毕业设计论文多功能健身器设计含全套CAD图纸

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1、 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706多功能健身器设计摘 要：本次设计的主题是多功能健身器。该款多功能健身器由腿部锻炼机构、腰部锻炼 机构、手臂锻炼机构和机架四部分组成。腿部锻炼机构利用了链传动的工作原理和飞轮的优点，达到锻炼腿部肌肉的效果；腰部锻炼机构利用了曲柄滑块机构的工作原理和弹簧的优点，达到锻炼腰部肌肉的效果；手臂锻炼机构利用了操纵机构（拉手和钢丝绳）、导向机构（双导杆）、调节机构（调节杆）和配重的有效组合，达到锻炼手臂肌肉的效果；机架为三个机构的合理组合提供平台。此外，该款多功能健身器具有使用方便、安全性好、成本低和拼装设计的特点。关键

2、词：多功能；健身器；机构；锻炼 Multifunctional body-building device design (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: The subject of this design is multifunctional body-building device. Multifunctional body-building device is composed of four parts: leg exerci

3、se mechanism, waist exercise mechanism, arm exercise mechanism and the rack. To take leg part muscles exercise effect, leg exercise mechanism uses the working principle of belt transmission and the advantage of flywheel. To take waist part muscles exercise effect, waist exercise mechanism uses the w

4、orking principle of slider crank mechanism and the advantage of spring. To take arm part muscles exercise effect, arm exercise mechanism uses the effective combination of operated control devices (fixer and cable), guiding mechanism (twin guide bars),controlled device(control lever) and counterweigh

5、t. Furthermore, this multifunctional body-building device is provided with the advantages of applying easy, safety, cheap and assembly design. Keyword: multifunctional; body-building; mechanism; exercise1 前言1.1 方案确定与分析体育健身器械的创新设计是一门实践性的课题，我在确定方案的时候做了许多的市场调查，并在网上收集了许多相关的资料。除此之外，我还走访了许多的健身教练及健身爱好者，最后在

6、老师的指导下，经过我仔细的思考最终确定了这次设计的思路：由于目前市场上的健身器械大多是单人多功能健身器械，好多一味追求功能的齐全，有的产品甚至包含了十八种功能，这样就造成了许多功能的闲置，而由于设计复杂，工作时常出现故障，维修困难。随着人们生活水平的提高，大众健身的意识越来越强，高校，社区纷纷开设了健身房，但由于目前中国人们的消费水平还不满足人人到健身房消费，虽然健身器械看起来还是有点超出普通人的消费水平，但依然比去健身房实惠，而且能更加方便，所以以后的产品针对的人是大部分的白领，及以上够消费的人群。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，同时由于中国人口众多，人均房

7、屋面积底下，同时造成房价暴涨，现在的让人们普遍住在商品房里面，所以空间有限，所以我在设计的时候明确了自己设计的方向，要求作品结构紧凑，相对占地较小，安全性能高，能满足人们对多种肌肉的锻炼，一方面增加锻炼的多功能性，另一方面也让人们舒适锻炼，方便锻炼。为此在功能上进行优化选择，将一些不常用的功能删除，提高器械的使用效率，节约资源，以符合人们健身的需求。我设计的是一款多功能的单人健身器，它虽然只提供单人健身锻炼但是他提供了多项功能。同时据我的调查，现在人们普遍锻炼的肌肉是：胸肌，肱二头肌，肱三头肌，以及腿大肌。我设计的单人多功能健身机可以提供一下四种锻炼：腿部锻炼，腰部锻炼，做手向前的锻炼，以及人

8、站立手拉拉杆的锻炼。这四种功能集成起来，就会使得器械整体比较协调，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），这样就可以锻炼的多块肌肉如：胸大肌，腿大肌，趾长肌，股直肌，肱二头肌，肱三头肌，斜方肌，三角肌，背阔肌等肌肉。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5kg，操作方便； 4）设计合理，解决目前市场上健身机械的设计不足 ，并便于生产制造； 5）外型美观，采用拼装结构，便于包装运输； 6）选材合理，经济性能好，造价控制在2000元范围内。图1 三维效果图1

9、Fig.1 3D Efect1.3 整体结构1.3.1 手臂锻炼机构及机架 手臂锻炼机构及机架由底座、立柱、支架、拉手、钢丝绳、双导杆、配和调节杆组成，机架为整个机构提供一个有效组合的平台，手臂锻炼机构通过拉手操作配重的上下移动，以达到锻炼效果。1.3.2 腿部锻炼机构 腿部锻炼机构由链传动机构、轴（包括轴承、轴承座）和飞轮组成，腿部的运动通过链传动机构将能量传递并储存到飞轮，进而飞轮把储存的能量反过来传递到小链轮上，链动腿部运动起来。1.3.3 腰部锻炼机构腰部锻炼机构由座椅、曲柄滑块机构、座椅固定架和弹簧组成。通过靠背（即曲柄）向后的转动，链动滑块和弹簧（弹簧挂钩一端固定在机架，另一端固定

10、在滑块上）移动，弹簧受力之后，进而将滑块拉回原处。虽然单人多功能健身器由上面这几部分组成，但在具体装配过程中依然可能会有些许的变动，因为它涉及得到零件的配合关系，以及当地的地理环境。同时结合市场以及健身房里的健身器械，虽大部分都属于单人多功能型的，但由于某些体育公司为了谋求利益使得器械的强度达不到应有的强度要求，由此一旦器械坏了，将造成器械维修麻烦和器械的使用寿命不高等。所以在我的设计中非常注意材料的选择，只有注意了这方面才能有效地提高器械的性价比。2 腿部锻炼机构设计2.1 传动方案的选择2 腿部锻炼机构采用机械传动的形式，带传动和链传动为两种可供考虑的方案。2.1.1 方案一:采用带传动方

11、式 定义：带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。 传动原理：以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力 优点：1）有过载保护作用 ，过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏2）传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小 3）运行平稳无噪音 4）适于远距离传动（=15m） 5）制造、安装精度要求不高 缺点：1）有弹性滑动使传动比i不恒定 2）张紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大 3）结构尺寸较大、不紧凑 4）打滑，

12、使带寿命较短 5）带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。2.1.2 方案二：采用链传动方式 定义：链传动也是一种挠性传动。它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。 工作原理：靠两轮间的链条（中间挠性元件）啮合来传递动力和运动。 优点：平均传动比准确，无滑动 结构紧凑，轴上压力Q小 传动效率高=98% 承载能力高P=100KW 可传递远距离传动=5m，可用于温度高、环境恶劣的场合 成本低 缺点：瞬时传动比不恒定 传动不平稳 传动时有噪音、冲击 比较方案一和方案二，健身器为室内型器材，要求运行平稳且无噪声和冲击，有过载保护和缓冲吸振的作用。综上所述，

13、初步确定方案二较为合理，即采用链传动的方案。2.2 链传动的设计计算采用短节距精密滚子链。滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在100kW以下，链速不超过15m/s，推荐使用的最大传动比imax=8。根据实际情况，设定主动链轮的转速n1=60r/min，传动比i=2，链传动所需传递的功率为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=iz1=219=38。2.2.2 确定计算功率由表9-6查得KA=1.0，由图9-13查得KZ=1.35，单排链，则计算功率为 Pca=KAKZP=1.01.351kW=1.35kW2.2.3 选择链条型号和节距根据Pca=

14、1.35kW及n1=60r/min查图9-11，可选16A-1。查表9-1，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=（3050）p=（3050）25.4mm=7621270mm取a0=800mm，相应的链长节数为Lp0 = 2a0/p + （z1+z2）/2 + (z2-z1)/2p/a0 =91.78取链长节数Lp=92节。查表9-7得到中心距计算系数f1=0.24883,则链传动的最大中心距为a=f1p2Lp-(z1+z2)=0.2488325.4292-(19+38）=802.688002.2.5 计算链速v，确定润滑方式v=n1z1p/(601000)

15、=601925.4/(601000)m/s0.5m/s由v=0.5m/s和链号16A-1，查图9-14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=10001/0.5=2000N链轮垂直布置时的压轴力系数KFP=1.05，则压轴力为FpKFPFe=1.052000=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。查表9-5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

16、处理后的硬度为5060 HRC。2.3 轴的设计2.3.1 求输出轴上的功率、转速和扭矩若取每级传动的效率（包括轴承效率在内），则 又 （11） （12）于是=9550000=74808Nmm （13）2.3.2 求作用在轴上的力传动轴主要受一对平衡力的作用，即链传动对轴的压轴力和两个轴承对它的支撑力。示意图见后文。确定轴的最小直径先按公式（15-2）2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-32，取，于是得 （14）输出轴的最小直径显然是安装飞轮处轴的直径和,故取=28mm2.3.3 轴的结构设计（1） 拟定轴上零件的装配方案。轴上零件的装配方案示意图详见装配图。(

17、2) 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度3。1）为了满足飞轮的轴向定位要求，I-II段右端和VIII-IX段左端需制出一轴肩，故取。2）初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组、标准精度等级的单列深沟球轴承6008，其尺寸为dDB=40mm90mm23mm,故，而。3）取安装链轮处的轴段IV-V的直径；链轮的左端与左轴承之间采用套筒定位。已知链轮轮毂的宽度为L=1.5d=67.5mm，为了是套筒面可靠地压紧链轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取。链轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取h=4mm，则轴环处的直径。

18、轴环宽度b1.4h，取。4）轴承端盖的总宽度为20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取，而。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3） 轴上零件的周向定位5。链轮、飞轮与轴的周向定位均采用平键连接。按由表6-12查得平键截面bh=14mm9mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm，同时为了保证链轮与轴的配合有良好的对中性，故选择链轮轮毂与轴的配合为；同理，飞轮与轴的连接，选用平键为8mm7mm10mm，飞轮与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.（4） 确定轴上圆角和倒角尺寸3。参考表15-22，取轴端角为245，各轴肩处的圆

19、角半径见轴的零件图。2.3.4 求轴上的载荷7根据轴的结构图做出轴的计算简图，并进而做出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。2.3.5 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。根据以上的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力为 （15）前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-12查得。因此，故安全。 图2 载荷分析图Fig.2 Load Analysis2.4 飞轮机构2.4.1 飞轮转动惯量的近似计算 因飞轮等效转动惯量很大,作近似计算时其他构件的转动惯量可略去不计.预设

20、链传动一个稳定循环对应于等效构件一转,等效驱动力矩Med为常量，等效构件的平均转速 =30 r/min ，其转速误差要求不超过 1） 该机构的许用运转不均匀系数 （16） 2）等效驱动力矩Med （17） 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） （18） （19）2.4.2 飞轮尺寸的确定飞轮的最佳设计是以最少的材料来获得最大的转动惯量,即应把质量集中在轮缘上，与轮缘相比，轮辐及轮毂的转动惯量较小可略去不计。轮缘的转动惯量近似为 （20）设轮缘的宽度为b，材料单位体积的重量为，则 (21)飞轮的材料为HT250，H/b为1.2，求得轮缘的横剖面尺寸为H=30

21、mm，b=25mm。3 健身器腰部锻炼机构设计3.1 座椅的设计3.1.1 座椅的设计构思此处已删除 (57)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算的D=2.9取整D=3，所以选择的钢丝绳为钢芯钢丝绳（GB/T8918-1998）,标记为3NAT6X21S+IWR16708Z5.39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

22、度。4.7 其他零件的设计对于其他零件的设计，如海绵防护体，坐垫及靠垫，这些均通过工厂定做，这些东西设计尺寸要求不是很高，只要使锻炼者感觉到舒服就可以了，垫子选用黑色，并用螺栓或螺钉与支架连接，其中钢丝绳的长度具体由安装时确定。4.8 标准件的选定及校核本次设计中采用了许多的标准件，在选用标准件的时候要特别的考虑。本次设计中采用了这些标准件：轴承，螺栓，螺钉，垫圈，球头螺母等。 4.8.1 螺栓连接的选定及校核2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 (58)其中，30mm，所以立柱取M12的是完全符合标准的 。4.8.

23、2 轴承的选定及校核2整个机构有三处选用了轴承：滑轮部分、小链轮轴部分和大链轮轴部分。由于同时在支架上安装了8个滑轮，此处轴承受力较小，不需进行校核，小链轮轴所选用的轴承型号与大链轮轴相同，因此，只需校核大链轮轴处的轴承。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 (59)轴承应具有的基本额定动载荷为 (60)轴承寿命符合要求。4.9 导管的设计由于导管要求的精度较高一点，如：直线精度不高会造成运动的不方便，

24、给运动员链来不便，同时表面喷漆不可行，因为他要与配重摩擦，很容易掉漆后生锈，所以我们采用不锈钢管，材料牌号为1Cr18Ni9，表面烤漆。5 设计总结通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次毕业设计，是大学四年所学知识很好的总结。此次家庭多功能健身器的设计不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。通过本次设计我可以更加系统的了解多功能健身器方面的知识；能够加强家庭多功能健身器结构设计能够加强家庭多功能健身器功能

25、部件的选型和设计计算；能够加强家庭多功能健身器的方法和理论；能够检验自己能否将四年学习的理论知识转化为实际应用；能够培养自己自学和与人合作的能力。参考文献1 王志坚，郭雪娥. Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 基础教程M. 长沙： 湖南大学出版社， 2009.7： 15-672 濮良贵，纪名刚. 机械设计M北京：高等教育出版社， 2006.5: 62-4023 吴宗泽，罗胜国. 机械设计课程设计手册M. 北京：高等教育出版社， 2006.5 ：12-894 孙恒， 陈作模. 机械原理M. 北京：高等教育出版社，2006.5 7-695 张淑娟, 全腊珍. 画法几何与机械制图M

26、. 北京：中国农业出版社，2008.7:8-906 徐学林. 互换性与测量技术基础M. 长沙：湖南大学出版社，2007.9:7 白象忠. 材料力学M. 北京: 科学出版社, 2007.68 刘鸿文. 材料力学M. 北京: 高等教育出版社, 2004.19 李松山. 人体力学基础M. 北京: 国防工业出版社,2007.110 王军. 运动生物力学M. 北京: 中国地质大学出版社,2011.9 11 李玉刚， 葛新发 .运动训练生物力学基础M. 湖北：湖北科学技术出版社，2003.712 胡传鼎. 机械制图画法范例M. 北京：化学工业出版社，2005.113 支保军等. 中文版AutoCAD 20

27、09 机械设计标准教程M.北京：中国铁道出版社，2009.814 王中发. 机械设计M. 北京 北京理工大学出版社,2007.515 余强, 徐新伟. AutoCAD机械零件绘制技巧与典型实例M. 北京: 人民邮电出版社,2004.616 孟宪源, 姜褀 .机构构型与应用M. 北京: 机械工业出版社,2004.117 庸厚 ，沈爱红. 组合机构设计与应用创新M. 北京： 机械工业出版社，2008,718 （美） JE施格利，（美）JJ尤克. 机械与机构的设计原理M. 北京：机械工业出版社，1985.619 Chen Xiaoyong.Principle Of The Brush Rolled

28、In Sweeping BicycleJ.机械研究与应用，2005.220 吕明. 机械制造技术基础 M. 武汉 :武汉理工大学出版社, 2010.8致 谢在本设计完成之际，首先要向我的指导老师全腊珍教授致以最诚挚的感谢。在论文的写作过程中，全老师给了我许许多多的帮助和指导。在全老师的悉心指导下，我不仅对以前所学的知识更熟练更扎实，而且更加开阔了视野，更深入，也在怎样处人处事上受益匪浅；同时全老师对工作的热情、一丝不苟、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，是我以后参加工作学习的榜样。在此谨向全老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢资料室的老师，为我毕业设计提供了必要的资料查询和帮助；还要感谢学校给我提供了良好的学习环境和丰富的学习资源，感谢大学期间所有为我授课的各位老师，是他们的传道、授业、解惑，让我学到了知识，培养了能力。也感谢我的同班同学，感谢他们的帮助和支持。12