多功能趣味翻转机设计说明书

1、江西省第四届大学生机械创新设计大赛暨第五届全国大学生机械创新设计大赛江西赛区预赛井冈山大学多功能趣味翻转机设计说明书设计者：李海涛 何玉清 余国平 张略 钟骏富 指导老师：肖冠云 康志成 江西 吉安 343009 2012年4月摘要 该产品由翻转机构和支架两大部分构成。翻转机构由滑轨和卧板组成，通过手脚并用卧板可以在滑轨内滑动，从而使翻转机构的重心在滑轨方向上来回移动，从而实现整个翻转机构的翻转。人体在空中做360翻转能有效地调节身体的血液循环，可以很好地解决脑缺氧，本产品是白领等脑力劳动者的理想健身娱乐产品，在您放松身心的同时，让你充分的享受它带来的刺激与欢乐。本产品是绿色训练器械，翻转过程

2、中不用消耗电能。关键词：多功能翻转机 倒立 摇摆 健身休闲娱乐目 录摘要I第一章 作品简介1第二章 产品设计方案1第三章 工作原理及结构图2第四章 理论设计计算34.1 强度校核34.2 部分工程图8第五章 材料与工艺流程9第六章 作品主要创新点9第七章 市场价值10参考文献10第一章 作品简介 现在市场上的运动器械从大众场所到居家使用的运动器械，名目繁多，式样千秋。据调研和资料检索，到目前为止，尚未在市场中见到小型的个体翻转运动器械，只是在运动场看到过二种翻转运动器械，一种似长梯型，另一种是供人体翻转运动的转动圈。这两种翻转运动器械都没有安装保护使用者的装置，使用者的安全得不到保障。再则，这

3、两种翻转运动器占用场地和空间大，不适宜在家、健身房等中使用。2012年第五届全国机械创新设计大赛江西预选赛以“幸福生活今天和明天”为主题；内容为：“休闲娱乐机械和家庭用机械的设计和制作”。家庭用机械指“对家庭或宿舍内物品进行清洁、整理、储存和维护用机械”。休闲娱乐机械指“机械玩具或在家庭、校园、社区内设置的健康益智的生活、娱乐机械”。参赛作品必须以机械设计为主，提倡采用先进理论和先进技术，如机电一体化技术等。本作品根据本届机械设计创新大赛的主旨而设计。多功能趣味翻转机适用于青少年及中老年人群，特别适合白领阶层等脑力劳动者，对提高其身体和心理素质有很大的帮助。另外，多功能趣味翻转机对报考飞行员和

4、军校的学生平衡感训练有很大的帮助。每天只需花几十分钟，您就可以享受倒立、翻转、摇摆带来的乐趣。我们的设计团队通过市场调查，了解到很多白领阶层处于亚健康状态的主要原因是：用脑过度引起脑缺氧。从医学健康专家那里得知，人体在空中做 360翻转能调节身体的血液循环，可以很好地解决脑缺氧问题。于是，我们构想了一种多功能趣味翻转机。通过此次参赛，可以提高学生们的专业知识水平，增强他们的实践动手能力和对机械设计的爱好，同时还可以增强同学们的团队协作精神。注意：严重心脏病、脑血管病、肾炎、血液病等病人不宜使用。 第二章 产品设计方案 设计方案：多功能趣味翻转机主要是由旋转机构、支撑机架、移动机构所组成，如图1

5、.1所示。图1.1 方案图第三章 工作原理及结构图工作原理：人躺在靠垫上，脚蹬在踏杆上，手辅助用力，进而使靠垫向上移动，导致人、靠垫和滑轨的重心随之移动，利用重心移动时产生的惯性力使其整体（人、靠垫和滑轨）在支架上进行翻转、倒立和摇摆等动作。同时利用身体重心移动速度和手辅助用力大小自动调节旋转速度和位置停留。主要结构：这款多功能趣味翻转机是由支撑架、转动装置，滑动装置、靠垫、踏杆和安全带组成。支撑架是由底座和支撑杆组成，转动装置由转轴、轴承和轴承座组成，转轴设置在翻转板上，轴承和轴承座设置在上支撑杆上，安全带设置在翻转板前面，在靠近左右两个轴承座上设置左右两根扶手，靠板框下部设置有脚部固定架。

6、产品结构图如图3.1所示。 图3.1 产品结构图第四章 理论设计计算4.1 强度校核1、移动光轴强度校核 移动光轴材料为无缝钢管，材质为45号钢制成，外径20mm，壁厚2.5mm，屈服强度为s=350MPa, 取安全系数为S=1.3, 弹性模量E=210GPa, 设计最大重量为150Kg。由以上已知条件可得：简化受力如图4.1所示。 图4.1 简化受力图(1) 计算最大承重载荷：光轴承受最大载荷 ，则单根移动光轴承受的最大载荷 均布载荷 （2）计算光轴承受简化支座受力：由载荷的对称性可知：剪力 图和弯矩 图，如下图4.2所示。 图4.2 弯矩图（3）最大弯曲正应力对Z轴的惯性矩：抗弯界面系数：

7、 （4）校核承载强度 141.3291.7 符合要求。2、螺栓连接的扁钢弯曲变形理论计算 热轧扁钢宽度为65mm，厚度为3mm，弹性模量E=210GPa，简化受力图4.3。由材料可知，h=65mm,b=3mm，可计算惯性矩。端截面转角图4.3 简化受力图又已知，a=40mm，b=20根据材料力学公式，则最大挠度为：可忽略不计。3、轴心力作用环形角焊缝的强度计算 如图4.4所示无缝钢管柱与钢底板连接的角焊缝。图1中内力均为设计值,其中轴力N 为350N，焊脚尺寸为4mm，壁厚3.5 mm，槽钢壁厚4.5mm，钢材为Q235，取400Mpa,手工焊，焊条为E43型。首先绘制焊缝的有效截面图，偏安全

8、地取环形焊缝的外径为管道的外径如图4.4左所示，焊缝承受轴心力N作用，焊缝有效截面上的应力分布如图4.4右所示。可知，A,B点为最危险点。在焊缝的有效截面上，N 产生垂直于焊缝两个直角边方向的应力为： （1）图4.4 轴心力作用环形角焊缝的强度计算 其中焊缝计算长度 为钢管管道外径38mm. =119.34mm，角焊缝强度计算的基本公式 (2) 由于，正面角焊缝强度增大系数f=1.0，而按各方向应力的合应力进行计算，因此所以 符合要求。4.2 部分工程图 图4.5 部分工程图第五章 材料与工艺流程 材料：无缝钢管，轴承与轴承座，槽钢，扁钢，螺栓，螺母，垫片，弹簧垫圈，海绵，安全带和木板等。工艺

9、流程图如图5.1所示。图5.1 材料与工艺流程第六章 作品主要创新点1.整体机构可分离，安装和拆卸简单。2.工作原理巧妙：利用身体移动改变“翻转体”（靠垫、人、导轨）的重心位置，实现翻转、倒立和摇摆等动作，并且能调节旋转速度和停留角度。3.结构简单，材料加工简单，制造工时少。4.操作和控制简单，适应人群广泛。5.使用者自身提供动力，不需其他动力，节能环保。第七章 市场价值医学家曾高度评价倒立运动：倒立五分钟，相当于睡眠两个小时。翻转和倒立运动给我们带来了无价的健康与无限多的欢乐。可是，我们现在面对一个严峻的挑战目前市场上这类集翻转、倒立和摇摆的运动器材几乎处于空白状态。如果您拥有这样一款翻转机

10、，无论是早晚，随时都可以花上十几分钟进行翻转和倒立锻炼。只要这十几分钟，它将彻底解决因长时间直立所引起的各种疾病给您带来的困扰，同时高效的为您缓解脑疲劳，快速让大脑放松并恢复清醒，减轻工作压力产生的身体不适。更重要的是这款翻转机的价格较同类的运动器材是相当的实惠，让那种望价止步的情况彻底消失，而它给予人们的健康和欢乐却是无价的。这款多功能趣味翻转机适合场所：家居生活、学校、健身房、公共健身场所以及一些娱乐场所等等。适合使用人群：儿童。青少年及中年人群，特别适用于白领阶层等脑力劳动者，而且对提高学生的身体素质有很大的帮助，特别是对考体育专业和飞行员或军校的学生来说，更加利于他们的控制身体的平衡能力，提高身体和心理素质。拥有这一台产品，让你更快的走向成功。参考文献1 濮良贵，纪名刚. 机