毕业设计（论文）-颈式按摩器设计

设计过程现在人们生活压力大，出现不少肩颈酸痛的问题，本设计针对于长时间伏案工作的大学生。基于此，对于关于人体的脖颈的参数，穴位的作用，并且进行相关文献的查阅，找到市场上相似的产品，针对功能，外观，经济性三个方面来对比按摩器，相比较市场上的按摩器的功率及按摩方式[1]，来确定电机的类型及一系列零件、标准件的尺寸大小，选型和建模同步进行，选择的标准件尺寸为建模提供参数，三维建模又给选择标准件和设计非标件，在设计选型的过程中需要时刻注意各个零件所能承载的最大载荷及使用寿命。然后，将所绘制的零件图进行装配，在装配过程中要时刻注意零件与零件之间装配的问题，防止出现过定义的问题。本文设计的按摩器主要是反向回旋按摩驱动方式，驱动的原件是由一个电机马达来实现六个按摩头的回旋运动，可以同时按摩人体颈部各个穴位，从而达到缓解疲劳舒筋活血的作用，本文设计的按摩器的优点是成本低，功能性强，具有一定的创新性。本文设计的主要是包围式肩颈护理按摩器，主要是根据人体中脖颈的尺寸来设计的，根据资料显示人体脖颈的尺寸主要在8cm~15cm之间。主要针对脖颈间的穴位进行按摩疏导血液[2]运作机理动力装置选用的减速马达，通过减速马达将动力传送到蜗杆，通过蜗轮蜗杆传动，蜗轮蜗杆机构常用来传递两交错轴之间的运动和动力，一边一个蜗轮实现旋转方向异向，一种是内旋一种是外旋，然后将动力传动到与蜗轮固接的齿轮上，最后各个齿轮进行传动实现六个齿轮的联动，由于按摩头是随着齿轮旋转的，所以实现按摩头的内旋和外旋，从而达到按摩人体颈椎的功能[3]。本设计的按摩器有三对按摩头，实现不同转速不同位置的按摩，针对颈部脆弱部位，速率较缓，对于肌肉骨骼较厚的部位按摩的速率较高，强度更大。参数设计减速马达选择减速马达的型号为电压——12v空载转速——300rpm/min负载转速——240rpm/min额定力矩——1.0kg*cm额定电流——120MA堵转力矩——7kg*cm堵转电流——200MA减速比——100电压DCW空栽转速rpm\min奂栽转速rpm\min额定力矩kg\cm额定电流MA堵转力矩kg\cm堵转电流MA减速tt1:0032502000.07800.561003031501000.10800.8010050375600.15801.20100100350400.20601.60100150337300.25602.0010020033024030602.40100250325200.50604.0010029865004000.151601.201003063002400.201601.601005061501200301602.401001006100800.401603.20200150674700.601203.20200200660481.001207.00200250650401.5012010.002002981210008000303002.4030030126004800.403003.2030050123002400.503004.00300100122001601.003007.00300150121481181.203009.0030020012120962.0030016.0030025012100802.0030016.00300298减速马达尺寸图如下蜗轮蜗杆选型杆的传动功率不大速度只是中等，故蜗杆用45钢：因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿而要求淬火，硬度为45-55HRC。蜗轮用铸锡隣青铜，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用育铜制造，而轮芯用灰铸铁制造ADDINCNKISM.UserStyle蜗轮蜗杆机构的特点1.可以得到很大的传动比，比交错轴斜齿轮机构紧凑。两轮啮合齿面间为线接触，其承载能力大大高于交错轴斜齿轮机构。3.蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小。具有自锁性。当蜗杆的导程角小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性，可实现反向自锁，即只能蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆。如在起重机械中使用的自锁蜗杆机构，其反向自锁性可起安全保护作用。传动效率较低，磨损较严重。蜗轮蜗杆啮合传动时，啮合轮齿间的相对滑动速度大，故摩擦损耗大、效率低。另一方面，相对滑动速度大使齿面磨损严重、发热严重，为了散热和减小磨损，常采用价格较为昂贵的减摩性与抗磨性较好的材料及良好的润滑装置，因而成本较高[4]。蜗杆选择内孔是5mm，蜗杆直径是9.8mm，头数是Z1，总长13mm涡轮选择的是20齿，齿面直径是13.5mm，齿面宽度是5mm的。蜗杆轴向力较大。轴承本设计选择的轴承是SF-1无油自润滑轴承成分为钢基镀铜承载机理为固体摩擦特点：摩擦系数小、耐磨、抗腐蚀性好,无油润滑产品用处运用于各种机械的滑动部位，如自动化机械设备。适用于无法加油或较难加油的场合制作工艺是以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉,表面轧制聚四氟乙烯和混合物卷制而成，具有摩擦系数小、耐磨、抗腐蚀性好和无油润滑的特点。能降低成本、缩小机械体积、避免咬轴现象和降低噪音等优点。产品已广泛应用于各种机械的滑动部位。承载压力静承载N/mm2250滑动速度m/s5.0动承载N/mm2140使用温度℃~195~+270摇摆运动N/mm260摩擦系数Η0.04~0.20PV值油润滑N/mm222导热系数W/m·K13干摩擦N/mm23.6线胀系数11X10-6/K轴径DSH7外径公差Do压砂内孔公差壁厚S3nf1f2L0(d<<D28L-0.30)-0.40(d<<D28L-0.40)Dh68101215202530405020-000635♦000835♦0055205507500.3♦002&19900.7300406040840•000855♦000855♦00554055399005060510♦00255■0010-00227*00157♦0055♦0025505549900606060806106-0010•00228*00158♦0055♦002560555990080608080810081208158-0013-002810*001510•0055*00258055799010061008101010121015102010-0013-002812*00182*0065♦00301005&9990120612081210121212151220122512-0016•003414*00184初065♦006$1205811990选择轴承1的参数为轴径为Ds=5mm，外径Do=7mm，L=6mm轴承2的参数为轴径为Ds=2mm，外径Do=3.5mm，L=6mm齿轮在各种传动形式中，齿轮传动在现代机械中应用最为广泛。这是因为齿轮传动有如下特点：1)传动精度高。前面讲过，带传动不能保证准确的传动比，链传动也不能实现恒定的瞬时传动比，但现代常用的渐开线齿轮的传动比，在理论上是准确、恒定不变的。这不但对精密机械与仪器是关键要求，也是高速重载下减轻动载荷、实现平稳传动的重要条件。2)适用范围宽。齿轮传动传递的功率范围极宽，可以从0.001W到60000kW；\t"/item/%E9%BD%BF%E8%BD%AE%E4%BC%A0%E5%8A%A8/_blank"圆周速度可以很低，也可高达150m/s，带传动、链传动均难以比拟。3)可以实现平行轴、相交轴、交错轴等空间任意两轴间的传动，这也是带传动、链传动做不到的。4)工作可靠，使用寿命长。5)传动效率较高，一般为0.94～0.99。6)制造和安装要求较高，因而成本也较高。7)对环境条件要求较严，除少数低速、低精度的情况以外，一般需要安置在箱罩中防尘防垢，还需要重视润滑。8)不适用于相距较远的两轴间的传动。9)减振性和抗冲击性不如带传动等柔性传动好。齿轮选用齿轮强度校核1．齿轮参数输入转速：25.68rpm

输出转速：6.0rpmZ1=15

42CrMoZ2=27

ZG35CrMo面宽：5mm热处理：a)软齿面

b)硬齿面（中频表面淬火）2．强度校核1)按软齿面校核a)

系数选择使用系数Ka=1.25

动载系数Kv=1.2

齿向载荷分布系数KH=1.025KF=1.0齿间载荷分布系数Kh=1.2

Kf=1.2

应力修正系数Ysa1=1.58

Ysa1=1.8

弹性系数Ze=189.8

寿命系数ZN1=1.6

ZN2=1.58

YN1=2.3

YN2=2.2

齿形系数Yfa1=2.75

Yfa2=2.3b)

确定疲劳极限接触疲劳极限σh1=1180mpa

σh2=650mpa弯曲疲劳极限σf1=380mpa

σf2=300mpa最小接触安全系数SH=1.1最小弯曲安全系数SH=1.3c)

计算结果最小接触安全系数SH=1.2最小弯曲安全系数SH=1.5d)计算结果许用接触应力σh13631许用弯曲应力σF12185σh21889σF21380计算接触应力σh1529计算弯曲应力σf174σh2477σf271PA压力角；FW面宽；T齿数；M模数。齿轮1的模数为0.8，齿数27，压力角为20°面宽为5mm齿轮2的模数为1，齿数15，压力角为20°面宽为5mm传动比齿轮1：齿轮2=27：15=9：5仿真校核蜗轮蜗杆出现自锁时模拟仿真其静态结构变化用ansys对蜗杆轴进行仿真校核1.打开workbench2.蜗杆轴的设置材料为45碳钢调质处理，硬度再220—250HBS3.对蜗杆轴进行建模划分网格，网格大小为4.对蜗杆设置边界条件，设置扭矩为120N·M形变量图分析结果轴最大变形量在与电机连接部分，其形变量为0.0013105m，当电机自锁时此变形量可以看出比较大，此时轴的直径为蜗杆轴的尺寸为3mm蜗杆轴的最大等效应力为6.3279e+10pa,主要分布在轴肩部分。变形量放大图等效应力图优化设计将蜗杆轴的尺寸修改为5mm，再次进行ansys分析可得出最大变形量为0.00064456m，有数据可知，将蜗杆轴加粗后，得到的结果比较可观，其中等效最大应力为3.538e+10.针对蜗杆轴的分析主要目的是为了用户在使用按摩器期间，可能会出现比较特殊的情况或者使用不当的情况，导致按摩头承受较大的外力作用，迫使与按摩头固结的齿轮卡死的情况，最后传动过程受阻，蜗轮蜗杆出现自锁的情况。基于此情况，针对比较重要的部件蜗杆轴进行力学分析，最后得出结果蜗杆轴的最大变形量不超过0.00064456m传动过程本设计主要是通过减速马达输出动力，将动力传递到蜗杆，蜗轮蜗杆旋转，蜗轮内固结轴套带动下方齿轮1转动，最后齿轮1带动齿轮2齿轮3转动。其中减速电机输出转速W1=300RPM/min蜗轮蜗杆传动比为i1=Z1/Z2=20齿轮传动比i2=5：9最后按摩头1的转速为W2=W1*i1=15RPM/min按摩头2的转速为W3=W2/i2=27RPM/min所以，第一对按摩头的速率相对比较缓慢相当于4~5s一个循环周期，而这个速率对于颈部按摩是刚刚好的，因为人的颈椎相对比较脆弱，所以需要要将速率降低，避免太过于刺激颈椎，造成不可逆的损伤。二三对按摩头速率相对比较快，大概是2s左右一个运动周期是针对肩膀及斜方肌部分进行快速刺激按摩，斜方肌上的肌肉和肩膀上，并不是特别脆弱的地方，其中肌肉组织和人体骨骼较多，所以刺激的强度及速率和比较大。创新点1通过一个电机来控制六个按摩头转动，极大减少了设计成本通过机械结构来提高其可靠性，通过蜗轮蜗杆实现两边按摩头反旋按