椭圆漫步机(共23页)

1、枣庄职业学院毕 业 设 计（论 文） 椭圆漫步机设计姓 名 魏建 系 部 数控系 专 业 模具设计与制造班 级 09级模具一班 学 号 200901030107 指导老师 高连勇 2012年 05月摘要（或设计总说明） 关键词: 目录前言第一章 设计题目4第一节 椭圆漫步机背景4第二节 设计要求4第三节 软件介绍第二章 机构选型及评价5第一节 方案15第二节 方案26第三节 方案313第四节 方案414第三章 机构设计 22 第四章运动分析及仿真 24第一节 踏点轨迹与标准椭圆比较图第二节 踏点位置与标准椭圆比较表第三节 位移、速度、加速度分析第四节 运动仿真第五章 结果分析及成品参考文献30

2、结论31前言第一章 设计题目第一节 椭圆漫步机背景 椭圆漫步机是一种非常实用的纯机械健身器材, 它具有活动下肢及脊椎各关节，抻动肝、脾、肾、经脉，增强人体上肢肌肉耐力和四肢协调能力等健身功能，特别是对下肢减脂有针对性效果。下图1所示为某公司生产的YC-LJ-25型号椭圆漫步机,其占地空间为（长×宽×高）1360×600×1587mm。图2为运动轨迹图。锻炼方法：两脚踏于座板上，两手握住手柄摆动，往复运动。图1 图2第二节 设计要求1) 双脚的椭圆轨迹长轴为50cm，短轴20cm，要求实现的轨迹为标准椭圆或近似椭圆（偏差小于5%）。2) 动力源手动或者自动

3、。3) 保证运动者在机器上有舒适的锻炼姿势，整个身体要协调。第三节 软件介绍Proe自问世以来，现在成为世界上最普及的三维cad/cam系统标准软件，被广泛应用于航空航天、机械、电子、汽车、家电、玩具等各行各业。其功能强大，包括零件设计、产品装配、模具开发、NC加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真设计、应力分析、数据库管理等多种功能。它的出现改变了传统的CAD/CAM作业方式，参数化设计及全关联性数据库使产品的设计更加容易，大大缩短了用户的开发时间。第二章 机构选型及评价第一节 方案1 图3 优点：采用了发电机提供动力，可以让使用者更加省力，而且可以通过调速设备来调节运动

4、的快慢，使椭圆漫步机由手动走向自动化。缺点：需要供电，不适合在户外作为公共基础设施以及一些其他无法持续供电的地方使用，具有一定的局限性，而且不经济。第二节 方案2 图4 该方案为在原有的题中给出的机构上扩展而出的，将原先的四杆机构转变成六杆机构，使得椭圆漫步机稳定性更强，更耐用。但是因为与原机构太过相似，不具有创新性。第三节 方案3 图5 此方案是通过运动链再生的方法获得的，同样是更稳定的六杆机构，而且更加具有一定的创新性，但是因为前段通过滑块连接，使得该机构显得比较不协调。而且前端的滑块也不便于生产安装，且占用空间面积较大，不适合室内使用。第四节 方案4 图6此方案不但具有一定的创新性，而且

5、踏点轨迹稳定，不但符合人行走的轨迹，而且更贴近题目要求。而采用铰链连接代替滑块，又消除了方案三中的缺点。综上所述，我们选择方案4作为最终方案。第三章 机构设计 对于方案4的尺寸设计，我们根据其运动规律，将其分为手扶和脚踏两个部分，踏板为原动件，因此手扶部分并不影响脚踏部分的运动轨迹。这样一来，该机构就由六杆机构求轨迹问题简化成为四杆机构的轨迹求解。 在脚踏部分，我们先利用题中所示的椭圆轨迹的上，下，左，右四个顶点作为已知点，得出四杆机构的四个已知位置。我们知道，通过四位置综合求解，是可以得出精确的四杆机构位置的。因此，通过解析法解几何方程，我们找到了踏点的位置，在图7中用红色圆圈表示。方程：，

6、解得 x=91.24由此，我们得出踏点轨迹，显然，该轨迹为椭圆或者一近似为椭圆的曲线，该结论在稍后得到了证实。 图7在此之后，为了得出踏点的真实轨迹，我们又利用解析法，对踏点的运动轨迹列出了二次方程，并利用matlab软件进行了轨迹的曲线绘制，发现该点的轨迹的确符合题目要求，为一近似为椭圆的曲线（图详见分析与仿真部分）。到此，踏点位置的确定一段落。接下来，我们开始了手扶部分的设计。手扶部分不光需要考虑到人体的协调，还要考虑到人的身高及手臂长度，使得使用者可以比较舒服的使用它进行锻炼或者休闲。所以我们没有将手扶部分放在整个机构的最前端，因为最前端与踏点最远将相隔近一米五左右，不符合人体的运动协调

7、性及实际情况。因为实际条件不允许，所以只对周围人进行了一些臂长的采样，虽然比较少，但是仍不失普遍性。通过结果分析我们发现大家的臂长大多集中在5060这一范围内。因此把展开的最远距离确定到了这一区间，又为了方便确定手扶部分的位置，将其与脚踏部分的连结铰链点放在了踏点位置的下方。这样，通过简单的几何关系，就得出了手扶部分的位置。到此，该方案椭圆漫步机的整体尺寸就定下来了。下图8为椭圆漫步机方案4的整体尺寸。 图8第四章 运动分析及仿真第一节.踏点轨迹与标准椭圆比较图用matlab软件绘制出了踏点的轨迹和题目设计要求中的理想椭圆相比较，图9为比较图。 图9附matlab程序：>> h1=

8、ezplot('(150-x)/sqrt(y2+(150-x)2)=(91.242+2*91.24*sqrt(y2+(150-x)2)+y2+(150-x)2+1502-252)/(2*150*(91.24+sqrt(y2+(150-x)2)',60,120,-20,20)set(h1,'Color','red')hold on h2=ezplot('(x-91.24)2/625+y2/100=1',60,120,-20,20)set(h2,'Color','green')title('踏点

9、轨迹') 第二节 踏点位置与标准椭圆比较表用matlab程序分别解踏点的几何方程和标准椭圆方程，以这两个图形的最左端和最右端两点为边界，即66.24，106.24，然后以1为步长共取了51个点，分别解出横坐标相同时的两个纵坐标来比较误差，表1为比较表。 表1XY1（标准椭圆）Y2（方案4）误差w66.2400067.242.83.460.2357142857168.243.924.80.2244897959269.244.755.780.2168421052670.245.436.550.2062615101371.2467.190.1983333333372.246.457.730.

10、198449612473.246.948.190.1801152737874.247.338.580.1705320600375.247.688.920.1614583333376.2489.210.1512577.248.289.450.1413043478378.248.549.660.1311475409879.248.779.830.1208665906580.248.989.970.1102449888681.249.1710.080.09923664122182.249.3310.160.0889603429883.249.4710.210.07814149947284.249.6

11、10.250.06770833333385.249.7110.250.0556127703486.249.810.240.04489795918487.249.8710.20.03343465045688.249.9310.150.02215508559989.249.9710.070.01003009027190.249.999.98-0.00100100100191.24109.86-0.01492.249.999.73-0.02602602602693.249.979.59-0.03811434302994.249.939.43-0.05035246727195.249.879.25-0

12、.06281661600896.249.89.05-0.07653061224597.249.718.84-0.08959835221498.249.68.62-0.1020833333399.249.478.38-0.11510031679100.249.338.12-0.12968917471101.249.177.86-0.14285714286102.248.987.57-0.1570155902103.248.777.28-0.16989737742104.248.546.96-0.1850117096105.248.286.63-0.19927536232106.2486.29-0

13、.21375107.247.685.93-0.22786458333108.247.335.55-0.24283765348109.246.945.15-0.25792507205110.246.454.72-0.26821705426111.2464.26-0.29112.245.433.77-0.30570902394113.244.753.23-0.32114.243.922.6-0.33673469388115.242.81.81-0.35357142857 第三节 位移、速度、加速度分析用proe软件对踏点处的位移，速度和加速度进行了分析，图10为位移曲线，图11为速度曲线，图12为

14、加速度曲线，图13为速度和加速度曲线，便于更直观地了解踏点的运动规律。 图10 图11 图12 图13 第四节 .运动仿真仿真用的是proe软件，图14为仿真截图。 图14第五章 结果分析及效果图一结果分析从踏点轨迹和标准椭圆的比较图表来看，所设计的方案误差稍大，但由于是近似设计，所以基本可以满足要求。而且，曾有研究表明，人在电动跑步机上跑步时，实测的脚踝轨迹（实线）用椭圆形状（虚线）拟合的结果，如图15 图15实测人体脚踝运动轨迹与椭圆存在一定的差异，呈现一头圆，而另一头比较尖的情况，故我们的设计更贴近于实际生活，符合人体的运动规律，为运动的人们带来更加舒适的感受。但该设计仍有不足，例如为防

15、止导杆伤人，需做一个比较大的后盖。二效果图 此图利用proe软件进行绘制。致谢非常感谢各位指导老师，没有你们交给我们知识，我们是不可能完成这项毕业设计，非常感谢你们这几年对我们的辛勤教导，你们不仅仅是传授给我们了知识，更是教会我们技能，从而让我们在这个社会上更好的立足，让我们的人生更加丰富多彩，在这里我向你们致敬！参考文献：12 3 4 5 6 7结论通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对模具及ug软件的了解，巩固了书本的知识。 结论总结如下：1. 对于模具设计来说不是单单的绘图，不理解塑料模具的知识要点是不行的，软件练的在好，不理解塑料模具绝对不会真正的设计。2. ug利用外挂（胡波外挂、本身自