小型产品（健身器材）3D设计

1、沈阳化工大学科亚学院本科毕业论文 题 目： 小型产品的3D设计（健身器材）专 业： 机械制造及其自动化 班 级： 1102 学生姓名： 刘志昂 指导教师： 邱国俊 论文提交日期： 2015 年4 月 15 日论文答辩日期： 2015 年6 月 1 日毕业设计（论文）任务书机械制造及其自动化1102班学生：刘志昂毕业设计（论文）题目:小型产品3D设计（健身器材）毕业设计（论文）内容:健身器材的结构设计,材料的选定,底座，支架，配重，滑轮，其他零件的设计,配合公差的设计。毕业设计（论文）专题部分： 文献综述 健身器材的结构计算 材料选定的设计 配合公差的设计起止时间：2015.3.1-2015.5

2、.20指导教师： 年 月 日摘要 本课题主要针对小型产品3D设计（健身器材），该健身器材的材料主要为板材及钢材，是现今日常生活中一种贴近生活，贴近人们现今生活追求的产品，通过对产品各部分材料的受力选取和各种加工方式的分析和比较，最终设计出的一款健身产品，该课题从产品结构工艺性，各种材料的刚性精准度，锻造，焊接都有详细的设计，通过整个设计过程表明，各种材料的选择，同时对加工工艺进行分析，随着社会的发展，人们生活水平的提高，生存需求的极大保障，人们开始了更高的需求，生活品质的追求，健康的追求，人们开始越来越关注自己的健康,因为生活在今天的中国水平不同,并不是所有人都能每天去健身房锻炼,所以设计符合

3、广大人民需要,同时在此条件下常见的，人人能负担得起的健身器材具有广阔的市场空间,但是现在市场上的设备大多是单一类型的多功能组合健身器材,由于其市场价格,使设备到目前为止仍然不能进入普通家庭,设计一个低价格,功能实用的健身器材是我设计的主题,应注意避免像市场上单一设备利用率低的问题,同时满足人民的需求,另外还需要一个美丽,安全,耐用,容易维护,容易制造并且低成本的健身器材。为此,我到很多健身房和一些健身器材商品柜台进行实地考察,同时在互联网上收集数据,了解培训师和用户的经验,调查他们的需求同时,总结了各个方面的需求,设计只有一个多功能健身机。本作品具有以下特点：1：每个作品只能进行单人锻炼。2：

4、使用方便，使用方便能够满足用户顺利操作和锻炼调节。3：安全性好，工作平稳，安全系数值取稍大。4: 锻炼功能组合合理，符合大众健身的需要。5： 制造加工方便，性价比高。6： 结构紧凑，拼装设计，便于包装，运输。因为我在学校学习的基础不够，知识水平有限,所以很难避免在设计有很多的不足,我请求老师给予宝贵的改正意见。关键词: 3D设计 功能实用 健身器材AbstractAll-people body-building, is beneficial to the country, beneficial to the people, develops the people along with the

5、society to start to take own health more and more, but in presents China, because the living standard level is uneven, therefore is not therefore the human can expend result in arrive at the gymnasium to carry on the fitness exercise daily, therefore designs one section to suit the general populaces

6、 needThe belt massager which in the universal practice meanwhile can withstand the single who or the multi-people fitness has the broad market space, although but in presents markets fitness instrument majority is the single type multi-purpose combination fitness instrument, but because its disagree

7、ment market marked price, thus enables the fitness instrument until now still to enter ordinary others, for this reason designs section of moderately-priced, and the function meets the need, the practical fitness instrument is I Design subject, must pay attention avoids likely in the market single f

8、itness instruments use factor low question, simultaneously meets peoples needs, in addition also requests the outlook to be artistic, safe durable, the work is steady, is advantageous for the maintenance, the manufacture processing is convenient, the cost is low importantly.Therefore, I have visited

9、 many gymnasia and some fitness special counter specially carry in-the-spot investigation, simultaneously accesses the net the collection material, understood that the general fitness training and users feeling, simultaneously investigates their need, summarizes various aspects request, has designed

10、 this section, but person multi-purpose belt massagers. this work has following characteristic:1: Each work can only carry on the single to exercise. 2: The easy to operate, the easy to operate can satisfy the user to operate and the exercise adjustment smoothly. 3: The security is good, the work is

11、 steady, the security coefficient value takes slightly in a big way. 4: The exercise function combination is reasonable, meets the need which the populace fitness. 5: The manufacture processing is convenient, the performance-to-price ratio is high. 6: The structure is compact, the assembling design,

12、 is advantageous for the packing, the transportation.because I am limited in the school studys elementary knowledge level, therefore has many deficiencies unavoidably in the design, requests earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes.Key words：3 d design functional Fitness

13、 equipment目 录 前 言 1 第一章 现今体育健身器械的特点及方案的确定1 1.1方案的确定与分析1 1.2设计要求2 1.3整体结构2 第二章 单人多功能健身机的设计过程4 2.1设计材料的选定4 2.2底座的设计5 2.3支架的设计6 2.4配重的设计7 2.5滑轮的设计9 2.6其他零件的设计11 2.7标准件的选定11 2.8配合公差的设计12 2.9装配12 第三章 设计总结14 参考文献15 致 谢16前言 毕业设计是高等工科院校培养计划中最重要的实践环节之一，能够综合运用所学知识，本次毕业设计的课题是小型3D设计（健身器材），可以对机械制造设计有一个综合的了解。机械制造

14、设计是当今社会发展的重要工业之一，制造业始于二十世纪三十年代，由于各种工业发展都离不开这一技术，应用十分广泛，成为各行各业不可缺少的技术之一，由于各种工艺的不断开发与应用，加上新兴技术的不断成熟与完善，极大地促进了各行各业的开发与制造，我国3D设计发展迅速，特别是近二十年来，应用越来越广泛，各种生产制造都离不开，我国的3D设计技术急需发展，尽管近几年该技术发展迅速，同时随着生产率的提高对3D设计的要求也越来越高。经过对当前3D设计的了解，我开始着手毕业设计，题目是小型产品的3D设计（健身器材）材料为钢材，板材，钢管，强度和韧度足够，加工工艺成熟，产品贴近生活，结合各种加工工艺，以3D设计为引导

15、，对产品的安全性，成本的控制，材料的运用，对其他产品的生产设计都能有所理解。本作品具有以下特点：1：每个作品只能进行单人锻炼。2：使用方便，使用方便能够满足用户顺利操作和锻炼调节。3：安全性好，工作平稳，安全系数值取稍大。4: 锻炼功能组合合理，符合大众健身的需要。5： 制造加工方便，性价比高。6： 结构紧凑，拼装设计，便于包装，运输。沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第一章 现今体育健身器械的特点及方案的确定第一章 现今体育健身器械的特点及方案的确定1.1方案的确定与分析体育健身器材创新设计是一个贴近生活实际的主题,我为了确定方案做了很多市场调查,并在网上收集了许多相关的信息,此外,我还采访

16、了许多教练和健身爱好者,最后在老师指导下,我仔细考虑后确定了最终设计思路:因为大多数的设备在目前市场上功能很多很复杂,一些产品的甚至含有18种功能,许多功能被闲置,而且由于设计的复杂性,工作经常出现故障,维修困难,随着人民生活水平的提高,越来越多的人意识到公众的健康,在学校,社区开设了一些健身房,但由于中国人民的消费水平仍不能满足每个人到健身房消费,健身设备虽然超出了普通民众的消费水平,但仍然比去健身房更能负担得起,相比较也更方便,因为他们没有足够的时间去健身房,而健身设备他们是负担得起，由此可见，健身器材是有足够多的消费人群的。同时,由于中国人口众多,人们住房面积有限,，人们没有有足够的使用

17、空间,所以我在设计时明确定义了自己的设计方向,要求结构紧凑,占地面积小,安全性能较高,可以满足人们各种各样的肌肉锻炼,增加锻炼多功能性一方面,另一方面也注重在锻炼的同时使人更舒适、方便。在功能上也进行了优化选择,删除一些不常用的功能,提高设备利用率,节省资源,满足人们的健身需求。我设计了一个多功能的健身器材,虽然他提供的锻炼是单一的,但他提供了许多其他功能,与此同时,根据我的调查,现在人们主要锻炼的方向为锻炼胸部,肱二头肌,三头肌,腿部肌肉,所以我设计了一个多功能健身机，它可以提供三种类型的锻炼:锻炼腿部,胸部，和手臂的拉杆运动。三个功能集成,将使设备整体协调,看起来相对美观(运动机构分别安置

18、在工具的在顶部,中间,和下部),这样人们就可以锻炼胸大肌，腹直肌,二头肌,三头肌,斜方肌,三角肌,背阔肌等肌肉。3 d效果健身器材3D效果图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。3） 锻炼量可调节，每级五kg，操作方便。4） 相对市场上的健身器材，设计更合理，生产制造也更方便。5） 外型美观，采用拼装结构，便于包装运输。6） 利用合理的选材，保证足够稳定的受力的同时，降低成本（控制在2000元之内）。1.3整体结构健身机的组成结构：1） 底座2） 立柱3） 支架4） 操纵机构5） 上部支架6） 配重7）

19、导向机构8） 配件 以上是本器材的几个重要部分，在生产制造中可以进行细节的改变，包括各种零件的组装，还有因不同产地的一下材料限制的改变。 结合考虑现在市场上的健身器械,很多单人使用的健身器材,但由于一些生产厂家为了降低成本，而降低产品的强度要求,因此一旦产品出现破损,会带来维修困难，和使用时间降低的问题。所以我在材料的选择上下了很大功夫,为避免这种情况发生。16沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第二章 单人多功能健身机的设计过程第二章 单人多功能健身机的设计过程 想把一款实用的并且大众能接受的健身产品设计并生产出来很不容易，需要做好大量的市场调研，调研产品针对的消费人群的需求，并且根据其切身实

20、际的需求，设计出贴近人心的产品，设计好该产品的设计规划，画出前期设计图，拿出看得见的效果展示，并且反复的修正，选择材料，进行制造，并且检验质量。可以看得出来，一款优秀的健身产品的成型是一个长久而艰巨的任务，并且还要考虑，如何让人们接受它，提高他在消费人群心中的性价比。2.1设计材料的选定 选择合适的材料是重中之重，他是这款产品质量的保证，使他更安全并且能使用的更长久。由此可见，他的重要性，并且要为此付出很多的时间，根据不同的场合又要对制造材料进行选择，不能有一点大意。选择过于优秀的制造材料又会增加它的成本，加工时的难度也会增加(产品材料的强度和硬度的影响)。针对健身产品本身来考虑，很多要选择板

21、材和兴才进行焊接，这就要求它需要有足够好的焊接性能。来进行材料的选择，这款产品要经过考虑在满足它的性能的前提下选购其配用产品，以此来降低它的成本为此我对市场上的钢材进行了调研:1) 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Q235 4)通过调研发现，很多健身器材在选择配重时，会选择HT105铸造，但结合到实际情况，铸铁相对脆弱，使用中会发生裂开的

22、情况。所以我选择改变我所涉及的产品的配重方法，我选择用30mm厚的冷轧钢板，材料标记为：利用钢板气割后加工的方式得到，这样可以有一个很大的优势：就是可以提高产品的韧性，避免了之前提到的裂开的情况，为了节约成本，并且考虑到加工配重的表面质量及尺寸公差要求不高，所以选择了作废的钢材（加工去掉铁锈和粗糙部分，按设计形状进行加工，再刷漆覆盖），成功地利用了低成本的废料，节省成本的同时利于环境发展。其它仍然使用30mm厚的钢板。5）选择导管的时候，因为它对精度的要求要高一些，例如：直线精度过低会影响机械运动，使用不方便，表面不能刷漆，运动时会接触到配种，产生摩擦，掉漆不美观还会造成生锈，因此在这里选择了

23、不锈钢管，材料牌号为1Cr18Ni9，表面烤漆。7） 因为配重在器械运动中会有噪音产生，我通过一个简单的办法，并且会使他的维修更方便;就是在配重的下方做出四个相互对称的圆孔，安装进橡胶制成的橡胶圆柱，既能减少噪音，又能留出空间方便后期的维护。详见下图。2.2底座的设计 设计它的底座对于产品很重要，他是这款产品性能的关键。是产品的支架，配重，立柱还有导向装置都是在此基础上安装的，高强度是他的重要要求，保证结实的同时还要保证在焊接中不能有差错，控制好焊接公差，形位公差的大小 ，详见尺寸图，三维效果图如下：底座3D效果图因为选择的材料都属于低碳钢，这就保证了其良好的焊接性，使设计的要求得到保证，加工

24、都是以型材焊接，可以降低公差的影响，可以在生产的时候校准检验，其他部分和底座进行安装，可以进行焊接，不过会产生运输时的麻烦，所以我选择螺栓连接来进行其他部分连接。 在计设底座的时候，他的承受能力也要考虑到，因为右立柱，支架，导向装置，及上支架配重等都要安装在他身上，会安装的合理对称，因此它的受力不会很复杂。其上安装的部分就是他的受力，在此我把安全系数取为3，由于所有钢管的受力不能低于五千牛，其上所有部分加上个人的重量远小于这个数量，所以可以说明它是安全的，还要承受他两边的拉力，不过这个力较小，螺栓可以承受。底座设计成方形，可以使它更稳重安全，在运输上也更加方便。2.3支架的设计设计支架的时候;

25、之家对于本产品很重要，它能让使用它的人用起来更舒适，同时还要考虑到它的外观，这也是要考虑到的地方，还要中和市场调研的结果，做出性人化的设计，满足使用者的不同要求。它在产品设计中很重要，包括座椅的舒适性，实用性，还要满足大部分人的身体结构，详见图纸，效果图如下支架3D效果图通过冷弯方管焊接的方法对支架进行加工，滑轮夹座安装在支架上，打磨表面并进行检验，表面烤漆，设计运动支架的时候，安装了很多方便手扶的位置，这样做可以使产品有更多的优点，能够提高使用者的使用区域增加使用方式，增加舒适性，让使用者锻炼腿部的时候减少了阻碍，适用于更多的不同身高的使用者，考虑了不同的使用者的体重问题，可以保证产品的安全

26、性。让这款产品更安全，更舒适，将他的实用性美观性都得到了提高，设计的主要数据：总高度；2000mm总长度; 1700mm座高：450mm能正满足大部分的锻炼者。设计滑轮装配的过程中，仍然使用冷弯方钢用于滑轮的安装，标记 为将底板和支架进行焊死。是产品安全性在一次提高，运动中的晃动也可以减少。将一根水平的杆焊接在指甲上，是让手动杆可以运动到极限位置。见上方效果图;设计之家的部分。2.4配重的设计还有一个很重要的地方就是产品的配重，我们通过调研结果对产品提出了几个要求。1） 使用者在使用该产品时，配种会因为机械运动，随锻炼着产生运动并且造成与其他部位的撞击，所以，在为产品的配种进行设计的时候，我们

27、了解到，其他产品都是通过，对这一部分，用橡胶，进行包裹，来处理的。我们发现了这样做的一个缺陷，就是会造成产品成本的提高，尤其针对我们这款产品而言，并且它更容易损坏，不方便后期的维修，因为橡胶很容易老化变形，并且承受不了过大的撞击，这也使产品更容易损坏，橡胶损坏后，之前的问题又随之出现，这也就是这款产品的整体寿命被减少，噪音对于使用者来说也会有很大的麻烦，维修时又会成为阻碍，使用者使用时，他在滑竿上上下运动，设计时滑杆选用1Cr18Ni9不锈钢管材，它的价格很贵，为了降低不必要的成本，又能保护他的滑杆，所以我们又对配种的孔进行了加工。2） 很多厂商在制作配重时大多会选则五公斤的配重，又了解到使用

28、者使用的锻炼范围不会超过六十五公斤，也就是说是十三块配重，结合我们的产品来讲，这个数量是可以接受的，所以我们也选择了这样的配置来组成这款产品。3） 在前期的调研中，了解到大多数此类产品的损坏，都是因为选择的材料太脆，而破裂损坏的，也就是市场上最常见的用HT105(恢口铸铁)铸造加工的，它的特点就是韧性的不够，比较脆弱（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）这也就是他们容易损坏的根本原因，也就是这种产品的损坏的主要原因之一。面对这种情况，我们在设计中对此进行了改善：1) 考虑到后期维修中会遇到的的问题，我们放弃了用橡胶处理的这种常见办法，我通过在配种的下方，安装

29、四个20深12 的孔，利用高度为17的橡皮圆柱安装于这些孔中，顺利的解决了该产品的维修养护难题。效果图：此为第一块配重此为一般配重位于第一块配重下面。 2）我们发现在使用者使用时，配重会因为运动，损坏滑杆，我考虑到，将长度适中的塑料管，将其加热到适当温度，把导管内部翻出来，这样来解决我所发现的问题 3）在材料的选择上，用之前提到的废弃的板材来代替铸铁，板材的强度足够适用于本产品，韧性也能达到要求。 对于配种的设计过程中，我认真的做了第一块配重的设计（配重重最上方的那一块），因为配重是要被吊杆吊起来的，便通过一销将其相互连接，也就是吊杆与配种的连接关系，我选择用螺钉在配重中找到一准确位置，来防止

30、吊杆的过度旋转，让使用者在使用中能够更方便的选择所需的配重。见图中两侧的通孔配合那个导杆链接，并按之前将塑料管反过来的处理。塑料管也可以选择废料，只要是尺寸合适的，他的配合公差能够和导管相同。 在设计生产配重的过程当中，可以利用气割的方法，割掉相应尺寸的一部分，对其表面进行打磨后，用铣床将相应的地方铣平（按之前提到的选择用废弃的钢材，由于它的表面会很粗糙，在下料时，就要留够足够的余料）之后对其钻孔，倒角之后在进行喷砂处理，之后表面喷漆，就可以完成处理。之后在专孔处钻孔，将橡胶安装在他上边。2.5滑轮的设计在对滑轮进行设计的时候，我再次要做下说明他在这款产品中的主要作用：他在这款产品中主要是作为

31、钢绳的导向，并且使他们的摩擦得以减少，因为它不会在使用中承受过大的力，可以通过铸造来获取，方便制造，冷冲压后焊接也可以作为他的获取办法，滑轮能够承受六千五百牛的里就足够在这台产品中发挥作用，并且足够安全稳定，因为他不会承受高于此的力，并且一般的材料都不会低于这个受力，所以可以忽略这里的强度问题，又因为在使用过程中，他始终是在此作旋转运动，因此在设计的过程中我在此处设计了一处轴承，他会与滑轮夹坐产生配合，三者相互关系，这样就解决了它的中心孔的易磨损的问题。同时能减少它在使用中因旋转而产生的摩擦，这也就延长了它的寿命，保证运作的安全和要求。滑轮的三维效果图。为了在他的装配中表示，没有在此全部表出。

32、 通过把上边的两个部分组装在一起就可以完成这部分的组装。这种设计在大规模的生产中能够大大的提高生产效率，并且间接的降低制造成本，在生产过正中可以选择用冲压工艺，选择使用落料来形成加工成品，并且在此基础上，在材料中加加入轴承，使用螺栓或者铆钉将其连接在一起，这种制造方式可以体现出很多的优点：选择的材料能够最大程度的保证材料所要求的足够的强度，并且节约了材料的使用，对其进行加工时也会更加简单快捷方便，能够降低制造的成本和时间，准确度也会因加工而有所提高，制造过程中效率会大大提高，针对小规模生产时会有不合适的地方，因为小规模生产磨具的费用成本就占了很大比重，生产过程中的大体工艺方法有，下料，成型，冲

33、孔等。这样又一次降低了成本，提升了效率，对未来的生产制造有了很大的帮助，在设计钢丝绳的过程中：通过查阅机械设计手册就可以了解到，它的公称直径（公式中C为选择系数，S为最大静压载荷）由此可知，选择系数的计算公式为：（其中n为安全系数，k为折断系数，为钢丝绳的充满系数）其中的算法为通过查阅机械设计手册，我们将钢丝绳的抗拉强度选为167MP取安全系数值为6级，k-0.82, =0.46代入公式的c=0.110通过查阅机械设计手册c取0.14代入其中max=1300N算的b=2.9取整D=3，由此将钢丝绳选择使用钢芯钢丝绳（Gd/T8918-1998）,标记为3NaT6c21S+IW16708Z5.3

34、9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。2.6其他零件的设计 在设计其他部分的时候，像是手握部分，使用者座椅，这些可以在市场上寻找制作，他们不需要太多的硬性要求不像其他部分需要很高的精度，例如手握部分，座椅，由市场上购买定做就可以，能够满足之前调研的市场需求使用者的要求，看起来美观，使用起来舒适，用螺丝等配件来将其固定在要求的位置组装成品。2.7标准件的选定 在产品的组装生产中还会使用大量的标准件，本产品的生产过程中使用了比如螺丝，螺母，垫圈等。1） 立柱与底座的联结采用m30的螺栓，

35、下面校核它的强度：其中在实际中Fa（max）=15KN螺栓的材料为Q235，=235MP，d=30mm，所以立柱取M30的是完全的。这里取30是完全可以的。2） 轴承的选择不能过小，不然会松动滑落，造成危险或者产品的损坏，根据机械设计手册进行选择即可。3） 使用者使用过程中容易碰撞到膝部，为了防止这种情况的发生，我们选择了有橡胶包裹的螺钉。4） 还有很多其他的东西，由于都不会承受太大的力，对于强度要求，精确度要求都不会太高，只要市场上有合适的就可以。2.8配合公差的设计还有个部分组成连接的地方需要注意的，对产品的整体有很大的影响，连接组合的适配，这些都会影响产品成型后是否平稳安全，是否运动顺畅

36、使用顺利，包括噪音磨损产品寿命的影响，都是对产品是否使用安全的影响因素，所以各部分各产品部件的公差就相当重要，在这里要进行下说明。剪辑配合要运用在有摩擦，使用中会缠上运动的地方，由于该产品属于健身器材，对精度的要求并不会很高，在组合中要流出大量的间隙保证彼此的配合，保证产品在使用中更安全顺利，外观整体性更好，不会产生噪音或自我磨损的情况，保证使用者的安全和足够的适用范围。其中有运动关系的地方一律采用间隙配合，主要是因为力量型的健身器械运动精度要求不是很高，在周围联结出采用大间隙配合，保证锻炼过程中阻力小，减少对销的摩擦，且便于装配。2.9装配因为本产品的大部分材料属于板材管材，管材的制作中需要

37、处理表面，焊接时要注意准确的，材料的使用率高，不会废弃过多，组装生产中有很多麻烦，管材的制作中如果公差不合适会使产品的准确度就，产品质量降低，所以在装配过程中要很注意，对装配人的要求很严格，在装配的过程中，底座和立柱是要首先组合在一起的，之后在其上将支架，配重，导杆等注意安装，安装支架的过程中，要注意钢丝绳的长度受力运动中是否有影响，还有组装过程中使用的螺丝等固定材料，要适配并能保证质量，防止引起脱落损坏而造成整体的损坏，扶手座椅等安装是放在最后的，在产品基本成型后的附加物。还有需要注意的是在安装过程中各部分的组装顺序，因为各部分彼此衔接，很容易因为组装顺序的不同而造成一些零件的无法安装或者重

38、复安装。装配图沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第三章 设计总结第三章 设计总结 以上是我的毕业设计，小型产品三D设计（健身器材）利用我在机械设计制造及其自动化专业四年学习到的知识，以及指导老师邱国军邱老师的勤苦教导，把我一开始的一个小小的想法，落实于实际，成文成图，呈现在大家面前，在此过程中，对老师的一次次拜访学习，对于各种书籍文献的一次次翻阅，并且付出行动的各种实地考察，无数个思索努力地夜晚，都深藏在这一篇小小的论文之后。 经过这一阶段的努力，我的毕业设计终于告一段落，通过本次毕业设计过程中遇到的种种难题，以及我面对这些难题，以及克服的过程，都是我今后学习成长的重要经历，对于我的毕业设计，相信还很不成