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健身器材的设计及仿真摘要随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意识逐渐 增强，健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可以锻炼身体的作用。本文设计的健身器材包括整体机架结构、背拉锻炼机构、腿部锻炼机构和扩胸锻炼机构组成。首先本文对健身器材的方案进行确认，然后利用三维SOLIDWORKS完成健身器材的三维建模，并导出二维工程图，最后利用SOLIDWORKS对三维器材进行运动仿真。关键词：健身器材，运动仿真，三维建模AbstractWith the rapid development of city economy and improve the peoples living standard, city residents health consciousness gradually strengthens, fitness has become an important part of peoples daily life. Emergence of fitness especially indoor fitness equipment to remain within doors can also exercise the role.In this paper, the design of fitness equipment including the whole frame structure, the back leg exercise training institutions, training institutions and chest expansion mechanism. First of all this paper confirm of fitness equipment, 3D modeling and 3D SOLIDWORKS fitness equipment, and the output of engineering drawing, finally the use of SOLIDWORKS to carry on the movement simulation of 3D equipment.Keywords: fitness equipment, motion simulation, 3D modeling目录摘要IAbstractII第一章 引言11.1 课题研究的目的及意义11.2健身器才国内外的现状11.2.1国内的研究现状11.2.2国外研究现状31.3 课题设计思路31.5 课题设计结构3第二章 健身器的总体设计方案52.1健身器的组成及各部分关系概述52.2 设计要求52.3 总体方案拟定5第三章 健身器整体结构的设计73.1 配重的设计73.2 滑轮的设计83.3钢丝绳的设计93.4 底座的设计93.5 上横梁的设计93.6 上横梁的有限元分析103.6.1 上横梁零件的三维建模103.6.2 确定材料103.6.3 添加夹具113.6.4 施加载荷123.6.5 生成网格123.6.6 运算求解133.6.7 分析结果输出143.7 其他零件的设计16第四章 健身器三维造型的设计174.1 Solidworks软件简介174.2 零件建模194.2.1上横梁三维建模的形成194.2.2 配重的三维建模形成194.2.3其他零件的三维模型造型204.3零件装配204.4三维向二维的转换23第五章 健身器材的仿真265.1机构仿真的作用265.2机构仿真类型265.3机构运动仿真步骤265.4 机构功能265.5 本章小结27第六章 结论286.1 本论文所取得的结果286.2 技术展望28参考文献29致谢31IV第一章 引言1.1 课题研究的目的及意义伴随中国经济实力的快速增长，生活节奏不断加快、工作压力日益增加，多数人群处于亚健康状态，越来越多的人开始意识到“健身”和“锻炼”的重要性；上海体育科学研究所的一项社会调查统计表明，在12000名接受访问的人群中，有65%的人表明自己有需要或正准备购买健身器材。可见人们对通过锻炼健身来达到减压、塑身的愿望越来越强，全民健身热潮正日渐兴起。健身队伍的不断扩大必然引起对于健身器材的巨大需求，据统计资料，自2006年以来中国体育用品工业企业实现累计工业总产值年均增长速度在16%以上。但在消费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费仍然很低，这对国内健身器材厂商的设计、生产能力提出了更高的要求。通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。1.2健身器才国内外的现状1.2.1国内的研究现状近几年来，中国健身产业逐渐形成，全国健身俱乐部每年在以1000家的速度递增，北京健身俱乐部以每年30家的速度递增。2007年，全国俱乐部约2500家，北京有465家，民营资本在整个健身产业占据了90%的份额。2007年中国健身市场规模为100150亿美元，开业2年以上的俱乐部2007年会员人数比2006年同比增长了48%。2008年奥运会之后，国内健身俱乐部数量急剧增长，虽然没有具体的数据但是可以肯定的是具有一定规模的中国健身俱乐部的数量已经达到了3400家以上。从政策角度来看，由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉动内需、刺激经济发展的政策，有望得到政府的进一步支持。同时，一个需要特别注意的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步从被动的治疗性向主动的预防保健型转换，这也预示未来的健身娱乐市场必然向科学保健、运动和娱乐合理搭配的方式发展。从经济角度则主要分为三大类，分别是低档器材、中档器材和高档器材。握力器、拉力器、哑铃等是价格便宜的健身器材，此类低档健身器性能单，结构简单，使用方便，多在百元以内，而且也是大多数消费者家中必备的健身器材。其次是中档健身器，如跑步机、健身车、划船器等，价格多为千元以下。这类健身器的结构比较复杂，某些性能也已达到较高水平，而且占地面积较小。还有一种是高档健身器，如多功能跑步机等，这类健身器具备跑步、划船、蹬车、旋转腰部、俯卧撑等多种功能，价格比较昂贵，大多在千元甚至万元以上，且占地面积较大。而从消费角度来看，城市居民对体育用品的消费已经从低档为主向中高档方向发展，农村居民尤其是已经进入小康生活标准的农村地区，对中低档体育用品的消费也将逐步形成新的需求。随着农村地区收入的增加将使健身市场的潜力变成现实，中国健身器材市场的年销售额逐年增长，中国人对健康的关注正在形成一个黄金市场。虽然健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来了浓厚商机，但是行业存在的产品伪劣、夸大宣传等不良现象也成为了制约行业发展的棘手问题。据中国社会调查事务所的项调查显示：83%的人认为国产健身器的质量问题是制约消费者购买的主要原因。对般家庭来说，追求性能优越、质量可靠、经久耐用，是消费者的共同心愿。然而，目前市场上销售的些健身器功能不齐全、部件易损坏的现象相当严重。目前，我国已有众多健身器材生产企业，世界上几乎所有的普通健身器材类型，中国企业都在生产，并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的健身器材在国际市场上占据了约60%的份额，出口交易额达20亿美元，出口已逐渐成为我国健身器材产业发展的方向。健身器材市场分为家用以及商用市场两部分，人们对于健身器材，特别是家用健身器材的需求也日益增加，因此家用市场的规模也远较商用市场规模大且增长快。 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。在消费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费还很低。这也意味着，我国健身器材行业仍有很广阔的发展空间。总之，体育健身产业在我国还属于正在成长期的新兴产业，它是一项前景广大的朝阳产业，具有巨大的市场潜力。如何才能巧妙地利用自身优势和独到的眼光来分好这块蛋糕，则需要国内健身器材工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出健身器材统一的技术安全标准，加强售后服务。只有这样才能在新形势下立于不败之地。1.2.2国外研究现状一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观。1994年，英国家庭体育消费为130亿美元，意大利为94亿美元，西班牙为81亿美元，德国为640亿马克。1996年法国家庭体育消费为462亿法郎，占整个体育消费的49%。相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的2001年中国群体体育现状调查报告，我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为397.42元，其中用于购买家庭健身器械平均为92.09元，表明我国家庭健身器械的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看，美国人口2.81亿，其跑步机一年的销量为300万台；韩国人口4600多万。2002年跑步机销量为100万台；而中国拥有13亿，跑步机一年的销量仅在20万台左右，目前跑步机在中国家庭的普及率仅为1%。虽然近年来，我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。从国际视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长，却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大。1.3 课题设计思路1） 参考所有与健身器产品相关数据，了解整个健身器的整机系统的组成。 2）健身器整机方案的确认。3）健身器整机的设计计算，并对主要零部件进行设计校核。4）健身器整机三维建模。5）健身器整机仿真1.5 课题设计结构本文以健身器项目作为应用背景，对其机械结构进行了研究。全文共分为六章，各章的主要内容如下：第一章前言部分，主要介绍健身器的研究现状和课题研究的目的及意义；第二章对整个健身器的整机方案进行确认，包括传动系统，驱动系统等确认。第三章完成整个健身器的设计计算；第四章对健身器进行三维建模；第五章对健身器材进行仿真第六章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。第二章 健身器的总体设计方案2.1健身器的组成及各部分关系概述健身器主要由传动系统和执行系统组成。 执行系统：执行系统是健身器实现健身目的的操作件。传动系统：完成各个动作的传动部件。2.2 设计要求根据健身器械的要求，作品应满足一下要求： 1）只能提供单人锻炼，但为多功能器械； 2）安全可靠，工作平稳，无噪声；锻炼量可调节，每级10kg，操作方便； 3）设计合理，解决目前市场上健身机械的设计不足 ，并便于生产制造； 4）外型美观，采用拼装结构，便于包装运输； 5）选材合理，经济性能好，外形美观。2.3 总体方案拟定因为本健身器的要求是多功能，所以本次设计的健身器采用如图2-1所示的结构形式：图2-1 健身器原理图本次设计的多能健身器，它虽然只提供单人健身锻炼但是他提供了多项功能。本次设计的单人多功能健身机可以提供一下三种锻炼：腿部锻炼，扩胸锻炼，以及人站立手拉拉杆的锻炼。这三种功能集成起来，就会使得器械整体比较协调，而且看起来特别美观（锻炼的机构分别在器械的上面，中间，和下面），这样就可以锻炼的多块肌肉如：胸大肌，腿大肌，趾长肌，肱二头肌，肱三头肌，斜方肌，三角肌，背阔肌等肌肉。第三章 健身器整体结构的设计3.1 配重的设计由于配重在锻炼的过程中或多或少的会产生噪音，我在此套用了一种比较简单的方法，且又便于维修;在配重下面做一个凹槽，这样就使得噪音大大的减少同时由于安装留有一定的空隙，便于以后的维修。除此之外它的互换性特别的好。 配重在器械中的性能也占有举足轻重的位置，对他的设计考虑有以下几点要求： 1）在锻炼的时候由于配重忽上忽下的运动会有很大的撞击，因此，在设计配重的时候，市场上常用的方法是在配重的周围用注塑机包裹一定厚度的橡皮。这种做法有一定的缺点，对于小批量的生产很不适合会造成成本的提高，而且也不便于维修，一旦外表面的橡皮经过多次撞击和老化以后，就很容易坏掉和脱落，一旦橡皮脱落以后噪音和冲击就来了，这样影响配重的使用寿命，而且巨大的噪音影响锻炼者的心情，而且还不便于维修，这样，配重就相当于报废了。 2）配重在导向杆中上下滑动，导杆选用硬铬棒，表面硬度和光洁度都较好。 3）市场上大部分配重是每块5kg，一般情况下人们的锻炼时候的力量不会超过65kg，所以在这方面依然采用市场上的数据。 4）据调查发现，在损坏了的材料中几乎都是由于太脆开裂而报废的，由于这些配重都是用HT105(灰口铸铁)铸造而成的，而铸铁的缺点就是韧性低，质脆。这样一来就使的配重跟容易在锻炼时开裂而报废。综合市场上的调查分析，我做了如下改进：为了便于维修，我采用橡皮包裹的配重，我在配重下面开一条凹槽，这样就有利于产品的维修。 在设计配重时，我还专门设计了第一块配重（就是安装在最上面的那块配重），由于吊杆要吊起配重，使用一销将配重与之连接起来，所以配重一和吊杆要有安装关系我在这里用一螺钉使得配吊杆在配重中有个准确的位置，主要是限制吊杆的旋转运动，这样锻炼者在选择力量的时候就方便多了。本次设计的配重如图3-1所示：图3-1 可调配重设计图3.2 滑轮的设计滑轮在整台健身机械中的作用：滑轮在器械中承担着钢丝绳的导向及减少摩擦的作用，由于整个滑轮的受力不是很大，可以采用铸造的办法获得，也可以使用冷冲压后焊接的办法获得，滑轮在此台器械中主要受压应力的作用而且一般不会超过6500N, 然而一般钢材的受力都大于此数值，所以强度不是重点考虑的问题，同时由于滑轮的运动都是围绕中心运动，所以我设计在里面加一个轴承，由于滑轮，轴承，及夹座三者之间有一定的配合关系，这样使得中心孔不易磨损。并且在转动的时候摩擦也减小了，从而保证了滑轮的使用要求和使用寿命。采用两个上面的组装起来即可。这样适合如果大规模生产，可以采用冲压工艺，通过落料形成，然后在中间放上轴承厚用铆钉或螺栓连接就可以这样的生产方法有许多优点：首先选材保证了他的强度，同时用料省，加工简单，成本低，加工精度高，生产效率高，但不适合小规模生产，原因是现在磨具的设计制造费用相当昂贵，它大致工艺为，下料，成型，冲孔等,这样就降低了成本。3.3钢丝绳的设计根据机械设计手册知道，钢丝绳的公称直径 (3-1)式中C为选择系数，S为最大静压载荷选择系数的计算公式为： (3-2)式中n为安全系数，k为折断系数，为钢丝绳的充满系数其中的算法为初选钢丝绳的抗拉强度为167MP，取安全系数值为6级，k=0.82, =0.46代入公式的c=0.110根据手册c取0.114代入其中=1300N算的D=2.9取整D=3，所以选择的钢丝绳为钢芯钢丝绳（GB/T8918-1998）,标记为3NAT6X21S+IWR16708Z5.39钢丝绳的直径为3mm,滑轮是安装在滑轮座里面间隙只有2mm单面间隙为1mm，这样既可以保证钢丝绳不会卡在滑轮座里面，保证钢丝绳在使用过程中的可靠度。3.4 底座的设计底座的设计特别的重要，它关系到整台机械的使用性能。它是支架，配重和立柱及导向装置的安装基础，所以它的强度要高，结构要扎实。在设计底座时，必须先考虑底座的受力情况，由于底座上安装左右立柱，支架，导向装置，及上支架配重等。为了拆装的方便，这些部件均采用对称安装，同时可以简化底座的受力情况。参考健身器装配图可知，底座主要是受其上面型材的重力。综上所述，采用5050方管和材料为Q235型号的花纹板材，组合而成。3.5 上横梁的设计上横梁设计的核心是材料的选定，材料的选定决定了背拉机构及机架的使用性能，安全性能和它的寿命。一般情况下，太好的材料强度较高，硬度也会相应提高，这样对机械加工会链来较大的困难。尤其是对健身器械来而言，大部分的钢材都是选用型材及板材。为避免所选材料造成太大的浪费和给加工链来的一些麻烦，所选材料应该是在考虑满足性能要求的情况下同时尽可能购买周边的材料，这样可以减少运输费用，降低设计和制造成本。本文设计采用5050方管。3.6 上横梁的有限元分析首先，对上横梁的主体结构进行三维建模。完成三维建模后，再对相应部分进行有限元分析。由于上横梁的螺栓、立板、滑轮等零件无需单独进行受力分析，而且如果对上横梁整体结构进行静态分析，将会产生庞大的数据，系统的计算时间将会持续几天甚至更多。所以为了使计算更加精确，缩短系统计算时间，我们在这里只对上横梁主体进行分析，即直接将上横梁主体分离出来单独进行静态分析，以确保系统的强度和稳定性。上横梁有限元分析的具体步骤如下：3.6.1 上横梁零件的三维建模 利用SOLIDWORKS软件对上横梁零件进行三维模型，这个的具体绘图过程就不一一详细描述。得到的三维模型如图3-2所示。 图3-2 上横梁模型3.6.2 确定材料 零件的反应取决于其所构成的材料，程序必须知道零件材料的弹性属性，通过从材料库选择材料来给零件指派材料。由于上横梁承受重量大，上横梁主体会受到较大的压力和拉应力，所以上横梁材料选择普通碳钢。但在用Solidworks Simulation对上横梁进行应力分析时，由于材料库没有这一材料，因此选择近似的材料碳钢，具体选择如下图3-3所示。 图3-3 材料选取 3.6.3 添加夹具在夹具选项卡中，可以定义固定约束。每个约束可以包含多个面。受约束的面在所有方向都受到约束。必须至少约束零件的一个面，以防由于刚性实体运动而导致分析失败。在对上横梁主体进行应力分析前，首先要确定其夹具固定的部分。如图3-4所示，选择上横梁两导杆安装孔为固定端，即模拟夹具夹住上横梁两孔部分。图3-4 添加夹具3.6.4 施加载荷上横梁我们设定载荷为120KG，即为1200N。在载荷选项卡上，可以应用力和压力载荷至模型的面，可以应用多个力至单个或多个面。由上横梁实际工况得出其受力情况见图3-5 图3-5 上横梁竖直方向施加载荷3.6.5 生成网格接下来需对上横梁划分网格。实体模型的网格化由两个基本阶段组成。在第一阶段，网格器将节放置于边界上，此阶段称为曲面网格化。如果第一个阶段成功，网格程序开始第二个阶段，将在内部生成节，以四面单元填充体积，并将中侧节放置于边线上。在实际操作中，我们先要选择网格的参数，如图3-6所示，将网格密度设置为良好。选择好网格参数之后，对上横梁模型生成定义的网格。图3-6 上横梁网格化 3.6.6 运算求解网格化参数后点击运行，软件开始自动对算例进行计算分析，求解过程如下图3-6所示。 图3-7运行算例分析当运行结束后，就可以得到上横梁模型应力、应变、位移和安全系数等各项参数的有限元分析结果。3.6.7 分析结果输出Simulation的结果选项卡中生成的图解可以生动形象的表现出上横梁各部位的应力应变情况、位移情况及安全系数情况，如图3-8所示。结果选项卡的第一个屏幕显示上横梁所有位置的最小安全系数。标准工程规则通常要求安全系数为 1.5 或更大。对于给定的最小安全系数，Simulation程序会将可能的安全与非安全区域分别绘成蓝色与红色。上横梁主体部分有限元分析的应力、位移、应变及安全系数分布云图如图3-9至3-12所示。图3-7 输出结果图3-9 安全系数图3-10 位移分布图图3-11 应变分布图图3-12 应力分布图由图3-9可知，上横梁在工况载荷下，施加载荷时候的最小安全系数是1.26，。根据图3-12所示，上横梁的屈服力大约为220MPA，而所用材料的抗拉强度为490MPA，完全符合设计要求。其它横梁结构都采用有限元分析发分析，这里就不一一介绍。3.7 其他零件的设计对于其他零件的设计，如海绵防护体，坐垫及靠垫，这些均通过工厂定做，这些东西设计尺寸要求不是很高，只要使锻炼者感觉到舒服就可以了，垫子选用黑色，并用螺栓或螺钉与支架连接，其中钢丝绳的长度具体由安装时确定。第四章 健身器三维造型的设计4.1 Solidworks软件简介首先我要对Solidworks进行介绍一下，它是一种先进的，智能化的参变量式CAD设计软件，在业界被称为“3D机械设计方案的领先者”，易学易用，界面友好，功能强大，在机械制图和结构设计领域，掌握和使用Solidworks已经成为最基本的技能之一。与传统的2D机械制图相比，参变量式CAD设计软件具有许多优越性，是当代机械制图设计软件的主流和发展方向。传统的CAD设计通常是按照一定的比例关系，从正视，侧视，俯视等角度，根据投影，透视效果逐步绘出所需要的各个单元，然后标注相应尺寸，这就要求制图和看图人员都必须具备良好的绘图和三维空间想象能力。如果标注尺寸发生变化，几何图形的尺寸不会同步变更；如果改变了几何图行，其标注尺寸也不会发生变化，还要重新绘制，标注，因此绘图工作相当繁重。参变量式CAD设计软件，是参数式和变量式的统称。在绘制完草图后，可以加入尺寸等数值限制条件和其他几何限制条件，让草图进入完全定义状态，这就是参数式模式。由于软件自动加入了关联属性，如果修改了标注尺寸，几何图形的尺寸就会同步更新。也可以暂时不充分的限制条件，让草图处于欠定义状态，这就是变量式操作模态。美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统，1993年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下，1998年开始，国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件，也从1999年开始，将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述（1） TopDown(自顶向下)的设计（2） DownTop(自下向上)的设计（3） 配置管理（4） 易用性及对传统数据格式的支持（5） 零部件镜像（6） 装配特征（7） 工程图（8） eDrawingSolidworks模形由零件，装配体和工程图等文件组成，没有生成零件之前的图纸称为草图。由2D，3D草图直接生成3D模形和工程图时，如果修改了草图的标注尺寸，其3D模形和工程图会同步更新；相反，如果修改了工程图的标注尺寸，其3D模形和草图也会同步更新。软件使用起来非常方便，大大减少了设计人员的工作量，提高了工作效率。通常，从打开一个零件文件或建立一个新零件文件开始，绘制草图、生成基体特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以从其他软件导入曲面或几何实体开始，编辑特征，生成零件和装配体工程图。这是常用的设计方法，也就是自下而上的设计方法。草图绘制从零件文件开始，对于一个新的产品设计，要首先建立零件文件。由于零件、装配体及工程图的相关性，所以当其中一个视图改变时，其他两个视图也会自动改变。SolidWorks2012允许自定义功能,选择菜单栏中的“工具”-“选择”命令,可以显示.定义”系统选项”和”文件属性”选项卡.SolidWorks2012可以自动保存工作.自动恢复功能可以自动保存零件,装配体或工程图文件的信息,在系统死机时不会丢失数据.如果设定此选项,则选择”工具”_”选项”菜单命令.在”系统选项”选项卡上,单击”备份”选项,选择”每(n)次更改后,自动恢复信息”复选框,然后设定信息自动保存前应发生的变更次数.SolidWorks2012具有很强的文件交换功能,可以输入,输出数十种文件格式,可以与AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等软件很方便地进行文件交换。SolidWorks2012在草图绘制模式及工程图中提供显示网格线和捕捉网格线功能。可将网格线与模型边线对齐，还可捕捉到角度。网格线和捕捉功能在SolidWorks2012中不太使用，因为SolidWorks是参变量软件，尺寸和几何关系已提供了所需的精度。4.2 零件建模4.2.1上横梁三维建模的形成在SolidWorks中，上横梁的形成比较容易实现，通过拉伸、旋转抽壳等指令，上横梁的三维模型如图4-1所示。图4-1 上横梁三维图4.2.2 配重的三维建模形成由于配重的三维模型比较复杂，运用了拉伸，切除，圆角，等特征，形成配重的三维模型。如图4-2所示图4-2 配重三维图4.2.3其他零件的三维模型造型另外，SolidWorks里toolbox里包含了各种传动件，螺栓，螺母，螺钉，轴承等数据，可直接调用输入自己参数即可。 轴承的建模，从toolbox中选择轴承，滚动轴承如图4-3所示图4-3 添加轴承由于背拉杆的三维模型比较复杂，运用了拉伸，圆角，旋转切除等特征，形成背拉杆的三维模型。如图4-4所示图4-4 背拉杆的三维建模其它零部件的三维建模这里就不一一描述4.3零件装配零件设计好了，可以将其在组建模式下通过一定的方式组合在一起，从而造成一个组件或完整产品模型。零件装配需要在专门的组件设计模式下进行。在SolidWorks2012 中，可以按照以下步骤来创建一个组件设计文件：单击新建按钮，打开“新建”对话框。在“类型”选项组中选择“组件”单选按钮，在“子类型”选项组中寻则“设计”单选按钮，在“名称”文本框中输入组件名称，清除“使用缺省模板”复选框，然后单击“确定”按钮。弹出“新建文件选项”对话框。从“模板”选项组的列表框中选择“mmns _SLDASM_design”，单击“确定”按钮。在组件设计中（装配设计），主要有两种主流设计思路，即自底向上设计和自顶而下设计。通俗一点而言，前者是将已设计好的零部件按照一定的装配方式添加到装配体中；而后者则是从顶层的产品结构着手，由顶层的产品结构传递设计规范到所有相关子系统，从而有利于高效地对整个设计流程项目进行协作管理。在组件设计模式下，系统允许采用多种方法将元件添加到组件，包括使用放置定义集（简称约束集）和使用元件界面自动放置等。通常元件放置根据放置定义集而定，这些集合决定了元件与组件的相关方式及位置，这些集既可以是由用户定义的，也可以是预定义的。用户定义的约束集含有0个或多个约束；预定义约束集（也叫连接）具有预定义数目的约束。约束放置是较为常用的装配方式。在 SolidWorks2012元件放置操控板的约束列表框中，提供了多种放置约束的类型选项，包括缺省、固定、曲面上的边、曲面上的点、直线上的点、相切、坐标系、插入、匹配、对其、和自动。在使用约束放置选项时，需要注意约束放置的一般原则及注意事项。例如，“匹配”约束或“对齐”约束的一组参照的类型要相同（平面对平面、旋转对旋转、点对点、轴对轴）；一次只能添加一个也是，譬如不能使用一个单一的“匹配”约束选项将一个零件上的两个不同的平面与另一个零件上的两个不同的平面配对，二必须定义两个单独的“匹配”约束；元件的装配需要定义放置约束集，放置约束集由若干个放置约束构成，用来组合定义元件的放置和方向。装配通过一个中心线重合，面重合或给定距离来配合圆弧曲面的零件。首先进行部装，在得到健身器的装配图，总装配图见下图4-5，4-6所示：图4-5 健身器三维装配体图4-6 健身器三维装配体24.4三维向二维的转换SolidWorks作为一套功能强大的计算机辅助绘图和设计软件，可以建立零件的三维实体图，三维装配体图及二维工程图，且大多数生产一线的工程技术人员对二维绘图软件，如autocad，caxa电子图版，等更加熟悉，而且二维软件在绘制，尤其是标注装配体，零件图时，具有独特的优势。所以，充分利用SolidWorks和二维图之间的转换，把SolidWorks自动生成的工程视图与二维软件的标注结合起来，达到“以二维之长补三维之短”的目的。一下是三维建模生成二维工程图的详细过程。在SolidWorks中生成二维工程图。在SolidWorks中的新建模板中，新建一个工程图模板，打开工程图工具条，在工程图工具条中点击“新建”按钮，并在作图区域中单击右键，“从文件中选择”，确认要生成工程图的三维模型，并选择要形成工程图的视图方向；在绘制区域内单击左键，以确定图形位置，单击“确定，完成工程图的绘制，并将其保存为“dwg/dxf”格式的文件。如图4-7所示图4-7新建工程 选用标准图纸，或自定义图纸大小，如图4-8所示图4-8 选择图纸打开需要生成工程图的零件，并将其拖入此工程图。左键确定位置，继续移动鼠标，会显示鼠标移动方向的视图。从而确定所需工程图，如图4-9所示。图4-9 工程图创建此外，还可通过上方的工具来分析剖视图。也可标注此装配体的零件及其名称。因此图还将在CAD中修改，故在此未标注零件序号及名称。第五章 健身器材的仿真5.1机构仿真的作用利用SOLIDWORKS软件建立的机械系统的三维模型和力学模型， 在计算机上创建机械产品的电子样机，并对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析，预测产品的整体性能，在预测分析过程中发现问题，进而改进产品的设计，直至获得最佳设计方案。5.2机构仿真类型1、运动学仿真。2、动力学仿真。3、控制理论仿真。5.3机构运动仿真步骤1、创建零件模型。使用各种特征创建工具创建模型。2、组装零件模型。使用装配命令，组装零件模型，生成连接。3、运动仿真设置。按产品要求进行运动定义。4、仿真结果分析。对仿真结果进行分析保存。 5.4 机构功能1、 打开装配体，在界面中单击动画1，将所有时间归零，如图5-1所示，然后界定时间。图5-1 动画选项2、单击动画弹出“分析”对话框点击“新建”接受默认的名称选择分析类型为“运动学”输入运行时间为20接受下面所有默认的选项点击“运行”运行完后确定回到“分析”对话框关闭。3、点击进入“回放”对话框继续按弹出“动画”对话框按播放，察看运动情况4、最后对机构运动进行保存。5.5 本章小结本章主要利用SOLIDWORKS2012中动画仿真功能，完成健身器材的动画仿真，动画仿真能够更加直观的了解机构的工作过程。第六章 结论6.1 本论文所取得的结果1、完成了健身器了本体结构方案设计。2、根据健身器的设计要求完成了健身器整体方案的设计3、最后，运动三维软件SOLIDWORKS完成整体的三维装配。4、完成健身器材的动画仿真。6.2 技术展望此次多功能健身器的设计不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。通过本次设计我可以更加系统的了解多功能健身器方面的知识；能够加强多功能健身器结构设计能够加强多功能健身器功能部件的选型和设计计算；能够加强多功能健身器的方法和理论；能够检验自己能否将四年学习的理论知识转化为实际应用；能够培养自己自学和与人合作的能力。这次设计不但锻炼我的思维能力，还锻炼我的查阅资料获取有用信息的能力，通过绘制设计图纸，使我熟练的掌握了CAD和SO