蛙泳娱乐器设计说明书.doc

编号 2012年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第五届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛蛙泳娱乐器设计说明书参赛学生：卢晓文 张莹升 杨凯 米海川指导教师：黎烜 潘海兵华中农业大学（工学院）2012年4月前言摘要：以游泳教学、娱乐机械设备为研究对象。提出了一种可置于家中的、可实现蛙泳动作的陆地蛙泳娱乐机械。实验结果表明，该设备工作稳定，性能可靠，功能实现效果良好。关键词：蛙泳；娱乐；家庭作品内容简介本作品跟据本届机械创新设计大赛的主旨要求而设计，属于“家用机械、小型机械玩具类机械”。此娱乐器主体为金属框架结构，宽 cm，厚 cm，高 cm，净重 kg。该娱乐器可分为手动与自动两种模式。手动模式下，使用者通过俯卧于娱乐器上板面手脚协调作蛙泳动作可使娱乐器作前后上下运动，这一运动模仿了蛙泳时游泳者在水中的上下起伏动作；自动模式下，娱乐器将通过电机提供动力实现蛙泳动作，帮助使用者了解和学习蛙泳。该娱乐器，实现了人们在陆地“游泳”的娱乐需求，节省空间，节省水资源且娱乐性强。联系人：卢晓文联系电话MAIL： 目 录1.设计的目的和意义12.设计的目标和任务13.方案的比较和选择13.1总体思路以及与市场蛙泳娱乐器的比较23.2方案确定23.2.1方案一23.2.2方案二33.3最终方案确定44.机构设计54.1总体结构设计54.2连杆传动装置54.3手脚限位装置74.4保护装置计算校核84.4.1娱乐器高的确定94.4.2质量的计算94.4.3求解质心114.4.4总体转动惯量J13 5.零件设计（轴选择确定以及强度校核计算）145.1悬臂梁整体分析145.1.1床头轴直径强度校核155.1.2床尾轴直径强度校核165.1.3抗剪强度校核165.1.4轴的ANSYS分析175.2角钢的受力情况应变分析196.使用方法217.设计总结217.1方案的评价与成本估算217.1.1方案评价217.1.2成本分析217.2与相近产品的比较及主要创新点227.3应用前景22参考文献1 设计的目的和意义游泳的优点：1 游泳的趣味性对于人类来说水中的运动更具新鲜感，对于游泳爱好者来说游泳更是娱乐健身的不二之选。2增强心肌功能 人在游泳运动时，各器官都参与其中，耗能多，血液循环也随之加快，以供给运动器官更多的营养物质。血液速度的加快，会增加心脏的负荷，使其跳动频率加快，收缩强而有力。经常游泳的人，心脏功能极好。一般人的心率为7080次/分，每搏输出量为6080毫升。而经常游泳的人心率可达5055次/分，很多优秀的游泳运动员，心率可达3846次/分，每搏输出量高达90120毫升。长期游泳会有明显的心脏运动性增大，收缩有力，血管壁厚度增加弹性加大，每搏输出血量增加。所以，游泳可以锻炼出一颗强而有力的心脏。 3减肥 游泳时身体直接浸泡在水中，水的阻力大，实验证明：人在标准游泳池中跑步20分钟所消耗的热量，相当于同样速度在陆地上的1小时。由此可见，游泳，会使许多想减肥的人，取得事半功倍的效果，所以，游泳是保持身材最有效的运动之一。 4健美形体 蛙泳是四种泳姿里唯一以锻炼腿为主的，可以塑造好的腿型；蛙泳的双手运动相当于俯卧撑有利于塑造好的胸型；蛙泳可以锻炼背部力量。游泳的限制：游泳与其它类型的运动相比虽然更注重全身的协调运动，但其受场地限制不易推广，而且对于游泳初学者还有一定的风险性。设计目的及意义：根据游泳的优点及限制我们发明了蛙泳娱乐器，这是一款能在家中就可以让使用者享受游泳乐趣的机械。不仅可以模拟在水中运动时的阻力，更可以模拟蛙泳的动作，是家庭娱乐健身的不二之选。2 设计的目标和任务1）实现蛙泳的手脚动作；2）实现蛙泳运动时手脚协调同步运动；3）模拟在水中游泳时的前进及上下起伏；4）使使用者自己用力实现运动；5）使产品结构紧凑、外型美观；6）以电动方式实现泳姿校正。3.方案的比较和选择3.1总体思路以及与市场蛙泳娱乐器的比较目前，市场上娱乐器种类琳琅满目，但暂无比较成熟的蛙泳娱乐器。所以蛙泳健身器可谓是一个很大的创新。3.2 方案确定3.2.1 方案一1）地震波感应装置的选择2）传动制动装置的选择3）保护装置3.2.2方案二1）地震波感应装置的选择2）传动制动装置的选择（如图4所示）3）保护装置3.3 最终方案确定表1 方案对比分析实现的功能采用的结构实现情况加工工艺及成本方案一传动制动装置的选择方案二传动制动装置的选择4 机构设计 4.1 总体结构设计蛙泳娱乐器的总体结构以仿生原理，根据人体在蛙泳时的动作为根据。以滑块机构、摇杆机构、滑轮机构为主要运动机构。利用移动副、转动副、空间转动副等运动副实现了娱乐器的主要运动功能。4.2手脚运动模拟装置手部及腿部运动模拟装置采用转轴与轴承实现手臂与腿部的平面转动如图一空间运动环节手部模拟装置以两个分别为90度和180度的球头轴承模拟肩部关节运动如图二腿部模拟装置以一个转动副实现游泳时腿部的上下微摆如图三4.3传动制动装置蛙泳娱乐器的传动装置是一个由滑动轴承、金属板以及滑轨组成的滑块机构。如图五将滑块与手脚端的轴相连实现动力的传入，将滑块与绕过滑轮的钢丝相连以实现对地作功从而使装置摆动。如图六5 零件设计（轴选择确定以及强度校核计算）6 使用方法1）按原理图将蛙泳娱乐器组装好；2）将娱乐器的手柄及脚蹬调至平衡状态，使用者俯卧至上板。3）双手握紧手柄作划水状，同时双脚作蛙泳夹水动作；4）如使用者为初学者可打开开关引导动作。7 设计总结7.1 方案的评价与成本估算7.1.1 方案评价这款自动抗震床的传动装置采用的是平面涡卷弹簧提供动力的转轴机构，该传动机构能够保证在地震断电情况下瞬间启动且传动效率较高，作用于径向压力虽大，但质心集中在转轴线上，结构紧凑，噪声小，受冲击性能好，工作可靠；适应性强，能在高温、潮湿等恶劣环境下工作，且能保证工作质量；从经济性以及实用性上考虑平面涡卷弹簧提供动力的转轴传动的制造与安装精度要求相对较低，成本较低，从而为大批量生产时的成本压缩奠定了基础；该装置不仅外型美观，能在无地震时满足基本的生活需求，而且当地震来临时起到不可忽视的保护作用，实现了“实用与美观的”的统一。另外，由于装置由平面涡卷弹簧提供动力，无需外加能源因此是一台节约能源而且环保的防护类型机械，综合以上几点这款自动抗震床有不容忽视的市场前景。7.1.2 成本分析7.2主要创新点1）手脚协调运动，采用仿生原理，与真实蛙泳时的动作几乎完全一样；2）将手脚的空间移动转换成了单方向的前进后退及上下浮动；3）运动限位机构给手脚都规定了一定的空间运动范围从而实现了蛙泳动作校正；4）采用手动与自动并存提高了蛙泳娱乐器的趣味性和引导性。7.3 应用前景目前国内外尚无能够完全实现蛙泳泳姿的娱乐设备，蛙泳娱乐器实现了人们在家中“游泳”的愿望，节省了人们去游泳池、游泳馆带来的花费，减少了了水资源的浪费，实现了环保和节能的需求，而且达到了自动化预期目标,有很广阔的市场应用前景。 照片： 娱乐器的整体正面图娱乐器整体的侧视图2012年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第五届 全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛作品报名表参赛作品名称X蛙泳娱乐器作品类别家用机械、小型机械玩具R是否属慧鱼组：是/否R所在学校华中农业大学邮政编码430070参赛学校领队老师王树才 通讯地址华中农业大学工学院领队电参赛学生序号姓名性别专业班级联系方式（联系电话、通讯地址及邮编、邮箱，留一个同学的即可）1卢晓文男09机械化2班卢晓中农业大学工学院430070(邮编)X(邮箱)2张莹升男09机械化2班3杨凯男09机械化2班4米海川男10机制 班指导教师序号姓名性别职称联系方式（联系电话、通讯地址及邮编、邮箱，留一位