21基于人机工程学的椭圆机设计(论文).pdf

毕业论文中文摘要 毕业论文中文摘要 基于人机工程学的椭圆机设计 摘 要 随着社会的发展和科技的进步， 未来的设计是基于研究和以三维造型为基础 的设计。在以后的设计中会更加多的加入人机工程学的内容，而人机工程学的研究 也呈现出了很多崭新的面貌，其定义的范围也在不断拓展。本次设计是通过人机工 程学与实际相结合，以 pro/e 为基础，结合人体尺寸来设计运动器材椭圆机的。其 中大量的运用到 pro/e 技术来设计，以实现椭圆机的三维造型。椭圆机的设计实现 了在小范围内达到科学锻炼身体的目的，其操作简单明了，噪音小，无污染，使用 安全可靠。 关键词 椭圆机 人机工程学 pro/e 软件 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 毕业论文外文摘要 毕业论文外文摘要 design of the elliptical machine based on ergonomics abstract with the social development and the advancement of technology, the design is based on the future of research and three-dimensional shape-based design. design in the future will be more and more content added ergonomics, and ergonomic studies have shown a lot of new look, the scope of its definition is also expanding. this design is by the combination of ergonomic and practical to pro / e, combined with the human dimension to design sports equipment, elliptical machine. the use of a large number of them to the pro / e technologies to design, to achieve the three-dimensional shape of elliptical machines. elliptical machine designed and implemented on a small scale to achieve the purpose of exercise science, and its simple operation, low noise, no pollution, safe and reliable. keywords elliptical machine ergonomics pro/engineer 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 目 录 目 录 1 引言 . 1 1.1 人机工程学概论和 pro/engineer 软件介绍 1 1.1.1 人机工程学概论 . 1 1.1.2 pro/engineer 软件介绍 3 2 椭圆机的理论设计 . 4 2.1 基于机械设计原理轴的设计（包括套筒的设计，轴承的选择） . 4 2.1.1 轴的结构设计 . 4 2.1.2 轴的结构设计 . 6 2.1.3 轴的结构设计 . 7 2.2 螺母的选择及其主要尺寸 . 9 2.3 椭圆机的人机工程设计 . 9 2.3.1 椭圆机的简介及其设计要求 . 9 2.3.2 人体尺寸的选择 . 9 2.3.3 踏板间距和踏板大小的确定 11 2.3.4 外观及色彩设计 12 3 椭圆机三维模型的建立 12 3.1 轴的三维模型形成 13 3.2 轴承的三维模型形成 14 3.3 垫圈的三维模型形成 15 3.4 螺母的三维模型形成 15 3.5 踏板的三维模型形成 16 3.6 底座及其连接部分三维模型的形成 17 3.7 轴连接三维模型形成 18 3.8 杆连接部分三维模型的形成 18 3.9 轴三维模型的形成 19 3.10 杆连接三维模型的形成 19 3.11 椭圆机总装配图的三维模型 20 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 结论 . 21 参考文献 . 22 致 谢 23 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 1 基于人机工程学的椭圆机设计 基于人机工程学的椭圆机设计 1 引言引言 近年来，随着人们生活水平的不断提高，生活质量不断改善。越来越多居民的生活 观念由“力求温饱”向“永保健康”转变，以期拥有健康的体魄。达到高效学习，工作， 实现享受生活并达到延年益寿。人们健康意识不断高涨，促进了我国健身器材产业的飞 速发展。 椭圆机作为一中重要的健身器材，其主要功能有增强人体肌肉力量，提高人体柔韧 性和灵活性，增强人体平衡能力，改善血液循环，可预防失眠。椭圆机的设计与人有着 紧密联系。现代设计研究中与人机工程学联系最大的研究之一，是在以用户为中心的设 计基础上提出的。人与用户虽然仅一字之差，却反应了更加人性化的设计理念。用户是 一种使用，操作和完成任务的概念， “人”的概念比用户的概念更强调人的全面需求， 人的价值。因此，除了用户参与这类研究方法以外，以人为中心的设计提出了将文化， 文脉等因素全面地纳入设计研究，形成了所谓的宏观人际工程学。 随着社会的发展和科技的进步，未来的设计是基于研究和以三维造型为基础的设 计， 国外许多著名的 cad 软件公司纷纷进入中国市场。 未来的设计是以创新和创新力为 核心设计，而设计创新在本质上是以人为中心的创新，设计是关于人的物质和精神生活 的，所以，任何一项科学性的设计研究必然涉及人机工程学；同样可视化设计，装配设 计，设计分析，运动仿真等方面的设计研究就要用到三维造型设计。 1.1 人机工程学概论和 pro/engineer 软件介绍 1.1.1 人机工程学概论 人机工程学的起源是由于人与物（工具）之间的关系变化。 传统人机工程学的定义是：人机工程学研究人机环境系统中人、机和环境这三 大要素之间的关系，为解决系统中人的作业效能、安全、生理和心理健康问题提供理论 和方法。 新的人机工程学定义： 人机工程学是研究系统中人与其他组成部分的交互关系的一 门科学，并运用其理论、原理、数据和方法进行设计，以优化系统的工效和人的健康幸 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 2 福之间的关系。也就是说，新的人机工程学的科学性定义是，研究系统中人与其他组成 部分的交互关系的一门科学。 这种研究是建立在实验科学的方法之上的， 是系统地分析、 实验、 研究和因果关系的假设和验证。 研究对象是系统中人与系统其他部分的交互关系。 既要获得最高的系统效率，又要保证人的健康舒适。新定义与传统定义见并没有本质的 区别，但更加强调了“交互”的概念，这符合人机工程学的发展趋势。 根据国际人机工程学会的定义, 人机工程学(ergonomics) 是人机工程学是研究人在 某种工作环境中的解剖学、生理学和心理学等方面的各种因素; 研究人和机器及环境的 相互作用; 研究在工作中、家庭生活中和休假时怎样统一考虑工作效率、人的健康、安 全和舒适等问题的学科。人机工程学, 在美国有人称之为人类工程学“human engineering”, 人因工程学“human factors ( engineering) ”, 在欧洲有人称之为 “ergonomics”, 生物工艺学, 工程心理学, 应用实验心理学以及人体状态学等, 日本人 称之为“人间工学”。目前, 我国除使用上述名称外,还有译成工效学、宜人学、人体工程 学、人机学、运行工程学、机构设备利用学、人机控制学等。人机工程学的命名已经充 分体现了该学科是“人体科学”与“工程技术”的结合。 实际上, 这一学科就是人体科学, 环 境科学不断向工程科学渗透和交叉的产物, 它是以人体科学中的人类学、生物学、心理 学、卫生学、解剖学、生物力学、人体测量学等为“一肢”;以环境科学中的环境保护学、 环境医学、环境卫生学、环境心理学、环境监测技术等学科为“另一肢”,而以技术科学中 的工业设计、工业经济、系统工程、交通工程、企业管理等学科为“躯干”, 形象地构成 了本学科的体系。 总之, 它是一门综合性的边缘学科, 其研究的领域是多方面的, 可以说 与国民经济的各个部门都有密切的关系 1。 美国二十一世纪信息技术计划中的基础研究内容为4 项: 软件、人机交互、网络、 高性能计算机。其中, 人机建模研究在信息技术中被列为与软件技术和计算机技术等并 列的六项国家关键技术之一,并被认为“对于计算机工业有着突出的重要性, 对其他工业 也很重要”。美国国防关键技术计划不仅把人机交互列为软件技术发展的重要内容之一, 而且还专门增加了与软件技术并列的人机界面这项内容。日本也提出了fpiend21 计划 ( future personalized information environment development) , 其目标就是要开发二十一 世纪个性化的信息环境。 我国人机工程学发展的基础工作是在工业心理学和工程心理学的领域内开始的。20 世纪 30 年代，清华大学开设了工业心理学课程。 工业心理学概观 （陈立，1935）是 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 3 我国最早系统地介绍工业心理学的著作。70 年代后期，人机工程学开始发展，其标志性 发展是中国科学院心理学研究所、航天医学工程研究所、空军医学研究所和杭州大学等 分别建立了工效学或工程心理学研究机构。 1989 年成立了中国人类工效学协会 （chinese ergonomics society） 。同时，在工业设计（industrial design）领域，人机工程学的发展几 乎与设计的发展是同步的，这成为我国人机工程学发展的特色之一 1。 1.1.2 pro/engineer 软件介绍 pro/engineer（简称 pro/e）是美国参数技术公司推出的使用全参数化特征造型技术 的大型 cad/cam/cae 集成软件，它的内容涵盖了产品从概念设计、工业造型设计、三 维模型设计、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的输出、生产加工成产品的全过程， 广泛应用于航空航天、汽车、机械、nc 加工、电子等诸多行业。由于其强大而完美的 功能，pro/engineer 几乎是 cad/cam 领域应用最广的软件。它在国外大学里已经成为 工程类学生必修的专业课程，也成为工程技术人员必备的技术 2。 pro/engineer 是一套由设计到生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统， 是一个参数化、基于特征的实体造型系统，是一套使用 3d 实体模型的设计工具，其最 基本的实用功能就是构建零件的 3d 实体模型，其他功能都以此为基础。pro/engineer 的主要功能优点归纳如下： （1）工业设计（caid）模块 工业设计模块主要用于对产品进行造型设计。在三维设计软件产生以前，不制造出 零件或模型，无法观看零件的形状，只能通过二维平面图进行想象。现在，用一些软件 可以生成实体模型，但生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用 pro/e 生成的实体 模型，不仅中看，而且相当管用。 （2）机械设计（cad）模块 机械设计模块是一个高效的三维机械模块，它可绘制任意复杂的零件。用 pro/e 生 成曲面仅需 23 步即可完成，如果和数控机床连接，可以生成数控程序，加工出美观大 方的产品。pro/e 生成曲面的方法很多，如拉伸、旋转、放样、扫描、网络、点阵等， 因此使用它可以迅速建立任何复杂曲面。 （3）功能仿真（cae）模块 功能仿真模块主要是指进行有限元分析。有限元分析使我们有了一双慧眼，能“看 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 4 到”零件的内部受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，可以充分优化 零件的设计。 （4）制造（cam）模块 在机械行业中用到的 cam 制造模块中的功能主要是 nc machining（数控加工） 。 （5）数据管理（pdm）模块 数据管理模块是在计算机上对产品性能进行测试仿真， 找出造成产品各种故障的原 因，帮助设计师对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它通过一定的机制保证了所 有数据的安全及存取方便。 （6）数据交换（geometry translator）模块 在实际中还存在一些别的 cad 系统，如 ugnx、euclid、cimatrton、mdt 等，由 于它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际的工作中，往往需要 接受别的 cad 数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。 与众多三维 cad 软件相比，功能强大、易学易用和技术创新是 pro/e 的三大特点， 使得 pro/e 成为领先的、主流的三维 cad 解决方案。pro/e 能够提供不同的设计方案、 减少设计过程中的错误以及提高产品质量。pro/e 不仅提供如此强大的功能，同时对每 个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 本文将基于人机工程学和机械设计的理论，对椭圆机这种室外健身器材的外形轮 廓、色彩选择、各部分参数等特征进行设计与确定；运用 pro/engineer 软件的各种相 关的功能模块对椭圆机各个零件、部件等进行三维建模设计，通过 pro/engineer 的三 维建模功能对椭圆机的设计做出更加直观、可视的设计与分析。这种基于人机工程学和 机械设计理论，并运用 pro/e 软件对健身器材的设计研究已有较好的发展，这种方法也 将适用其他工业产品的设计研究，对以后机械产品的设计研究、开发运用将提供一个很 好的思路和方向，未来的设计将会更加可视化、直观化、人性化。 2 椭圆机的理论设计椭圆机的理论设计 2.1 基于机械设计原理轴的设计（包括套筒的设计，轴承的选择） 2.1.1 轴的结构设计 （1）装配方案，如图 21 所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 5 abcde 图 21 轴 （2）根据轴向定位的要求确定各段轴的长度、直径 为了满足轴向定位要求，轴应设计成如图形状，因为它既要满足轴的需要， 又要起到轴向定位的作用。ab 轴段制造出有螺纹的形状，取 ab 轴段总长 ab l=25 ，非 螺纹部分d=10 ，取螺纹部分长度为l螺纹=15 ，d=m10，左端倒角为 0.545。 选择滚动轴承。因为轴承只承受径向力的作用，故选用深沟球轴承（gb/t 2761994）7，参照工作要求并根据 bc d=17 ，由轴承产品目录中选取轴承代号 6003， 其尺寸为ddb=17 35 10 ，故 bc 段轴， bc d=17 。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由轴肩高度一般为h=（0.070.1）d， 取系数为 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段轴（类似螺栓头） de l=5 ， de d=30 ，其端面具体尺寸如图 22 所示。 图 22 轴端面尺寸 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 6 因为轴所装的位置左右两挡板的距离为 145 ，挡板厚度为 4 ，所以取轴 肩段 cd l=5 。 为使轴承所装位置对称以及与其他零件的配合，取 bc l=40 。 （3） 确定轴上各轴肩处的圆角半径为 0.5 ，取轴端倒角为 0.545。 （4） 因为轴所装的位置长度较大，为了保证其稳定性应选用两个轴承。考虑到轴 承的对称、轴向的定位、此配合要求的精度不高、轴转速非常小（只是在一个较小的角 度内转动） ，故两轴承间套筒的长度 1t l =（145+410101010）=109 ，内径 1 d =17.5 ，外径 2 d =22.5 （满足配合要求） ；与挡板配合端套筒的长度 2t l=10 4 =6 ， 内径 1 d =17.5 ，外径 2 d =22.5 。 2.1.2 轴的结构设计 （1）装配方案，如图 23 所示。 abcde 图 23 轴 （2）根据轴向定位的要求确定各段轴的长度、直径 为了满足轴向定位要求，轴应设计成如图形状，因为它既要满足轴的需要， 又要起到轴向定位的作用。ab 轴段制造出有螺纹的形状，取 ab 轴段总长 ab l=15 ，非 螺纹部分d=5 ，取螺纹部分长度为l螺纹=10 ，d=m10，左端倒角为 0.545。 选择滚动轴承。因为轴承只承受径向力的作用，故选用深沟球轴承（gb/t 2761994） ，参照工作要求并根据 bc d=17 ，由轴承产品目录中选取轴承代号 6003，其 尺寸为ddb=17 35 10 ，故 bc 段轴， bc d=17 。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由轴肩高度一般为h=（0.070.1）d， 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 7 取系数为 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段轴（类似螺栓头） de l=10 ， de d=30 ，其端面具体尺寸如图 24 所示。 图 24 轴端面尺寸 因为轴所装的位置左右两挡板内侧间的距离为 45 ，挡板厚度为 4 ，所以 取轴肩段 cd l=5 。 为使轴承所装位置对称以及与其他零件的配合，故取 bc l=（45+81041）=40 。 （3） 确定轴上各轴肩处的圆角半径为 0.5 ，取轴端倒角为 0.545。 （4） 因为轴所装的位置长度较大，为了保证其稳定性应选用两个轴承。考虑到轴 承的对称、轴向的定位、此配合要求的精度不高、轴转速非常小（只是在一个较小的角 度内转动） ，故两轴承间套筒的长度 1t l =（45+810101010）=13 ，内径 1 d =17.5 ， 外径 2 d =22.5 （满足配合要求） ；与挡板配合端套筒的长度 2t l=10 4 =6 ，内径 1 d =17.5 ，外径 2 d =22.5 。 2.1.3 轴的结构设计 （1）装配方案，如图 25 所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 8 abcde 图 2-5 轴 （2）根据轴向定位的要求确定各段轴的长度、直径 为了满足轴向定位要求，轴应设计成如图形状，因为它既要满足轴的需要， 又要起到轴向定位的作用。ab 轴段制造出有螺纹的形状，取 ab 轴段总长 ab l=15 ，非 螺纹部分d=5 ，取螺纹部分长度为l螺纹=10 ，d=m10，左端倒角为 0.545。 选择滚动轴承。因为轴承只承受径向力的作用，故选用深沟球轴承（gb/t 2761994） ，参照工作要求并根据 bc d=17 ，由轴承产品目录中选取轴承代号 6003，其 尺寸为ddb=17 35 10 ，故 bc 段轴， bc d=17 。 右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由轴肩高度一般为h=（0.070.1）d， 取系数为 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段轴（类似螺栓头） de l=5 ， de d=30 ，其端面具体尺寸如图 26 所示。 图 26 轴端面尺寸 因为轴所装的位置左右两挡板内侧间的距离为 96 ，挡板厚度为 4 ，所以 取轴肩段 cd l=5 。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 9 为使轴承所装位置对称以及与其他零件的配合，故取 bc l=40 。 （3） 确定轴上各轴肩处的圆角半径为 0.5 ，取轴端倒角为 0.545。 （4） 因为轴所装的位置长度较大，为了保证其稳定性应选用两个轴承。考虑到轴 承的对称、轴向的定位、此配合要求的精度不高、轴转速非常小（只是在一个较小的角 度内转动） ，故两轴承间套筒的长度 1t l =（96+810101010）=64 ，内径 1 d =17.5 ， 外径 2 d =22.5 （满足配合要求） ；与挡板配合端套筒的长度 2t l=10 4 =6 ，内径 1 d =17.5 ，外径 2 d =22.5 。 2.2 螺母的选择及其主要尺寸 由于轴端的螺纹d=m10，考虑其连接和配合固定的要求，选择型普通六角螺母 （gb/t 6170 2000） 7。其主要尺寸为 d=m10，材料为钢，螺纹公差为 6h，表面不经 处理。 2.3 椭圆机的人机工程设计 2.3.1 椭圆机的简介及其设计要求 椭圆机是利用人站立在踏板上，双手紧握把柄，身体挺直，通过手臂曲伸及脚踏板 反复的椭圆形运动达到锻炼的目的。通过椭圆机的锻炼可以增强肘关节、膝关节的柔韧 性，促进血液循环，增强心肺功能，发展人体上、下肢及腰部肌群的力量。 椭圆机的基本设计要求为： （1） 椭圆机的结构尺寸符合锻炼者的人体尺寸； （2） 设计合理的结构形式和结构参数，保证椭圆机运动惯性舒畅； （3） 椭圆机的运动负载符合力学原理。 除了上述运动功能设计要求外，还有外形美观、符合运动心理学等设计要求。 2.3.2 人体尺寸的选择 为了设计出符合人的生理和心理特点的椭圆机， 使人们在健身运动时处于舒适的状 态和宜人的环境之中，以达到疲劳程度最低、效率最高和健身成效良好的目标。在设计 椭圆机的主要构架时就充分考虑机械的使用范围和人体各部的尺寸范围， 正确使用人体 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 10 尺寸数据。人体各尺寸的比例关系，因不同种族、民族、国家和地区的人群而不同。因 此，设计此产品时根据各地区人体尺寸差异来确定产品最优结构参数。我国于1988年发 布了中国成人人体尺寸国家标准(gb/t100001988) 1，该标准根据人机工程学要求 提供了我国成人人体的基础数据，因此，在设计椭圆机时，这方面应得到充分考虑。 根据表21可知中国六个区域人体尺寸相差不大，故设计的椭圆机尺寸应满足大多 数人的健身要求。椭圆机属于男、女通用的产品，可用男性1860岁年龄组的第95百分 位数和女性1855岁年龄组的第5百分位数，作为尺寸上下限的依据，它考虑了绝大多 数的使用群体。 表2-1 中国六个区域人体尺寸的均值和标准差 项目 东北、华北 西北 东南 华中 华南 西南 均 值 标准 差 均 值 标准 差 均 值 标 准 差 均 值 标 准 差 均 值 标 准 差 均 值 标 准 差 男 （18 60 岁） 体重 / 64 8.2 60 7.6 59 7.757 6.956 6.9 55 6.8 身高 / 169 3 56.6 168 4 53.7 168 6 55. 2 166 9 56. 3 165 0 57. 1 164 7 56. 7 胸围 / 888 55.5 880 51.5865 52. 0 853 49. 2 851 49. 2 855 48. 3 女 （18 50 岁） 体重 / 55 7.7 52 7.1 51 7.250 6.849 6.5 50 6.9 身高 / 158 6 51.8 157 5 51.9 157 5 50. 8 156 0 50. 7 154 9 49. 7 154 6 53. 9 胸围 / 848 66.4 837 55.9831 59. 8 820 55. 8 819 57. 6 809 58. 8 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 11 表2-2 我国成年男女人体部分功能尺寸 1 （单位：mm） 测量项目 男（1860 岁） 女（1855 岁） 5 p 50 p 95 p 5 p 50 p 95 p 坐姿前臂手前伸长 416 447 478 383 413 442 坐姿前臂手功能前伸 长 310 343 376 277 306 333 坐姿上肢前伸长 777 834 892 712 764 818 坐姿上肢功能前伸长 673 730 789 607 657 707 2.3.3 踏板间距和踏板大小的确定 根据人机工程学原理，不自然的姿势会影响人的平衡感，甚至人体会失去平衡，故 设计应考虑人体在运动过程中保持姿势的舒适。为此，要控制运动时两脚之间的距离， 即椭圆机的踏板间距。踏板间距太大，对使用者而言，其健身运动的方式就不自然，容 易出现对臀部和下背部的压迫和损伤。 图2-7 踏板示意图 踏板材料选用钢板，长度350，宽度为150，高度为30。其截面的具体形状如 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 12 图27所示。 2.3.4 外观及色彩设计 产品给人的第一印象中， 色彩占80 ， 造型占20。 熟悉产品之后， 两者各占50。 而好的色彩往往有先声夺人之功效，在设计中不可忽视。健身器材整体的色彩、操纵部 件的色彩及工作场所的色彩都对人的生理和心理产生很大影响。 色彩生理因素包括色彩 与声音、色彩与味觉、色彩与形状；心理因素包括色彩的嗜好、色彩的联想、色彩的象 征等范围。 对产品进行色彩设计时， 应注重运用色彩的生理学、 心理学等相关科学理论， 考虑产品的不同使用者、不同场合、不同地点等因素要求，科学地选择色彩，正确地使 用色彩，充分发挥色彩的视觉心理作用，为人们创造一个良好的色彩环境，从而提高人 们活动和健身效率。色彩配置一般不超过4种，太多太杂使人产生花俏、杂乱的感觉。 合理利用色彩对人们心理的影响，可以使用户第一眼就对产品产生一种信任感。 产品设计不仅是功能、性能等技术设计，还融合了外观造型设计。而产品外观部件 的位置、尺度比例、色彩、材质、装饰等都会在使用者心中产生不同感受，或明朗、愉 快，或沉闷、压抑，影响人的情绪，产生冷暖感、兴奋感、平静感、轻重感、大小感与 疲劳感等，进而影响产品功能的发挥和使用积极性。 椭圆机主要构架的设计用材都选用圆形钢管。色彩的感觉是指人对色彩的直觉。人 对色彩的冷暖感基本取决于色调；色彩的轻重感主要取决于明度；暖色、高明度的色彩 有膨胀感；冷色、低明度的色彩有收缩感。无色彩中白色最有膨胀感，黑色最有收缩感。 故椭圆机在色彩方面主要使用红、黄、蓝三种常见颜色，让人感到平静、舒服、轻松， 不会让人感到沉重、压抑以及影响人的情绪等。 3 椭圆机三维模型的建立椭圆机三维模型的建立 pro/engineer是一款功能强大的计算机辅助绘图和设计软件系统，作为一种基于三 维建模的实体造型工具，其设计过程实际上和零件形体分析的过程相似，是将若干简单 形体按照一定的相对位置进行堆积或挖切形成的。实体形成过程中，有些是在基本形体 的基础上加材料，有些是减材料，最后形成符合要求的形体。pro/engineer可以拉伸、 旋转、扫描、等特征形式形成实体 2。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 13 3.1 轴的三维模型形成 因为椭圆机所用到的五根轴的基本外形相似，在此选择轴作为代表建立三维模 型。用pro/engineer绘图时，首先要设置工作目录，此后将不再叙述。 （1） 轴的基本参数 ab l=15， ab d=10；bcl=40， bc d=17；cdl=5， cd d=20.4；del=5， de d=30 。其中螺纹部分l螺纹=13。其简图如图31所示。 abcde 图3-1 轴示意图 （2）三维模型建立 在pro/engineer中，阶梯轴的形成比较容易实现。首先，新建一个零件图并命名为 “zhou1”，“草绘”并选择一个草绘平面，可以逐节“拉伸”形成，也可以完成轴的纵截面草 绘，然后一次“旋转”完成。圆角半径为0.5，两端倒角为0.545。 左端螺纹的形成。应用pro/engineer中的“螺旋扫描切口”命令，草绘旋转轴和扫描 轨迹并标注扫描轨迹线和旋转轴间距为10； 然后在合适的位置草绘扫描截面即螺纹槽 的尺寸，截面为边长1.2的等边三角形，点击“确定”按钮完成扫描截面的绘制；然后， 输入节距值为“2”，点击螺旋扫描对话框中的“预览”按钮，确定无误后单击“确定”按钮， 最后点击“保存”按钮保存所画的图形。 轴右端用“拉伸”命令。绘制所要切除部分的尺寸，两侧距圆心的距离为12，所绘 图形把轴端的圆包括在内，点击“确定”按钮完成草绘；单击“拉伸工具”命令按钮，修改 拉伸的深度为10，然后，单击“去除材料”按钮完成；单击“预览”按钮，确定无误后单 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 14 击“确定”按钮完成整个轴的三维模型建立，单击“保存”按钮。 轴的三维模型，如图32所示。 图3-2 轴的三维模型图 3.2 轴承的三维模型形成 （1） 轴承的基本参数 轴承代号为6003，基本尺寸为ddb=173510。 （2） 三维模型建立 轴承的建模是在完成外圈、内圈和其中一个滚珠后，在新建的阵列组中以一定的阵 列关系，完成轴承的三维模型。 首先，新建一个零件图并命名为“zhoucheng”，“草绘”并选择一个草绘平面绘出轴承 外圈和内圈和旋转轴，标注尺寸并且修改尺寸，单击“确定”按钮；单击“旋转工具”按钮， “预览”所建的模型确定无误后单击“确定”按钮。 其次，绘制轴承内的小圆珠。之前先建立一个基准平面，单击“基准平面工具”，选 择轴承的轴和一个合适的平面，选择旋转角度为45，新建的基准平面系统默认为 “dtm1”。在dtm1平面上草绘圆并修改尺寸。按住ctrl键选择dtm1平面和刚草绘的圆， 长按鼠标右键，在下拉菜单中选择“组”将所选项构建成一个组。 最后，单击所建的组并单击鼠标右键，选择“阵列”选项，修改角度和阵列的个数， 完成操作，确定无误后保存。建立的轴承的三维模型如图33所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 15 图3-3 轴承的三维模型图 3.3 垫圈的三维模型形成 （1） 垫圈的基本参数 内径 1 d =10.5，外径 2 d =20，厚度h=2。 （2） 三维模型建立 建立一个零件图并命名为“dianquan”，点击“草绘”按钮并选择一个草绘平面，绘制 两个同心圆并修改尺寸，单击“确定”按钮完成草图的绘制；然后，单击“拉伸工具”按钮， 修改拉伸深度并单击 “预览”按钮， 确定无误后单击“确定”按钮完成操作。 最后， 单击“保 存”按钮保存所绘的图形。垫圈的三维模型如图34所示。 图3-4 垫圈的三维模型图 3.4 螺母的三维模型形成 （1） 螺母的基本参数 d=m12， a d =10.8， w d =14.6，e=17.77，s=16。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 16 （2） 三维模型建立 首先，新建一个零件图并命名为“luomu”，选取一个草绘平面并按照螺母的基本参 数绘制一个正六边形和一个螺母孔所需的圆，标注尺寸并修改尺寸，单击“确定”按钮完 成草绘。 其次，单击“拉伸工具”按钮并修改拉伸深度，单击“预览”按钮确定无误后，单击“确 定”按钮完成。 最后，应用“螺旋扫描切口”选项，草绘旋转轴和扫描轨迹并标注扫描轨迹线和旋转 轴间距； 然后在合适的位置草绘扫描截面即螺纹槽的尺寸， 截面为边长1.2的等边三角 形，点击“确定”按钮完成扫描截面的绘制；然后，输入节距值为“2”，点击螺旋扫描对话 框中的“预览”按钮，确定无误后单击“确定”按钮，最后点击“保存”按钮保存所画的图形。 螺母的三维模型如图35所示。 图3-5 螺母的三维模型图 3.5 踏板的三维模型形成 （1） 踏板的基本参数 长度350，宽度为150，高度为10，板厚为5。 （2） 三维模型形成 新建一个零件图并命名为“taban”，单击“草绘”按钮并选取一个草绘平面，绘制踏板 的截面形状并标注尺寸、修改尺寸，单击“确定”按钮完成草绘；然后，单击“拉伸工具” 按钮并修改拉伸深度，单击“预览”按钮确定无误后，单击“确定”按钮完成绘制，最后保 存。踏板的三维模型如图36所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 17 图36 踏板的三维模型图 3.6 底座及其连接部分三维模型的形成 底座包含的各个零件的三维模型的形成与以前的过程大同小异，在此不作叙述。在 此介绍由各个零件通过各种约束和配合，最后组装成底座这一大的组件。 图3-7 底座及其连接部分的三维模型图 首先，设置工作目录，新建一个组件图，单击“将元件添加到组件”按钮，在所存零 件的文件夹中选择“lan1”，单击“确定”按钮完成第一个零件的放置；再单击“将元件添加 到组件”按钮，在所存零件的文件夹中选择“lan2”，按照其所处底座的位置和相关的约束 命令完成第二个零件的放置，在消息栏中将显示“完全约束”。如果约束不正确或者不合 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 18 适等，在消息栏中也会显示相应的消息，提醒操作者进行修改等。第三个零件及其他各 零件的组装过程与前面相似， 按照以上的方法一次组装， 直到完成底座整个部件的组装， 最后保存。整个底座及与其连接部分的组装图如图37所示。 3.7 轴连接三维模型形成 （1）基本参数 长度260，宽度为65，板厚为15。 （2） 三维模型形成 新建一个零件图并命名为“zhoulianjie”，单击“草绘”按钮并选取一个草绘平面，绘制 杆的截面形状并标注尺寸、 修改尺寸， 单击“确定”按钮完成草绘； 然后， 单击“拉伸工具” 按钮并修改拉伸深度，单击“预览”按钮确定无误后，单击“确定”按钮完成绘制，最后保 存。三维模型如图 38 所示。 图38 轴连接的三维模型图 3.8 杆连接部分三维模型的形成 新建一个零件图并命名为“lianjiegan”，单击“草绘”按钮并选取一个草绘平面，绘制 杆的截面形状并标注尺寸、 修改尺寸， 单击“确定”按钮完成草绘； 然后， 单击“拉伸工具” 按钮并修改拉伸深度，单击“预览”按钮确定无误后，单击“确定”按钮完成绘制，最后保 存。三维模型如图 39 所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 19 图 3-9 连接杆的三维模型图 3.9 轴三维模型的形成 （1）基本参数 长度120，直径为30，螺纹长度40。 （2） 三维模型形成 新建一个零件图并命名为“zhou”，单击“草绘”按钮并选取一个草绘平面，绘制轴的 截面形状并标注尺寸、修改尺寸，单击“确定”按钮完成草绘；然后，单击“旋转”按钮， 单击“预览”按钮确定无误后，单击“确定”按钮完成绘制，最后保存。三维模型如图 310 所示。 图 3-10 轴的三维模型图 3.10 杆连接三维模型的形成 （1）基本参数 长度830，直径为50，孔直径30。 （2） 三维模型形成 新建一个零件图并命名为“lianjiegan”，单击“草绘”按钮并选取一个草绘平面，绘制 杆的截面形状并标注尺寸、 修改尺寸， 单击“确定”按钮完成草绘； 然后， 单击“拉伸工具” 按钮并修改拉伸深度，单击“预览”按钮确定无误后，单击“确定”按钮完成绘制，最后保 存。三维模型如图 311 所示。 华天des i g n 华天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 20 图 3