健身橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)-家庭用健身器械設(shè)計(jì)

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Existing fitness generally used single-function, single parts of the human body for exercise, but for those who claim the body to get exercise relatively poor ability to adapt, direct impact on the economic efficiency of production enterprises. To this end, the subject of a proposed design multifunction home fitness equipment, to meet market demand. This paper focuses on the needs of working families from the actual work with the elliptical machine, there are products for large-scale functions and less disadvantage now, aimed at families, multi-functional, market-oriented projects and industrialization operations of the foundation. To this end, this paper carried out the following work: It introduces the basic features of an elliptical machine for home use, pointing out that the current situation of household elliptical machine with the main content and research family difficulties elliptical machines reviewed, demonstrates the necessity of the market for home use elliptical machine and importance. It describes the structure, working principle of family with elliptical machines. By optimizing the elliptical machine for home use setting program, a reasonable selection, reasonable design family with elliptical machine workflow and distribution at all levels of the transmission ratio, design and development of a new generation of multi-functional fitness equipment. The exercise is suitable for indoor household use, low cost, multi-function. Keywords: household, elliptical machines, mechanical movement, pedal 目 錄 第1章 緒論 1 1.1健身器材的定位，作用，意義及我們健身器材發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.1健身器材的定位 1 1.1.2健身器的作用 1 1.1.3健身器的意義 2 1.1.4我國(guó)健身器發(fā)展現(xiàn)狀 2 1.2家庭用多功能健身器簡(jiǎn)介 3 1.3研究的目的和意義 3 第2章 家庭用橢圓機(jī)總體設(shè)計(jì) 5 2.1 設(shè)計(jì)原則 5 2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì) 6 2.3 影響家庭用橢圓機(jī)性能的人體因素 7 2.4 家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析 8 2.5 人一車(chē)動(dòng)態(tài)特性分析 9 2.6 家庭用橢圓機(jī)的構(gòu)成 10 2.7 家庭用橢圓機(jī)方案設(shè)計(jì) 11 第3章 健身器材的現(xiàn)狀與發(fā)展 12 3.1健身器材的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程 12 3.1.1健身器材的產(chǎn)生 12 3.1.2健身器材的發(fā)展 12 3.2家庭用橢圓機(jī)的特點(diǎn) 12 3.3家庭用橢圓機(jī)的組成 13 第4章 家庭用橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明 14 4.1家庭用橢圓機(jī)可行性分析 14 4.2家庭用橢圓機(jī)的原理 14 4.3家庭用橢圓機(jī)各部分的設(shè)計(jì)說(shuō)明與計(jì)算 15 4.3.1車(chē)架的設(shè)計(jì)與計(jì)算 16 4.3.2 動(dòng)力裝置 17 4.4 鍵的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 17 4.5 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 18 4.7軸承的選擇及校核 22 4.8 潤(rùn)滑與密封 23 4.9 滾動(dòng)軸承的受力 24 4.10 踏板車(chē)輔助結(jié)構(gòu)的說(shuō)明 27 4.11本章小結(jié) 28 第5章 家庭用橢圓機(jī)安裝測(cè)試說(shuō)明 29 5.1零件組安裝說(shuō)明 29 5.2踏板車(chē)的測(cè)試 29 結(jié)論 30 參考文獻(xiàn) 31 致謝 32 第1章 緒論 1.1健身器材的定位，作用，意義及我們健身器材發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1健身器材的定位 健身器材就是用于身體鍛煉的器械，例如啞鈴、跑步機(jī)等都屬于健身器材。依據(jù)用途分，它可以分為專(zhuān)業(yè)的和非專(zhuān)業(yè)的。按照空間分，它可以分為戶(hù)外的和室內(nèi)的。 這件設(shè)計(jì)屬于室內(nèi)健身器材，可以讓人足不出戶(hù)便可得到身體各方位的鍛煉。 1.1.2健身器的作用 隨著世界城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意識(shí)逐漸增強(qiáng)，健身也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分。然而在日常生活中難免有無(wú)法進(jìn)行戶(hù)外鍛煉的日子。壞天氣，應(yīng)酬太多，工作時(shí)間等等都讓人們無(wú)法每天在戶(hù)外進(jìn)行必要的鍛煉。健身器的出現(xiàn)尤其是室內(nèi)健身器材起到了足不出戶(hù)也可鍛煉身體的作用。無(wú)論天氣如何惡劣，無(wú)論白天黑夜只要擁有一臺(tái)室內(nèi)健身器便可以達(dá)到鍛煉身體的目的。隨著我們國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，在物質(zhì)生活得到滿(mǎn)足的前提下，人們開(kāi)始追求更高的生活質(zhì)量，通過(guò)不同的方式使生活變的更加豐富多彩。由于這樣或那樣的原因，健身器材越來(lái)越受人們所青睞。我們隨處可以感受到人們對(duì)健身的重視，不管是老年人，中年人還是兒童都會(huì)選擇一定的方式來(lái)健身。選擇什么樣的健身方式和選擇什么樣健身器材也是值得人們所考慮的問(wèn)題。 健身器材起源于20世紀(jì)70年代初的美國(guó)和加拿大，它的發(fā)明是一個(gè)很讓人認(rèn)可的事，將人們的運(yùn)動(dòng)由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個(gè)創(chuàng)舉。我們不用為每天刮風(fēng)下雨影響鍛煉效果而在意，這樣就使得跑步機(jī)成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備。經(jīng)過(guò)30年的工業(yè)創(chuàng)新，使的美國(guó)及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者，人們意識(shí)到了健身器材工業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，而且越來(lái)越為廣大使用者接受。我國(guó)到了90年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材，這是我國(guó)健身器材工業(yè)的開(kāi)始。 現(xiàn)在大多數(shù)的健身器材都是固定在某個(gè)場(chǎng)所，如健身俱樂(lè)部，體育場(chǎng)館和家庭等。這樣的健身器材雖然能夠達(dá)到一定的健身目的，但是很難提升人們健身的樂(lè)趣。怎樣才能讓人們既達(dá)到了健身的目的，又對(duì)健身產(chǎn)生樂(lè)趣。一種新型的健身器材—腳踏擺動(dòng)健身踏板車(chē)的產(chǎn)生可以為我們解決這些問(wèn)題。它的使用場(chǎng)合很廣，如在上學(xué)的路上，在上班的路上都可以健身，健身變得方便和具有樂(lè)趣。在健身的同時(shí)可以享受大自然的美麗，給人們?cè)谏眢w上和精神上的享受。 家庭用橢圓機(jī)在許多方面優(yōu)越于現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)健身器材，使其更具有市場(chǎng)，會(huì)越來(lái)越受人所青睞。家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)為自擬課題，具有創(chuàng)新的設(shè)計(jì)，要綜合考慮機(jī)械運(yùn)動(dòng)原理、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)和人因工程學(xué)方面的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，通過(guò)老師的指點(diǎn)，同學(xué)的幫助，對(duì)課題的內(nèi)容進(jìn)行了探索和設(shè)計(jì)，現(xiàn)將設(shè)計(jì)過(guò)程和內(nèi)容闡述于下。 1.1.3健身器的意義 社會(huì)時(shí)代的飛速發(fā)展，讓人們生活水平迅速提高。然而由于工作量繁多，生活節(jié)奏加快，各種由于身體沒(méi)有得到有效鍛煉而衍生出的疾病也在困擾的人們。沒(méi)有時(shí)間去健身房，沒(méi)有適合的健身場(chǎng)所這些都是身體得不到鍛煉的問(wèn)題根源。如今“健身器”成了時(shí)下熱議的名詞，它的出現(xiàn)讓人們不在為身體得不到鍛煉而煩惱。只需在家里，可以是睡前一點(diǎn)時(shí)間，可以在清晨起床后的一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間，用了健身器身體便會(huì)得到足夠的鍛煉。增強(qiáng)的體質(zhì)，提高了免疫能力。可以說(shuō)健身器為現(xiàn)代生活中的人們帶來(lái)了健康。尤其是對(duì)那些工作量大，空閑時(shí)間少的上班一族來(lái)說(shuō)更是有很大的好處 1.1.4我國(guó)健身器發(fā)展現(xiàn)狀 一個(gè)國(guó)家的體育消費(fèi)水平?jīng)Q定了該國(guó)的體育市場(chǎng)的發(fā)展程度。世界許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國(guó)家家庭的體育消費(fèi)都十分可觀。1994年，英國(guó)家庭體育消費(fèi)為130億美元，意大利為94億美元，西班牙為81億美元，德國(guó)為640億馬克。1996年法國(guó)家庭體育消費(fèi)為462億法郎，占整個(gè)體育消費(fèi)的49%。相比之下我國(guó)的體育消費(fèi)就很低了，據(jù)國(guó)家體育總局公布的《2001年中國(guó)群體體育現(xiàn)狀調(diào)查報(bào)告》，我國(guó)城鄉(xiāng)居民以家庭為單位全年體育消費(fèi)平均為397.42元，其中用于購(gòu)買(mǎi)家庭健身器械平均為92.09元，表明我國(guó)家庭健身器械的市場(chǎng)消費(fèi)水平很低。 從一個(gè)國(guó)家的人口總數(shù)和家庭所擁有的健身器械的比例來(lái)看，美國(guó)人口2.81億，其跑步機(jī)一年的銷(xiāo)量為300萬(wàn)臺(tái)；韓國(guó)人口4600多萬(wàn)。2002年跑步機(jī)銷(xiāo)量為100萬(wàn)臺(tái)；而中國(guó)擁有13億，跑步機(jī)一年的銷(xiāo)量?jī)H在20萬(wàn)臺(tái)左右，目前跑步機(jī)在中國(guó)家庭的普及率僅為1%。雖然近年來(lái)，我國(guó)對(duì)于家庭健身器械的消費(fèi)有所增長(zhǎng)，但相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的家庭擁有量，還有很大的距離。 從國(guó)際視角比較來(lái)看我國(guó)在體育產(chǎn)值，體育消費(fèi)水平及體育產(chǎn)業(yè)吸納就業(yè)人口比重三個(gè)方面，與西方發(fā)達(dá)國(guó)家都存在較大的差距，這些問(wèn)題直接或間接的反映了當(dāng)前我國(guó)體育市場(chǎng)整體上還處于起步和初級(jí)發(fā)展階段，近你那來(lái)家庭健身器械的總銷(xiāo)售額雖有增長(zhǎng)，卻非常緩慢，同時(shí)也預(yù)示著家庭健身器械領(lǐng)域市場(chǎng)開(kāi)拓的潛力巨大。 我國(guó)家庭健身器發(fā)展主要存在：有效需求不足，健身器械市場(chǎng)主體不成熟，家庭健身器發(fā)展的市場(chǎng)機(jī)遇這些問(wèn)題。 本次設(shè)計(jì)打破常規(guī)，多功能可以滿(mǎn)足各種需求，使其具有很高的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和存活力，從而在健身器這一領(lǐng)域中占據(jù)重要位置。 1.2家庭用多功能健身器簡(jiǎn)介 這款家庭用多功能健身器是應(yīng)時(shí)下人們對(duì)健身器的要求而設(shè)計(jì)的。它綜合了握力器，拉力器，坐蹬訓(xùn)練器，劃船器等多種健身器材的功能，可以有效地鍛煉您的身體各處?？紤]到由于是家庭室內(nèi)使用，因此在設(shè)計(jì)之初就想到占地面積這一問(wèn)題。這款集合了多種健身器功能于一身的新型健身器占地面積并不大，可以再絕大部分室內(nèi)擺放。按照人體構(gòu)造設(shè)計(jì)各個(gè)零件，符合人性化要求。 為了滿(mǎn)足多功能而且占地面積要小的要求，這款家庭多功能健身器計(jì)劃初變考慮到增加適當(dāng)高度來(lái)減少占地面積從而滿(mǎn)足任何人在自己室內(nèi)使用該健身器的愿望。 1.3研究的目的和意義 隨著全民健身熱的興起，每個(gè)家庭的健身意識(shí)正在不斷提高，不少家庭把健身器械購(gòu)回家里，進(jìn)行健身鍛煉，以期達(dá)到健康身體，陶冶情操和家庭和諧享受的目的。因此，人們也越來(lái)越關(guān)心市場(chǎng)上各種各樣的健身器械，著意進(jìn)行比較和選擇，挑選適合自己的家庭成員健身健美的產(chǎn)品，建立起自己的家庭健身俱樂(lè)部。其實(shí)，人們對(duì)自己擁有的健身器械的要求并不很高，總的來(lái)說(shuō)有三點(diǎn)：一是效果明顯；二是價(jià)格合理；三是外觀好，占地小，噪音低。凡具有上述特點(diǎn)的家用健身器材就特別受消費(fèi)者的歡迎。 近幾年，市場(chǎng)上流行的健身器材種類(lèi)很多，但流行不一定受歡迎。有的健身器材功能單一，雖價(jià)格較低，但一般消費(fèi)者認(rèn)為并不劃算；另外一些健身器材功能較多，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用空間大，價(jià)格較高，大多數(shù)消費(fèi)者又接受不了。所以真正能進(jìn)入家庭的產(chǎn)品并不是很多。 此次設(shè)計(jì)研究的目的就是為了研發(fā)出一種與現(xiàn)在市場(chǎng)上出現(xiàn)的健身器械不同的一部健身器?？朔δ軉我?，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用空間大，價(jià)格較高的缺點(diǎn)，提高使用效果，價(jià)格合理，占地小，噪音低。從而在市場(chǎng)中立于不敗之地。 此次研究意義在于為每一戶(hù)購(gòu)買(mǎi)健身器的家庭節(jié)約資金，用一臺(tái)機(jī)器達(dá)到多臺(tái)機(jī)器的鍛煉效果，增強(qiáng)人們的體質(zhì)，給千家萬(wàn)戶(hù)帶來(lái)健康. 第2章 家庭用橢圓機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)原則 家庭用橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸是根據(jù)人體尺寸來(lái)設(shè)計(jì)的,各個(gè)部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國(guó)標(biāo)GB10000-1988給出身高、體重、上臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、大腿長(zhǎng)、小腿長(zhǎng)共六項(xiàng)主要尺寸數(shù)據(jù)。 下表是我國(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國(guó)成年人人體尺寸》): 表2-1 我國(guó)成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 主要尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 百分位數(shù) 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 體重∕kg 48 59 75 42 52 66 上臂長(zhǎng) 289 313 338 262 284 308 前臂長(zhǎng) 216 237 258 193 213 234 大腿長(zhǎng) 428 465 505 402 438 476 小腿長(zhǎng) 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿頸椎 615 657 701 579 617 657 坐姿眼高 749 798 847 695 739 783 坐姿肩高 557 598 641 518 556 594 坐姿肘高 228 263 298 215 251 284 坐姿大腿 112 130 151 113 130 151 坐姿膝高 456 493 532 424 458 493 小腿加足 383 413 448 342 382 405 坐深 421 457 494 401 433 469 臀膝距 515 554 595 496 529 570 坐姿下肢 921 992 1063 851 912 975 設(shè)計(jì)要點(diǎn)： 1. 座的形式與尺度及其功用有關(guān) 2. 座材的尺度必須參照人體測(cè)量學(xué)數(shù)據(jù)確定 3. 身體的主要重量應(yīng)由臀部坐骨結(jié)節(jié)承擔(dān) 4. 座材前緣處，大腿與家庭用橢圓機(jī)之間壓力應(yīng)盡量減小 5. 腰椎下部應(yīng)提供支承，設(shè)置適當(dāng)?shù)目勘骋越档捅巢烤o張度 6. 器材墊必須有足夠的墊料和適當(dāng)?shù)挠捕?，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結(jié)節(jié)區(qū)域 組成家庭用橢圓機(jī)的功能是供人騎行，就發(fā)揮家庭用橢圓機(jī)的功能作用而言，把人看作家庭用橢圓機(jī)的組成部分是完全合理的。因此，人在騎車(chē)時(shí)組成了人一車(chē)系統(tǒng)，該人一車(chē)系統(tǒng)中的人一車(chē)界面關(guān)系可由圖1-1來(lái)進(jìn)行分析。 2.2 人機(jī)工程設(shè)計(jì) 1、人與支撐部件的關(guān)系 圖1-1 人-車(chē)界面關(guān)系 支撐部件主要有車(chē)架、前叉、鞍座和車(chē)把等，是家庭用橢圓機(jī)的構(gòu)架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證家庭用橢圓機(jī)的整體性，實(shí)現(xiàn)家庭用橢圓機(jī)的功能。從人機(jī)關(guān)系來(lái)看，鞍座、車(chē)把和車(chē)架等的位置和大小，以及它們間的相互關(guān)系，與騎車(chē)人的位置和肌肉的動(dòng)作有著性的設(shè)計(jì)參數(shù)。 2、人與動(dòng)力接受部件關(guān)系 　　動(dòng)力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動(dòng)力是靠騎車(chē)人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運(yùn)動(dòng)的力使曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎家庭用橢圓機(jī)人的體格和體力與家庭用橢圓機(jī)元件的尺寸關(guān)系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運(yùn)動(dòng)與曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)之間的能量轉(zhuǎn)換問(wèn)題。 3、人與傳動(dòng)部件關(guān)系 傳動(dòng)部件主要是滾珠、帶條和帶輪。人的作用力是通過(guò)帶條和帶輪傳動(dòng)而帶動(dòng)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使家庭用橢圓機(jī)前移。傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是要有較高的傳動(dòng)效率和可靠性，且有易操縱的變速機(jī)構(gòu)。保證較高的傳動(dòng)效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。 4、人與工作部件關(guān)系 工作部件就是車(chē)輪，即車(chē)圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數(shù)是實(shí)心的。車(chē)輪一方面把騎車(chē)人的肌肉力量，有效地轉(zhuǎn)換為同地面接觸而向前運(yùn)動(dòng)的力；另一方面將騎車(chē)人的握力轉(zhuǎn)換為與接地部分所產(chǎn)生的剎車(chē)阻力。在設(shè)計(jì)家庭用橢圓機(jī)的各部分尺寸、車(chē)閘及變速器等時(shí)，應(yīng)該著眼于騎車(chē)人一動(dòng)力一傳動(dòng)一工作的連貫性，才可能設(shè)計(jì)出同騎車(chē)人手的大小或握力相適應(yīng)的閘把、剎車(chē)力適當(dāng)?shù)能?chē)閘，才不會(huì)發(fā)生剎車(chē)阻力不夠而造成失誤現(xiàn)象。 2.3 影響家庭用橢圓機(jī)性能的人體因素 影響家庭用橢圓機(jī)性能的人體因素很多，如圖1-2 所示。現(xiàn)主要分析下述幾點(diǎn)： 1．人的體格因素 以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手臂、腿、氣管等的長(zhǎng)度與身高成比例，從而以骨關(guān)節(jié)為中心所產(chǎn)生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動(dòng)脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對(duì)出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實(shí)際上因每個(gè)人身體素質(zhì)不同，常有20％以上的偏差。 2．人的下肢肌力 家庭用橢圓機(jī)騎行的原動(dòng)力，主要是騎車(chē)人的下肢肌力。人騎車(chē)時(shí)，骨骼肌肉內(nèi)部的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為肌肉收縮的機(jī)械能。家庭用橢圓機(jī)腳蹬的轉(zhuǎn)動(dòng)就是通過(guò)腿肌收縮出力而完成的，一般說(shuō)腿肌長(zhǎng)的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時(shí)產(chǎn)生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40--50N ，通過(guò)一定訓(xùn)練的人可提高到65N 。 3．人的輸出功率 人輸出的功率隨著騎車(chē)人的體格、體力、騎車(chē)姿勢(shì)、持續(xù)時(shí)間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。 4．人的腳踏速度 家庭用橢圓機(jī)運(yùn)動(dòng)是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關(guān)系。健康人的心臟跳動(dòng)為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉(zhuǎn)動(dòng)較為合適。設(shè)計(jì)時(shí)以這一常用速度來(lái)確定相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。 5．人的平衡機(jī)能 騎車(chē)人本身的平衡機(jī)能是影響家庭用橢圓機(jī)性能的重要因素，如果缺少平衡機(jī)能，哪怕是運(yùn)動(dòng)性能很好的家庭用橢圓機(jī)也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機(jī)能，卻可掩蓋家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)上的某些缺陷。 6．人的手和握力 影響剎車(chē)性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據(jù)試驗(yàn)，為了長(zhǎng)時(shí)間施閘而不致使手有疼痛的感覺(jué)，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的減速度。 7 ．人的疲勞 人體疲勞和疼痛是對(duì)騎車(chē)出力性能的不利因素，其產(chǎn)生原因有人體因素，也有家庭用橢圓機(jī)結(jié)構(gòu)因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負(fù)擔(dān)過(guò)大，騎車(chē)姿勢(shì)不合適，以及體重對(duì)鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。 2.4 家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要素分析 影響家庭用橢圓機(jī)性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機(jī)械因素，如圖1-3所示。為了獲得家庭用橢圓機(jī)較佳的性能，必須把人的因素與機(jī)械因素有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，以使人一車(chē)協(xié)調(diào)。為此，著重分析與人體相關(guān)的結(jié)構(gòu)要素。 1．速比 大小帶輪的齒數(shù)比，與帶輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內(nèi)。利用速比關(guān)系可取得騎行時(shí)所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無(wú)論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉(zhuǎn)速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉(zhuǎn)速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉(zhuǎn)速）。速比過(guò)大時(shí)，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負(fù)擔(dān)約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉(zhuǎn)速，可得到比較好的效果。 2．曲柄長(zhǎng)度 傳統(tǒng)的家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)，一般從杠桿原理考慮比較多，對(duì)人研究少，認(rèn)為曲柄越長(zhǎng)越有力。曲柄過(guò)長(zhǎng)后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢(shì)必加長(zhǎng)車(chē)架，影響了正確的坐車(chē)姿勢(shì)，使人感到臀部痛。若能按人的身長(zhǎng)或下肢長(zhǎng)來(lái)考慮曲柄長(zhǎng)度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長(zhǎng)度的基準(zhǔn)，取人體身長(zhǎng)的 1／10 ，也相當(dāng)于大腿骨長(zhǎng)的 1／2 。 3 ．三接點(diǎn)位置 正確的騎車(chē)姿勢(shì)，是由騎車(chē)人和家庭用橢圓機(jī)三個(gè)接點(diǎn)位置決定的，如圖1-4(a）中所示的鞍座位置 A 、車(chē)把位置B 、腳蹬位置C 。按三點(diǎn)調(diào)整法，AB 和AC 約等，一般 AB = ( AC 一 3 ) cm , A點(diǎn)略低于B點(diǎn)，約為5cm 。 4 ．鞍座位置 鞍座裝得過(guò)低，騎行時(shí)雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時(shí)間長(zhǎng)了就會(huì)感到疲軟無(wú)力；鞍座裝得過(guò)高，騎行時(shí)腿部的肌肉拉得過(guò)緊，腳趾部分用力過(guò)多，雙腳也容易疲勞。騎車(chē)時(shí)適當(dāng)?shù)挠昧Σ课皇悄_掌。設(shè)計(jì)或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配帶輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯(lián)系，只要腋窩中心至中指的長(zhǎng)度確定下來(lái)，鞍座高度便可大致確定。 5 ．車(chē)閘 設(shè)計(jì)時(shí)，閘把開(kāi)擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應(yīng)。靈敏度高的車(chē)閘，隨著閘把上力的增大，剎車(chē)力也按比例地增加。如果閘把力到達(dá)某一程度不發(fā)生剎車(chē)作用，繼而又驟然生效，說(shuō)明這種車(chē)閘設(shè)計(jì)不良。在緊急情況下操縱時(shí)，理想的施閘力和減速度見(jiàn)表1-1 。 2.5 人一車(chē)動(dòng)態(tài)特性分析 1 ．動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性 家庭用橢圓機(jī)的穩(wěn)定是行駛過(guò)程中的穩(wěn)定，是一種動(dòng)態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性影響到家庭用橢圓機(jī)騎行中的動(dòng)作，包括直進(jìn)穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見(jiàn)圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對(duì)安全行駛是必不可少的特性。 2．力學(xué)特性 家庭用橢圓機(jī)行駛在平地上轉(zhuǎn)彎的條件是側(cè)向力（與離心力平衡）與家庭用橢圓機(jī)總重量（人和車(chē)的重量）的合力作用線(xiàn)要通過(guò)輪胎與地面的接觸點(diǎn)。這當(dāng)然與騎車(chē)人有關(guān)，但更重要的是家庭用橢圓機(jī)的造型要有適合這種力學(xué)特征的結(jié)構(gòu)形式。 3 ．轉(zhuǎn)向特性 家庭用橢圓機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)可能有三種情況： 人體和車(chē)身向內(nèi)傾的角度相等。即騎車(chē)人身體的中心線(xiàn)和車(chē)子的中心線(xiàn)一致時(shí)，家庭用橢圓機(jī)就可以轉(zhuǎn)彎，即所謂中傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖1-5(b) ；騎車(chē)人的傾斜角比車(chē)子的傾斜角大時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂內(nèi)傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖（c）；騎車(chē)人的傾斜角比車(chē)子的傾斜角小時(shí)，此時(shí)的轉(zhuǎn)彎即所謂外傾旋轉(zhuǎn)，見(jiàn)圖(d))。 2.6 家庭用橢圓機(jī)的構(gòu)成 家庭用橢圓機(jī)的整體構(gòu)成由以下幾大模塊： (1).車(chē)身 在行駛中，車(chē)身的造型對(duì)整個(gè)行駛的效率有著很大的影響，因?yàn)檐?chē)身的造型直接影響到的是行進(jìn)的阻力。此處設(shè)計(jì)的水陸家庭用橢圓機(jī)的車(chē)體造型也已達(dá)到最小阻力位佳，通過(guò)流體力學(xué)，我們可以針對(duì)各種造型在水中行進(jìn)時(shí)所受的阻力進(jìn)行分析，核定最佳造型設(shè)計(jì)以達(dá)到最佳運(yùn)動(dòng)效率。 (2).傳動(dòng)系統(tǒng) 通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)我們可以比較確切的分析各種傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)關(guān)系進(jìn)而計(jì)算出總傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率進(jìn)行核算。 (4).導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 正常直線(xiàn)行駛時(shí)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)不構(gòu)成阻力，設(shè)計(jì)的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單便捷為好。 2.7 家庭用橢圓機(jī)方案設(shè)計(jì) 目前家庭用橢圓機(jī)設(shè)計(jì)各式各樣，這里的設(shè)計(jì)主要從傳動(dòng)系統(tǒng)方面來(lái)結(jié)合設(shè)計(jì)。分析以上性能需求，并根據(jù)本設(shè)計(jì)需要，針對(duì)推傳動(dòng)系統(tǒng)的的設(shè)計(jì)提出以下方案的特點(diǎn)及創(chuàng)新: 1. 該方案采取大量三角形結(jié)構(gòu)，從而確保該產(chǎn)品的穩(wěn)定性及耐用性 2.帶條傳動(dòng)使動(dòng)力能更好的傳遞，達(dá)到省力的效果。 3. 該產(chǎn)品人性化設(shè)計(jì)，提高了該產(chǎn)品的實(shí)用性。 橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)及仿真 第3章 健身器材的現(xiàn)狀與發(fā)展 3.1健身器材的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程 3.1.1健身器材的產(chǎn)生 健身器材起源于20世紀(jì)70年代初的美國(guó)和加拿大，它的發(fā)明是一個(gè)很讓人認(rèn)可的事，將人們的運(yùn)動(dòng)由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個(gè)創(chuàng)舉。我們不用為每天刮風(fēng)下雨影響鍛煉效果而在意，這樣就使得跑步機(jī)成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備。經(jīng)過(guò)30年的工業(yè)創(chuàng)新，使的美國(guó)及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者，人們意識(shí)到了健身器材工業(yè)是一個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，而且越來(lái)越為廣大使用者接受。我國(guó)到了90年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材，這是我國(guó)健身器材工業(yè)的開(kāi)始。 3.1.2健身器材的發(fā)展 健身器材從當(dāng)初單一的跑步機(jī)、室內(nèi)自行車(chē)等發(fā)展到現(xiàn)在的多功能家庭用橢圓機(jī)、健身椅等等，容入越來(lái)越多的科學(xué)技術(shù)與科學(xué)的健身方法，使得健身越來(lái)越有成效。健身器材同時(shí)也向室外發(fā)展，我們可以在居民小區(qū)里看到一些健身器材，那些健身器材小巧，使用方便，適合大眾化的健身需求。作為一種室外健身器材，家庭用橢圓機(jī)有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，那就是能夠移動(dòng)健身，能夠在上班的路上、上學(xué)的路上，在公園休閑時(shí)體驗(yàn)健身。 3.2家庭用橢圓機(jī)的特點(diǎn) 家庭用橢圓機(jī)具有傳統(tǒng)踏板車(chē)的小巧，靈活，可以折疊等等特點(diǎn)，正得到越來(lái)越多的健身愛(ài)好者的喜愛(ài)。它又有獨(dú)特的設(shè)計(jì)，那就是具有動(dòng)力裝置，使踏板車(chē)得到了改進(jìn)與發(fā)展，健身者通過(guò)腳踩踏板，使動(dòng)力通過(guò)動(dòng)力裝置傳遞給車(chē)輪，從而使得車(chē)子前進(jìn)。它能夠達(dá)到時(shí)速20公里，動(dòng)力裝置由棘輪和零件機(jī)構(gòu)組合而成，由于單一的基本機(jī)構(gòu)往往由于其本身所固有的局限性而無(wú)法滿(mǎn)足多方面的要求，采用組合機(jī)構(gòu)，既發(fā)揮了各基本結(jié)構(gòu)的特長(zhǎng)，又避免各機(jī)構(gòu)的局限性，形成一種新的機(jī)構(gòu)系統(tǒng). 3.3家庭用橢圓機(jī)的組成 家庭用橢圓機(jī)主要包括以下5部分的內(nèi)容： 1. 車(chē)架 2. 動(dòng)力裝置 3. 車(chē)輪 4. 其他裝置 下面就家庭用橢圓機(jī)方案的可行性進(jìn)行分析，對(duì)家庭用橢圓機(jī)4個(gè)部分的設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算和說(shuō)明。 第4章 家庭用橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明 4.1家庭用橢圓機(jī)可行性分析 家庭用橢圓機(jī)采用腳踩踏板使踏板擺動(dòng)，踏板帶動(dòng)零件棘輪組合件，傳遞給零件機(jī)構(gòu)，再通過(guò)鏈條把動(dòng)力傳遞到車(chē)輪，實(shí)現(xiàn)整個(gè)動(dòng)力的傳遞。如踏板車(chē)要求時(shí)速達(dá)到20公里，那么后輪的線(xiàn)速度為[1]。 （3.1） 后輪的轉(zhuǎn)速（選擇直徑為300的輪子） （3.2） 取踏板的轉(zhuǎn)速 動(dòng)力傳遞方面，取踏板車(chē)和人的總重量為80kg，與地面的摩檫系數(shù)取0.1。 后輪傳遞提供的功率[2]。 （3.4） 其余各軸所傳遞的功率分別為 （3.7） 人只要提供0.554kw的功率就可以是踏板車(chē)運(yùn)動(dòng)。 4.2家庭用橢圓機(jī)的原理 大自然離我們有多遠(yuǎn)，我們離健康就有多遠(yuǎn)。身處城市，我們的運(yùn)動(dòng)健身空間被壓縮。但是空間少了并不意味著放棄運(yùn)動(dòng)健身。我們需要一種運(yùn)動(dòng)健身器械，它應(yīng)滿(mǎn)足： 1.它是一種充滿(mǎn)趣味的運(yùn)動(dòng)器材，時(shí)尚且平易近人讓人們使用的時(shí)候既能接受，又能具有實(shí)用價(jià)值。 2.它應(yīng)當(dāng)符合全民健身這么一個(gè)概念。這就需要它老少兼宜安全并且具有容易上手使用的特點(diǎn)。 3.作為一種戶(hù)外的運(yùn)動(dòng)工具它應(yīng)當(dāng)保證一定的運(yùn)動(dòng)量，并且在此基礎(chǔ)上有一種高效的運(yùn)動(dòng)健身效率。 這就是設(shè)計(jì)“腳踏擺動(dòng)家庭用橢圓機(jī)”的原始動(dòng)機(jī)。 腳踏健身踏板車(chē)的動(dòng)力傳遞部分由棘輪和零件機(jī)構(gòu)組合而成，通過(guò)踏板的來(lái)回?cái)[動(dòng)帶動(dòng)零件棘輪組合件的擺動(dòng)，再帶動(dòng)零件增速機(jī)構(gòu)，最后通過(guò)鏈傳動(dòng)把動(dòng)力傳遞給后輪，實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)。在使用過(guò)程中首先需要使用者單腳蹬地，使車(chē)子獲得一定的速度后將兩腳一左一右放在踏板上，輕輕擺動(dòng)上身，通過(guò)重心的移動(dòng)來(lái)踩動(dòng)踏板。由于棘輪機(jī)構(gòu)存在一定的空程，速度越小空程影響就越明顯，所以只有當(dāng)車(chē)子獲得一定的初速度后才能踩動(dòng)踏板，而在靜止?fàn)顟B(tài)下直接踩動(dòng)踏板將不能獲得理想的效果。運(yùn)動(dòng)原理圖如圖4-1所示： 圖4-1 運(yùn)動(dòng)原理圖 橢圓機(jī)原理圖如下：動(dòng)桿聯(lián)接兩回轉(zhuǎn)副，固定導(dǎo)桿聯(lián)接兩移動(dòng)副，導(dǎo)桿呈十字形，動(dòng)桿上各點(diǎn)軌跡為長(zhǎng)短徑不同的橢圓。 按照?qǐng)D中標(biāo)出的箭頭方向，可以看出動(dòng)力傳遞的方向，最后通過(guò)腳踏把動(dòng)力傳遞給后輪，實(shí)現(xiàn)后輪驅(qū)動(dòng)。 4.3家庭用橢圓機(jī)各部分的設(shè)計(jì)說(shuō)明與計(jì)算 家庭用橢圓機(jī)是一個(gè)機(jī)構(gòu)的組合體，它由各個(gè)功能不同的機(jī)構(gòu)按照一定的組合來(lái)共同完成踏板車(chē)的功能，現(xiàn)將各部分的功能說(shuō)明如下[3]。 4.3.1車(chē)架的設(shè)計(jì)與計(jì)算 車(chē)架需要安裝軸及零件等幾乎全部的零部件，它的尺寸將影響車(chē)子的主要重量，設(shè)計(jì)合理的車(chē)架形狀能夠使得車(chē)子變的輕巧，美觀等，除此之外，其強(qiáng)度也需要滿(mǎn)足它的使用者。在參考有關(guān)踏板車(chē)的資料后，決定采用類(lèi)似T型截面的鑄鐵梁結(jié)構(gòu)的材料制成車(chē)架，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)校核其強(qiáng)度來(lái)滿(mǎn)足使用要求。鑄鐵雖然屬于脆性材料，不具備好的抗拉強(qiáng)度，但具備較好的塑性，抗壓強(qiáng)度較好，在使用過(guò)程中車(chē)架主要承受抗壓，所以在承受壓力時(shí)不易變形，保證零件傳動(dòng)的穩(wěn)定。設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮其抗壓和抗拉強(qiáng)度是否滿(mǎn)足使用要求，此外，為了使踏板車(chē)設(shè)計(jì)更加美觀與小巧，對(duì)車(chē)架的寬度在滿(mǎn)足能夠安裝零件，零件運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不相互干涉后進(jìn)行縮小，以便使得車(chē)子的重量進(jìn)一步縮小。 車(chē)架平面圖如圖4-2所示： 圖4-2 車(chē)架結(jié)構(gòu)圖 4.3.2 動(dòng)力裝置 家庭用橢圓機(jī)使用踏板與零件棘輪組合件的配合來(lái)完成動(dòng)力的傳遞，這也是本次設(shè)計(jì)過(guò)程中最重要的部分之一，這中配合有多種方案可以選擇，經(jīng)過(guò)對(duì)比后，我選擇踏板車(chē)左右各有一個(gè)踏板配合。 4.4 鍵的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 1.對(duì)于小帶輪的鍵，選用半圓頭平鍵C855，GB1096－79 多功能健身器上的鍵都為靜聯(lián)接，材料為鋼，則許用擠壓應(yīng)力 取100 ,由參考文獻(xiàn)[1] P103 公式6－1 強(qiáng)度符合 2大帶輪上鍵校核 選用半圓頭平鍵C836，GB1096－79 強(qiáng)度符合 3.小齒輪上鍵校核 選用半圓頭平鍵C8 45，GB1096－79 4.大齒輪上鍵校核 選用半圓頭平鍵C1050，GB1096－79 強(qiáng)度符合 4.5 軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 設(shè)計(jì)軸的尺寸由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－2 由 參考文獻(xiàn)[1] 表15－3取110 所以傳動(dòng)軸D1＝24mm 攪拌軸D2＝35mm 圖4-3 齒輪受力分析圖 1. 齒輪的力分析計(jì)算： 圓周力Ft = 徑向力Fr = 軸向力 2. 對(duì)H面上各力分析 =322N =4970N 3. 對(duì)V面上各個(gè)力分析 ＝ ＝ 以下圖組為軸受力分析圖： 圖4-4 軸受力總圖 圖4-5 軸H面受力及力矩圖 圖4-6 V面受力及力矩分析圖 圖4-7 扭矩圖 4. 當(dāng)量彎矩： 由軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及當(dāng)量彎矩圖可知截面A處當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。進(jìn)行校核時(shí)，只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的截面的強(qiáng)度 合成彎矩： 當(dāng)轉(zhuǎn)矩T=300000N；取得： 當(dāng)量彎矩： 由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－5 由參考文獻(xiàn)[1] 公式15－14 ＝0.12 軸強(qiáng)度足夠。 4.7軸承的選擇及校核 要據(jù)設(shè)計(jì)的尺寸軸承初選72005 GB/T292－94，對(duì)于球軸承： ＝ 圖4-8 軸承受力分析圖 對(duì)于7000C型軸承，按參考文獻(xiàn)[1] 表13－7計(jì)算軸承的派生軸向力： e為參考文獻(xiàn)[1] 表13－5的判斷系數(shù)。 所以軸承1被擠壓，軸承2被放松。 對(duì)軸承1＝0.44 ＝1.12 對(duì)軸承2 由參考文獻(xiàn)[1] 公式13－19 按軸承2受力大小分析并驗(yàn)算軸承壽命： 軸承預(yù)計(jì)壽命 由參考文獻(xiàn)[1] 公式13－21 軸承壽命符合要求。 4.8 潤(rùn)滑與密封 1、齒輪的潤(rùn)滑：采用定時(shí)加油潤(rùn)滑，由于齒輪間的嚙合不能浸在油液中，所以只能人工的定時(shí)給相互嚙合的齒輪加油。 2、軸承的潤(rùn)滑：滑動(dòng)軸承與軸固定在一起，在法蘭盤(pán)里滾動(dòng)，通過(guò)法蘭上部的油標(biāo)向滑動(dòng)軸承里加油，軸承內(nèi)側(cè)加氈圈油封，防止油液流出。軸承外側(cè)加透蓋，起固定和密封的作用。 3、潤(rùn)滑油的選擇:齒輪與軸承用同種潤(rùn)滑油較為便利，考慮到該裝置用于小型設(shè)備,選用L-AN15潤(rùn)滑油。 4、攪拌桶與攪拌軸配合擋面環(huán)，防止面粉塵進(jìn)入法蘭盤(pán)中，同時(shí)也是對(duì)氈圈油封密封作用的再次加強(qiáng)。 4.9 滾動(dòng)軸承的受力 滾動(dòng)軸承工作時(shí)，可以是外圈固定，內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，也可以是內(nèi)圈固定、外圈轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于固定套圈，處在承載區(qū)內(nèi)的各接觸點(diǎn)，按其所在位置的不同，將受到不同在載荷。處于載荷作用線(xiàn)上的點(diǎn)將受到最大的接觸載荷。對(duì)于每一個(gè)具體的點(diǎn)，每當(dāng)一個(gè)滾動(dòng)體滾過(guò)時(shí)，便承受一次載荷，其大小是不變的，也就是承受穩(wěn)定的脈動(dòng)循環(huán)載荷的作用。載荷變動(dòng)的頻率快慢取決于滾動(dòng)體中心的圓周速度。 轉(zhuǎn)動(dòng)套圈上的各點(diǎn)的受載情況類(lèi)似于滾動(dòng)體的受載情況。他的任一點(diǎn)在開(kāi)始進(jìn)入承載區(qū)后，當(dāng)該點(diǎn)與某一滾動(dòng)體接觸時(shí)，載荷由零變到某一數(shù)值，繼變到零。當(dāng)該點(diǎn)下次與另一滾動(dòng)體接觸時(shí)，載荷就由零邊到另一數(shù)值，故同一點(diǎn)上的載荷[14]及應(yīng)力是周期性不穩(wěn)定變化的。 滾動(dòng)軸承的失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則 根據(jù)工作情況，滾動(dòng)軸承失效形式主要有： （1）疲勞破壞 由于載荷的反復(fù)作用，首先在表面下一定深度處產(chǎn)生疲勞裂紋，繼而擴(kuò)展到接觸表面，形成疲勞點(diǎn)蝕，使軸承不能正常工作。通常疲勞點(diǎn)蝕是滾動(dòng)軸承的主要失效形式。 （2）永久變形 當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速很低或間歇擺動(dòng)時(shí)，一般不會(huì)產(chǎn)生疲勞破壞，但在很大的靜載荷或沖擊載荷的作用下，會(huì)使軸承滾道和滾動(dòng)體接觸處產(chǎn)生永久變形（滾道表面形成塑性變形凹坑），而使軸承在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生劇烈震動(dòng)和噪聲，以至軸承不能正常工作。 決定軸承尺寸時(shí)，要針對(duì)主要失效形式進(jìn)行必要的計(jì)算 軸承的壽命計(jì)算： （1）滾動(dòng)軸承的基本額定壽命 一個(gè)滾動(dòng)軸承在工作中發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕前所經(jīng)過(guò)的總轉(zhuǎn)數(shù)或工作小時(shí)數(shù)成為軸承的疲勞壽命。而由于制造精度、材料的均質(zhì)程度的差異，即使是同樣材料、同樣尺寸以及同一批生產(chǎn)出來(lái)的軸承，在完全相同的情況下工作，他們的疲勞壽命也會(huì)極不相同。軸承的最長(zhǎng)疲勞壽命與最短疲勞壽命可相差幾倍甚至幾十倍。 軸承的疲勞壽命不能以同一批實(shí)驗(yàn)軸承種的最長(zhǎng)壽命或者最短壽命作為標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)榍罢哌^(guò)于不安全，在實(shí)際使用中，提前破壞的可能性幾乎為100%；而后者又過(guò)于保守使幾乎100%的軸承都可以超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)壽命而繼續(xù)工作。那么如何確定滾動(dòng)軸承的疲勞壽命呢？現(xiàn)在規(guī)定：一組相同的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中10%的軸承發(fā)生點(diǎn)蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前的總轉(zhuǎn)數(shù)（以106為單位）或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時(shí)數(shù)作為軸承的疲勞壽命，并把這個(gè)疲勞壽命叫做基本額定壽命，以（或）表示。 由于基本額定壽命與破壞幾率有關(guān)，所以在按基本額定壽命計(jì)算而選擇出的一批軸承中，可能有10%的軸承提前發(fā)生破壞；同時(shí)也能有90%的軸承超過(guò)基本額定壽命后還能繼續(xù)工作，甚至還有相當(dāng)多的軸承還能再工作一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)基本額定壽命期。對(duì)于每一個(gè)軸承來(lái)說(shuō)，它能在基本額定壽命期內(nèi)正常工作的概論是90%，而在基本額定壽命期未結(jié)束之前發(fā)生點(diǎn)蝕破壞的概率為10%。在作軸承的壽命計(jì)算時(shí)，必須先根據(jù)機(jī)器的類(lèi)型、使用壽命及對(duì)可靠性的要求，確定一個(gè)相當(dāng)?shù)念A(yù)期計(jì)算壽命，即設(shè)計(jì)機(jī)器時(shí)所要求的軸承壽命。 （2）滾動(dòng)軸承的基本額定載荷 軸承的疲勞壽命與所受載荷的大小有關(guān)，工作載荷越大，引起的接觸應(yīng)力也就越大，因而在發(fā)生點(diǎn)蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)也就越少，即軸承的疲勞壽命越短。所謂軸承的基本額定動(dòng)載荷，就是使軸承的基本額定壽命[15]恰好為106r時(shí)，軸承所能承受的最大載荷值，用字母C表示。這個(gè)基本額定動(dòng)載荷，對(duì)于相心軸承，指的是純經(jīng)向載荷，稱(chēng)為經(jīng)向基本額定動(dòng)載荷，以Cr表示；對(duì)推力軸承，指的是純軸向載荷，稱(chēng)為軸向基本額定動(dòng)載荷，以Ca表示；對(duì)角接觸軸承，指的是使套圈產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。不同型號(hào)的軸承有不同的基本額定動(dòng)載荷值，它表征了不同型號(hào)的軸承的成在能力，C值越大，承載能力越大。軸承樣本中對(duì)每個(gè)型號(hào)的軸承都給出了他的基本額定動(dòng)載荷值C，單位N。 （3）滾動(dòng)軸承壽命的計(jì)算公式 對(duì)于具有基本額定動(dòng)載荷C的軸承，當(dāng)它所受的載荷P恰好等于C時(shí)，其基本額定壽命就是106 r。但是當(dāng)它所受的載荷時(shí)，軸承的壽命為多少？這就是軸承壽命計(jì)算所要求解決的一類(lèi)問(wèn)題。軸承壽命計(jì)算所需要解決的另一類(lèi)問(wèn)題是，軸承所受的載荷等于P，而且要求軸承具有的壽命為（以106r）為單位時(shí)，那么，須選用具有最大的基本額定動(dòng)載荷的軸承。 下面就是有關(guān)壽命的計(jì)算方法： 因?yàn)镻=C時(shí)，，故有 即 式中壽命指數(shù) 對(duì)于球軸承=3；對(duì)于滾子軸承=10/3。 實(shí)際計(jì)算時(shí)，用小時(shí)表示軸承的壽命比較方便。令n代表軸承的轉(zhuǎn)速（r/min）,則以小時(shí)數(shù)表示的軸承壽命為 由于在軸承樣本中列出的額定載荷值C僅適用于一般工作溫度，如果軸承在溫度高于1200C的環(huán)境下工作時(shí)，軸承的額定動(dòng)載荷值有所降低，故引用溫度系數(shù)予以修正，可查表： 工作溫度/0C 120 125 150 200 250 300 350 溫度系數(shù) 1 0.95 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 溫度系數(shù)參數(shù)表 進(jìn)行上述修正后，壽命計(jì)算公式為 如果載荷P和轉(zhuǎn)速n已知，預(yù)期軸承壽命已取定，則所選軸承應(yīng)能承受的額定動(dòng)載荷可按下式計(jì)算 以上兩式是設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)用到的，由此可確定軸承的壽命和尺寸型號(hào)。 踏板車(chē)采用深溝球軸承。 4.10 踏板車(chē)輔助結(jié)構(gòu)的說(shuō)明 通過(guò)踏板的上下運(yùn)動(dòng)來(lái)控制擺桿的來(lái)回?cái)[動(dòng)，擺桿的來(lái)回?cái)[動(dòng)控制擺桿支撐桿的上下運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)左右兩踏板的上下控制。 踏板機(jī)構(gòu)如圖4-9： 圖4-9　踏板機(jī)構(gòu) 在圖4-9中可以比較清楚的看出擺桿與踏板以及過(guò)渡擺桿所組成的四桿機(jī)構(gòu)的模型。最初在設(shè)計(jì)時(shí)由于擺桿是直立地連接在踏板和軸之間，當(dāng)踩動(dòng)踏板時(shí)產(chǎn)生了無(wú)法實(shí)現(xiàn)擺桿擺動(dòng)的問(wèn)題，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)，而且考慮到擺桿的支點(diǎn)將在軸上，將對(duì)軸的強(qiáng)度帶來(lái)不小的影響。后來(lái)經(jīng)過(guò)老師的指點(diǎn)，采用四桿機(jī)構(gòu)把原先直立的擺桿換到水平位置，通過(guò)過(guò)渡擺桿把踏板與擺桿相連接，這樣不僅解決了擺動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)的問(wèn)題，同時(shí)，擺桿通過(guò)軸的支撐靠一個(gè)軸承來(lái)完成，由于擺桿擺動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)生的軸向力很小，故可以選用深溝球軸承，只要使軸承定位，擺桿便能固定于軸承上通過(guò)軸承實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)。為了能使軸承安裝順利，在安裝軸承的一側(cè)，軸的前半部分用間隙配合，軸的后半部分采用過(guò)渡配合，擺動(dòng)變轉(zhuǎn)動(dòng)的目的最終完成。 軸承支架與軸的配合說(shuō)明： 支架能夠大大降低車(chē)子本身的重量，主要完成對(duì)軸承的安裝與定位。在定位軸承時(shí)，利用軸承支架上的小孔邊緣對(duì)軸承的外圈定位，利用軸套定位軸承的內(nèi)圈。支架通過(guò)螺栓螺母連接安裝于車(chē)架上。為了能夠使軸上的零件能夠順利嚙合，在安裝的時(shí)候需要不斷校正軸承支架的位置。 4.11本章小結(jié) 本章首先研究了家庭多功能健身器傳動(dòng)系統(tǒng)的方式，然后對(duì)家庭多功能健身器的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，校核，最后分析了各部分潤(rùn)滑與密封的特點(diǎn)。 橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)及仿真 第5章 家庭用橢圓機(jī)安裝測(cè)試說(shuō)明 5.1零件組安裝說(shuō)明 經(jīng)過(guò)幾個(gè)月來(lái)的努力，在老師和同學(xué)的幫助下，終于完成了踏板車(chē)?yán)碚撋系脑O(shè)計(jì)，為了能夠讓設(shè)計(jì)更貼近實(shí)際，使理論能夠比較符合實(shí)際中的制作，需對(duì)安裝進(jìn)行必要的說(shuō)明。 首先各部分安裝零件應(yīng)達(dá)到圖紙上的要求，為了能夠達(dá)到安裝要求，在鉆車(chē)架上的孔時(shí)，要求每個(gè)孔都與車(chē)架兩邊緣測(cè)量距離，以保證孔位置的準(zhǔn)確度，才不會(huì)因?yàn)殂@孔時(shí)造成的偏差使后面的零件沒(méi)有相互嚙合，并在鉆孔時(shí)就要把軸和零件放入，注意零件與零件之間是否有嚙合，并依次鉆其他孔，安裝完成后看看零件是否能夠順滑的轉(zhuǎn)動(dòng)，再用螺栓、螺母通過(guò)軸支架鎖緊于車(chē)架上，如此完成零件組的安裝。 5.2踏板車(chē)的測(cè)試 踏板車(chē)安裝完成后，可以對(duì)踏板車(chē)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試時(shí)使踏板車(chē)離開(kāi)地面一段距離，處于空載狀態(tài)下，試擺動(dòng)踏板，看看零件相對(duì)傳動(dòng)是否順暢，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中是否有干涉現(xiàn)象發(fā)生。再把車(chē)放于地面，通過(guò)單腳蹬地推動(dòng)車(chē)身前進(jìn)，待車(chē)子達(dá)到一定的速度后將兩腳一左一右放在踏板上，輕輕擺動(dòng)上身，利用身體重心的前后擺動(dòng)踩動(dòng)踏板，從而控制車(chē)子前進(jìn)的速度，在此過(guò)程中看看是否能達(dá)到輕松的踩動(dòng)踏板，能否達(dá)到時(shí)速20km的速度，結(jié)構(gòu)是否緊湊。 結(jié)論 通過(guò)這一階段的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學(xué)精神和嚴(yán)謹(jǐn)作風(fēng)。回顧此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，是大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)很好的總結(jié)。 此次家庭用橢圓機(jī)的設(shè)計(jì)不僅重溫了過(guò)去所學(xué)知識(shí)，而且學(xué)到了很多新的內(nèi)容。相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我今后的工作會(huì)有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設(shè)計(jì)中體味艱辛，在艱辛中體味快樂(lè)。 奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦更是帶火了體育及其周邊產(chǎn)業(yè)。健身器的設(shè)計(jì)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈正發(fā)生著根本性的變革。體育消費(fèi)關(guān)系到國(guó)家體育地位，可以體現(xiàn)國(guó)家綜合國(guó)力水平，提高國(guó)家的全民體育水平。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)我可以更加系統(tǒng)的了解多功能健身器方面的知識(shí)；能夠加強(qiáng)家庭多功能健身器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠加強(qiáng)家庭多功能健身器功能部件的選型和設(shè)計(jì)計(jì)算；能夠加強(qiáng)家庭多功能健身器的方法和理論；能夠檢驗(yàn)自己能否將四年學(xué)習(xí)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用；能夠培養(yǎng)自己自學(xué)和與人合作的能力。 最后，我要感謝我的指導(dǎo)老師，他對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供了極大的幫助，這讓我很感動(dòng)，在張玉偉老師的大力幫助下，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才得以順利完成。同樣我也要衷心的感謝教育過(guò)和指導(dǎo)過(guò)我的各位老師，感謝給予我?guī)椭呐笥褌儯?jǐn)獻(xiàn)上我最真摯的祝福。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)里我深入的接觸了一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過(guò)程，綜合使用所學(xué)的知識(shí)，從接觸該課題開(kāi)始，我進(jìn)行了一系列的相關(guān)工作，查閱了相關(guān)的資料，在設(shè)計(jì)過(guò)程中克服了許多困難，也取得了一定的成果。 本次的設(shè)計(jì)中，主要的部分為踏板機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，擺桿的擺動(dòng)問(wèn)題。 由于本課題為一個(gè)創(chuàng)新課題，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，對(duì)課題設(shè)計(jì)取得了一定的成果的同時(shí)，由于我對(duì)相關(guān)知識(shí)的掌握不是很扎實(shí)，難免會(huì)有在一些方面設(shè)計(jì)不是很很合理，使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品與現(xiàn)實(shí)還存在一定很大的差距，望老師能給予批評(píng)與指導(dǎo)，學(xué)生將不勝感激。 參考文獻(xiàn) [1] 姚裕. 球面并聯(lián)機(jī)構(gòu)SPM的運(yùn)動(dòng)學(xué)及其工作空間研究[D]. 南京: 南京航天航空大學(xué), 2001. 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