漫步机设计.doc

工业设计 AP0708617 林武聪机械设计基础课程设计说明书室外健身设备之漫步机指导老师：崔敏学号：AP0708617设计者：林武聪目录一、设计题目：室外健身设备漫步机设计3二、产品介绍4三、计算轴的受力，进行强度校核5四、滚动轴承的选择9五、结构说明与材料选择10六、设计总结12七、零件附录13一、 设计题目：室外健身设备漫步机设计1. 设计要求1) 设计用于锻炼全身协调能力、腰部肌肉和下肢力量的设备。2) 连续前后摆动，载荷较平稳。3) 使用期限较长，适合批量生产，能经受室外多种环境因素，无须经常性维修。2. 原始数据参考图片名称：漫步机15二、 产品介绍1 使用特点漫步机为使用方便、简易的健身器材，具有塑身、提臀等多种效果；一机多功能，脚部做滑步运动，手臂配合做摇摆运动。消除腹部多余的脂肪，塑造您健美的曲线。此外，对于膝关节、髋关节及腿部疾病有一定康复作用。锻炼方法：双手握紧把手，脚踏踏板上，两脚前后交替自然摆动，进行漫步动作。使用漫步机锻炼，宜采用“慢小快大慢”的循环方式，一般以3分钟为一组，做一组休息12分钟，每次35组。注意事项：a. 漫步摆动幅度不宜过大，两腿间夹角保持在100130度最合适，以免伤害；b. 儿童不宜选用该器械； c禁止双脚站在漫步机一侧或同时使用同一漫步机。2 结构及设计特点运动简图左摆极限 右摆极限 实体 支架 等高线 摆动轨迹3 维护及保养：a. 器材上使用的轴、螺栓、滚动轴承等位，应定期进行润滑处理，以提高器材的使用寿命。例如:涂覆或浸入油脂等；b. 对人体接触的部位，应注意磨损程度，以确保您的人身安全。三、 计算轴的受力，进行强度校核假设：成年男子的平均体重约为70kg（女子与小孩可不予考虑计算），计算取值100kg作分析。步行速度约为6075cm每秒，跑步平均速度为56米每秒，这里取后者列入计算。已知条件：两踏板受力为100kg，人对踏板施加一运动均速度，其大小为5米/秒。轴A材质为45号钢，直径为4mm。试校核轴A强度是否符合设计要求？ 分析：杆件从C处转到C （左极限）处，经过角度为X，轴A所受力可分解为切线速度形成的力F =mv2/r、向心力Fr 和所受重力G。计算中，为预防零件松动、使用者单脚操作等情况，将人、踏板、连杆AC、连杆BD的质量列入质量m作计算。踏板CD、连杆AC、连杆BD材料为45号钢，详见图1。图1 由软件分析结果有： 所求物体重量：m物=（4.9616844+2.8594515+4.9302813+1.2382391*10）kg = 25.1338082 kg 取整数值26kg，以补偿其他小零件的质量，简化计算。图21） 轴力计算：如图2所示，当其运动到C点处时，A点受力最大。其大小为Fmax=mv2/r+G=m(v2/r+g)计算：m=m物+m人= ( 26 + 100 ) kg= 126 kg v = 5m/s g取整数值10 N/kg r = 60cm = 0.6m求值： Fmax= m(v2/r+g)= 126*(52/0.6+10) N= 6510 N 2) 强度计算图3建立坐标系yAx，画出悬臂梁AB的计算简图。 假想离A端x的-截面处将梁截开，留左段研究。 列平衡方程（以截面形心C为矩心） ，求Q和M： 得到任意截面上的剪力 QF。得到任意截面上的弯矩 所以，梁内的最大弯矩：代入数据，求得：剪力：Q = Fmax = 6510 N最大弯矩：Mmax = Fmax * LAB = 6510 * 0.09 N.m= 585.9 N.m 计算可得：A、切应力 = 6510 N/（0.04m*0.06m） = 2712500 Pa = 2.7125 MPa 查表知，45号钢的许可切应力高达80 MPa ，远大于实际受力情况，符合设计的抗剪强度要求。B、查表知，实心圆截面的抗弯截面模量为WZ 0.1d3 ( A轴直径d=0.04m)45号钢的弯曲许用应力为 ：w = 220MPa Mmax / WZ = 585.9 N.m / 0.1 * 0.043 m3 = 91546875 Pa = 91.546875 MPa 220MPa = w符合抗弯强度条件。综合A、B的计算可知，材料为45号钢、直径为4 cm的 轴符合设计要求。同理，可校核长轴的材料强度。（由图2可知长轴受力没有短轴大，此处可忽略不计） 四、 滚动轴承的选择1. 根据要求，所选的低速轴直径为40 mm ，施加在轴上的垂直方向力最大为Fmax = 6252N。查表得知，代号为6008的轴承 d = 40 mm ，能承受的基本额定动载荷、额定静载荷分别为17.0 KN、11.8KN，符合强度要求。2. 为了防止滚动轴承的左右移动，在其内侧放置一扣环。材料为45号钢，具体参数如下：五、 结构说明与材料选择1. 连接方式：连杆之间以铰链连接，轴与端面为过盈配合。2. 滚动轴承置于轴之上，安装扣环是为了防止滚动轴承的径向滑动。挡板直径与圆面一致，作为拧紧螺栓的受力面。3. 由于滚动轴承的速度较低，所以可用脂润滑。查2表7-2，选用钙基润滑脂（GB/T 491-1987），代号为L-XAMHA1。 4.选材说明 机架采用60mm600mm高、壁厚5mm 和 60 mm1000mm高、壁厚5mm 以及80mm200mm高、壁厚20mm 的45号钢管（管材质量符合BS1387-1985标准要求，技术标准符合BS1387-1985要求）；焊接采用氩弧焊及CO2气体保护焊(符合GB/T 8810-1995要求)。整体加工成型后经除油、磷化、抛丸处理，表面喷涂户外环保聚酯喷末涂料，高温固化，表面光滑，抗紫外线，色彩鲜艳，不易脱落。 踏板和横板采用5mm的45号钢板压铸成型（符合GB/T 11352-1989要求）。采用氩弧焊及CO2气体保护焊的焊接方式连接成型。连杆和扣环用材也为45号钢。轴承采用深沟球轴承(符合GB/T 276-1994要求)，轴承代号为6008。螺栓采用不锈钢316#材质（符合GB/T1221-1992精度标准要求）其型号以及尺寸如下图所示：六、 设计总结通过设计，该漫步机具有以下特点及优点：1）能满足所需的摆动要求齿轮传动能实现稳定的传动比，该减速器为满足设计要求而设计了121.36的总传动比。2）轴具有足够的强度及刚度 所选数据皆为较大数值，具有代表性，且通过软件分析将设备本身的质量加入计算，求得的应力值远小于许用应力，强度等性能得以保证。3）设计尺寸符合人机学要求 各部件尺寸参考人机工程学数据，符合大多数人的使用要求，踏板的大尺寸底面积和竖起的边缘，有利于脚的摆放，防止使用中因脚的移动造成隐患。4）安全性能和使用性能护盖和扣环的合理使用，既能防止使用者接触