毕业设计（论文）-颈部按摩器结构设计.doc

毕业设计 颈部按摩器结构设计学生姓名： 学号：系 部： 机械工程系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 二零一四年六月诚信申明本人郑重声明：本设计及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成设计时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日全套图纸加扣 3012250582 毕业设计任务书设计题目： 颈部按摩器结构设计 系部： 机械工程系 专业： 机械设计制造及其自动化 学号：学生： 指导教师（含职称）： 专业负责人： 1设计的主要任务及目标本设计主要针对长时间伏案工作的人，尤其是电脑使用者。颈部按摩器可在工作时使用，要求安全、轻便、舒适；由于是针对颈部，因此按摩器工作时还必须轻柔、舒缓，且不影响使用者低头工作。2设计的基本要求和内容 根据课题要求进行调查研究，了解按摩器的工作原理及结构特点； 拟定并论证方案，确定主要技术参数； 成按摩器结构设计，绘制结构装配图； 按摩器主要零件设计，绘制零件图。3主要参考文献1濮良贵，纪名刚，等.机械设计.高等教育出版社，2008.42徐灏.机械设计手册.机械工业出版社，2000.33吴宗泽主编.机械结构设计. 北京：机械工业出版社，19884卜炎主编.机械传动装置设计手册. 北京：机械工业出版社，19995谢联先著.机械零件的承载能力和强度计算. 北京：机械工业出版社，19846王秀芝， 徐静 领子造型与颈部运动适应性研究J 1 国际纺织导报， 20054进度安排设计各阶段名称起 止 日 期1进行调查研究，查阅资料，完成开题报告2014.02.082014.03.082了解相关主要技术参数，了解按摩器原理2014.03.092014.03.143确定颈部按摩器装置总体方案2014.03.152014.04.204进行工作装置关键部分机械工作原理设计2014.04.212014.05.055进行工作装置关键部分结构设计，及强度计算2014.05.062014.05.206绘CAD图、整理、打印论文及译文等2014.05.202014.06.09颈部按摩器结构设计摘要：颈部按摩器是指专门针对颈部按摩的颈枕类产品，本设计通过对颈部按摩器结构的设计使之能适应不同人群需要且便于携带。本颈部按摩器包括包覆层、壳体、马达、传动装置、控制电路、直流电源及一对按摩头，马达、电池及传动装置均安置在壳体内，传动装置包括蜗杆，一对啮合于蜗杆左右两侧的蜗轮和齿轮系，马达的输出轴与蜗杆同轴相连，驱动该对输出轴旋转，该对按摩头对应安装在所述传动输出轴上，并突出于壳体外，壳体分别收容一齿轮传动系的左右传动装置，左右传动装置均啮合与蜗杆上，一扭簧也枢接于蜗杆上，且其末端分别抵于左右传动装置安装部，这样，左右传动装置便可绕马达及蜗杆轴心作一定幅度的选装，所以该按摩器可以根据颈部粗细对按摩头艰巨进行自适应调整，达到更好的按摩效果。关键词：颈部按摩，强度校核，便携性 Neck message structure designAbstract:Neck massager refers to special neck massage neck pillow products.This design through the design of neck massager structure to meet the needs of different populations and easy to carry. The neck massager includes a coating layer，shell，motor，transmission device， control circuit，DC power supply and a pair of massage head，motor，battery and transmission device are arranged in the casing body，driving device comprises a worm， worm wheel and worm gear system to engage to the left and right sides，the output shaft of the motor is coaxially connected with the worm，driving the rotation of the output shaft，the massage head arranged in the transmission output shaft，and prominent in the shell，left and right transmission housing respectively containing a gear drive train，so drive device is engaged with the worm，a torsion spring is pivoted in the worm，and its end is on the left and right driving device installation part，thus，left and right transmission device can make a range of optional wound motor and worm axis，so the massager can according to the thickness of the neck massage head difficult adjust，achieve better massage effect.Keywords: transmission scheme neck massage，strength check，portability 目 录 前言11绪论21.1本次设计的来源21.2本次设计研究背景及目的21.3本次设计研究的意义21.4有关颈部按摩器结构及成本国内概况31.5本文研究的主要内容42总体传动方案确定52.1传动类型的确定52.2传动结构的确定53动力装置的选择73.1确定电动机功率73.2电源的确定74传动装置的设计计算94.1计算传动装置的总传动比和分配各级传动比94.2计算传动装置的运动参数94.3蜗杆传动的设计计算94.4齿轮传动的设计计算135.0轴的设计计算185.1蜗杆轴的设计185.2高速轴的设计185.3低速轴的设计205.4轴的校核215.4.1蜗杆轴的校核215.4.2高速轴的校核235.4.3低速轴的校核255.5轴承的校核27I5.5.1蜗杆轴承的计算275.5.2高速轴轴承的计算275.5.3低速轴轴承的计算285.6校核键连接的强度286按摩头的设计306.1按摩头外包覆层的选择306.2按摩头材料选择306.3按摩头结构的设计307整体结构及控制调速电路设计327.1调速装置的设计327.2外壳材料的选择327.3整体结构的设计327.4控制电路的设计337.5使用注意说明34结论36参考文献：37致谢38II太原工业学院毕业设计前 言按摩器是近几年才出现的，随着现在生活压力的增大，现在市场上的按摩器材越来受到欢迎，其中的一个原因就是保健按摩器材可以很方便的进行按摩，省去了去保健按摩院的时间了。现在的按摩器的主要原理就是根据物理学，仿生学，生物电学、中医学以及多年临床实践而研制开发出的一种可以模仿保健按摩医师的多种按摩手法的保健按摩器材。颈部按摩器是指专门针对颈部按摩的颈枕类产品，通过或震动或敲打或揉捏的按摩方式促进颈部血液循环，缓解因长期保持某一固定姿势导致的颈部不适，从而达到缓解疲劳、有效预防颈椎病的功效。目前市场上的颈部按摩器主要有振动式、脉冲式和揉捏式几种按摩方式。由于市场上颈部按摩器大多数体积较大且采用交流供电方式，这样颈部按摩器携带不方便，为克服这些缺点，本设计重点在于改进按摩器的便携性，其次在于按摩机构的工作原理设计及其结构设计，强度计算及校核。通过调查市场按摩器的各相关参数，设计主要包括动力元件、传动原件、执行原件及外壳，使按摩器使用时调整方便，且成本不高。毕业设计是在学完了所有课程，并进行了生产实习的基础上进行的一个教学环节。这是我们在毕业前对所学课程的一次深入的全面的总复习，也是一次理论联系实际的训练，更是一次毕业总结。因此，毕业设计在这四年的学习中占有十分重要的地位，要求每位毕业生都能发挥所能，做好自己的设计，给自己的学业划上一个圆满的句号。在参加毕业设计的全过程中，指导老师梁雅琴老师给予了大力的支持和指导，在此，向梁老师表示衷心的感谢！由于水平有限，设计中难免有许多不足之处，敬请老师同学给予批评指正。38太原工业学院毕业设计1绪论1.1本次设计的来源本课题属于太原工业学院机械工程系学生毕业设计指定设计内容。是根据国际和国内的最新形势和市场需求而确定的研究课题。对实际的生产和生活有很大的实际意义。1.2本次设计研究背景及目的随着经济不断发展以及人们生活节奏的不断加快，人们越来越重视身心健康。目前我国的“亚健康”人群的比重已达到70%左右，超过了9亿人，而用推拿按摩进行保健是我国中华医学的传统项目，因为老幼皆宜，应用范围十分广泛。随着具有保健功能的各种按摩器等产品出现。也因为在舒缓压力，缓解疲劳等方面的效果显著而备受处于“亚健康”生活状态的消费者欢迎。巨大的需求与发展空间一定会让各种类型的家用按摩机械发展势头强劲，成为健康产业的新的增长点。在丰厚的利润和发展空间的吸引下，我国的不少企业纷纷涉足按摩器具生产领域。本设计主要针对长时间伏案工作的人，尤其是电脑使用者。颈部按摩器可在工作时使用，要求安全、轻便、舒适；由于是针对颈部，因此按摩器工作时还必须轻柔、舒缓，且不影响使用者低头工作。1.3本次设计研究的意义随着人们生活水平的不断提高，相应的社会节奏和工作压力也随之增大，人民需要放松自己来缓减工作的压力和身心疲惫，因此各种人体保健机械走入大众家庭。人民在长时间的看书、写字或在电脑前工作时，常常感到颈部肌肉酸痛，严重时还导致颈部不能转动，领用户甚为烦恼和痛苦，因此，颈部按摩器应运而生。目前，对于人体的颈部的按摩主要有人为按摩和机械按摩，人为按摩为人工劳动，其受人为因素影响较大，按摩质量上很难到达保证，而且需要到制定的服务场所，且还需要有专业的人士方可，不能随时随地的按摩；而对于机械按摩，现有的颈部按摩器的结构大多都不能根据用户颈部的粗细来适应地调整两按摩头间的距离，而使用者的颈部有粗有细，若两按摩头间的距离相对使用者的颈部来说偏大，会按摩不到或按摩力度不够，若偏小，会使得按摩力度太大，从而不能到达很好的按摩效果。关键在于现有的颈部按摩器一般以按摩头的侧面对颈部进行挤压式按摩，这种按摩方式需要的动力较大，所以需要配置的马达及其他结构都比较笨重，从而是整体结构笨重，不方便使用和携带。本设计可用按摩头进行接触揉捏式按摩，可根据不同人需要调整按摩头间的距离，且成本较低，可以满足大众需要。1.4有关颈部按摩器结构及成本国内概况（1）按摩椅按摩椅制造商主要集中在广东、浙江和福建，山东和北京的产量也在上升。价格从400元到35000元都有，但是大多都在3000到20000元之间，一般采用铁管架、PU革。低端产品具有基本结构和按摩功能，采用PVC革，靠背可手动调节内埋按摩头，仅有背部振动按摩，价格介乎500到10000元。除了振动，中端产品还有揉捏、滚法、轻拍等按摩手法。有些产品小腿架内置气囊按摩小腿。坐椅可通过气举泵调节高度和角度。椅身采用PU革或PVC革。有些产品还具有MP3播放等娱乐功能。高端产品价格介于20000至35000美元之间，除了中端产品的所有功能，还在扶手处内置气囊以按摩胳膊。有些产品还能配合按摩的速度和强度播放音乐，具有热疗、红外功能。椅身采用高档PU革和真皮。有些高档产品装有传感器，能根据用户的身体曲线量身按摩，还提供同时指压、拍打与振动等按摩手法。采用通过RoHS认证的马达。新推出的按摩椅还有手状塑料装置用以按摩肩部。多数中高端产品都有USB接口、因特网连接线、收音机、扬声器、MP3及DVD播放器。（2）按摩垫、枕颈部按摩垫使用方便，可以和按摩椅相媲美，同时小巧轻便，受欢迎程度不断升温，产品线年增一到二成。此类产品具有振动、抚推、轻拍等按摩手法，通常带有汽车电源插头。有时为了促销，会做成色彩丰富的心型和水果造型。低端产品在100元以下，仅有振动功能，表面采用PVC、T/C或者等级较低的桃皮绒，缝纫粗糙易破损。采用低密度海绵填充，长久使用后会变形。马达和电子元件在本地采购、产品无认证、使用寿命不到一年。中端产品介乎100到300元之间，采用PU革面或柔软桃皮绒及高回弹海绵。有些产品具有收音机、MP3播放器等娱乐功能，按摩手法包括振动、揉捏、轻拍等。马达和电子元件有质量认证，寿命可达两年。高端按摩垫在300元以上，采用真皮和记忆海绵，后者能够迎合人体曲线，不易变形。可采用无线遥控器设置多种按摩程序，内置收音机和MP3播放器。1.5本文研究的主要内容本文从利用仿生学入手模仿人手揉捏动作，研究颈部按摩器结构基本方案，重点在按摩机构的工作原理设计及其结构设计，强度计算及校核。 （1）根据课题要求进行调查研究，了解按摩器的工作原理及结构特点； （2）拟定并论证方案，进行工作装置关键部分机械工作原理设计，确定主要技术参数； （3）完成按摩器结构设计，进行工作装置关键部分结构设计，及强度计算绘制结构装配图； （4）按摩器主要零件设计，绘制零件图。2总体传动方案确定2.1传动类型的确定 常见的传动形式有机械传动、液压传动、气压传动、电气传动。其中：机械传动主要有齿轮传动、蜗杆传动、链传动、带传动、螺旋传动。不同的传动方式有不同的优缺点。液压传动传递相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、惯性小，速度、扭矩、功率均可无级调节，动作响应性快。液压传动因有相对运动表面不可避免地存在泄漏，液流动过程中存在沿损失、局部损失和泄漏损失，传动效率较低。气压传动以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送，比液压、电子、电气控制优越，成本低，过载能自动保护。但是由于空气具有可压缩性，因此工作速度稳定性稍差，噪声较大。电气传动精确度高、节省能源、精密控制、改善环保水平、降低噪音、节约成本。但是其机械特性小，稳定性差、传递功率小且只能用于调速要求不高的场合。因为气压传动和液压传动仅动力原件就要占用很大的体积，电气传动需要较高电压来满足工作条件，且设计成本有限采用传统的机械传动就可以满足要求。2.2传动结构的确定 颈部按摩器结构类似于传统机械领域减速器结构，可采用多种传动方案，采用如齿轮传动，带传动，链传动，蜗杆传动均可以。但由于链传动噪声较大且有多边形效应，带传动效率很低故均不采用。本设计一亮点为便携性，故要合理安排各传动零件。若采用单极蜗杆或齿轮传动，首先按摩头距离难以满足要求，若加大零件尺寸则传动所占体积较大，而且与电动机相连接会使按摩器过宽。所以采用考虑两级传动，若采用两级齿轮传动同样与电动机输出轴相连接也会使得按摩器过宽。要克服这一问题考虑蜗轮蜗杆传动，它适用于空间垂直而不相交的两轴间的运动和动力，这样可以使电动机纵向放置。利用锥齿轮也可以将电动机横向放置，但两个按摩头需要两个电动机分别带动，为节省成本和空间不采用锥齿轮传动。故拟采用蜗杆减速和齿轮减速的方案进行设计，传动装置一端连接动力装置，另一端连接按摩头。 为了改善灵活性，即可以根据用户的需要调节按摩头的距离，拟采用类似于门转动时可绕合页转动的形式。按摩器由“两翼”组成，两按摩头分别装在“两翼”两翼可按轴心旋转一定的角度，轴心处装有扭矩弹簧，用以恢复原来的角度。3动力装置的选择3.1确定电动机功率根据市场调查，市场上大部分各类按摩器均为交流电源，所以功率较大。本设计考虑到为便携式按摩器，拟采用直流电源，而且颈部为人体较为敏感的部位，所需力度不是很大。选取电动机功率时根据按摩器能达到的最大力度来设计计算，初拟颈部按摩头的最大转速为150，根据所设计按摩头，与颈部所接触的部分转速为： 按摩头头部与颈部皮肤接触，查阅相关资料，根据人体皮肤的阻尼系数，需要克服摩擦力和压力，每个单个按摩头头部大致需要25N的力17。 工作装置所需功率： 1 其中，工作装置的效率本例考虑蜗轮蜗杆齿轮及其轴承的效率双头蜗杆效率为0.80，齿轮传动效率为0.96，滚动轴承的效率为0.99，电动机输出轴与蜗杆轴的效率0.97。 所以工作装置所需的功率为： 因载荷平稳，为防止皮肤粗糙或按摩器佩戴不当引起过载，选电动机的额定功率为5.0w。所以电动机选择“华锐”牌型号545，额定功率为5w，其额定转速为3000rpm，基本尺寸为37.5*30。电动机的安装结构型式以及其中心高、外形尺寸、轴伸尺寸等均可由表查得。3.2电源的确定 根据电动机功率选择可以反复充电放电的锂电池供电，因为锂电池能量比较高、使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池1C（100%DOD）充放电，有可以使用10，000次的记录，自放电率很低，重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5，绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质，使用额定电压为4.2V的恒流恒压充电器，可以使锂离子电池在1.5-2.5个小时内就充满电。所以选取“3.7V、2000mAh”的电池，并选配与之适应的充电器。4传动装置的设计计算4.1计算传动装置的总传动比和分配各级传动比从电动机3000rpm到按摩头转速150rpm，总传动比达到1：20，直接利用单机减速（蜗轮蜗杆减速）可达到要求，但是这中方案会使传动零件过大，且两按摩头间距离达不到要求，所以采用蜗轮蜗杆减速和圆柱齿轮减速的二级减速装置。蜗轮蜗杆的传动比可以大一些，传动比为1：10，为避免传动效率过小，所以采用双头蜗杆传动。圆柱直齿轮传动比为1：2。4.2计算传动装置的运动参数 各轴的转速如下： 蜗杆轴 高速轴 低速轴4.3蜗杆传动的设计计算（1）选择蜗杆传动类型 根据GB/T100851988的推荐，采用渐开线蜗杆(ZI) 。（2）选择材料 考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆采用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。（3）按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由传动中心距： 1确定作用在蜗轮上的转矩按，估取效率=0.8，则确定载荷系数K 因工作载荷有轻微冲击，取载荷分布不均系数=11； 取使用系数1； 由于转速不高，冲击不大，可取动载系数1； 则由 1。确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故=1601。确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值=0.25，取=3.331。确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，砂模铸造， 蜗杆螺旋齿面硬度小于45HRC，可查得蜗轮的基本许用应力=1501。应力循环次数： 3寿命系数则计算中心距取中心距a=20mm，因i=10，取模数m=1mm， 蜗杆分度圆直径=8mm这时=0.4查得接触系数=2.741。因为，因此以上计算结果可用。（3）蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸 蜗杆轴向尺距mm4；直径系数；齿顶圆直径4；齿根圆直径4；分度圆导程角4；蜗杆轴向齿厚mm4。 蜗轮蜗轮齿数 ；变位系数mm； 演算传动比，这时传动误差比为，是允许的； 蜗轮分度圆直径mm4； 蜗轮喉圆直径=20+21(1.5-0.5)=22mm4； 蜗轮齿根圆直径4； 蜗轮咽喉母圆半径4。（5）校核齿根弯曲疲劳强度1当量齿数1；根据查得齿形系数:1；螺旋角系数；许用弯曲应力:4；由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力=291；寿命系数1；所以可见弯曲强度是满足的。（6）验算效率4；已知=21.8；与相对滑动速度有关。用插值法查得=0.02681， 代入式中得=0.93，大于原估计值，因此不用重算。（7）精度等级公差和表面粗糙度的确定 考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T100891988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T100891988。查得蜗杆的齿厚公差为 =71m4， 蜗轮的齿厚公差为 =140m4；蜗杆的齿面和顶圆的表面粗糙度均为1.6m4， 蜗轮的齿面和顶圆的表面粗糙度为1.6m和3.2m4。（8）计算蜗轮上的力 4.4齿轮传动的设计计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动；（2）选用8级精度；（3）材料选择：选择小齿轮材料为HT250，硬度为170HBS，大齿轮材料为HT300，硬度为210BS1，二者材料硬度差为40HBS；（4）试选小齿轮齿数，大齿轮齿数为。2、按齿面接触强度设计按设计计算公式进行试算，即 2.321（1）确定公式内的各计算数值 试选载荷系数Kt1.3 计算小齿轮传递的转矩。 选取尺宽系数d0.51 查得材料的弹性影响系数1 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPa，大齿轮的解除疲劳强度极限MPa1； 计算应力循环次数60n1jLh603001（43652）5.256 查得接触疲劳寿命系数:1，11 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1，安全系数S1， （2）计算试算小齿轮分度圆直径d1t，代入中较小的值。由 1=10.91mm计算圆周速度V V=0.17m/s 4计算齿宽b b=d=0.510.91mm=5.455mm计算齿宽与齿高之比模数 =0.5455mm齿高 =2.250.545mm=1.227mm =4.445计算载荷系数。根据v=0.17m/s，8级精度，动载系数=1.051；直齿轮=1；查得使用系数KA=11；8级精度小齿轮相对支撑非对称布置时， =1.4501；由b/h，=1.450； =1.401；故载荷系数=11.0311.450=1.49。按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径： =mm=11.41mm 1计算模数m m=mm=0.57mm3、按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为 m 1（1）确定公式内的各计算数值查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=100Mpa、大齿轮的弯曲疲劳极限强度=110MPa1；弯曲寿命系数=0.97、=0.981；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4 =（）/S=69.28Mpa= （）/S=77Mpa 1。计算载荷系数K =11.0311.450=1.49查取应力校正系数查得 =1.55；=1.67 1查取齿形系数查得； =2.40 1计算大、小齿轮的并加以比较=0.0626=0.0520大齿轮的数值大。(2)设计计算m=0.49mm 1对结果进行处理取m=0.6mm小齿轮齿数 =/m=10.91/0.6=18.18（取20）大齿轮齿数 =220=404、几何尺寸和力的计算(1)计算中心距 a=(+)/2=(12+24)/2=18mm(2) 计算大、小齿轮相关直径 小齿轮分度圆直径 =m=200.6=12mm 3 ； 大齿轮分度圆直径 =m=400.6=24mm 3；小齿轮齿顶圆直径 3；小齿轮齿根圆直径 3；大齿顶圆直径 3；大齿根圆直径 3；(3)计算齿轮宽度 b=d=6mm （4）力的大小 5、小结由此设计有模数分度圆直径齿宽齿数小齿轮0.612620大齿轮0.6246405.0轴的设计计算5.1蜗杆轴的设计（1）蜗杆轴与电机输出轴可与电动机输出轴用联轴器相联，采用微型膜片联轴器，具体型号为EKL型紧凑型。在蜗杆轴的另一端采用带有外环的套筒通过壳体定位，滚动轴承装在套筒内，通过蜗杆轴轴肩固定。右侧轴承右端通过壳体固定，左侧通过轴肩固定。为保证蜗杆与蜗轮具有足够的接触长度，以及避免安装误差，所以传动螺旋线部分取15mm。套筒外装有扭矩弹簧，用于调节按摩器角度。（2）轴的结构设计 图5.1 蜗杆轴结构简图 1-2段用于安装联轴器3mm，轴颈为3mm； 2-3段用于安装深沟球轴承，型号选为1000084，轴承左端通过轴肩固定，右端通过轴承端盖固定。取本段长度为5mm，与深沟球轴承相配合的轴颈为4mm； 3-4段、5-6段为避免与蜗杆啮合蜗轮与壳体相触且要求蜗杆与蜗轮啮合位置居中，各取4mm，1mm轴颈为5mm； 4-5段为蜗杆螺旋线部分取17mm。 所以高速轴总长为: 取轴端倒角为1.2*45，各轴肩处的圆角为1.6。5.2高速轴的设计1、总结以上的数据。功率转矩转速3.96W127.33Nmm300r/min2、初步确定轴的直径初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢。 由公式 ，但传递功率很小，所以初选轴颈4mm.3、选轴承根据轴颈选深沟球轴承1000084，通过查手册5得d=4mm，B=3mm。 4、由于轴上小齿轮e1.6，所以将轴做成齿轮轴10。5、轴的结构设计（1）拟定轴上零件的装配方案 由于小齿轮做成齿轮轴，轴上只需安装蜗轮和定位套筒以及轴承。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 图5.2 高速轴结构简图 L=+=18mm 1-2段轴我们取为4mm ，直径4mm ，与1-2相配合的为深沟球轴承，右端用壳体定位，左端通过轴肩定位。：2-3段取1mm，直径6mm；4-5段取1mm，直径6mm。 ：5-6段取4mm，直径5mm，蜗轮左端用套筒定位，右端通过轴肩进行定位。 ：6-7段取4mm，直径4mm，与6-7段相配合的为深沟球轴承，左端通过轴承定位，右端用轴肩定位。（3）轴上零件得周向定位 本轴上需要周向定位的零件为蜗轮，通过平键连接，根据轴段直径5mm取平键bh=22。同时为了保证齿轮与轴配合得有良好得对中性，固选择齿轮轮毂与轴得配合选H7/n6。滚 动轴承与轴得周向定位，是借过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为m6。（4）确定轴的的倒角和圆角 取轴端倒角为1.2*451，各轴肩处的圆角为1.6。5.3低速轴的设计1、 总结以上的数据。功率转矩转速3.86W378.63Nmm100r/min2、初步确定轴的直径初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45号钢。由公式 ，但传递功率很小，所以初选轴颈5mm。为保证大齿轮和小齿轮充分啮合，所以距离一定要准确。根据高速轴上小齿轮的分布状况合理布置低速轴上大齿轮。3、 轴的结构设计 图5.3 低速轴结构简图1-2段与轴承配合，选用型号为1000084的深沟球轴承，取为3mm，轴承左侧通过套筒位，右侧通过壳体定位，轴颈为4mm；2-3段为了与高速轴的长度保持一致，取为5mm，轴颈为5mm；3-4段为轴环取为1mm；4-5段安装大齿轮并安装轴承，且配合轴承型号为1000086的深沟球轴承，轴承左端靠轴承端盖定位，右端靠套筒定位。齿轮左侧用套筒固定，右侧通过轴环定位，套筒高度低于轴承内圈的高度，否则不便于安装拆卸，且为了与小齿轮能够严格的啮合，取套筒长为2mm，轴颈为6mm。长度取为11mm；5-6段与轴承配合而要伸出壳体外与按摩头配合取为5mm，轴颈取为6mm。与轴颈配合的轴承型号选为100086深沟球轴承，5-6段取1mm的退刀槽。5.4轴的校核5.4.1蜗杆轴的校核1、 与电动机相连的蜗杆轴,蜗杆上的力可有蜗轮轴上力推出。 切向力： 轴向力： 径向力： 2、首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值，计算跨距为28mm。3、根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，计算支反力。由于蜗杆两侧均有蜗轮啮合，所以蜗杆两侧的径向力抵消，且轴向力方向相同，将轴向力简化到轴上后转矩也相互抵消，所以蜗杆轴弯矩为零 图5.4 蜗杆轴扭矩图4、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时通常只校核承受最大弯矩和最大扭矩的截面（即危险截面C的强度），0.6（式中的弯曲应力为脉动循环变应力。当扭转切应力为静应力时取0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时取0.6） 计算轴的应力 1 前已选定轴的材料为45号钢，由轴常用材料性能表查得=60MPa,因此故安全。5.4.2高速轴的校核1、计算高速轴的上的载荷(上文已经求出）。 2、 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值，计算跨距为17mm3。3、 根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。 图5.5 高速轴扭矩图图5.6 高速轴弯矩图4、按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时通常只校核承受最大弯矩和最大扭矩的截面（即危险截面C的强度），0.6（式中的弯曲应力为脉动循环变应力。当扭转切应力为静应力时取0.3；当扭转切应力为脉动循环变应力时取0.6） 计算轴的应力 前已选定轴的材料为45号钢，由轴常用材料性能表查得=60MPa因此，故安全。5.4.3低速轴的校核1、计算轴上载荷 2、 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值，计算跨距为16mm。3、 根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图图5.7 低速轴弯矩图图5.8 低速轴扭矩图(负号表示方向相反）按摩头连接轴处存在的扭矩所以。4、按弯扭合成应力校核轴的强度 计算轴的应力 1 前已选定轴的材料为45号钢，由轴常用材料性能表查得=60MPa，因此，故安全。5.5轴承的校核5.5.1蜗杆轴承的计算 因为蜗杆上支反力为零，所以轴承必定安全，不需要校核。5.5.2高速轴轴承的计算在前面计算蜗轮轴时采用1000086号深沟球轴承，其主要参数如下：基本额定静载荷： 基本额定动载荷： 由上可知右端轴承所受的载荷与左端轴承相差不多，所以对受力较大轴承进行校核，如果该轴承满足要求，则另一端端轴承必满足要求。（1）：求比值轴承所受径向力 (2)查表得，X=1，Y=0，取 1。则 （3）：验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为（工作时间）根据公式（对于球轴承取） 所以所选的轴承满足要求。5.5.3低速轴轴承的计算在前面计算低速时采用1000084号深沟球轴承和100085号深沟球轴承，按照承受能力较小的轴承计算，其主要参数如下：基本额定静载荷： 基本额定动载荷： (负号表示方向相反） （1）求比值轴承所受径向力(2)查表得，X=1，Y=0，取。则 （3）验算轴承的寿命按要求轴承的最短寿命为（工作时间）根据公式（对于球轴承取）所以所选轴承满足要求。5.6校核键连接的强度轴和轮一般7级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键连接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A）型。 毂的材料都是铸铁，键的材料为钢，由表查铸铁的许用挤压用力3取中间值，。 键的工作长度取为4mm，键与轮毂键槽的接触高度 。由式可得： 3同理低速轴上的强度为 3故各键均满足要求。6按摩头的设计6.1按摩头外包覆层的选择按摩器的工作性能即舒适性直接取决于工作时人体的舒适性，按摩器中的按摩头与人体接触界面是影响舒适性的一个重要因素，它主要取决于按摩头上包覆层的配置。在按摩器的使用过程中，人体与按摩头不能够直接接触，必须增加耐磨层和软垫层，其中耐磨层可用耐磨网布，避免按摩头在使用过程中与衣物缠绕。海绵厚度对按摩器的使用性能要求很大，软垫层使用海面层来分散按摩头的压力，随着包覆层中的软垫层的厚度的增加，按摩的舒适度也随之同时上升，但是当海面层厚度超过2cm时，过厚的海面层会导致按摩头对人体的压力过于分散，从而使按摩效果不明显。按摩器在颈部进行揉捏式按摩时，犹豫颈部较为敏感需要采用0.5cm左右的海面层。通过这些按摩触头的按摩手法可以对肌肉进行放松，起到促进血液循环、缓解神经紧张、缓解疲劳以及促进新陈代谢等功能。同时由于促进了血液的循环，对减少皮肤皱纹还很有帮助。6.2按摩头材料选择由于按摩头外已经选取各种包覆层，所以按摩头材料选择比较简单，选择强度够高的硬质塑料就可以。因为按摩头与包覆层接触，所以材料要求耐磨且具有良好的刚性，所以根据查阅相关资料选择价廉的POM塑料。POM （Polyoxymethylene）：聚甲醛学名聚氧化聚甲醛（简称POM） 又称赛钢、特钢。它是以甲醛等为原料聚合所得，是高密度、高结晶度的热塑性工程材料。具有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。聚甲醛是一种没有没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。聚甲醛是一种表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40- 100C温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化物性能。6.3按摩头结构的设计图6.1 按摩头结构图按摩部位每侧各有一个按摩头，各按摩头圆盘上分别有两个按摩触头，两个按摩触头相隔180度，按摩头每旋转一周，每个触头旋转360度。每个按摩出头底部均通过类似于加强肋板的结构连接，这样可以进一步提高按摩头的强度。7整体结构及控制调速电路设计7.1调速装置的设计对于机械装置的传统调速装置主要通过改变传动参数来实现，如改变齿轮传动比，但本设计采用这种方式显然操作不方便而且空间结构会很大。此外还有利用变频器通过调整电源频率来改变电机转速，从而改变按摩头转速，但本设计采用直流电源，不存在变频问题。故本设计的变速装置采用微型PWM调速器，直流电机调速器（PWM调速器）就是调节直流电动机速度的设备，由于直流电动机具有低转速大力矩的特点，是交流电动机无法取代的， 因此调节直流电动机速度的设备直流调速器，由于它的特殊性能、常被用于直流负载回路中、灯具调光或直流电动机调速，直流电机的调速方案一般有下列3种方式：1、改变电枢电压；2、改变激磁绕组电压；3、改变电枢回路电阻。 最常用的也就是本设计可以采用的方式是调压调速系统，即1（改变电枢电压）。HW-1020微型调速器就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器。它可以满足体积小调速方便的需要。7.2外壳材料的选择按摩器外壳可以用廉价金属制造便可以满足要求，但是金属外壳会对电路的控制产生一定的影响，所以选择塑料外壳，选用性价比比较好的聚苯硫醚（PPS），其性能如下：PPS，中文名称叫聚苯硫醚。它具有硬而脆、结晶度高、难燃、热稳定性好、机械强度较高、电性能优良等优点。PPS是工程塑料中耐热性最好的品种之一，热变形温度一般大于260度、抗化学性仅次于聚四氟乙烯，流动性仅次于尼龙。此外，它还具有成型收缩率小（约 0.08%），吸水率低（约0 .02%），防火性好、耐震动疲乏性好等优点。7.3整体结构的设计按摩器的电动机、各传动轴等均装在壳体内，按摩头装在壳体之外。为便于使按摩器的按摩部位与人体接触，不用人为控制按摩器的工作，在按摩器外部包裹一层与人体贴合的包布层，整个包布层覆盖颈部上侧，并通过肩颈部，穿过腋下最后连接在背部，用粘扣带固定，而且可以适当的调节粘扣带粘扣位置来改变按摩头对颈部的压力，用户可以根据自己的需要调整，但不能过松或过紧以免按摩没有效果或力道过重。这样使整个按摩器装置固定在颈部。直流充电电池和控制电路安装在肩部前侧以便于使用者进行控制。在按摩器外壳上要留有散热的通风口，用彼此平行的缝隙组成。而且还要留有与电池连接的充电器接口。图7.1 按摩器外形图7.4控制电路的设计按摩器的控制部分固定在肩部前侧，包括电源开关、正反转按钮、力度调节按钮。控制部分的控制电路图如下： 图7.2 控制电路示意图 按下开关可以使按摩器运行，本控制装置中有正反装按钮，按下正反转按钮可以使按摩头向相反方向转动。调速器设有两个档位，一个“强”档，一个“弱”档。7.5使用注意说明 （1）本颈部按摩器以模拟人体手部按摩，通过机械转动促进人体按摩部位的肌肉放松，促进血液循环，加速新陈代谢、并调节中枢神经从而达到健身，理疗的目的。但是只能用于舒缓人体颈部长期劳累造成的疲劳，主要针对长时间伏案工作的人，尤其是电脑使用者。并不能到达医疗的目的，所以本设计主要应用于按摩保健领域，若有颈椎病患者使用本按摩器并不能达到治疗疾病的效果。 （2）在使用前一定要检查按摩器的导线、插头、外壳等是否完好，使用电压与市电压是否一致。 （3）每次使用按摩器时间一般最多30分钟。若在按摩过程中或在按摩后，身体感觉不适，应暂停使用。 （4）根据需要，选择开关“强”、“弱”位置，开始使用时，可先把开关调至“弱”档，待按摩少许时间后，若无不适感觉，可调至“强”档。 （5）若按摩时出汗大多，应用毛巾擦干后再按摩，这样即安全，效果又好。 （6）不宜在洗澡时以及较潮湿的地方使用按摩器以及对按摩器进行充电，也不要让水溅到按摩器上，以兔发生电击的危险。 （7）在按摩过程中，如出现按摩头不动、剧振松脱或响声过大等不正常现象，应立即关掉开关，仔细检查