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多功能 健身器 设计

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多功能健身器设计,多功能,健身器,设计

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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）中 期 检 查 表学 院： 工学院 学生姓名李康成学 号200940614310年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师姓名全腊珍指导教师职称教授论文（设计）题目多功能健身器设计毕业论文（设计）工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题初步构思，主要机构的设计，主要运动机构参数的运算，部分零件图的绘制，设计说明书的目录和章节分部，计算和书写部分设计说明书，主要运动机构的材料强度校核。如何使运动机构的合理装配，设计图纸的绘制需要抓紧，装配图绘制，设计说明书的完整书写，机构的强度校核，运动校核等。指导教师意见 签名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）任务书学生姓名李康成学号200940614310年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称全腊珍教授学院工学院2012年12月3日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学校根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必需针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）毕业论文（设计）选题来源、选题性质和完成形式：请在合适的对应选项前的“”内打“”，科研课题请注明课题项目和名称，项目指“国家青年基金”等。（二）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（三）主要中文参考资料与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（四）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目多功能健身器设计选题来源结合科研课题课题名称：生产实际或社会实际其他选题性质基础研究应用研究其他题目完成形式毕业论文毕业设计提交作品，并撰写论文主要内容和要求主要内容：1、臂膀锻炼机构设计2、腿脚锻炼机构设计3、座椅设计4、支架设计要求：1、根据人体运动学和机械设计原理，设计合理可靠的多功能健身器。2、美观大方，经济适用。3、完成3张A0图纸（折合），并要求CAD绘制。4、撰写设计说明书，文字在1.01.5万字间，条理清楚，计算有据，格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求。5、设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献，鸣谢。注：此表如不够填写，可另加附页。主要中文参考资料与外文资料1徐学林主编.互换性与测量技术基础.长沙：湖南大学出版社.2005.2章宏甲等编.液压行动.北京：机械工业出版社.20003孙桓等编.机械原理.第六版.北京：高等教育出版社.20004濮良贵等编.机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，20015朱张校主编.工程材料.第三版.北京：清华大学出版社,20016哈尔滨工业大学理论力学教研室编，程靳等编.理论力学.第六版.北京：高等教育出版社，20027郁明山等编.现代机械传动手册.北京：机械工业出版社，19968吴宗泽主编.机械设计.北京：中央广播电视大学出版社，19989宫克多功能辅助运动器械的研究与应用J体育博览（研究版），2011（5）10王永强基于虚拟现实技术的多功能跑步机系统的研究与设计J信息科技,2010（5）11钱林宜建明朱宁飞多功能折叠举重床Z南通瑞升运动休闲用品有限公司专利公告号CN201871169U中国人民共和国国家知识产权局2011.06.22122011-2016年中国倒斜举重床行业当前现状及未来趋势发展预测报告R2011.1013周正元充电式四肢运动康复器的设计J常州信息职业技术学院学报,2010.214李国强电动跑步机电控系统的研制J控制理论与控制工程,200815矢禺家用健身器新主张J文体用品与科技,2006.1116张宏巍等多功能人体自重康复健身器的研究与技术开发J吉林化工学院学报,2009.2工作进度安排起止日期主要工作内容2012.11.062012.12.3选题、下达设计任务书2012.12.42013.1.07调研、查找资料、毕业设计开题2013.1.082013.01.25设计方案修订2013.01.262013.03.28设计计算绘图2013.03.292013.03.30中期考核2013.04.12013.04.30书写设计说明书，绘图，修改2013.05.012013.05.13预审、修改2013.05.142013.05.20答辩要求完成日期：2013年5月06日指导教师签名：审查日期：2012年12月04日专业委员会主任签名：批准日期：2012年12月05日学院指导委员会签名（公章）：接受任务日期：2012年12月05日学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。此表可从教务处网站下载中心下载。湖 南 农 业 大 学全日制普通本科生毕业设计 多功能健身器设计 MULTIFUNCTIONAL BODYDY-BUILDING DEVICE DESIGN学生姓名：李康成学 号：200940614310年级专业及班级： 2009级机械设计制造及其自动化(3)班指导老师及职称： 全腊珍 教授学 院： 工学院湖南长沙提交日期：2013年05月湖南农业大学全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告学生姓名李康成学 号200940614310年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称全腊珍 教授学 院工学院20 年 月 日毕业论文（设计）题目多功能健身器设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等，不少于1000字）健身产品设计调研报告一、调研总体说明关于健身产品的调研社会时代的飞速发展，让人们生活水平迅速提高。然而由于工作量繁多，生活节奏加快，各种由于身体没有得到有效锻炼而衍生出的疾病也在困扰的人们。没有时间去健身房，没有适合的健身场所这些都是身体得不到锻炼的问题根源。家用健身用品将解决上述烦恼。只需在家里，可以是睡前一点时间，可以在清晨起床后的一点点时间，使身体得到锻炼。健身产品就是用于身体锻炼的产品，例如哑铃、跑步机等都属于健身产品，依据用途分，它可以分为专业的和非专业的，按照空间分为户外的和室内的。此次设计属于室内多功能健身器材，可以让人足不出户便可得到身体各方位的锻炼。二、调研的内容和范围1、消费者调研实地访谈及网上访谈那些工作量大，空闲时间少的上班一族。人们还是很愿意接受只需在家里，可以是睡前一点时间，可以在清晨起床后的一点点时间，使用健身器而使身体得到足够锻炼的方式，这样既能增强体质，又能提高了免疫能力。2、网上调研家用健身器材的种类及功能单功能器械，常用的有划船机、健身车、健步机、跑步机、美腰机等。划船机主要用来增加手臂力量及动作协调。健美车锻炼时，像骑自行车一样，主要用来增加腿部力量，增强心血管功能。健步车主要用以锻炼腿、腰、腹部肌内及心肺功能。跑步机主要用以锻炼腿、臀、腰、腹部肌肉及心肺功能。美腰机可对腰部、背部作放松按摩。综合型多功能器：一般都包括扩胸器、引体向上、仰卧推举、仰卧起坐等器械的功能。扩胸器、引体向上、仰卧推举，主要是用来锻炼上肢力量及胸大肌力量；仰卧起坐，主要用来锻炼腰肌群，减少腰腹部多余脂肪。3、市场调研调研国内和国外知名健身器品牌现有产品，分析现有产品的功能，造型，材质以及价格。朗威仰卧板多功能弧形健腹板加长仰卧起坐腹肌板健身器材家用 saluko第八代 液压 左右摇摆踏步机 家用健身器材 加强版 踏步机 家用健身器材 加强版AB艾博家用动感单车健身车磁控 自行车健身器材三、调研实施1、理论调研课题研究背景以及意义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。然而在日常生活中难免有无法进行户外锻炼的日子。坏天气，应酬太多，工作时间等等都让人们无法每天在户外惊醒必要的锻炼。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。无论天气如何恶劣，无论白天黑夜只要拥有一台室内健身器便可以达到锻炼身体的目的。国内外健身器发展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。1944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，占整个体育消费的49。相比之下我们的体育消费就很低了，根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材平均为92.09元，表明我国家庭健身器材的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭拥有的健身器材的比例来看，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1000万台；而中国拥有13亿，跑步机一年的销量仅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，我们对于家庭健身器材的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。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，近几年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。2、消费者调研请见末页家用健身器材设计调研问卷四、总体分析 随着全民健身热的兴起，每个家庭的健身意识正在不断提高，不少家庭把健身器械购回家里，进行健身锻炼，以期达到健康身体，陶冶情操和家庭和谐享受的目的。因此，人们也越来越关心市场上各种各样的健身器械，着意进行比较和选择，挑选适合自己的家庭成员健身健美的产品，建立起自己的家庭健身俱乐部。其实，人们对自己拥有的健身器械的要求并不很高，总的来说有三点：一是效果明显；二是价格合理；三是外观好，占地小，噪音低。凡具有上述特点的家用健身器材就特别受消费者的欢迎。近几年，市场上流行的健身器材种类很多，但流行不一定受欢迎。有的健身器材功能单一，虽价格较低，但一般消费者认为并不划算；另外一些健身器材功能较多，但结构复杂，使用空间大，价格较高，大多数消费者又接受不了。所以真正能进入家庭的产品并不是很多。五、结论此次设计研究的目的就是为了研发出一种与现在市场上出现的健身器械不同的一部健身器。克服功能单一，结构复杂，使用空间大，价格较高的缺点，提高使用效果，价格合理，占地小，噪音低。设计的切入点虚拟健身，竞技健身，娱乐健身。设计的对象：工作压力大的中青年，产品使用环境：客厅或者较为宽敞的卧室，产品的基本功能：使用者使用后达到健身健美的效果。健身器材设计调研问卷您好，我是湖南农业大学大学大四学生，正在进行2012年毕业设计调研活动。为了完成此次市场调研，想请您花几分钟的宝贵时间来完成我们的调查问卷。本问卷采用无记名方式，绝对不会泄露您的个人信息。希望您的回答让此次调研活动更有价值，谢谢您的参与！性别 男性 女性 年龄 学历 职业 公司职员 公务员 医生 教室 学生 艺术家 农民 商人 工人 其他 第1题：请问您的收入是A、1000元以下 B、1000-2000元 C、2000-3000元 D、3000+元第2题：请问您对自己身体健康是否满意（ ）A、是 B、否第3题：请问您多长时间健身一次（ ）A、偶尔 B、经常 C、几乎不 第4题：您会在哪个时间抽出时间进行锻炼（ ）A、星期一到星期五下班之后 B、周末 C、经常 D、偶尔 E、没有第5题：请问您是否愿意在家中健身（ ）A、愿意 B、不愿意 C、有时间的话会去健身房或者别的地方 第6题：如果您现在有2500元用于健身您选择怎么用（ ）A、买一台家用健身器 B、去健身房办一张年卡 C、买一些运动小器材（如篮球、羽毛球等） D、第7题：假设您要购买运动设备您会选择以下哪几种A、跑步机 B、多功能健身器 C、举重器材 D、小型仰卧、俯卧健身器 E第8题：如果您要在家中置办一台健身器材，您希望它的大小是（ ）A、大型多功能健身器材 B、跑步机类型健身器材 C、小型健身器材 第9题：您觉得一台家用健身器材最应该具备的特点是（ ）A、造型美观，与家居环境搭配 B、功能多样，满足身体各个部位的锻炼 C、简单易用，方便家庭所有成员使用 D、易于收纳，不占用太大空间、第10题：如果家中健身器材闲置时您是否觉得有必要存放起来（ ）A、有必要的可折叠或拆分 B、可以做为家中摆设 第11题：假设现在有一台家用健身器材您希望它具备什么特点（ ）A、可折叠 B、噪音低 C、重量轻 D、功能多 E、质量好 F、外观时尚 G、附带音乐播放器 H、检查身体状况 I、智能制定训练计划及饮食 J、第12题：您会把它放在家中的什么位置：注：此表如不够填写，可另加页。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：满足市场需求，提供一种多功能健身设备主要内容和要求主要内容：1、臂膀锻炼机构设计 2、腿脚锻炼机构设计3、座椅设计4、支架设计方法：通过调查和查阅书籍资料，设计一种满足要求的多功能健身设备。预期成果：满足设计要求，健身设备具有多功能，经济划算，性价比好。条件保障：充分利用市场上以有的健身设备，综合所学知识，在时间上和态度上充分重视，保证互联网的使用。进程计划（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）2013年2月份查阅资料，调查现在市场已有的健身设备，初步确定方案。2013年3月根据所学知识完成设计说明书和相关图纸绘制。2013年4月初，完善和改进自己的毕业设计。论证小组意见 组长签名： 20 年 月 日专业委员会意见专业委员会主任签名： 20 年 月 日注：1.此表可用黑色签字笔填写，也可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。2.此表可从教务处网站下载中心下载。湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题论证记录学 院： 工学院 记录人： 学生姓名李康成学 号200940614310年级专业及班级2009级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师姓名全腊珍指导教师职称教授论文（设计）题目多功能健身器设计 论证小组质疑： 1，你的课题有何实际意义？ 2，你的设计的对象有那些功能？ 3，你准备采用那些机构？ 学生回答简要记录： 1，为了研发出一种与实在市场上出现的健身器械不同的一部健身器克服功能单一，结构复杂，使用空间大，价格较高的缺点，提高使用效果，价格合理，占地小，噪音低。 2，臂膀锻炼机构设计，腿部锻炼机构设计，座椅设计。 3，采用曲柄滑块机构锻炼腰部，利用曲柄滑块机构的往返运动，采用链传动锻炼腿脚，采用踏板单车一样，使腿脚得到锻炼，搭配相应的作业设计。 论证小组成员签名 论证地点： 论证日期： 年 月 日 注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。目 录 摘要1 关键词1 1 前言2 1.1 方案确定与分析2 1.2 设计要求2 1.3 整体结构3 1.3.1 手臂锻炼机构及机架3 1.3.2 腿部锻炼机构3 1.3.2 腰部锻炼机构3 2 腿部锻炼机构设计3 2.1 传动方案的选择3 2.1.1 方案一: 采用带传动方式3 2.1.2 方案二：采用链传动方式4 2.2 链传动的设计计算5 2.2.1 选择链轮齿数5 2.2.2 确定计算功率5 2.2.3 选择链条型号和节距5 2.2.4 计算链节数和中心距5 2.2.5 计算链速，确定润滑方式5 2.2.6 计算压轴力Fp5 2.2.7 链轮的结构6 2.2.8 链轮的材料6 2.3 轴的设计6 2.3.1 求输出轴上的功率、转速和扭矩6 2.3.2 求作用在轴上的力6 2.3.3 轴的结构设计6 2.3.4 求轴上的载荷7 2.3.5 按弯扭合成应力校核轴的强度7 2.4 飞轮机构8 2.4.1 飞轮转动惯量的近似计算8 2.4.2 飞轮尺寸的确定9 3 健身器腰部锻炼机构设计9 3.1 座椅的设计9 3.1.1 座椅的设计构思9 3.1.2 座椅的尺寸9 3.2 曲柄滑块机构的设计9 3.2.1 各杆长尺寸的设计计算9 3.2.2 连杆直径的选择10 3.2.3 弹簧的设计计算11 4 臂力机构及机架设计12 4.1 设计材料的选定12 4.2 底座的设计12 4.3 支架的设计13 4.3.1 支架的作用13 4.3.2 支架力学性能分析13 4.3.3 支架的工艺处理13 4.4 配重的设计14 4.5 滑轮的设计15 4.6 钢丝绳的设计16 4.7 其他零件的设计16 4.8 标准件的选定及校核16 4.8.1 螺栓连接的选定及校核17 4.8.2 轴承的选定及校核17 4.9 导管的设计17 5 设计总结18 参考文献18 致谢19 多功能健身器设计学 生：李康成指导老师：全腊珍(湖南农业大学工学院，长沙 410128) 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。然而，现有的健身器一般都功能单一，结构简单，只能对身体单一部位进行锻炼，满足不了健身者对多方面健身的要求，直接影响了生产企业的经济效益。为此，该课题提出设计一部用多功能健身器，以适应市场需求。本文主要对多功能健身器从实际健身者需求着手，意在实现健身的大众化、多功能化，一机多用，为消费者减少经济负担。本课题介绍了多功能健身器的基本特征，介绍了多功能健身器的构成，工作原理。指出了多功能健身器的主要内容，综述了多功能健身器研究现状，比较设计出市场所需求的家庭多功能健身器产品类型。 关键词：锻炼；多功能；健身器；机构 Multifunctional body-building device design Student:Li kangcheng Tutor：Quan Nazhen(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: With the development of economy of world cities and rapid improvement in peoples living standard, city residents health consciousness gradually strengthened, fitness has become an important part in Peoples Daily life. Machines appear especially indoor fitness equipment rose to never leave home can also exercise the body. , however, the existing machines are generally single function, simple structure, can only single parts to exercise to the body, cant satisfy the fitness person of various fitness requirements, directly affect the economic efficiency of the production enterprises. Therefore, the subject puts forward design a multi-function machines, to adapt to market demand. This article mainly to the multi start from actual fitness person demand, to achieve fitness popularization, muti_function change, multi-usage, reduce the economic burden for consumers. This subject introduces the basic characteristics of the multi, multi is introduced the composition, working principle. Points out the main content of the multi, multi research status were reviewed, comparison of design to the market demand by households multi product type.Keyword: exercise； multifunctional; body-building; mechanism1 前言1.1 方案确定与分析体育健身器械的创新设计是一门实践性的课题，我在确定方案的时候做了许多的市场调查，并在网上收集了许多相关的资料。除此之外，我还走访了许多的健身教练及健身爱好者，最后在老师的指导下，经过我仔细的思考最终确定了这次设计的思路：由于目前市场上的健身器械大多是单人多功能健身器械，好多一味追求功能的齐全，有的产品甚至包含了十八种功能，这样就造成了许多功能的闲置，而由于设计复杂，工作时常出现故障，维修困难。随着人们生活水平的提高，大众健身的意识越来越强，高校，社区纷纷开设了健身房，但由于目前中国人们的消费水平还不满足人人到健身房消费，虽然健身器械看起来还是有点超出普通人的消费水平，但依然比去健身房实惠，而且能更加方便，所以以后的产品针对的人是大部分的白领，及以上够消费的人群。他们由于时间的原因，去健身房不大适合时间安排，而且他们也消费得起，同时由于中国人口众多，人均房屋面积底下，同时造成房价暴涨，现在的让人们普遍住在商品房里面，所以空间有限，所以我在设计的时候明确了自己设计的方向，要求作品结构紧凑，相对占地较小，安全性能高，能满足人们对多种肌肉的锻炼，一方面增加锻炼的多功能性，另一方面也让人们舒适锻炼，方便锻炼。为此在功能上进行优化选择，将一些不常用的功能删除，提高器械的使用效率，节约资源，以符合人们健身的需求。我设计的是一款多功能的单人健身器，它虽然只提供单人健身锻炼但是他提供了多项功能。同时据我的调查，现在人们普遍锻炼的肌肉是：胸肌，肱二头肌，肱三头肌，以及腿大肌。我设计的单人多功能健身机可以提供一下四种锻炼：腿部锻炼，腰部锻炼，做手向前的锻炼，以及人站立手拉拉杆的锻炼。这四种功能集成起来，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，股直肌，肱二头肌，肱三头肌，斜方肌，三角肌，背阔肌等肌肉。1.2 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，造价控制在3000元范围内。图1 三维效果图Fig.1 3D Efect6）总体方案分析：手臂锻炼机构通过拉手操作配重的上下移动，以达到锻炼效果。腿部锻炼机构由链传动机构、轴（包括轴承、轴承座）和飞轮组成，腿部的运动通过链传动机构将能量传递并储存到飞轮，进而飞轮把储存的能量反过来传递到小链轮上，链动腿部运动起来腰部锻炼机构由座椅、曲柄滑块机构、座椅固定架和弹簧组成，利用曲柄滑块和弹簧实现腰部的复返运动。1.3 整体结构1.3.1 手臂锻炼机构及机架 手臂锻炼机构及机架由底座、立柱、支架、拉手、钢丝绳、双导杆、配和调节杆组成，机架为整个机构提供一个有效组合的平台，手臂锻炼机构通过拉手操作配重的上下移动，以达到锻炼效果。1.3.2 腿部锻炼机构 腿部锻炼机构由链传动机构、轴（包括轴承、轴承座）和飞轮组成，腿部的运动通过链传动机构将能量传递并储存到飞轮，进而飞轮把储存的能量反过来传递到小链轮上，链动腿部运动起来。1.3.3 腰部锻炼机构腰部锻炼机构由座椅、曲柄滑块机构、座椅固定架和弹簧组成。通过靠背（即曲柄）向后的转动，链动滑块和弹簧（弹簧挂钩一端固定在机架，另一端固定在滑块上）移动，弹簧受力之后，进而将滑块拉回原处。虽然单人多功能健身器由上面这几部分组成，但在具体装配过程中依然可能会有些许的变动，因为它涉及得到零件的配合关系，以及当地的地理环境。同时结合市场以及健身房里的健身器械，虽大部分都属于单人多功能型的，但由于某些体育公司为了谋求利益使得器械的强度达不到应有的强度要求，由此一旦器械坏了，将造成器械维修麻烦和器械的使用寿命不高等。所以在我的设计中非常注意材料的选择，只有注意了这方面才能有效地提高器械的性价比。2 腿部锻炼机构设计2.1 传动方案的选择2 腿部锻炼机构采用机械传动的形式，带传动和链传动为两种可供考虑的方案。2.1.1 方案一:采用带传动方式 定义：带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。 传动原理：以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力 优点：1）有过载保护作用 ，过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏2）传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小 3）运行平稳无噪音 4）适于远距离传动（=15m） 5）制造、安装精度要求不高 缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大 3）结构尺寸较大、不紧凑 4）打滑，使带寿命较短 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。2.1.2 方案二：采用链传动方式 定义：链传动也是一种挠性传动。它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。 工作原理：靠两轮间的链条（中间挠性元件）啮合来传递动力和运动。 优点：平均传动比准确，无滑动 结构紧凑，轴上压力Q小 传动效率高=98% 承载能力高P=100KW 可传递远距离传动=5m，可用于温度高、环境恶劣的场合 成本低 缺点：瞬时传动比不恒定 传动不平稳 传动时有噪音、冲击 比较方案一和方案二，健身器为室内型器材，要求运行平稳且无噪声和冲击，有过载保护和缓冲吸振的作用。综上所述，初步确定方案二较为合理，即采用链传动的方案。2.2 链传动的设计计算采用短节距精密滚子链。滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在100kW以下，链速不超过15m/s，推荐使用的最大传动比imax=8。根据实际情况，设定主动链轮的转速n1=60r/min，传动比i=2，链传动所需传递的功率为P=1kW。2.2.1 选择链轮齿数取小链轮齿数z1=19，大链轮齿数为z2=iz1=219=38。2.2.2 确定计算功率由机械原理查得KA=1.0，由机械设计查得KZ=1.35，单排链，则计算功率为 Pca=KAKZP=1.01.351kW=1.35kW2.2.3 选择链条型号和节距 根据Pca=1.35kW及n1=60r/min查机械手册，可选16A-1。查机械手册，链条节距为 p=25.4mm。2.2.4 计算链节数和中心距初选中心距a0=（3050）p=（3050）25.4mm=7621270mm取a0=800mm，相应的链长节数为Lp0 = 2a0/p + （z1+z2）/2 + (z2-z1)/2p/a0 =91.78取链长节数Lp=92节。查机械原理得到中心距计算系数f1=0.24883,则链传动的最大中心距为a=f1p2Lp-(z1+z2)=0.2488325.4292-(19+38）=802.688002.2.5 计算链速v，确定润滑方式v=n1z1p/(601000)=601925.4/(601000)m/s0.5m/s由v=0.5m/s和链号16A-1，查机械手册可知应采用定期人工润滑。2.2.6 计算压轴力Fp有效圆周力为Fe=1000p/v=10001/0.5=2000N链轮垂直布置时的压轴力系数KFP=1.05，则压轴力为FpKFPFe=1.052000=2100N2.2.7 链轮的结构小链轮制成整体式，大链轮制成孔板式。2.2.8 链轮的材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。由机械手册可知，小链轮采用15号钢，大链轮采用20号钢，热处理方式为渗碳、淬火和回火，热处理后的硬度为5060 HRC。2.3 轴的设计2.3.1 求输出轴上的功率，转速，扭矩和弯矩M若取每级传动的效率（包括轴承效率在内），则 又 （1） （2）于是=9550000=74808Nmm （3） （4） Nmm （5）2.3.2 求作用在轴上的力传动轴主要受一对平衡力的作用，即链传动对轴的压轴力和两个轴承对它的支撑力。示意图见后文。确定轴的最小直径先按公式（15-2）3初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-32，取，于是得 （6）输出轴的最小直径显然是安装飞轮处轴的直径和,故取=28mm2.3.3 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案。轴上零件的装配方案示意图详见装配图。(2) 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度3。1）为了满足飞轮的轴向定位要求，I-II段右端和VIII-IX段左端需制出一轴肩，故取。2）初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的单列深沟球轴承6008，其尺寸为dDB=40mm90mm23mm,故，而。3）取安装链轮处的轴段IV-V的直径；链轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知链轮轮毂的宽度为L=1.5d=67.5mm，为了是套筒面可靠地压紧链轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。链轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取h=4mm，则轴环处的直径。轴环宽度b1.4h，取。轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取，而。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3） 轴上零件的周向定位4。链轮、飞轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-12查得平键截面bh=14mm9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为了保证链轮与轴的配合有良好的对中性，故选择链轮轮毂与轴的配合为；同理，飞轮与轴的连接，选用平键为8mm7mm10mm，飞轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸3。参考表15-22，取轴端角为245，各轴肩处的圆角半径见轴的零件图。2.3.4 求轴上的载荷7根据轴的结构图做出轴的计算简图，并进而做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。2.3.5 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据以上的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为 （7）前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-12查得。因此，故安全。 图2 轴的结构示意图Fig.2 The structure diagram 图3 载荷分析图Fig.3 Load Analysis 2.4 飞轮机构2.4.1 飞轮转动惯量的近似计算 因飞轮等效转动惯量很大,作近似计算时其他构件的转动惯量可略去不计.预设链传动一个稳定循环对应于等效构件一转,等效驱动力矩Med为常量，等效构件的平均转速 =30 r/min ，其转速误差要求不超过 1） 该机构的许用运转不均匀系数 2）等效驱动力矩Med （8） 3）装在等效构件上的飞轮应具有的转动惯量JF（不计其余构件的等效转动惯量） （9） （10）2.4.2 飞轮尺寸的确定飞轮的最佳设计是以最少的材料来获得最大的转动惯量,即应把质量集中在轮缘上，与轮缘相比，轮辐及轮毂的转动惯量较小可略去不计。轮缘的转动惯量近似为 （11）设轮缘的宽度为b，材料单位体积的重量为，则 (12)飞轮的材料为HT250，H/b为1.2，求得轮缘的横剖面尺寸为H=30mm，b=25mm。3 健身器腰部锻炼机构设计3.1 座椅的设计3.1.1 座椅的设计构思座椅设计成靠背可转动的形式，主要构件为座板和靠背。座板配有足够垫料和适当硬度的椅垫，使其有助于体重压力均匀地分布于坐骨结节区域。靠背应适当设置，为腰椎下部提供支承，降低背部紧张度。座板和靠背均采用铸造工艺，所用的材料为HT200，符合设计要求。3.1.2 座椅的尺寸93.2.1 各杆长尺寸的设计计算4曲柄滑块机构中各杆长的确定巧妙利用了机械原理平面四杆机构及其设计、几何三角函数和人体工程学腰部构造中的相关知识。示意图3如下5：图3-1 示意图图3 示意图Fig.3 Schemes由此，可以列出下列计算公式：设，则 (13) (14) (15) (16) (17) (18)联立以上公式，可解得，取特殊角，解得 (19) (20) (21) (22) (23) (24)3.2.2 连杆直径的选择8连杆是整个机构受力最大的零件，其直径的大小决定了整个机构的寿命的长短。从安全角度考虑，连杆的材料应选20钢，其工作强度极限为，因此， (25)取d=10mm，符合设计要求。3.2.3 弹簧的设计计算(1) 根据工作情况及具体条件选定材料，并查取其力学性能数据。曲柄滑块机构对弹簧的力学性能有很高的要求，弹簧多次重复变形后应保持良好的强度和韧性，且耐疲劳，有良好的抗冲击性能，因此按第类弹簧来考虑，50CrVA型号的钢满足要求，其许用切应力=750MPa。 （2）选择旋绕比C，求曲度系数K值。查表16-92可知，旋绕比C=8，由公式（16-4）得K=+=+1.18 (26)（3）根据安装空间初设弹簧中径D，根据C值估取弹簧丝直径，并查取弹簧丝的许用应力。由安装空间的实际情况，初设弹簧中径D=40mm，由此可得 =5mm (27)（4试算弹簧丝直径。由公式（16-3）2可得1.6=4.6mm (28)取d=5mm，D=40mm。 （4）根据变形条件求出弹簧的工作圈数，由公式（16-7）2可知： (29)（5） 求出弹簧的尺寸、，并检查其是否符合安装要求。 (30) (31)=320mm (32) （6）验算。弹簧的极限工作应力=750MPa1 极限工作载荷 (33) （7）结构设计。弹簧的具体尺寸如下： (34)外径 (35) 旋绕比 (36) 自由高度 (37)工作高度 (38)有效圈数 (39)展开长度 (40)螺旋角 (41)质量 (42)4 臂力机构及机架设计4.1 设计材料的选定臂力机构及机架的设计核心是材料的选定，材料的选定决定了臂力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。1）为满足设计标准和制造要求，根据对钢材大市场的调研，选取以下材料作为参考：空心方管，标记分别为：J50X2.5-GB/T6782-2002J45X2-GB/T6782-2002 J200X4-GB/T6782-2002J50X30X2.5-GB/T6782-2002 2）无缝钢管40(GB/T17395-1998)材料为Q235（屈服强度235MP） 3）板材都为Q2354.2 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，底座的材料为Q235型号的板材，长度为1700mm，宽度为500mm，厚度为30mm。 4.3 支架的设计4.3.1 支架的作用支架是这台器械的重要部件，它提供锻炼者以舒服的运动环境，支架的设计是一个比较实际的问题，它的外表不仅要美观大方，而且要有很多人性化的特点，能适应不同锻炼者的身体条件。4.3.2 支架力学性能分析 (1)受力分析。 截面A受到的力为人对它的拉力，取其最大值为， 截面C受到的力为配重对它的拉力，取其最大值为， 的值由设计要求决定，取，。 由此，可以计算出、 (43) (44)图4 示意图Fig.4 Schemes（2）力矩图 图5 示意图 Fig.5 Schemes(3) 强度校核由力矩图可以看出，截面A为危险截面，需要进行强度校核。 (45) (46)支架的材料为Q235，查表2-63 得，符合设计要求。4.3.3 支架的工艺处理该支架在加工时选用冷弯方管焊接，还要在上面安装滑轮夹座，在焊接的时候校准变形并打磨毛刺，表面烤漆。其中滑轮的位置在装配的时候进行设计，我在设计的时候选用材料是冷弯方钢，标记为 该支架与底板采用螺栓联接，以减少震动，便于拆装。4.4 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;在配重下面做四个对称的圆孔，用以安装用橡皮做的橡皮圆柱体，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1Cr18Ni9不锈钢管材，是价格较贵的一种，因此为了保护导杆，因此需要对配重孔进行改进。 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，这样就需要13块，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（据计算：配重的厚度只有30mm并且在配重的中心开了一条深12mm 的槽）。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：1）为了便于维修，我不采用橡皮包裹的配重，我在配重下面安装了四个20深12 的孔，然后在里面安装高度为17的橡皮圆柱，这样就有利于产品的维修。2）为了防止配重磨损导杆，用适当长度的塑料管在导管中加热到达到适当温度厚再把塑料管往外翻。3）在选材时，采用回收的板材，30mm厚的冷轧钢板，材料标记为：Q235-GB/T699-1988，它的强度不成问题，韧性也能保证。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。在制造配重的时候，可以先通过气割，割下一定尺寸的毛坯，然后打磨毛刺后，在铣床上铣平相应的面（如果钢材采用的是废弃的板材，他外表面不是很整齐，下料时留的加工余料要大些）然后钻孔，倒角后后喷砂处理后喷油漆就可以了。然后钻安橡皮的孔就行了，最后装上橡皮。4.5 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。4.6 钢丝绳的设计根据机械设计手册知道，钢丝绳的公称直径 (47)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： (48)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。4.7 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。4.8 标准件的选定及校核本次设计中采用了许多的标准件，在选用标准件的时候要特别的考虑。本次设计中采用了这些标准件：轴承，螺栓，螺钉，垫圈，球头螺母等。 4.8.1 螺栓连接的选定及校核2立柱与底座的联结采用M12的螺栓连接，螺栓的材料为Q235，=235MP，在实际中Fa（max）=15KN ，则 (49)其中，30mm，所以立柱取M12的是完全符合标准的 。4.8.2 轴承的选定及校核2整个机构有三处选用了轴承：滑轮部分、小链轮轴部分和大链轮轴部分。由于同时在支架上安装了8个滑轮，此处轴承受力较小，不需进行校核，小链轮轴所选用的轴承型号与大链轮轴相同，因此，只需校核大链轮轴处的轴承。根据设计手册可知，深沟球轴承的型号为6008（GB/T276-1994）预设其可靠度为0.99，在径向载荷Fr=750N作用下工作应力循环次数达。根据表13-9，查得可靠度为0.99时的寿命修正系数=0.22，相应的基本额定寿命为 (50)轴承应具有的基本额定动载荷为 (51)轴承