装置各部分的温差和其热传导的方向以上介绍了选择轴承配合的一般原则，具体选择时可结合机器的类型和工作情况，参照同类机器的使用经验进行。各类机器所使用的轴承配合以及各类配合的配合公差、配合表面粗糙度和几何形状允许偏差等资料可查阅有关设计手册。4.3电机的选择（1）带动平板在导轨内运动的电机，选择上海致贝电子有限公司生产的型号为40PA/42ZWN的=40mm无刷行星减速电机，电机自带轴=15mm.电机的额定电压为：1224V， 额定功率为：1050W，转速为41200r/min 用于本设计，选用，额定电压12V，额定功率为50W，转速为10r/min，个数3个，两个各背部按摩模块各一个，腰部按摩模块一个。（2）带动齿轮转动的电机 选择浙江上虞市长塘镇赛格电机配件厂生产的型号GF040的电机，电机自带轴=15mm。电机的额定电压：12V， 额定功率为：0.4KW，电机转速为61000r/min。 个数1个。4.4箱体的设计 图4-19由于箱体的大体形状如上图所示，两个模块的形体如上图所示，只是滑轨导槽的高度，和电机架的高度不一样，因此选用相同的材料,具体尺寸见附图。为了减轻机构整体的重量，因此选用箱体的材料为塑料。4.4.1塑料的基本知识（1）塑料的简介塑料的主要成分是合成树脂。树脂这一名词最初是由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，目前树脂是指尚未和各种添加剂混合的高聚物。树脂约占塑料总重量的40100。塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用。有些塑料基本上是由合成树脂所组成，不含或少含添加剂，如有机玻璃、聚苯乙烯等。所谓塑料，其实它是合成树脂中的一种，形状跟天然树脂中的松树脂相似，但因又经过化学的力量来合成，而被称之为塑料。 。塑料产生过程塑料可区分为热固性与热可塑性二类，前者无法重新塑造使用，后者可一再重复生产。塑料高分子的结构基本有两种类型：第一种是线型结构，具有这种结构的高分子化合物称为线型高分子化合物；第二种是体型结构 ，具有这种结构的高分子化合称为体型高分子化合物。有些高分