【单人多功能健身器设计8000字】

单人多功能健身器设计目录TOC\o"1-3"\h\u59731前言 前言1.1方案确定与分析运动健身器材的创新设计是一个实用的主题。当我决定该计划时，我做了很多市场研究，并在互联网上收集了很多相关信息。此外，我还参观了许多健身教练和健身爱好者。最后，在教师的指导下，我做了一系列建议，经过仔细考虑，我终于确定了设计理念：因为大多数健身器材都是单人的多功能健身器材，其中许多人盲目追求完整的功能，以及一些产品甚至包含18个功能，这导致许多功能闲置。然而，由于复杂的设计，工作经常崩溃，维护困难。因为生活水平的提高，公众对健身的认识正变得更加强大。大学和社区接一个地建立了健身房。然而，由于当前中国人的消费水平对每个人都要去健身房，虽然健身器材似乎似乎有点超越普通人的消费水平，但它仍然更实惠，方便的比去参加健身房，所以未来的产品旨在瞄准大多数白领和上述消费者，他们由于时间的原因，去健身房不大适合时间安排，而且他们也消费得起，与此同时，由于中国人口大，人均住房区低，房价飙升，商业住房现在普遍存在，所以空间有限。所以我清楚地设计了自己的设计方向，需要一个紧凑的结构，占用相对较小的面积，并且具有高安全性能，它可以满足人们的行使各种肌肉。一方面，它可以增加运动的多功能。另一方面，它也可以让人们舒适，方便的运动。因此，有必要优化该功能，删除一些不常用的功能，提高设备的使用效率，节省资源并满足人们的健身需求，我设计了一个多功能的单体健身器，虽然只有单体健身操但他提供了很多功能，据我调查，现在人们一般锻炼的肌肉有：胸肌、二头肌、三头肌以及腿部，我设计的单体多功能健身机可以提供四种锻炼：腿部锻炼，腰部锻炼，双手向前做，人站起来拉讲义，这四个功能融为一体，使器械更加协调，而且看起来特别美观（锻炼的机构分别在器械的上面，中间，和下面），这样就可以锻炼人们的大肌群以及核心肌群。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）它只能提供单次运动，但它是一种多功能装置2）安全可靠，稳定，无噪音3）运动调节，5kg每级，操作易操作4）设计合理设计，解决了市场缺乏健身机械设计。，易于制造5）美学，装配结构，包装和运输方便6）合理的材料选择，经济性能良好，成本控制在2000。图1三维效果图[1]Fig.13DEfect1.3整体结构1.3.1手臂锻炼机构及机架手臂运动机构和框架由底座、立柱、支架、手柄、钢丝绳、两轨道和调节杆组成。该框架为整个机制提供了一个有效的平台组合。手臂运动机构通过手写装置实现运动效果。1.3.2腿部锻炼机构腿运动机构由链条驱动机构，轴（包括轴承和轴承壳）和飞轮组成。通过链驱动机构将腿部运动的能量转移并储存在飞轮上，然后将飞轮传递到小链轮并且链条移动腿部。1.3.3腰部锻炼机构腰部运动机构由座椅、曲柄滑块机构、座椅扣件、弹簧、链条滑块和弹簧组成（弹簧钩一端固定在弹簧钩上，另一端通过背部（即曲柄）固定在车架上）。弹簧变强后，它在滑块上移动，然后将滑块拉回到原来的位置。尽管单功能健身器包括这些组件，但在特定的装配过程中，它仍然可能发生变化，因为它涉及到零件和当地地理环境之间的关系。同时，结合市场上的健身房和健身器材，虽然大多属于单一的多功能类型，但有些体育教学是为了谋取利益，器材的强度不能满足强度要求，所以一旦设备坏了会给设备维修带来麻烦，设备的档次不高，所以我在设计中非常重视选材，只有注意这一点，才能有效的提高设备的性价比。2腿部锻炼机构设计2.1传动方案的选择腿部运动机制采用机械传动。皮带驱动和链条驱动是两种选择，皮带驱动：皮带驱动器是一种柔性驱动器，其基本部件是牵引带和传动带。当驱动皮带轮旋转时，滑轮和传动带之间的摩擦和啮合传递运动和动力，并且驱动带向从动带传递，传动原理：以张紧在至少两个车轮上的皮带为中间柔性件，通过皮带与车轮接触面产生的摩擦传递运动和动力优点：1）通过过载保护功能，皮带轮在皮带轮上滑动以防止其他设备被损坏。2）驱动皮带具有良好的弹性，可以缓冲和吸收振动，尤其是V型带，无接头，稳定透射和低噪音。3）操作平滑，无噪音。4）适用于长距离传输（=15米）5）制造和安装精度的要求不高缺点：1）弹性滑动使传动比I不恒定；2）张力越大（与啮合传动相比），轴上的压力越大；3）结构尺寸大，不紧凑；4）滑动缩短了皮带的使用寿命；5）皮带与皮带轮之间的摩擦放电不适用于高温、易燃易爆场所，2.2链传动的设计计算采用短节距精密滚子链。为了锻炼腿部力量，根据《缓冲式运动中的腿部受力分析模型》计算出成年男性最大腿部发力和速度,。滚子链通常用于变速器系统的低速级。正常的传输功率低于100kW，链速度不大于15m/s。建议的最大传输比率是imax=8。根据实际情况，主动链轮转速N1=60R/min，传动比I=2，通过链传动所需功率P=1kw，2.2.1选择链轮齿数取小链轮齿数z1=19，大链轮齿数为z2=i·z1=2×19=38。2.2.2确定计算功率由机械原理查得KA=1.0，由机械设计查得KZ=1.35，单排链，则计算功率为Pca=KAKZP=1.0×1.35×1kW=1.35kW2.2.3选择链条型号和节距根据Pca=1.35kW及n1=60r/min查机械手册，可选16A-1。查机械手册，链条节距为p=25.4mm。2.2.4计算链节数和中心距初选中心距a0=（30～50）p=（30～50）×25.4mm=762～1270mm取a0=800mm，相应的链长节数为Lp0=2a0/p+（z1+z2）/2+[(z2-z1)/2π]²p/a0=91.78取链长节数Lp=92节。查机械原理得到中心距计算系数f1=0.24883,则链传动的最大中心距为a=f1p[2Lp-(z1+z2)]=0.24883×25.4×[2×92-(19+38）]=802.68≈8002.2.5计算链速v，确定润滑方式v=n1z1p/(60×1000)=60×19×25.4/(60×1000)m/s≈0.5m/s由v=0.5m/s和链号16A-1，查机械手册可知应采用定期人工润滑。2.2.6计算压轴力Fp有效圆周力为Fe=1000p/v=1000×1/0.5=2000N链轮垂直布置时的压轴力系数KFP=1.05，则压轴力为Fp≈KFPFe=1.05×2000=2100N2.2.7链轮的结构小链轮制成整体式，大链轮制成孔板式。2.2.8链轮的材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。由机械手册可知，小链轮采用15号钢，大链轮采用20号钢，热处理方式为渗碳、淬火和回火，热处理后的硬度为50～60HRC。2.3轴的设计滚筒轴属于固定心轴——只承受弯矩M≠0；不承受扭矩T=0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。结构设计应满足的基本要求轴与轴上零件应具有准确的工作位置——定位要求轴上的部件易于组装，拆卸和调整轴上零件的固定应牢固可靠——紧固要求轴应具有良好的制造工艺性——工艺要求应尽量减少应力集中——提高疲劳强度的要求轴的各部分结构名称制造安装要求——为了便于装配和拆卸轴上的零件，通常将轴制成阶梯轴。——为了使轴部件易于安装，轴的末端和相应轴的端部应该是一定角度——轴的形状和尺寸力求简单，以便于加工——轴的研磨部设有砂轮超出沟槽;要螺纹的轴部分应设置有推槽；轴的材料：轴经常在交替应力下工作，其材料要求是：高强度，刚度好，应力集中的敏感性低，疲劳电阻良好，良好的加工性能，以及对某些轴表面的高要求，以及一些轴表面的高要求。轴由中碳钢35或45和合金钢20Cr或40Cr制成。。最常用的是45#钢（含0.45%碳），综合机械性能高。此设计采用45#钢。轴的设计包括两个方面：结构设计：使轴结构形状合理，加工良好的技术。强度计算：为了确保轴不会在负载下过度破坏或变形，应提高轴的结构轴的端部应有45度倒角，以便安装时对中，防止锐边划手。轴的结构设计主要基于以下方面：轴上的部件的配置;固定轴上的零件;拆卸和组装轴部件;轴部件处理技术。轴上零件的固定可分为两个方向：每周固定：采用过盈配合（轴承内圈）传递扭矩和运动、轴向固定：使用圆形螺母防止部件在运行时旋转图2滚筒结构Figure2Drumstructure因为它是固定的心轴，所以由轴的弯矩引起的应力可以被视为波动的循环力固定心轴的许用应力应为。图3载荷分析图Fig.3LoadAnalysis2.4飞轮机构2.4.1飞轮转动惯量的近似计算由于飞轮转动量大，其他部件的转动惯量可能略超过计算类似时的时间。预设等效部件对应的链传动的稳定循环，等效驱动力矩Med恒定，等效部件的平均转速为30R/min，转速误差不大于1）该机构的许用运转不均匀系数（1）等效驱动力矩Med（2）3）装在等效构件上的飞轮应具有的转动惯量JF（不计其余构件的等效转动惯量）（3）（4）2.4.2飞轮尺寸的确定飞轮的优化设计是最大力矩中的最大力矩，即质量应集中在边缘，辐条和轮毂的惯性力矩比轮辋小，可以忽略不计，边缘的惯性力矩约为（5）如果边缘宽度为B，单位体积的材料重量为(6)飞轮材料为HT250，H/B为1.2，法兰截面尺寸为H=30mm，B=25mm。

3健身器腰部锻炼机构设计3.1座椅的设计3.1.1座椅的设计构思座椅的设计是可旋转的，主要构件是座板和靠背，座椅配有座垫，座垫足够小，硬度适当，适当的支撑腰椎下部，材料减少，座板和座板回收剂，所用材料为HT200，符合设计要求。3.1.2座椅的尺寸（1）座椅高度：座椅高度根据低地形人群设计。座椅表面的前边缘比人膝盖的高度低3-5厘米，半径为2.5-5cm，450mm.（2）座宽：该网站设计为标准，参考尺寸为臀部宽，根据母组的大小，设计为450mm。（3）座椅深度：座椅的深度是指距离座椅前缘边缘的距离，正确的座椅深度将支撑腰椎，只要腿部能够稳定支撑身体，大腿就不会造成压力疲劳，因此，为了适应广大用户，座椅深度应按照标准设计，小而短的群体，花400毫米。（4）背部高度：背部处于自然状态时，身体最舒适。此时腰部处于领先位置，成人腰部中心距座椅上方约23-26cm，腰部支点应略高于此标尺以支撑背部重量，取420mm。（5）背部宽度：背部宽度根据肩宽设计。考虑到整体布局，背部的宽度与座椅的宽度一致，450毫米。（6）靠后倾角：从正常的脊柱形状来看，115度比较合适。3.2曲柄滑块机构的设计3.2.1各杆长尺寸的设计计算曲柄滑块机构中各杆长的确定巧妙利用了《机械原理》平面四杆机构及其设计、《几何》三角函数和《人体工程学》腰部构造中的相关知识。示意图3如下[5]：图4示意图Fig.4Schemes由此，可以列出下列计算公式：设，，，，，，则(7)(8)(9)(10)(11)(12)联立以上公式，可解得，取特殊角，解得(13)(14)(15)(16)(17)(18)3.2.2连杆直径的选择连杆是整个机构中最可压力的部分，其直径决定了整个机构的寿命。从安全的角度来看，连杆材料应该是20钢，其强度限制是，因此，(19)取d=10mm，符合设计要求。3.2.3弹簧的设计计算(1)根据工作条件和具体情况选择材料，并对力学性能数据进行校核，曲柄滑块机构对弹簧的力学性能有较高的要求，经过反复变形后，弹簧应保持良好的强度和韧性，具有良好的抗疲劳和抗冲击性能，因此根据Ⅲ级弹簧，50crVA钢满足要求，许用剪应力较高［τ］=750MPa。（2）选择旋绕比C，求曲度系数K值。查表16-9[2]可知，旋绕比C=8，由公式（16-4）得K=+=+≈1.18(20)（3）根据安装间距初定弹簧间距D，根据C值估算弹簧线直径，校核弹簧线许用应力，根据安装间距的实际情况初定弹簧间距D为40mm即可。===5mm(21)（4试算弹簧丝直径。由公式（16-3）[2]可得≥1.6=4.6mm(22)取d=5mm，D=40mm。（4）根据变形条件求出弹簧的工作圈数，由公式（16-7）[2]可知：(23)求出弹簧的尺寸、、，并检查其是否符合安装要求。(24)(25)=320mm(26)（6）验算。弹簧的极限工作应力=750MPa[1]极限工作载荷(27)（7）结构设计。弹簧的具体尺寸如下：内径(28)外径(29)旋绕比(30)自由高度(31)工作高度(32)有效圈数(33)展开长度(34)螺旋角(35)质量(36)

4臂力机构及机架设计4.1设计材料的选定臂受力机构和框架的设计就是材料的设计。材料的选择决定了装甲和构架的性能、安全性能和使用寿命。一般情况下，材料强度高，硬度也会提高，机械加工量大，尤其是健身器材。大部分钢材是从中板和中板中挑选出来的。为避免选材过度浪费，给加工环节带来麻烦，选材时应尽量考虑性能要求，尽量采购周边材料，以减少运输，降低设计制造成本。。4.2底座的设计底座的设计尤为重要。它关系到整个机器的性能。是高强度、坚固结构的支撑、配重、立柱、导向装置的安装基础。在地基的设计中，必须考虑地基的应力。由于安装在底座上的左右柱、支撑架、导向架和上支撑件，对称地安装了这些部件，从而简化了地基的应力。请参考健身装配图。基底主要是上部的重力。综上所述，底座的材料为Q235型号的板材，长度为1700mm，宽度为500mm，厚度为30mm。4.3支架的设计4.3.1支架的作用支架是仪器的重要部件。它提供在舒适的运动环境中的锻炼。这是一个更实际的问题。它的外观不仅美观，而且具有许多人性化的特点，它能适应不同的体育运动。4.3.2支架力学性能分析(1)受力分析。截面A受到的力为人对它的拉力，取其最大值为，截面C受到的力为配重对它的拉力，取其最大值为，的值由设计要求决定，取，。由此，可以计算出、(37)(38)图4示意图Fig.4Schemes（2）力矩图图5示意图Fig.5Schemes(3)强度校核由力矩图可以看出，截面A为危险截面，需要进行强度校核。(39)(40)支架的材料为Q235，查表2-6[3]得，，符合设计要求。4.3.3支架的工艺处理加工时与冷成型方管焊接，滑轮夹紧座安装在支架上。焊接时变形正确，磨毛刺、油漆表面。滑轮的位置是在装配过程中设计的。当我设计它时，我选择的材料是冷弯型钢，标记为该支架与底板采用螺栓联接，以减少震动，便于拆装。4.4配重的设计因为重量或多或少，我用了一个比较简单的方法，使其易于维修；下面有四个对称的圆孔，用来安装橡皮擦制成的橡胶筒以降低噪音。同时，在安装过程中有一定的间隙，便于以后的维修。另外，这种互换性特别好。重量对仪器的性能也起着重要的作用：1）在运动中，上下运动会对体重产生很大的影响。因此，在配重的设计中，市场上常用的方法是用注塑机将橡胶包裹在配重上。这种方法有一些缺点。不适合小批量生产，成本高，维修困难。外表面的橡胶一旦受到多次冲击和老化，很容易分解脱落。一旦橡胶脱落，就会产生噪音和冲击。这会影响配重的使用寿命，巨大的噪音会影响运动人员的情绪，不易修复。在这种情况下，重量将相当于废料。2）重量滑入导杆，引导杆由1Cr18Ni9不锈钢管制成，这是一种价格。为了保护导杆，需要改善重量孔。。3）市场上大部分人的体重都是5公斤，一般来说，人们在运动时的体重不超过65公斤，所以他们需要13块，所以这方面还是用市场数据。4）据调查，几乎所有受损材料都是因脆裂而报废的。由于这些配重均采用ht105（灰铸铁）铸造，铸铁的缺点是韧性低，脆性好（计算配重厚度仅为30mm，配重中心有深度为12mm的凹槽）。这样，重量和重量就很容易在运动中破裂和丢弃。综合市场上的调查分析，我做了如下改进：1）为方便维护，我不使用重量橡胶包装。我安装了四个20深12洞按下按压和17个橡胶缸，有利于维护产品，2）为了防止较重的重量，加热塑料管，用合适的温度和厚度加热管，然后旋转到塑料管。3）在选材时，采用回收的板材，30mm厚的冷轧钢板，材料标记为：Q235-GB/T699-1988，它的强度不成问题，韧性也能保证。在设计配重时，我专门设计了第一个配重（即顶部安装的配重），由于悬架需要提升配重，需要使用销连接，所以配重I和吊架之间应该有一个安装关系，在这里，我用螺丝把吊架在配重中精确的位置，主要是为了限制吊带的旋转，这使得锻炼更容易选择力量。制造对重时，可以用气割的方法切割一定尺寸的毛坯，然后去毛刺，在铣床上铣出相应的表面（如果钢材是废弃的板材，其外表面不是很整齐，加工后的剩余材料更重要）并钻孔。倒角后，将注塑件密封，然后钻孔，最后放入橡胶。4.5滑轮的设计滑轮在整个健身器材中的作用：滑轮负责将钢丝绳定位在器材中，以减少摩擦的影响。由于整个滑轮的受力不是很大，可以通过铸造或冷冲压后焊接获得。得到了该方法。滑轮的主要压力主要是在本设备中压缩，一般不超过6500n。然而，一般钢的应力大于这个值，因此强度不是关键代价。同时，由于皮带轮的运动围绕中心，我设计添加内部轴承。因为有一个在滑轮，轴承和夹具之间的某些匹配，中央孔不易磨损，并且当皮带轮旋转时，摩擦也减少以确保使用要求和寿命滑轮。有了这两个上总成，就适合大规模生产，而且可以采用冲压工艺。铆钉由落下形成，然后轴承粗铆钉或螺栓连接可具有许多优点：一是选材保证其强度，同时选材简单，成本低，加工精度高，生产效率高，但不适合小批量生产，原因是磨具的设计和制造成本非常昂贵，采用批准的工艺可减少以下材料、形状、冲孔等。4.6钢丝绳的设计根据机械设计手册，钢丝绳的标称直径(41)中心C为Chorener，S为最大静载荷选择系数的计算公式为：(42)式中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初选钢丝绳的抗拉强度为167MP，取安全系数值为6级，k=0.82,=0.46代入公式的c=0.110根据手册c取0.114代入其中=1300N计算d=2.9四舍五入d=3，所选钢丝绳为“钢芯钢丝绳”（GB/t8918-1998），标记为3nat6x21sIWR1678Z5.39，钢丝绳直径3mm，滑轮安装在滑轮组内，间隙仅2mm，单侧间隙1mm，钢丝绳不卡在滑轮组内，保证了钢丝绳的可靠性。4.7其他零件的设计其他零件，如海绵护板、靠垫、靠垫等，均为工厂制造。这些东西的设计尺寸要求不是很高。只要他们在运动中感到舒适，坐垫是黑色的，并使用螺栓或螺钉。支撑连接，其中钢丝绳的长度由安装决定。4.8标准件的选定及校核本设计采用了许多标准件。在选用标准件时，本次设计采用的标准件有：轴承、螺栓、螺钉、垫片、球螺母等。4.8.1螺栓连接的选定及校核立柱与底座的联结采用M12的螺栓连接，螺栓的材料为Q235，=235MP，在实际中Fa（max）=15KN，则(43)其中，30mm，所以立柱取M12的是完全符合标准的。4.8.2轴承的选定及校核为整个机构选择三种轴承：滑轮部，小链轴部和大链轴部件。由于8个滑轮同时安装在支架上，因此轴承力小，因此不必检查。小链轴的轴承模型与大链轴的轴承模型相同。因此，才有必要检查大链轴上的轴承。根据设计手册可知，深沟球轴承的型号为6008（GB/T276-1994）预设其可靠度为0.99，在径向载荷Fr=750N作用下工作应力循环次数达。根据表13-9，查得可靠度为0.99时的寿命修正系数=0.22，相应的基本额定寿命为(44)轴承应具有的基本额定动载荷为(45)轴承寿命符合要求。4.9导管的设计由于导管的高精度，如果线性精度不高，则会为运动带来不便。这对运动员来说非常不方便，表面涂层也是不可行的，因为他想要擦拭重，易于去除锈蚀，所以我们使用不锈钢管，1Cr18Ni9，表面涂层。

5设计总结通过这个阶段的毕业设计，我受益匪浅。我不仅培养了良好的逻辑思维能力，而且培养了舍弃精神和严谨作风。回顾毕业设计是对大学四年经验的一个很好的总结。