一种改进型踏步机的设计（不带机械CAD图纸）纯论文

1、摘 要踏步机是一种重要的健身器材，同时又是最具挑战性的健身器材，这种产品正逐渐被椭圆机取代。本课题研究的对象是踏步机左右踏板连接机构设计、变位杆的设计以及踏步机功能的完善。首先，对踏步机的结构进行合理的设计，将扭腰、踏步运用到一台踏步机当中，使踏步机的功能多样化。并且运用cad软件将踏步机的关键零部件、结构图表示出来。本设计分析了踏步机左右踏板连接机构的结构性能，提出了合理的结构设计方案。对材料的力学性能进行了详细的分析，保证踏步机在使用过程中，不会发生断裂。同时，踏步机具备以下缺点：1、运动的单一性。经常进行重复的踏步运动容易使人产生厌倦，因此，应该使踏步机的功能多样化。2、踏步机无高度调节

2、装置。设计变位杆能够使踏步机拥有三档高度调节，能够满足不同身高群体的客户，从而满足客户的需求。3、踏步机的体积过大，对安放踏步机的要求过大。针对此缺点，可以设计折叠式踏步机，从而减小踏步机的体积。4、踏步机工作时有噪音。目前大多数的踏步机左右踏板连接机构采用钢丝绳、滑轮连接，在使用过程中，两者摩擦极易产生噪音。针对运动单一、无高度调节装置、噪音问题，在该设计中都有具体的解决方案。关键词：踏步机；功能；健身；健康abstractstep machine is a kind of important bodybuilding equipment.meanwhile,step machine is

3、also the most challenging fitness equipment, this product was gradually replaced by the elliptical machine. the object of this paper is mainly the step machine function perfect. first of all, the step machine structure is rational design, the twister, step, pulling rope to use a step machine, so tha

4、t the step machine function diversification. and the use of cad software will be stepping machine key components, structures are represented in a graph.the design and analysis of the step machine parts of structure performance, proposed the reasonable structure design. on the mechanical properties o

5、f the materials were analyzed in detail, to ensure the step machine in the use of process, not broken. at the same time for stepping machine the following disadvantages:1, the movement of the single sex. often repeated treadmill exercise can make people tired, therefore, should make the step machine

6、 function diversification. in 2, step machine pedal without strength adjustment button. design strength adjustment button can make the step machine for different customer groups, for different age groups set up different strength, to meet customer demand. in 3, step machine volume is too large, the

7、placed stepping machine too big. for this shortcoming, can design the folding machine, thereby reducing the volume of the stepping machine. in 5, step machine when there is a noise. by adopting the hydraulic oil rod connected with the pedal and the base, through the hydraulic oil rod with buffer cap

8、acity, very good to eliminate the noise generated in the process of movement. in view of the above the shortcomings, in the design has specific solutions.key words: step machine；function；fitness；health目 录第一章 前 言11.1 踏步机的简介11.2踏步机的现状及存在的问题11.2.1踏步机的现状11.2.2 存在的主要问题21.3 国外踏步机的发展状况21.4本设计的研究目的31.5 研究意义

9、4第二章 平面连杆机构及其分析52.1平面连杆机构的基本知识52.2平面连杆机构的类型52.3平面连杆机构的基本特性62.3.1曲柄存在的条件62.3.2从动件的行程速比系数72.3.3压力角和传动角72.3.4机构的死点位置7第三章 踏步机材料的选择及其分析93.1踏步机材料的分析93.2踏步机材料的选择13第四章 踏步机的基本结构和工作原理144.1踏步机的基本机构介绍144.2踏步机基本结构图解164.3踏步机工作原理介绍17第五章 踏步机的功能分析及其设计145.1踏步机的功能分析195.2踏步机的设计思路介绍195.2.1踏步机扶手的设计215.2.2踏步机变位杆的设计215.2.3

10、踏步机扭腰盘的设计225.2.4踏步机液压缸的设计235.2.5踏步机踏板的设计275.2.6踏步机底座的设计285.2.7踏步机底座滚轮的设计295.2.8踏步机顶杆的设计305.3踏步机连杆机构设计305.3.1踏步机连杆机构的作用315.3.2踏步机连杆机构方案设计315.3.2踏步机连杆机构最优方案选择31第六章 踏步机各零部件的作用与工作过程336.1踏步机各零部件的作用336.2踏步机的工作过程33第七章 设计总结与体会35参考文献36致 谢37第一章 前 言1.1 踏步机的简介踏步机是一种重要的健身器材，同时又是最具挑战性的健身器材，这种产品正在逐渐被椭圆机取代。踏步机能够使健身

11、者不断重复攀爬楼梯的动作，既能增强心血管系统的功能，又能充分锻炼大腿和小腿肌肉。不过，体态臃肿或者刚刚接触踏步机的人进行剧烈锻炼往往会筋疲力尽。踏步机除了具有燃烧热量、提高心率和有氧呼吸能力以外，踏步机还能够帮助健身者对小腿、腿腱、股四头肌和臀部肌肉进行塑型。尽管使用踏步机健身有诸多好处，但是许多健身者发现，与能够提供多种动作模式的其他有氧健身器材相比，踏步机只能提供一种固有的单调的攀爬楼梯的动作模式；毕竟，很多人愿意享受骑自行车或在公园慢跑的乐趣，但是却很少有人会把长时间攀爬楼梯当做自己的爱好。因此，一些新型踏步机设计了混合功能，增加了健身模式的种类。有些踏步机还采用了创新设计，将椭圆机的动

12、作模式和标准踏步机的动作模式结合在一起；还有些踏步机则将踏步运动和跑步机的传送带结合在一起，或者添加了像椭圆机那样的上肢锻炼扶手，以便加强上半身的锻炼力度。踏步机比较著名的品牌有桥山johnson、爱康icon、毕爱其bh、舒华shuhua、康乐佳k-power、好家庭、三和松石shss、双超suncao、艾威evere，踏步机的种类主要有两种：电子踏步机和普通踏步机。电子踏步机通常用于健身房和健身俱乐部，它采用一台发动机来控制踏步的运动频幅，因而可以降低踏步运动对腿关节造成的负面影响。与电子踏步机相比，人工踏步机的价格更为低廉，产品种类从迷你踏步机到配置有电脑控件的全尺寸踏步机一应俱全；它采

13、用气压活塞而非发动机来控制踏步的运动频幅。目前市面上的踏步机运动形式单一，现有踏步机主要用于供使用者双脚进行踩踏运动，而无法进一步提供其他的功能或者作用，但是，现代人们对于运动器械的多功能要求越来越强烈，现有踏步机的结构逐渐不符合人们的需求，进而影响到其销售量，因此，只有进一步增加其使用功能，才能保证踏步机的核心竞争力。1.2踏步机的现状及存在的问题1.2.1踏步机的现状（1）产能发展状况。近年来，人们对各种健身器材，特别是多功能健身器材，如踏步机、跑步机的要求越来越高，这就为健身器材-多功能踏步机提供了更为广阔的市场。踏步机要发展，必然要求踏步机具有的各项功能能够满足客户群体的要求，只有这样

14、，购买踏步机健身的人才会越来越多，踏步机的产量才会随之增加，制造健身器材的企业才会有更好的效益。国内比较有名的踏步机生产商舒华shuhua、康乐佳k-power、好家庭、三和松石shss、双超suncao、艾威evere踏步机的年生产量能够维持在相对比较稳定的水平。随着经济的发展，人们对健身器材的需求量会相应的增大，促使将来踏步机的生产量也会相应的增多。（2）产品水平状况。目前市面上销售的踏步机种类繁多，有电子踏步机，也有家用普通踏步机。但是它们都会存在一些难以攻克的缺点，如踏步机产品功能单一，占用空间过大，这些都不能完全满足客户群体的需求。（3）目前技术状况。除了产品技术状况已在上面反映之外

15、，现将踏步机企业生产技术方面的状况大致归纳如下：cadcam技术已在行业中得到基本普及，cae技术及cadcaecam一体化技术己在部分企业中应用，pdm、capp、erp等信息化技术己在部分重点骨干企业中应用，rprt、高速加工、复合加工、逆向工程、并行工程、虚拟网络等技术已在少数企业开始应用。1.2.2 存在的主要问题我国踏步机生产企业与国外企业水平相比，主要存在以下几个方面的问题：1、国内企业发展不平衡，产品总体水平较低。2、生产车间设备落后，组织协调能力差。3、大多数企业开发能力弱。 4、国内企业管理落后更甚于技术落后。5、市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供需矛盾一时还难以解决，

16、供不应求的局面还将持续一段时间，特别是在中高档产品方面矛盾更为突出。6、体制和人才问题的解决尚待时日。7、运动的单一性。经常进行重复的踏步运动容易使人产生厌倦，因此，应该使踏步机的功能多样化。8、踏步机的脚踏板无力度调节按钮。设计力度调节按钮能够使踏步机面向不同的客户群体，可以针对不同年龄段的人群设置不同的力度，从而满足客户的需求。9、踏步机的体积过大，对安放踏步机的要求过大。针对此缺点，可以设计折叠式踏步机，从而减小踏步机的体积。10、踏步机工作时有噪音。采用液压油杆连接踏板与底座，通过液压油杆提供缓冲力，能够很好的消除运动过程中产生的噪音。针对以上提出的缺点，在该设计中都有具体的解决方案。

17、1.3 国外踏步机的发展状况总体来说，西方国家的踏步机事业发展较早，也比我国要更加先进一些，国外比较有名的踏步机生产厂商主要有：爱康icon、乔山johnson、必艾奇bh，国外的踏步机发展状况具体表现为以下几个方面：（1）美国爱康icon踏步机。美国爱康健康与健身公司总部位于美国犹他州，是一家从事运动与健身器材生产和销售的企业，拥有195个专利、130个正在申请的专利、565个注册商标和146个正在申请中的双表，在全球范围内拥有5000名员工。在美国超过60%的市场份额使得爱康在健身器材行业内被认定为当之无愧的第一品牌。爱康旗下拥有众多知名品牌，爱康跑步机包括nordictrack、pro-

18、form、healthrider、weslo、weider、image、freemotion、golds、gym epic、reebok等。其中nordictrack诺迪克品牌是定位于高端家用和轻商用，pro-form普乐福healthrider健骑品牌定位于中端家用，weslo威思乐品牌定位于中低端家用市场，weider威德定位于家用力量型系列，freemotion自由行品牌定位于高端商用。 爱康在中国厦门有全世界最大的生产基地，所有在中国销售的爱康产品一半是中国组装，一半是美国原装进口的，所有美国进口产品都有相应的报关单。（2）乔山johnson踏步机。乔山创办于台湾，公司始于1975年，

19、一直专注于健康科技事业发展，投入运动健身器材及复健医疗器材之研发、生产及营销；公司成立至今，秉持着快速、准确和扎实的企业精神，集团营业额每年以超过 30% 的成长率，在业界中稳定地茁壮成长，现为亚洲第一大，全球第三大健身器材品牌。乔山在中国上海和台湾各拥有一个生产基地。现在中国销售的基本都是上海组装生产的机器。乔山旗下拥有顶级商用matrix，专业商用johnson，轻商用vision，高档家用horizon 四大品牌。虚拟现实与多媒体技术的应用。 （3）必艾奇bh踏步机。bh这个品牌是西班牙的品牌，总部坐落于西班牙巴斯克地区（vasco）的维多利亚（vitoria-gasteiz），是一家距

20、今已有近百年历史的欧洲企业，为欧洲第一大健身器材供应商，排名世界第二。1909年创立至今的bh集团历史超过百年，由精密军火机械工业起家。20年代起逐渐转型为运动健身器材制造商，60年代後自行车已达100%的自制率， 70年代起将户外运动健身概念引进室内，并於总部成立exercycle s.l.部门，专司室内运动健身器材的设计与开发.除西班牙总部外，bh还在英国、法国、德国、荷兰、葡萄牙、美国、墨西哥和中国台湾设立有八家跨国独资子公司。bh旗下自有品牌包括bh hipower、bh proaction、bh fitness、bh shiatsu及vivafit。2008年底bh登陆中国。在中国所

21、售产品大部分都已经国产化，档次和乔山维持在一个水平线上，性价比相对会好一些。在很多高档酒店的健身房都是用bh的产品，产品确实也很不错。快速成形制造技术。1.4本设计的研究目的（1）检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合。（2）初步掌握进行机械设计的方法、过程，为将来走向工作岗位进行产品开发工作和撰写论文打下基础。（3）培养自己的动手能力、创新能力、计算机运用能力。1.5 研究意义随着社会的进步，人们生活水平的提高，大家对身体健康越来越重视。人们想尽各种健身的方法,包括健康营养的饮食和参加各种锻炼.由于现代工作方式和工作环境的改变,导致了很多人没有很多的空余时间甚至没有时间去参加户外运动,因此聪

22、明的人类就想办法能让自己足不出户就能达到强身建体的效果,因此各种各样的健身器材应运而生了,其中踏步机就是一种实现室内踏步锻炼的一种健身器材。踏步是一种历史悠久，群众性广，锻炼价值较大的一种健身运动。早在二千多年前古希腊的山岩上就刻下了这样 的字句：如果你想强壮，踏步吧！如果你想健美，踏步吧！如果你想聪明，踏步吧！今天，踏步已成为国内外 千百万人参加的群众健身运动，深受人们欢迎，被人们视为最好的健身方法，最完美的健身运动。千百年来， 踏步运动一直受到人们的喜爱，踏步是最简单、最方便且最有效的有氧锻炼方式之一。它可以调节人的心情，促进血液循环，增强心肺功能，发展肌肉力量，保持体型健美。多功能踏步机

23、是固定式训练器械的一种，人在其单向运动面上可以进行踏步练习，直接涉及到人身的健康和安全。面对健身器材大量的出厂，出口，研发多功能踏步机对进、出口的各类踏步机进行质量把关，可以有效的保证产品的质量，保证使用者能够健康、快乐的健身。第二章 平面连杆机构及其分析2.1平面连杆机构的基本知识我们在实际生活中已经见过许多的平面连杆机构，被广泛地使用在各种机器、仪表及操纵装置中。例如内燃机、牛头刨、钢窗启闭机构、碎石机等等，这些机构都有一个共同的特点：其机构都是通过低副连接而成，故此这些机构又称低副机构。根据这一特点，我们定义：若干构件通过低副（转动副或移动副）联接所组成的机构称作连杆机构。连杆机构中各构

24、件的相对运动是平面运动还是空间运动，连杆机构又可以分为平面连杆机构和空间连杆机构。平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。平面连杆机构的使用更加广泛，所以主要讨论平面连杆机构。平面连杆机构的类型很多，单从组成机构的杆件数来看就有四杆、五杆和多杆机构。一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。所以平面四杆机构不但结构最简单、应用最广泛，而且只要掌握了四杆机构的有关知识和设计方法，就为进行多杆机构的设计和分析奠定了基础，所以本章我们重点讨论四杆机构。2.2平面连杆机构的类型构件之间都是用转动副联接的平面四杆机构称为铰链四杆机构

25、,如图2.1所示铰链四杆机构是平面机构的最基本的可以实现运动和力转换的连杆机构型也就是说：铰链四杆机构是具有转换运动功能而构件数目最少的平面连杆机构。其它型式的四杆机构都可以看成是在它基础上通过演化而来的。在此机构中，ad固定不动，称为机架；ab、cd两构件与机架组成转动副，称为连架杆；bc称为连杆。在连架杆中，能作整周回转的构件称为曲柄，而只能在一定角度范围内摆动的构件称为摇杆。 图2.1 铰链四杆机构因此，根据机构中有无曲柄和有几个曲柄，铰链四杆机构又有三种基本形式：（1）曲柄摇杆机构：两连架杆中一个为曲柄而另一个为摇杆的机构。当曲柄为原动件时，可将曲柄的连续转动转变为摇杆的往复摆动，如图

26、2.2（a）中的雷达天线机构；反之，当摇杆为原动件时，可将摇杆的往复摆动转变为曲柄的整周转动，如图2.2（b）所示的缝纫机踏板。（2）双曲柄机构：两连架杆均为曲柄的四杆机构。可将原动曲柄的等速转动转换成从动曲柄的等速或变速转动， 当双曲柄机构的相对两杆平行且相等时，则成为平行 图2.2(a) 雷达天线机构 图2.2(b) 缝纫机踏板在运动过程中，当两曲柄与机架共线时，在原动件转向不变、转速恒定的条件下，从动曲柄会出现运动不确定现象。可以在机构中添加飞轮或使用两组相同机构错位排列。虽然相对的边长相等，但其中一对边不平行，我们称这种机构为反平行四边形机构。可以作为车门的启闭机构使用。（3）双摇杆机

27、构：两连架杆都是摇杆的机构，如图2.5所示的鹤式起重机构，保证货物水平移动。两摇杆长度相等地双摇杆机构，称为等腰梯形机构。如图2.6所示的汽车前轮转向机构。车子转弯时，与前轮轴固定的两个摇杆的摆角不相等，如果在任意位置都能使两前轮的轴线的交点p落在后轮轴线的延长线上，则当整个车子转向时，保证四个轮子都是纯滚动，从而可以避免轮胎因滑动而产生过大磨损。2.3平面连杆机构的基本特性2.3.1曲柄存在的条件铰链四杆机构中是否存在曲柄，取决于机构各杆的相对长度和机架的选择。（1） 在曲柄摇杆机构中，曲柄是最短杆；（2） 最短杆与最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和。以上两条件是曲柄存在的必要条件。因

28、此，当各杆长度不变而取不同杆为机架时，可以得到不同类型的铰链四杆机构。如：（a）取最短杆相邻的构件（杆2或杆4）为机架时，最短杆1为曲柄，而另一连架杆3为摇杆，故图2.3a所示的两个机构均为曲柄摇杆机构。（b）取最短杆为机架，其连架杆2和4均为曲柄，故图2.3b所示为双曲柄机构。（c）取最短杆的对边（杆3）为机架，则两连架杆2和4都不能作整周转动，故图2.3c所示为双摇杆机构。a) 图2.2(a) 曲柄摇杆机构图2.2(b) 双曲柄机构 图2.2(c) 曲摇杆机构如果铰链四杆机构中的最短杆与最长杆长度之和大于其余两杆长度之和，则该机构中不可能存在曲柄，无论取哪个构件作为机架，都只能得到双摇杆机

29、构。由上述分析可知，最短杆和最长杆长度之和小于或等于其余两杆长度之和是铰链四杆机构存在曲柄的必要条件。满足这个条件的机构究竟有一个曲柄、两个曲柄或没有曲柄，还需根据取何杆为机架来判断。2.3.2从动件的行程速比系数从动件的行程速比系数计算公式如下： (2.1) (2.2) (2.3)2.3.3压力角和传动角驱动力与运动方向的夹角为压力角，驱动力与径向方向的夹角为传动角，二者之和是90压力角小传动角大机构传力性能好。2.3.4机构的死点位置平面连杆机构是由若干构件用平面低副（转动副和移动副）联接而成的平面机构，用以实现运动的传递、变换和传送动力。平面连杆机构的使用更加广泛，所以主要讨论平面连杆机

30、构。平面连杆机构的类型很多，单从组成机构的杆件数来看就有四杆、五杆和多杆机构。一般的多杆机构可以看成是由几个四杆机构所组成。所以平面四杆机构不但结构最简单、应用最广泛，而且只要掌握了四杆机构的有关知识和设计方法，就为进行多杆机构的设计和分析奠定了基础，所以本章我们重点讨论四杆机构。驱动力对从动件的有效回转力矩为零，这个位置是机构的死点位置。机构的死点位置会使机构从动件的运动出现不确定，可以对从动件加外力或利用构件自身的贯性作用使机构通过死点位置。第三章 踏步机材料的选择及其分析3.1踏步机材料的分析踏步机主要由扶手、连杆、变位杆、底座、扭腰盘、踏板、油杆、油缸等零件组成，从踏步机选材的角度来考

31、虑，整个踏步机主要由两种材料组成：由于踏步机踏板比较特殊，要保证在踩踏过程中，要满足脚的舒适性、以及必须具有缓冲、弹性等，如果考虑到以上因素，踏步机脚踏板的材料比较适合选择橡胶或者一种高分子合成树脂。另外，踏步机的主体机构对踏步机力学性能要求较高，必须要考虑到踏步机材料的强度、硬度、塑性，疲劳强度等特性。从踏步机功能的角度来看，以下来逐一分析能够同时满足上述条件的工程材料：1、金属材料：金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。金属材料具有疲劳特性，许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下

32、，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是：（1）载荷应力是交变的；（2）载荷的作用时间较长；（3）断裂是瞬时发生的；（4）无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。金属材料具有塑性：塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。2、高分子材料：高分子材料是以高分子化合物为

33、主要组分的材料。每一个高分子化合物又都是由一种或者几种简单的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也称高分子聚合物。高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。 橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。 高分子纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他

34、添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。 高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。 高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。 高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。高分子符合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。 功能高分子材料。功能高分子材料

35、除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。 高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而聚氨酯一类的高聚物，在室温下既有玻璃态性质，又有很好的弹性，所以很难说它是橡胶还是塑料。3、复合材料：复合材料是由两种或者两种以上性质不同的材料组合起来的一种固体材料，它的原子具有非常复杂的结合键。

36、复合材料在性能上不仅保留了组成材料各自的有点，而且还有着单一组成材料不具备的优良性能。这类材料密度小、强度高、耐高温、耐磨损，不仅是航空、航天的理想材料，也是建筑、化工、机械、造船等工业领域广泛使用的材料。复合材料的主要应用领域有：航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的 壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。化工、纺织和机械制造领

37、域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收x射线特性，可用于制造医用x光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。4、pp材料：pp为结晶型高聚物，常用塑料中pp最轻，密度仅为0.91g/cm3（比水小）。通用塑料中，pp的耐热性最好，其热变形温度为80-100，能在沸水中煮。pp有良好的耐应力开裂性，有很高的弯曲疲劳寿命，俗称“百折胶”。pp的综合性能优于

38、pe料。pp产品质轻、韧性好、耐化学性好。pp的缺点：尺寸精度低、刚性不足、耐候性差，它具有后收缩现象，脱模后，易老化、变脆、易变形。日常生活中，常用的保鲜盒就是由pp材料制成。pp材料的力学性能：pp的拉伸强度和刚性都比较好，但冲击强度较差，特别是低温时耐冲击性差。此外，如果制品成型时存在取向或应力，冲击强度也会显著降低。虽然抗冲击强度差，但经过填充或增强等改性后，其机械性能在许多领域可与成本较高的工程塑料相竞争。pp属于结晶型聚合物，不到一定温度其颗粒不会熔融，不像pe或pvc那样在加热过程中随着温度提高而软化。一旦达到某一温度，pp颗粒迅速融化，在几度范围内就可全部转化为熔融状态。pp的

39、熔体粘度比较低，因此成型加工流动性良好，特别是当熔体流动速率较高时熔体粘度更小，适合于大型薄壁制品注塑成型，例如洗衣机内桶。pp在离开口模后，如果是在空气中缓慢冷却，就会生成较大的晶粒，制品透明度低。果是在水中急冷（如下吹水冷法制薄膜），pp的分子运动被急速冷冻，不能生成晶体，此时的薄膜就是完全透明的。pp的成型收缩率是比较大的，达到2%以上，远远大于abs塑料（0.5%）。pp的成型收缩率可以随着添加其它的材料的种类及多少有所变化，这在制作具有配合尺寸的注塑制品时需认真加以考虑。广泛运用于医疗事业。5、低碳钢：低碳钢(low carbon steel)又称软钢，含碳量从0.10至0.30%低

40、碳钢易于接受各种加工如锻造,，焊接和切削， 常用於制造链条， 铆钉， 螺栓， 轴等。碳含量低于0.25的碳素钢，因其强度低、硬度低而软，故又称软钢。它包括大部分普通碳素结构钢和一部分优质碳素结构钢，大多不经热处理用于工程结构件，有的经渗碳和其他热处理用于要求耐磨的机械零件。低碳钢的特性：低碳钢退火组织为铁素体和少量珠光体，其强度和硬度较低，塑性和韧性较好。因此，其冷成形性良好可采用卷边、折弯、冲压等方法进行冷成形。这种钢材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳钢硬度很低，切削加工性不佳，正火处理可以改善其切削加工性。 低碳钢有较大的时效倾向，既有淬火时效倾向，还有形变时效倾向。当钢从高温较快冷却时

41、，铁素体刮碳、氮过饱和，它在常温也能缓慢地形成铁的碳氮物，因而钢的强度和硬度提高，而塑性和韧性降低，这种现象称为淬火时效。低碳钢即使不淬火而空冷也会产生时效。低碳钢经形变产生大量位错，铁素体中自碳、氮原子与位错发生弹性交互作用，碳、氮原子聚集在位错线周围。这种碳、氮原子与位错线的结合体称岁柯氏气团(柯垂耳气团)。它会使钢的强度和硬度提高而塑性和韧性降低，这种现象称为形变时效。形变时要比淬火时效对低碳钢的塑性和韧性有更大的危害性，在低碳钢的拉伸曲线上有明显的上、下两个屈服点。自上屈服点出现直到屈服延伸结束，在试样表面出现由于不均匀变形而形成的表面皱褶带，称为吕德斯带。不少冲压件往往因此而报废。其

42、防止方法有两种。一种高预形变法，预形变的钢放置一段时间后冲压时也会产生吕德斯带，因此预形变的钢在冲压之前放置时间不宜过长。另一种是钢中加入铝或钛，使其与氮形成稳定的化合物，防止形成柯氏气团引起的形变时效。低碳钢的用途：原先由于低碳钢固有的特性，使其使用范围大大受到局限，随着国内一些新技术在钢铁行业的应用，低碳钢的许多新兴用途得到了很好的开发利用，目前国内一些大型钢厂或钢铁贸易公司都积极地与国内的大型吊索具企业密切合作，共同开发出一系列高技术高精密高质量的索具产品，在国内乃至全球的索具行业，起到了很好的技术推动作用，其中堪称典范的是普瑞钢铁与河北长江中远吊索具有限公司的深度合作，它们研发的一系列

43、产品，许多在行业中都获得了较高的评价。这也给我们对低碳钢的综合利用，指明了新的道路。6、中碳钢：碳量0.25%0.60%的碳素钢。有镇静钢、半镇静钢、沸腾钢等多种产品。除碳外还可含有少量锰(0.70%1.20%)。按产品质量分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢。热加工及切削性能良好，焊接性能较差。强度、硬度比低碳钢高，而塑性和韧性低于低碳钢。可不经热处理，直接使用热轧材、冷拉材，亦可经热处理后使用。淬火、回火后的中碳钢具有良好的综合力学性能。能够达到的最高硬度约为hrc55(hb538)，b为6001100mpa。所以在中等强度水平的各种用途中，中碳钢得到最广泛的应用，除作为建筑材料外，还大量用

44、于制造各种机械零件。高强度中碳调质钢，具有一定的塑性、韧性和强度，切削性良好，调质处理后有很好的力学性能，淬透性较差，容易产生裂纹，焊接性能不高，焊接之前需要很好预热，焊后需要热处理。中碳钢主要用于制造较高强度的运动零件，如空气压缩机、泵的活塞，蒸汽透平机的叶轮，重型机械的轴、蜗杆、齿轮等等，表面耐磨的零件，曲轴、机床主轴、滚筒、钳工工具等等。7、高碳钢：高碳钢在经适当热处理或冷拔硬化后，具有高的强度和硬度、高的弹性极限和疲劳极限(尤其是缺口疲劳极限)，切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性变形能力差。由于含碳量高，水淬时容易产生裂纹，所以多采用双液淬火(水淬+油冷)，小截面零件多采用油淬。这类钢一

45、般在淬火后经中温回火或正火或在表面淬火状态下使用。主要用于制造弹簧和耐磨零件。 碳素工具钢是基本上不加入合金化元素的高碳钢，也是工具钢中成本较低、冷热加工性良好、使用范围较广的钢种。其碳含量在0.65一1.35%，是专门用于制作工具的钢。高碳钢的硬度、强度主要取决于钢中固溶的碳量，并随固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超过0.6%时， 淬火后硬度不再增加，只是过剩的碳化物数量增多，钢的耐磨性略有增加，而塑性、韧性和弹性有所降低。为 此，常根据使用条件和对钢的强度、韧性匹配来选用不同的钢号。例如，制造受力不大的弹簧或簧式零件，可 选择较低碳量的65钢。 一般高碳钢可用电炉、平炉、氧气转炉生产。要求质

46、量较高或特殊质量时可采用电炉冶炼加真空自耗或电 渣重熔。冶熔时，严格控制化学成分，特别是硫和磷的含量。为减少偏析，提高等向性能，钢锭可进行高温扩 散退火(对工具钢尤为重要)。热加工时，过共析钢的停锻(轧)温度要求低(约800)，锻轧成材后应避 免粗大网状碳化物的析出，在700以下应注意缓冷，以防热应力造成裂纹。热处理或热加工过程中要防止表面脱碳(对弹簧钢尤为重要)。热加工时要有足够的压缩比，以保证钢的质量和使用性能。8、45#钢：45号钢,是gb中的叫法,jis中称为:s45c,astm中称为1045,080m46,din称为:c45 。国内常叫45号钢，也有叫“油钢”。一般，市场现货热轧居多

47、。冷轧规格1.04.0mm之间。轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。 轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。 轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项： (一)尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高（it5i

48、t7）。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低（it6it9）。 (二)几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。 (三)相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴（如主轴）通常为0.0010.005mm。 (四)表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗

49、糙度为ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为ra0.630.16m。3.2踏步机材料的选择踏步机材料的选择应考虑到材料的力学性能、材料的成本、以及材料的重量等因素，根据踏步机结构的不同，可以分为两大类材料，中碳钢和pp塑料，踏步机的主体结构（扶手、连杆、变位杆、底座、踏板下端、油杆）主要用中碳钢制造，由于中碳钢材料具有较好的强度、刚度、塑性、韧性等特性，这些都能够满足踏步机踏步的需求。另外扶手部分、以及踏板的上端采用pp塑料材料制造，主要利用了pp塑料的弹性、柔软性等特性，油压杆部分采用中碳钢制造，有较大冲击力、重载荷传动时，用40cr钢制造。这是为了保证活塞杆有足够的工作

50、强度。第四章 踏步机的基本结构和工作原理4.1踏步机的基本机构介绍 踏步机设计产品如图4.1所示如下：图4.1 多功能踏步机该踏步机主要由扶手、机械连杆、电子显示屏、变位杆、底座、踏板、活塞杆、活塞缸、扭腰盘等零件组成，电子显示屏计时计数（在运动时感应运动强度，精确计算运动的次数与时间，为健身运动提供准确的数据参考），扭腰盘脂肪燃烧（运动结束后，能告诉健身者在运动过程中消耗的能量和燃烧的脂肪，为健身者的瘦身计划提供一个明确的结果）,扭腰盘同时也可以提供扭腰的功能，能够满足健身者瘦身美腿的作用。同时踏板上配有防滑设计，（好比一个不需要运动的滑板和五环的呼啦圈，操作方便，简单易练。踏步机结构精良，

51、踏步机底座踏板下面配有两根油压杆，可以消除运动时膝盖关节的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同时也具备可以调整健身者所需要的运动强度，让健身者在不知不觉中燃烧脂肪，特别锻炼腰、腹腿等部位，可以达到很好的健身作用。 踏步机变位杆能够提供三档高度的调节，满足不同身高客户群体的要求，同时踏步机变位杆的设计不影响整体踏步机的性能，对踏步机的外观也不产生任何影响，踏步机油压杆的设计能够满足不同年龄群体的需求，由于有油压杆可以任意的调节脚踏板的缓冲力能够有效减小膝盖的摩擦，能够让健身者舒适的达到锻炼身体的目的。 图4.2 变位杆 图4.3 踏板如图4.2所示该机械连杆为踏步机的变位杆，连杆两侧设计有对称的

52、小孔，每隔50mm设有小螺孔，并且以中心轴对称，对于这些小孔的设计能够满足不同高度的客户群体踏步锻炼的需求，同时由于以中心线对称，所以孔的设计不影响踏步机的美观。如图4.3所示，踏步机踏板前端采用了防滑设计，能够保证健身者在踏步过程中，不会发生打滑而发生安全事故，同时踏板上端还设计有pp塑料，该塑料具有很好的弹性能够保证健身者的舒适性。4.2踏步机基本结构图解如图所示为踏步机的三视图（俯视图）：图4.4 踏步机俯视图如图所示为踏步机的三视图（主视图）：图4.5 踏步机主视图如图所示为踏步机的三视图（左视图）：图4.6 踏步机左视图1-橡胶套 2-低架 3-防尘圈 4-脚踏 5-螺钉 6-低杆

53、7-变位杆 8-顶杆 9-橡胶帽 10-扶手 11-连杆架 12-扭腰盘 13-活塞杆 14-密封件 15-缓冲环 16-活塞 17-活塞杆 18-o型圈 19-密封圈 20-螺母 21-过渡杆 22-连杆 23-螺钉 24-固定架通过上面的三视图能够比较完整的反应踏步机的内在结构，以及踏步机特殊零部件的特征，踏步机的整体结构精良，主要由扶手、机械连杆、电子显示屏、变位杆、底座、踏板、油压杆、油压缸、扭腰盘等零件组成。特别是踏步机底座踏板下面配有两根油压杆，可以消除运动时膝盖关节的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同时也具备可以调整健身者所需要的运动强度，让健身者在不知不觉中燃烧脂肪，特别锻炼

54、腰、腹腿等部位，可以达到很好的健身作用。4.3踏步机工作原理介绍当人们使用踏步机进行踏步运动时，左右脚以一定的频率对踏板进行踩踏，左脚踩踏左边踏板时，左踏板受到斜向下的压力，左踏板将会以一定的圆弧斜向下运动。由于左右踏板通过机构连接，左踏板斜向下运动时，对左边连杆产生一个拉力，左边连杆拉动中间的过渡杆，然后过渡杆绕中心轴转动，带动右边连杆，右连杆斜向上带动右边踏板斜向上运动，从而实现踏步机的踏步功能。踏步机分为普通踏步机和电子踏步机，电子踏步机通常用于健身房和健身俱乐部，它采用一台发动机来控制踏步的运动频幅，因而可以降低踏步运动对腿关节造成的负面影响。与电子踏步机相比，人工踏步机的价格更为低廉

55、，产品种类从迷你踏步机到配置有电脑控件的全尺寸踏步机一应俱全；它采用气压活塞而非发动机来控制踏步的运动频幅。通过本设计的踏步机为普通的踏步机，普通踏步机的工作原理相对比较简单，依据踏步机的传动机构、脚踝的运动轨跡来加以分类，并分析踏步机不同传动机构设计的特性与差异，及探讨不同的运动轨跡对使用者所产生的影响。循环阶梯式踏步机主要是让使用者做类似于爬楼梯的训练运动，此类踏步机工作原理的特征主要是在构型上拥有若干环接的阶梯，当使用者踩踏在踏板上时，利用重心带动踏板，如此可以让使用者真正地做爬楼梯的运动，但是整体构型相对于其他类别要来的大，因此较不适合在空间不大的家庭使用， 不过此类最大的特色是作爬梯

56、运动时，抬起的一脚会与踏板分开，因此可以真正模拟爬楼梯运动，此类踏步机可供专业的健身训练使用，缺点是循环阶梯式踏步机不同于前述几款，它是属于重击方式的踩踏运动，因此对于机械零件会有输送带型、凸轮型等二型。 平行四连杆利用它有两根相等长度的曲柄而有相等角速度的原理，使脚踏板踩动时可保持水平，左右踏板有连动与独立等不同的设计，其中连动的踏板设计数量较多，独立的设计在锻炼小腿方面较佳，此型机构设计应用于踏步机机构上，可依照不同设计的平行连杆的运动角度范围及方向来区分平行连杆式。踏步机的运动部位主要着重於使用者的腿部，利用不同的机构设计来达到踏步、爬梯、走路等不同需求的运动方式，这些运动方式皆利用下肢抬起踩下的摆动来完成，两脚交互动作形成一个运动週期，将运动过程中脚踝的运动轨跡投影到矢状面 上，会因不同的运动而有不同的描绘路径。 第五章 踏步机的功能分析及其设计5.1踏步机的功能分析踏步机主要由扶手、连杆、变位杆、底座、扭腰盘、踏板、油杆、油缸等零件组成，通过本设计研究的踏步机具有踏步、扭腰等功能，打破了常规踏步机运动的单一性。踏步运动为该踏步机的主要功能，扭腰为该踏步机的辅助功能，增加了踏步机的附加值。踏步运动主要是通过踏步机主体连杆机构来实现，通过健身者踩踏左右踏板，左右踏板通过弧形运动按倾斜方向拉动连杆，连杆与过渡杆连接，导致过渡杆绕中心轴转动，将拉力传递到另外一只