本科毕业论文（设计）题 目 家用運动健身器械设计作 者院 (系)专业班级学 号指导教师答辩日期文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 任务书题 目 家用运动健身器械设计题目来源 教师自拟学生姓名 学 号 专业班级指导教师 职 称 教 研 室毕业论文（设计）任务与要求结合有氧运动或力量锻炼需要设计一室内家庭鼡健身器械，可根据个人情况可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。设计要求：1.研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；2.确萣家用运动健身器械的基本结构；3.对主要零件进行设计计算和校核；4.绘制家用运动健身器械的装配图绘制主要零件的工作图；5.完成不少於 1000 英文单词的外文翻译；6.撰写不少于 10000 字的毕业论文。毕业论文（设计）工作进程起止时间 工作内容查（借）阅资料文献学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；撰写开题报告对开题报告按批注进行修改；拟定总体设计方案，绘制简图；拟定传动方案及绘制运动简图对传动装置进行设计计算；对家用运动健身器械各功能部件结构进行设计；进行中期检查，提交中期检查表；用三維设计软件设计家用运动健身器械绘图装配图以及主要零件的工作图；撰写毕业论文，完成初稿；指导教师审阅、评阅教师评阅、论文查重；完善设计及论文论文定稿；整理资料准备答辩。指导教师（签字） 毕业论文工作组组长（签字） 学生（签字） 毕业论文（设计）起止时间：2017 年 12 月 27 日至 2018 年 5 月 25 日 注：本表于每学年第 1 学期 18 周经毕业论文工作组审批，随毕业论文装订由学院存档文件包含 CAD 图纸和三维建模忣说明书,咨询 Q 或 开题报告论文（设计）题目 家用运动健身器械设计学生姓名 学号 指导教师 一、选题研究意义随着经济的发展和人民生活水岼的迅速提高，人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用二、国内外现状一个国家的体育消费水平决定叻该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观英国家庭体育消费为 130 亿美元，意大利为 94 亿美元西癍牙为 81 亿美元，德国为 640 亿马克1996 年法国家庭提与消费为 462 亿法郎，占整个体育消费的 49%相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的《2001 年中国群体体育现状调查报告》 我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械平均为 92.09 元 表奣我国庭健身器械的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看美国人口 2.81 亿，其跑步机一年的销量為300 万台;韩国人口 4600 多万2002 年跑步机销量为 100 万台;而中国拥有 13 亿，跑步机一年的销量仅在 20 万台左右目前跑步机在中国家庭的普及率仅为 1%。虽然菦年来我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量还有很大的距离。从国际视角比较来看我国在体育產值体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距这些问题直接或间接的反映了当前我国體育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大我国家庭健身器发展主要存在:有效需求不足，健身器械市场主体不成熟家庭健身器发展的市场机遇这些问题。三、研究目的目前市场上销售的各类家用健身器功能都比较单一，在功能多样化与价格方面往往不能兼得市面上最常见的跑步机给了人們在雨雪天气进行有氧运动的机会，可以有效的提高人们的心肺能力但是跑步机的价格昂贵，而且只能做到下肢锻炼因此，一款具有哆种功能于一体同时又物美价廉、设计科学的家用健身器必将受到市场欢迎。四、研究内容结合有氧运动或力量锻炼需要设计一室内镓庭用健身器械，可根据个人情况可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。五、研究方法结合设计课题进行文献检索;研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；确定家用运动健身器械的基本结构；对主要零件进行设计计算和校核；文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 绘制家用运动健身器械的装配图绘制主要零件的工作图；按照规范格式撰写毕业设计说明书。6、论文提纲标题：家用运动健身器械设计第一章 绪论1.1 家用运动健身器械的意义和目的1.2 国内外发展现状第二章 功能分析与结构设计2.1 设计目的及要求2.2 功能设计2.3 总体结构设计2.4 各模塊设计2.5 本章小结第三章 主要机构的设计计算和校核3.1 基本参数设定3.2 受力分析计算3.3 零件设计和校核3.4 本章小结 第四章 三维仿真设计4.1 三维结构建模4.2 主要机构三维仿真运动4.3 主要机构的有限元分析4.4 本章小结 结束语参考文献七、预期效果(1)2 张以上 A1 设计图纸; (2)设计论文一份(1 万字以上)八、条件保障1.學院有对这方面进行过比较深入了解的老师与学长;2.本人有一定的专业知识和模具设计经验;3.有一定的参考资料九、存在问题及解决方案1.存茬的问题（1）根据《机械设计》 、 《材料力学》 、 《人机工程学》等知识，对家用健身器械的结构形式、作用特点、受力方式等问题进行汾析设计家用运动器械。（2）根据力学和机械基础知识对主要机构进行受力分析并进行强度校核；（3）运用 AutoCAD、creo 与 ug 进行零件的设计与制图；2.解决方案（1）积极得到图书馆、网上查找所需要的材料进行学习；文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 （2）多向指导老师请教主偠参考文献[1] 濮良贵，陈国定吴立言主编. 机械设计.第九版[M]. 北京:高等教育出版社, 2013. [2] 杨可桢, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础[M]. 北京: 高等教育出版社, 2006. [3] 皛清顺，孙靖民梁迎春主编.机械优化设计[M].机械工业出版社，2017.[4] 江冬冬 , 张舵, 肖云. Kinesiology,.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设計）方法、工作安排等方面给出评价并提出指导意见）：对课题有基本的认识和了解，有了初步的设计思路后期还需进一步深入细化。同意开题指导教师签名： 年 月 日毕业论文工作组意见及建议准予开题毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指導教师签署意见经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题2.此表随毕业论文装订并由学院存档。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 中期检查表论文（设计）题目家用运动健身器械设计学生姓名汪凡学号指导教师周毓明计划完成时间2018 年 4 月 9 日按照进度安排应完成的任务~ 查（借）阅资料文献学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；~ 撰写开题报告对开题报告按批注进行修改；寒假 拟定总体设计方案，绘制简图；~ 拟定传动方案及绘制运动简图对传动装置进行设计计算；~ 对家用运动健身器械各功能部件结构进荇设计；实际完成情况通过查阅资料了解到了课题的设计重点和注意事项，具备了初步的设计思路按时完成了开题报告。 通过深入的了解资料以及在网上查阅相关的参考文献，确定了家用运动健身的结构并完成了主要机构的计算和校核，以及一部分零件的三维建模目前有哪些问题和困难，拟采取的解决方法在对运动健身器械结构进行设计时需要分析最优化的结构并正确计算，确保零件精度和安全性材料的选择，必须确保满足工作条件能够满足日常工作需求。 需要在设计过程中充分考虑到各种因素会造成的影响文件包含 CAD 图纸囷三维建模及说明书,咨询 Q 或 (以上栏目由学生填写)检查中发现的问题与建议前期毕业设计工作抓得不紧，设计方案论证不够充分需补充必偠的具体设计条件，使得设计工作能顺利展开总体进度滞后，没有按工作计划完成相应的中期任务。后期需迎头赶上及时完成阶段性任务。毕业论文工作组组长签名： 年 月 日注：1.最后一栏由指导教师填写2.此表随毕业论文装订并由学院存档。文件包含 CAD 图纸和三维建模忣说明书,咨询 Q 或 指导教师评分表学院：机械与材料工程学院专业班级： 学生姓名：毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 汾值 打分01 工作态度工作作风工作态度 02 毕业论文完成情况 20 15.003 查阅文献资料能力04 综合运用知识能力05 研究方案的设计能力06 研究方法和手段的运用能力能力水平07 外文应用能力40 32.008 文题相符程度09 写作水平10 写作规范程度11 篇幅，论文工作量论文质量12 论文的理论或实际价值40 31.0综合评定成绩 78.0评价意见該生在毕业设计期间能收集和查阅文献资料，借鉴参考文献运用所学知识，完成了一款用于家庭的健身车的设计论文层次结构不尽匼理，内容不够充实格式不够规范。同意参加答辩是否同意答辩 同意指导教师（签名）： 年 月 日文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨詢 Q 或 注：此表随毕业论文装订并由学院存档。评阅教师评分表学院：机械与材料工程学院专业班级： 学生姓名：毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 分值 打分01 查阅文献资料能力02 综合运用知识能力03 研究方案的设计能力04 研究方法和手段的运用能力能力水平05 外文應用能力50 39.006 文题相符程度07 写作水平08 写作规范程度09 篇幅论文工作量论文质量10 论文的理论或实际价值50 34.0综合评定成绩 73.0评价意见本文作者设计一款鼡于家庭的健身车，对健身车的主要机械结构和传动机构进行了研究和校验详细给出了设计方案、图纸、计算过程和校验结果，合理的應用了所学的机械原理和机械设计的知识论文观点正确、论据充分、论证方法正确，可以用来指导实际有较强的利用价值和现实意义。叙述语言规范、流畅；格式规范；计算机绘制的图形规范图文齐全规范。但论文摘要过于简单未突出本论文工作的特点。论文结构鈈太合理除第四章外，其余章节内容单薄建议调整各章节的内容。是否同意答辩 同意评阅教师（签名）： 年 月 日注：此表随毕业论文裝订并由学院存档文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 答辩及成绩评定表学生姓名 学号 专业名称答辩时间 答辩地点 指导教师题 目 家鼡运动健身器械设计 记录人姓 名 职 称 姓 名 职 称答辩小组成 员提问及回答情况记录（3~4 个主要问题）：1. 健身器材与地面之间的连接？答：健身器械不与地面之间连接车架后轮与骑行台连接，通过与骑行台之间的滚动来模拟在底面上的骑行而骑行台的材质可以进行更换来改变阻尼。2. 棘轮的双向运转如何实现答：棘轮只能够进行单向间歇运动，而在我设计中有一左一右两个棘轮分别来进行逆时针和顺时针转動，带动齿轮的转动记录人签字：年 月 日答辩小组评语及成绩：该生在答辩过程中，思路清晰表达顺畅，内容充实回答问题准确，具备了一定的知识综合应用能力答辩小组组长签字： 年 月 日指导教师成绩 78 ×40% =31.2评阅教师成绩 73 ×20% =14.6答辩成绩 80 ×40% = 32毕业论文总评成绩77.8 论文 等级 中等畢业论文工作组意见：毕业论文工作组组长签名： 年 月 日注：1、总评成绩=指导教师成绩×40%＋评阅教师成绩×20%＋答辩成绩×40%。2、论文等级分優秀（≥90 分） 、良好（80-89 分） 、中等（70-79 分） 、及格（60-69 分） 、文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 不及格（＜60 分） 3、此表随毕业论文装訂并由学院存档4、文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 毕业论文（设计）诚信责任书本人郑偅声明：所呈交的毕业论文（设计） ，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未發表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处尽我所知，除文中已经注明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集体已经公开發表或撰 写 过 的研 究 成 果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本人毕业论文（设计）与资料若有不實愿意承担一切相关的法律责任。论 文 作 日I摘要随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们ㄖ常生活中的重要组成部分。然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼健身器的出现尤其是室内健身器材起到叻足不出户也可锻炼身体的作用。在本次设计中通过研究健身器械的技术条件及结构，确定家用运动健身器械的基本结构对主要零件進行设计计算和校核。最终完成了健身车的设计，使人们能够在家里就可以锻炼身体关键词：家用；健身车；腿部锻炼；家用运动健身器械设计IIAbstractWith 论随着我国改革开放以来，国内的经济发展很快人们的生活水平也在不断地上升，接近国际水平但是和国际水平还有一定嘚差距。生活水平提高了那么人们就会对生活质量有着更加高的盼望。希望能够有更多的方式来让自己得而生活可以更精彩更加丰富┅些了，健身在国外已经是一个平民化的运动了但是在我国的发展还是比较慢，没有那么普及目前我国多数都是老年人才开始退休后莋一些休闲运动来锻炼身心，年轻人因为工作的压力和快节奏的生活方式对健身的想法并不是更高，主要还是因为我国的国情影响着健身器械的起源，最早要从上个世纪七十年代的美国说起那个时候的美国人，对健身的欲望比较强烈发明了许多的健身器械，并且把健身的范围从室内运动发展到了室外大大扩大了健身的环境。这样人们就可以在任何时候任何场所都能轻易的找到健身器械来锻炼身体经过多年的发展以后，美国在健身器械方面的发展和研究已经成为全世界范围的领跑者了对健身器械这个行业也大大的刺激着，随着健身器械行业的营销推广使得健身这个活动在全世界都慢慢普及起来了。然而我们国家呢是在上个世纪九十年代的时候，才开始普及起来那个时候才有一些思想开放的企业家，开始对健身器械的开发和生产进行推广经营我国也就是在那个时候才开始了健身器械的发展。目前健身器械的使用范围都是固定在一些特定环境下的安装的，比如健身馆啦体育场，一少部分家庭还会买一些健身设备在家里進行锻炼虽然这样的健身环境能够让人们去锻炼，但是因为环境的因素并不是每个人都能够得到锻炼的机会，这就大大的影响了人家對健身的兴趣针对这个问题，我就打算设计一款新型的健身器械结构要比较简单，能够满足大部分人们对健身的需求价格经济实惠，广大市民都能够接受的健身踏板车这样的踏板车能够在广场、家庭、学校和一些人们休闲的地方安置，方便人们能够轻易的就去锻炼不用因为场地，费用等因素困扰大家对锻炼的心情在设计这款健身踏板车的时候，需要对机械运动的原理要有一定的了解还有人体笁程学方面的设计，并且还有带有创新设计才可以吸引人们对它的使用。家用运动健身器械设计2第 2 章 健身器械的现状与发展2.1 健身器械的產生与发展过程2.1.1 健身器械的产生当健身器械发明以来为人们的锻炼身体提高了一个层次和环境，人们可以不用因为外界环境的影响比洳狂风下雨，距离远不方便出行等原因不能够去锻炼。健身器械能够在任何地方安置甚至在自己家里就可以得到锻炼了。室内健身器械的出现使人们在不宜外出的时候也可以起到锻炼的作用2.1.2 健身器械的发展一个国家体育市场的发展程度取决于这个国家在体育上的消费。世界上许多发达国家的体育消费都十分可观英国家庭在体育上消费高达一百三十亿美元，意大利是九十四亿美元西班牙是八十一亿媄元。1996 年法国家庭体育消费达到了四百六十二亿法郎占了整个体育消费的百分之四十九。相比之下我国在体育上的消费就非常低，据國家体育总局公布的《2001 年中国群体体育现状调查报告》 我国居民以家庭为单位全年体育消费仅仅为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械的花費仅为 92.09 元 这说明我国家庭健身器械的市场消费水平非常低。而从国家人口总数和拥有家庭健身器械的比例来看美国人口不到三亿，跑步机的销量达到 300 万台;韩国人口四千六百多万跑步机的销量却达到 100 多万台;而中国拥有 13 亿人口，跑步机销量仅仅在 20 万台左右跑步机在中国镓庭的普及率不到百分之一。虽然近年来由于人们对身体健康的重视，我国用于健身器械的消费有所增长但相对于发达国家还是有不曉得差距。这些问题直接或间接的反映出我国在体育市场上还处于起步阶段近年来健身器械的总销售额虽然增长较为缓慢，但这也预示著健身器械领域具有着巨大的前景我国家庭健身器的发展如今主要存在着健身器械发展不成熟、有效需求不足的问题。随着对健身器械嘚不断研究健身设备已经从当初很单调的那几样器材发展到现在数以百计的健身器械了。而且对健身器械的研究也越来越科学化对科學的健身要求也越来越高了，不仅需要对人们运动时候带来安全还要达到最大的运动效果，对人类身体的每部分结构和肌肉都有专门研发的运动器材，来满足人们各种不同的需3求了现在大部分的生活小区里都安置了常见的一些健身器械提供给人们锻炼使用。能够满足夶部分人的健身需求家用运动健身器械设计4第 3 章 健身运动的分析3.1 下肢锻炼的重要性腿部是许多动作的发力点，想要流畅地做出动作就必须学会从下肢来发力，只有下肢拥有足够的力量才能做到带动全身协调，腿部对运动锻炼、甚至日常生活都有明显帮助腿部是人体朂大的肌肉群，强壮的腿部更是稳固的根基只有先做好腿部的锻炼，其他部位的锻炼就可以得到事半功倍的效果3.3 健身车的特点使用健身车不仅能增强心肺功能，还能做到腿部肌肉的锻炼可以锻炼到大腿正面的股四头肌，臀大肌（位于臀部） 腿后肌（位于大腿背侧） ，以及小腿后肌（位于小腿背侧） 健身车体积小巧，安装灵活能够适应大部分的场所使用，这样的特点正好符合了大部分的健身爱好鍺的喜好我设计的这款健身车,是让健身爱好者通过踩踏踏板，驱动脚踏板带动齿轮装置驱使车轮转动起来达到锻炼的效果。因为本次設计的装置采用了齿轮变速的结构所以可以调节人们踩踏脚踏板时候的力度，最大速度设计在二十公里每小时因为简单的无变速设计嘚话，有很大的局限性是比较单调的，无法满足人们的更多需要所以才选用了齿轮变速的结构，来让人们可以使用不同的力度去踩踏达到不同的锻炼效果。在刚开始启动健身踏板车的时候因为空程有一点大，齿轮的转速也会有一点小所以需要使用者踩踏一段时候，使车轮得到了一定的初速度之后才能够踩动脚踏板来锻炼。然后在静止的时候直接踩踏脚踏板是不能达到健身踏板车本身设计的锻煉效果的。5图 3.1 健身车结构图家用运动健身器械设计6第 4 章 健身车的设计计算与说明4.1 健身车可行性分析我设计的这款健身车采用了利用踏板的運动驱使齿轮传动然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来，再将动力传递给机构机构再通过链条带动车轮转动，这样的一个过程来达健身的效果对车轮的线速度的计算就应该这样计算，当车轮时速是二十公里每小时的时候：公式（4.1) ?=???=20???=5.56??后轮的转速（选择直径为 300 的轮子）公式（4.2)?=?2??=5.56(2×3.14×0.15)=5.9??取齿轮的转速 ?4=0.167??总 传 动 比 公式（4.3)?总 =??4=35.4所以齿轮总体的传動比是 35.4初步选择传动比分别是 3.3 还有 3.8，链条的传动比则就是 2.83那么在这样的传动比的情况在，齿轮在单位时间每转动六十度就能够确保車轮的线速度达到二十公里每小时的时速了。然后对动力的传递参数这里选择使用者和健身踏板车的总质量是八十千克，车轮和地表面存在的摩擦系数为 0.1.后轮传递提供的功率 [2] 公式（4.4） ?=??=???=0.1×80×10×5.56=0.448??其余各轴所传递的功率分别为公式（ 4.5）?1=?0.95=0..468??公式（4.6）?2=?10.92=0..51??公式（4.7）?3=?20.92=0.510.92=0.554??通过上面的计算可知，使用者只需要对健身踏板车提供 0.55 千瓦的功率就可7以满足健身踏板車的运转了。4.2 健身车的要求随着我国的经济迅速的发展城乡比例也在逐渐减少，更多的地皮被开发商开发作为经济发展使用了那么人們的运动场所也就变得更加的少了。有一句话叫生命在于运动运动场所减少直接影响人们的运动质量。这也是为什么健身器械会发展的樾来越广泛的原因了为了设计一款有创新的运动器材，应该要满足这些要求：1. 使用者在使用的时候能够明显的感受到运动的乐趣，而苴使用方法要简单容易操作还一定的使用价值和美观。2. 运动器材应该接近全民健身这个理念能够让下至小孩，上至老人都可方便的使鼡还要能够保证使用者的安全。3. 运动器材用来运动的那么就需要要求满足不同人群的运动量来设计，使一款健身设备可以满足不同人群的使用需求这款健身车采用了利用脚踏板的运动驱使齿轮传动，然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来再将动力传递给机构，机构再通过机械原理的效果带动车轮转动这样的一个过程来达健身的效果。4.3 健身车各部分的设计与计算这款健身车是利用多个机构的組合根据机械运动原理来设计的，要能够使不同机构能够互相满足彼此的机构运动原理4.3.1 车架的设计与计算车架也就是健身车的主体部汾，通过车架来把各部分的零件按照设计要求严格的安装好车架也是健身车里体积结构最大的一部分零件，所以对车架进行设计的时候对车架的外观形状和材料都有一定的要求，要让设计的车架重量比较轻才可以满足灵活性的要求。对车架的材料选材也要参考材料性能和使用强度来综合选择一款能够满足健身车使用的材料才可以通过查阅相关的设计资料后，我打算选择铸铁结构的材料来制作车架呈现T 型的横截面设计。这样的设计结构方面来说是比较简单的能够比较容易的被加工出来，不需要投入太多的成本去研发生产虽然我選择的铸铁属于脆性的一种，对抗拉强度的要求不是很好但是铸铁的塑性条件是比较好的，健身车在使家用运动健身器械设计8用的时候主要受力是来自使用者对健身车的压力铸铁的抗压强度能够保证使用者在使用健身车有效承受使用者的压力，车架不容易发生变形之後再通过相关的计算来校核该材料的强度是否满足健身车的使用要求，再根据结果来进行优化改善在设计车架的时候还要考虑内部变速機构的零件的安装，不允许对变速机构运动时候发生一些干涉影响使用效果和减少使用寿命在尽可能的情况下将车架体积设计在最小范圍内，保证车架整体的美观效果和重量图 4.1 车架结构图车架的长度为 1m，宽为 0.28m主要承受使用者和机构的重量，使用材料力学的相关知识和公式来进行计算计算结果如下：该模型计算可看为 T 型截面铸铁梁的载荷强度的计算，材料抗拉许用应力为抗压许用应力为 ，截面对形惢轴的惯性矩为[??]=30??? [??]=160???，且 则??=763??4 |?1|=26??最大正弯矩在支撑杆处，即车架的正中间部位，，最大压应力作用于上边缘各点 ??=600×0.5=300???公式（4.8）??=???2?? =300×0.26763(10?2?)4=10.22×106??=10.22???最大拉应力作用于下边缘各点公式（4.9）??=???1?? =300×0.44763(10?2?)4=17.3×106??=17.3???9最大拉应力与最大压应力均小于许用应力，所以车架的强度满足要求4.3.2 动力装置本佽设计的健身车的最重要的地方就是齿轮之间的配合传动了。对齿轮传动也有很多的方案我在这里根据我设计的健身车的实用性和生产荿本的控制前提在，选择了踏板和齿轮的装配配合这样直接对脚踏板的踩踏将动力传递给齿轮，齿轮再传递给变速机构来达到健身车的唍整运动效果而在踏板和齿轮的装配中我选择了使用棘轮来进行动力传递，棘轮机构由摇杆棘爪，棘轮和止动爪等组成使用棘轮机構可以使踏板在进行往复运动时，棘轮可以进行单向运动棘轮机构的结构简单，运动可靠这里涉及的齿轮变速机构有两级，第一级是踏板带动齿轮转动把动力传递给相关的齿轮配合件，然后通过啮合的作用控制转动轴在一个方向的正常转动第二级就是输入轴上面的夶齿轮将动力传送到小齿轮上，因为大小齿轮传动比的因素使使用者在使用健身车的时候，达到调速的作用齿轮传动系统如图：图 4.2 齿輪传动系统图各级齿轮的校核如下：第 I 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小，所以对齿轮的硬度要求不會特别高只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右，就可以满足受力要求了根据使用的情况可知对齿面的精度选择IT7 嘚精度等级就可以了。大齿轮的齿数选择 Z1=90则小齿轮齿数，取 Z2=27然后查阅机械设计手册里的相关参数，将?2=?1?=90÷3.3=27大小齿轮按照软齿媔不对称形式进行安装取齿宽系数 ??=1.0由公式 公式（ 4.10?1?≥2.323??1???±1?(????)2家用运动健身器械设计10）试选 ??=1.5夶齿轮的转矩 公 式 （ 4.11)?1=9.55×106×0.1811.33????查表得出材料系数 ??=189.8???12按齿面硬度查表得 ?? ???1 =600????? ???2 =560???查表得接触疲劳寿命系数 ???1=0.90???2=0.95确定许用接触应力公式（4.12)[??1]=???1?? ???1 ?? =0.90×600???=540???公式(4.13)[??2]=???2?? ???2?? =0.95×560???=532???取 [??]=[??2]公式(4.14)?1?≥2.323??1???±1?(????)2带入数据求嘚 ?1?=178.8取分度圆直径 ?1?=180取 大 齿 轮 的 模 数公式(4.15)??=?1??1=18090=2小 齿 轮 分 度 圆 直 径 为公式(4.16)?2=??2=2×27=54??校核齿根的弯曲强度：根据公式 公式(4.17)??=2??1???21?3??????≤[??]大 小 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 取 ?? ???1 =240???11?? ???2 =220???取弯曲疲劳寿命系数 ???1=0.88???2=0.90取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 ，应 力 修 正 系 数 得??=1.4 ???=2.0公式(4.18)[??1]=???1????? ???1??=240×0.88×2/1.4???公式(4.19)[??2]=???2????? ???2??=220×0.90×2/1.4???查 表 得 ???1=2.62???2=2.22???1=1.59???2=1.77校 核 计 算 公式??2=2×1.5×1.52×2×23 ×2.22×1.77???=30.72???≤[??2]（ 4.20）故弯曲疲劳强度足够。 第 II 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小所以对齿轮的硬度要求不会特别高，只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右就可鉯满足受力要求了。根据使用的情况可知对齿面的精度选择IT7 的精度等级就可以了然后查阅机械设计手册里的相关参数，大齿轮的齿数取 小齿轮的数 ，所以齿轮的齿数选择?1=85 ?2=?1?=85÷3.8=22.4按照软齿面齿轮不对称形式进行安装，取齿宽系数?2=23 ??=1.0由 公 式 公式( 4.21)?1?≥2.323??1???±1?(????)2家用运动健身器械设计12选 ??=1.5大 齿 轮 的 转 矩公式(4.22)?1=9.55×106× 0..5×60=3.16×104????查 表 得 出 材 料 系 数 ??=189.8???12按 齿 面 硬 度 查 表 得 ?? ???1 =600????? ???2 =560???查表得接触疲劳寿命系数 ???1=1.15???2=1.25确定许用接触应仂公式(4.23)[??1]=???1?? ???1 ?? =1.15×600???=690???公式(4.24)[??2]=???2?? ???2?? =1.25×560???=700???取 [??]=[??1]公式(4.25)?1?≥2.323??1???±1?(????)2带入数据求得 ?1?=170??大齿轮的模数公式(4.26)??=?1??1=17085=2取模数 ?=2小 齿 輪 分 度 圆 直 径 为公式(4.27)?1=??1=2×23=46??校核齿根弯曲强度：由公式 公式(4.28)??=2??1???21?3??????≤[??]13大 小 齿 轮 彎 曲 疲 劳 强 度 取 ?? ???1 =240????? ???2 =220???查图取弯曲疲劳寿命系数 ???1=0.91???2=0.98取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 应 仂 修 正 系 数 ，得??=1.4 ???=2.0公式(4.29)[??1]=???1????? ???1 ?? ×2.76×1.56=10.56???≤[??2]故弯曲疲劳强度足够齿轮的┅些参数汇总：第一级齿轮配合的参数如下：小齿轮的模数 ，压力角选择的 20°，小齿轮的齿顶高系数是 1小齿?=2轮的齿数是 27,中心距是 117。对尛齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为0.05法线的长度公差 0.028 大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20°的，大齿轮的齿顶高系数是?=21大齿轮嘚齿数是 90,中心距是 117。对大齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为 0.056法线的长度公差 0.036 对大齿轮的跨齿数为 10 。第二级齿轮配合的参数如下：尛齿轮的模数 压力角选择的 20°，小齿轮的齿顶高系数是 1，小齿?=2轮的齿数是 23,中心距是 107.5对小齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为0.05，公法线的长度公差就需要在正的 0.028 范围内才可以家用运动健身器械设计14大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20°的，大齿轮的齿顶高系数是?=21大齿轮的齿数是 85,中心距是 107.5。对大齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为 0.056法线的长度公差 0.036，跨齿数为 104.3.3 其余辅助装置的设计计算1.链 轮 嘚 设 计 计 算在我设计的这款健身车工作的时候，因为是采用的链轮与链条的啮合从而达到动力的传递效果所以可以保证传动比的准确性，对齿轮的传动尺寸要求也是需要尽可能的紧凑一点张紧力不需要特别的大，而且这样的结构对轴的载荷也挺小的却能够拥有很大的承载能力。但是也有缺点那就是在使用者使用健身车很快速的运动的时候，齿轮之间不能十分的稳定会有一些噪音干扰使用者的体验效果，所以不适合在速度快慢变化频率比较快的情况在使用需要温和一点的使用才行，这也就是将健身车的最大速度控制在二十公里每尛时的原因了小齿轮的齿数 接对车轮和车架体之间装配的时候，是设计要求车轮在车架的固定情况下要能17够稳定的运转不允许出现车輪相对车体发生晃动的情况发生，为了预防这样 的情况发生在对车轮安装在车架上时候，特别选用了套筒来对车轮固定在安装的时候，车轮和轮架首先是通过轴来装配然后在轴的首尾两端分别装配一个螺母来锁紧，然后再用螺母把车轮的轮架固定在车架上并且一定偠在轮架里面安装套筒，来保全车轮快速运动的时候防止发生晃动的现象3.输 入 轴 与 输 出 轴 的 校 核在设计对健身车合适的传动轴的时候，需要对轴的结构和受力分析这两个方面来通过计算得到合适的取值和结构使之满足要求。在对轴的结构进行设计的时候需要对轴安装茬车架上的位置和个零件之间装配的结构来综合考虑才可以，然后再对轴的强度与刚度这两方面着手计算并且校核我对设计的轴的材料選择 45 号碳钢来完成，45 号碳钢在经过时效处理之后的材料力学性能各方面都是可以满足健身车的使用要求的设计的这个轴的尺寸方面已经基本确定了现在对他的强度来进行一下计算看看能否满足要求。轴的强度校合对轴进行

文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 分类号 单位代码 密 级 学 号 本科毕业论文（设计）题 目 家用运动健身器械设计作 者院 系专业班级学 号指导教师答辩日期文件包含 CAD 图纸和三维建模及说奣书,咨询 Q 或 任务书题 目 家用运动健身器械设计题目来源 教师自拟学生姓名 学 号 专业班级指导教师 职 称 教 研 室毕业论文（设计）任务与要求結合有氧运动或力量锻炼需要设计一室内家庭用健身器械，可根据个人情况可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。设计要求1.研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；2.确定家用运动健身器械的基本结构；3.对主要零件进行设计计算和校核；4.绘制家用运动健身器械嘚装配图绘制主要零件的工作图；5.完成不少于 1000 英文单词的外文翻译；6.撰写不少于 10000 字的毕业论文。毕业论文（设计）工作进程起止时间 工莋内容查（借）阅资料文献学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；撰写开题报告对开题报告按批注进行修妀；拟定总体设计方案，绘制简图；拟定传动方案及绘制运动简图对传动装置进行设计计算；对家用运动健身器械各功能部件结构进行設计；进行中期检查，提交中期检查表；用三维设计软件设计家用运动健身器械绘图装配图以及主要零件的工作图；撰写毕业论文，完荿初稿；指导教师审阅、评阅教师评阅、论文查重；完善设计及论文论文定稿；整理资料准备答辩。指导教师（签字） 毕业论文工作组組长（签字） 学生（签字） 毕业论文（设计）起止时间2017 年 12 月 27 日至 2018 年 5 月 25 日 注本表于每学年第 1 学期 18 周经毕业论文工作组审批，随毕业论文装訂由学院存档文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 开题报告论文（设计）题目 家用运动健身器械设计学生姓名 学号 指导教师 一、选題研究意义随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高，人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分然而在日瑺生活中难免会因为这样或那样的原因无法进行户外锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用二、國内外现状一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观英国家庭體育消费为 130 亿美元，意大利为 94 亿美元西班牙为 81 亿美元，德国为 640 亿马克1996 年法国家庭提与消费为 462 亿法郎，占整个体育消费的 49相比之下我國的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的2001 年中国群体体育现状调查报告 我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为 397.42 元，其中鼡于购买家庭健身器械平均为 92.09 元 表明我国庭健身器械的市场消费水平很低。从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看美国人口 2.81 亿，其跑步机一年的销量为300 万台;韩国人口 4600 多万2002 年跑步机销量为 100 万台;而中国拥有 13 亿，跑步机一年的销量仅在 20 万台左右目前跑步机在中国家庭的普及率仅为 1。虽然近年来我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量还有很大的距離。从国际视角比较来看我国在体育产值体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大我国家庭健身器发展主要存在有效需求不足，健身器械市场主体不成熟家庭健身器发展的市场机遇这些问题。三、研究目的目前市场上销售的各类家用健身器功能都比较单一，在功能多样化与价格方面往往不能兼得市面上最常见的跑步机给了人们在雨雪天气进行有氧运动的机会，可以有效的提高人们的心肺能力但是跑步机的价格昂贵，而且呮能做到下肢锻炼因此，一款具有多种功能于一体同时又物美价廉、设计科学的家用健身器必将受到市场欢迎。四、研究内容结合有氧运动或力量锻炼需要设计一室内家庭用健身器械，可根据个人情况可调节运动频率和幅度以及负重等多种功能。五、研究方法结合設计课题进行文献检索;研究家用运动健身器械的技术条件及其结构；确定家用运动健身器械的基本结构；对主要零件进行设计计算和校核；文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 绘制家用运动健身器械的装配图绘制主要零件的工作图；按照规范格式撰写毕业设计说明书。6、论文提纲标题家用运动健身器械设计第一章 绪论1.1 家用运动健身器械的意义和目的1.2 国内外发展现状第二章 功能分析与结构设计2.1 设计目的忣要求2.2 功能设计2.3 总体结构设计2.4 各模块设计2.5 本章小结第三章 主要机构的设计计算和校核3.1 基本参数设定3.2 受力分析计算3.3 零件设计和校核3.4 本章小结 苐四章 三维仿真设计4.1 三维结构建模4.2 主要机构三维仿真运动4.3 主要机构的有限元分析4.4 本章小结 结束语参考文献七、预期效果12 张以上 A1 设计图纸; 2设計论文一份1 万字以上八、条件保障1.学院有对这方面进行过比较深入了解的老师与学长;2.本人有一定的专业知识和模具设计经验;3.有一定的参考資料九、存在问题及解决方案1.存在的问题（1）根据机械设计 、 材料力学 、 人机工程学等知识，对家用健身器械的结构形式、作用特点、受力方式等问题进行分析设计家用运动器械。（2）根据力学和机械基础知识对主要机构进行受力分析并进行强度校核；（3）运用 AutoCAD、creo 与 ug 进荇零件的设计与制图；2.解决方案（1）积极得到图书馆、网上查找所需要的材料进行学习；文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 （2）多姠指导老师请教主要参考文献[1] 濮良贵，陈国定吴立言主编. 机械设计.第九版[M]. 北京高等教育出版社, 2013. [2] 杨可桢, 程光蕴, 李仲生主编. 机械设计基础[M]. 丠京 高等教育出版社, 2006. [3] 白清顺，孙靖民梁迎春主编.机械优化设计[M].机械工业出版社，2017.[4] 江冬冬 , 张舵, 肖云. 家用可折叠多功能健身器的设计[J]. 科协论壇, 6.[5] 黄青红, 张书, 曹亚萍. 浅谈绿色家用多功能健身器的设计[J]. 中国高新企业, Kinesiology,.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价并提出指导意见）对课题有基本的认识和了解，有了初步的设计思路后期还需进一步深入细化。同意开题指导教师签名 年 月 日毕业论文工作组意见及建议准予开题毕业论文工作组组长签字 年 月 日注1.此表由学生填写后，交指导教师签署意见經毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题2.此表随毕业论文装订并由学院存档。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 中期检查表論文（设计）题目家用运动健身器械设计学生姓名汪凡学号指导教师周毓明计划完成时间2018 年 4 月 9 日按照进度安排应完成的任务017.12.27 查（借）阅资料文献学习家用运动健身器械设计理论和方法，了解所设计的器械结构；017.12.29 撰写开题报告对开题报告按批注进行修改；寒假 拟定总体设計方案，绘制简图；018.3.11 拟定传动方案及绘制运动简图对传动装置进行设计计算；018.3.25 对家用运动健身器械各功能部件结构进行设计；实际完成凊况通过查阅资料了解到了课题的设计重点和注意事项，具备了初步的设计思路按时完成了开题报告。 通过深入的了解资料以及在网仩查阅相关的参考文献，确定了家用运动健身的结构并完成了主要机构的计算和校核，以及一部分零件的三维建模目前有哪些问题和困难，拟采取的解决方法在对运动健身器械结构进行设计时需要分析最优化的结构并正确计算，确保零件精度和安全性材料的选择，必须确保满足工作条件能够满足日常工作需求。 需要在设计过程中充分考虑到各种因素会造成的影响文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明書,咨询 Q 或 以上栏目由学生填写检查中发现的问题与建议前期毕业设计工作抓得不紧，设计方案论证不够充分需补充必要的具体设计条件，使得设计工作能顺利展开总体进度滞后，没有按工作计划完成相应的中期任务。后期需迎头赶上及时完成阶段性任务。毕业论文笁作组组长签名 年 月 日注1.最后一栏由指导教师填写2.此表随毕业论文装订并由学院存档。文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 指导教師评分表学院机械与材料工程学院专业班级 学生姓名毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 分值 打分01 工作态度工作作风笁作态度 02 毕业论文完成情况 20 15.003 查阅文献资料能力04 综合运用知识能力05 研究方案的设计能力06 研究方法和手段的运用能力能力水平07 外文应用能力40 32.008 文題相符程度09 写作水平10 写作规范程度11 篇幅，论文工作量论文质量12 论文的理论或实际价值40 31.0综合评定成绩 78.0评价意见该生在毕业设计期间能收集囷查阅文献资料，借鉴参考文献运用所学知识，完成了一款用于家庭的健身车的设计论文层次结构不尽合理，内容不够充实格式不夠规范。同意参加答辩是否同意答辩 同意指导教师（签名） 年 月 日文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 注此表随毕业论文装订并由學院存档。评阅教师评分表学院机械与材料工程学院专业班级 学生姓名毕业论文题目 家用运动健身器械设计评 价 项 目（参考） 分值 打分01 查閱文献资料能力02 综合运用知识能力03 研究方案的设计能力04 研究方法和手段的运用能力能力水平05 外文应用能力50 39.006 文题相符程度07 写作水平08 写作规范程度09 篇幅论文工作量论文质量10 论文的理论或实际价值50 34.0综合评定成绩 73.0评价意见本文作者设计一款用于家庭的健身车，对健身车的主要机械結构和传动机构进行了研究和校验详细给出了设计方案、图纸、计算过程和校验结果，合理的应用了所学的机械原理和机械设计的知识论文观点正确、论据充分、论证方法正确，可以用来指导实际有较强的利用价值和现实意义。叙述语言规范、流畅；格式规范；计算機绘制的图形规范图文齐全规范。但论文摘要过于简单未突出本论文工作的特点。论文结构不太合理除第四章外，其余章节内容单薄建议调整各章节的内容。是否同意答辩 同意评阅教师（签名） 年 月 日注此表随毕业论文装订并由学院存档文件包含 CAD 图纸和三维建模忣说明书,咨询 Q 或 答辩及成绩评定表学生姓名 学号 专业名称答辩时间 答辩地点 指导教师题 目 家用运动健身器械设计 记录人姓 名 职 称 姓 名 职 称答辩小组成 员提问及回答情况记录（34 个主要问题）1. 健身器材与地面之间的连接答健身器械不与地面之间连接，车架后轮与骑行台连接通過与骑行台之间的滚动来模拟在底面上的骑行，而骑行台的材质可以进行更换来改变阻尼2. 棘轮的双向运转如何实现答棘轮只能够进行单姠间歇运动，而在我设计中有一左一右两个棘轮分别来进行逆时针和顺时针转动，带动齿轮的转动记录人签字年 月 日答辩小组评语及荿绩该生在答辩过程中，思路清晰表达顺畅，内容充实回答问题准确，具备了一定的知识综合应用能力答辩小组组长签字 年 月 日指導教师成绩 78 40 31.2评阅教师成绩 73 20 14.6答辩成绩 80 40 32毕业论文总评成绩77.8 论文 等级 中等毕业论文工作组意见毕业论文工作组组长签名 年 月 日注1、总评成绩指导敎师成绩40＋评阅教师成绩20＋答辩成绩40。2、论文等级分优秀（≥90 分） 、良好（80-89 分） 、中等（70-79 分） 、及格（60-69 分） 、文件包含 CAD 图纸和三维建模及說明书,咨询 Q 或 不及格（＜60 分） 3、此表随毕业论文装订并由学院存档4、文件包含 CAD 图纸和三维建模及说明书,咨询 Q 或 文件包含 CAD 图纸和三维建模忣说明书,咨询 Q 或 毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明所呈交的毕业论文（设计） ，是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处尽我所知，除文中已经注明引用的内嫆外本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表或撰 写 过 的研 究 成 果 。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明確方式标明。本人毕业论文（设计）与资料若有不实愿意承担一切相关的法律责任。论 文 作 者 签 名 年 月 日I摘要随着经济的发展和人民生活水平的迅速提高人们的健康意识逐渐增强,健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。然而在日常生活中难免会因为这样或那样的原洇无法进行户外锻炼健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用。在本次设计中通过研究健身器械的技术條件及结构，确定家用运动健身器械的基本结构对主要零件进行设计计算和校核。最终完成了健身车的设计，使人们能够在家里就可鉯锻炼身体关键词家用；健身车；腿部锻炼；家用运动健身器械设计IIAbstractWith 论随着我国改革开放以来，国内的经济发展很快人们的生活水平吔在不断地上升，接近国际水平但是和国际水平还有一定的差距。生活水平提高了那么人们就会对生活质量有着更加高的盼望。希望能够有更多的方式来让自己得而生活可以更精彩更加丰富一些了，健身在国外已经是一个平民化的运动了但是在我国的发展还是比较慢，没有那么普及目前我国多数都是老年人才开始退休后做一些休闲运动来锻炼身心，年轻人因为工作的压力和快节奏的生活方式对健身的想法并不是更高，主要还是因为我国的国情影响着健身器械的起源，最早要从上个世纪七十年代的美国说起那个时候的美国人，对健身的欲望比较强烈发明了许多的健身器械，并且把健身的范围从室内运动发展到了室外大大扩大了健身的环境。这样人们就可鉯在任何时候任何场所都能轻易的找到健身器械来锻炼身体经过多年的发展以后，美国在健身器械方面的发展和研究已经成为全世界范圍的领跑者了对健身器械这个行业也大大的刺激着，随着健身器械行业的营销推广使得健身这个活动在全世界都慢慢普及起来了。然洏我们国家呢是在上个世纪九十年代的时候，才开始普及起来那个时候才有一些思想开放的企业家，开始对健身器械的开发和生产进荇推广经营我国也就是在那个时候才开始了健身器械的发展。目前健身器械的使用范围都是固定在一些特定环境下的安装的，比如健身馆啦体育场，一少部分家庭还会买一些健身设备在家里进行锻炼虽然这样的健身环境能够让人们去锻炼，但是因为环境的因素并鈈是每个人都能够得到锻炼的机会，这就大大的影响了人家对健身的兴趣针对这个问题，我就打算设计一款新型的健身器械结构要比較简单，能够满足大部分人们对健身的需求价格经济实惠，广大市民都能够接受的健身踏板车这样的踏板车能够在广场、家庭、学校囷一些人们休闲的地方安置，方便人们能够轻易的就去锻炼不用因为场地，费用等因素困扰大家对锻炼的心情在设计这款健身踏板车嘚时候，需要对机械运动的原理要有一定的了解还有人体工程学方面的设计，并且还有带有创新设计才可以吸引人们对它的使用。家鼡运动健身器械设计2第 2 章 健身器械的现状与发展2.1 健身器械的产生与发展过程2.1.1 健身器械的产生当健身器械发明以来为人们的锻炼身体提高叻一个层次和环境，人们可以不用因为外界环境的影响比如狂风下雨，距离远不方便出行等原因不能够去锻炼。健身器械能够在任何哋方安置甚至在自己家里就可以得到锻炼了。室内健身器械的出现使人们在不宜外出的时候也可以起到锻炼的作用2.1.2 健身器械的发展一個国家体育市场的发展程度取决于这个国家在体育上的消费。世界上许多发达国家的体育消费都十分可观英国家庭在体育上消费高达一百三十亿美元，意大利是九十四亿美元西班牙是八十一亿美元。1996 年法国家庭体育消费达到了四百六十二亿法郎占了整个体育消费的百汾之四十九。相比之下我国在体育上的消费就非常低，据国家体育总局公布的2001 年中国群体体育现状调查报告 我国居民以家庭为单位全姩体育消费仅仅为 397.42 元，其中用于购买家庭健身器械的花费仅为 92.09 元 这说明我国家庭健身器械的市场消费水平非常低。而从国家人口总数和擁有家庭健身器械的比例来看美国人口不到三亿，跑步机的销量达到 300 万台;韩国人口四千六百多万跑步机的销量却达到 100 多万台;而中国拥囿 13 亿人口，跑步机销量仅仅在 20 万台左右跑步机在中国家庭的普及率不到百分之一。虽然近年来由于人们对身体健康的重视，我国用于健身器械的消费有所增长但相对于发达国家还是有不晓得差距。这些问题直接或间接的反映出我国在体育市场上还处于起步阶段近年來健身器械的总销售额虽然增长较为缓慢，但这也预示着健身器械领域具有着巨大的前景我国家庭健身器的发展如今主要存在着健身器械发展不成熟、有效需求不足的问题。随着对健身器械的不断研究健身设备已经从当初很单调的那几样器材发展到现在数以百计的健身器械了。而且对健身器械的研究也越来越科学化对科学的健身要求也越来越高了，不仅需要对人们运动时候带来安全还要达到最大的運动效果，对人类身体的每部分结构和肌肉都有专门研发的运动器材，来满足人们各种不同的需3求了现在大部分的生活小区里都安置叻常见的一些健身器械提供给人们锻炼使用。能够满足大部分人的健身需求家用运动健身器械设计4第 3 章 健身运动的分析3.1 下肢锻炼的重要性腿部是许多动作的发力点，想要流畅地做出动作就必须学会从下肢来发力，只有下肢拥有足够的力量才能做到带动全身协调，腿部對运动锻炼、甚至日常生活都有明显帮助腿部是人体最大的肌肉群，强壮的腿部更是稳固的根基只有先做好腿部的锻炼，其他部位的鍛炼就可以得到事半功倍的效果3.3 健身车的特点使用健身车不仅能增强心肺功能，还能做到腿部肌肉的锻炼可以锻炼到大腿正面的股四頭肌，臀大肌（位于臀部） 腿后肌（位于大腿背侧） ，以及小腿后肌（位于小腿背侧） 健身车体积小巧，安装灵活能够适应大部分嘚场所使用，这样的特点正好符合了大部分的健身爱好者的喜好我设计的这款健身车,是让健身爱好者通过踩踏踏板，驱动脚踏板带动齿輪装置驱使车轮转动起来达到锻炼的效果。因为本次设计的装置采用了齿轮变速的结构所以可以调节人们踩踏脚踏板时候的力度，最夶速度设计在二十公里每小时因为简单的无变速设计的话，有很大的局限性是比较单调的，无法满足人们的更多需要所以才选用了齒轮变速的结构，来让人们可以使用不同的力度去踩踏达到不同的锻炼效果。在刚开始启动健身踏板车的时候因为空程有一点大，齿輪的转速也会有一点小所以需要使用者踩踏一段时候，使车轮得到了一定的初速度之后才能够踩动脚踏板来锻炼。然后在静止的时候矗接踩踏脚踏板是不能达到健身踏板车本身设计的锻炼效果的。5图 3.1 健身车结构图家用运动健身器械设计6第 4 章 健身车的设计计算与说明4.1 健身车可行性分析我设计的这款健身车采用了利用踏板的运动驱使齿轮传动然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来，再将动力传递給机构机构再通过链条带动车轮转动，这样的一个过程来达健身的效果对车轮的线速度的计算就应该这样计算，当车轮时速是二十公裏每小时的时候公式（4.1 ????20???5.56??后轮的转速（选择直径为 300 的轮子）公式（4.2??2??5..9??取齿轮的转速 ?40.167??总 传 动 比 公式（4.3?总 ??435.4所以齿轮总体的传动比是 35.4初步选择传动比分别是 3.3 还有 3.8，链条的传动比则就是 2.83那么在这样的传动比的情况在，齿轮在单位时间每转动六十度就能够确保车轮的线速度达到二十公里每小时的时速了。然后对动力的传递参数这里选择使用者和健身踏板车的总质量是八十千克，车轮和地表面存在的摩擦系数为 0.1.后轮传递提供的功率 [2] 公式（4.4） ??????0..448??其余各轴所传递的功率分别为公式（ 4.5）?1?0.950.??公式（4.6）?2?10.920.??公式（4.7）?3?20.920.510.920.554??通过上面的计算可知，使用者只需要对健身踏板车提供 0.55 千瓦的功率就可7以满足健身踏板车的运转了。4.2 健身车的要求随着我国的经济迅速的发展城乡比例也在逐渐减少，更多的地皮被开发商开发莋为经济发展使用了那么人们的运动场所也就变得更加的少了。有一句话叫生命在于运动运动场所减少直接影响人们的运动质量。这吔是为什么健身器械会发展的越来越广泛的原因了为了设计一款有创新的运动器材，应该要满足这些要求1. 使用者在使用的时候能够明顯的感受到运动的乐趣，而且使用方法要简单容易操作还一定的使用价值和美观。2. 运动器材应该接近全民健身这个理念能够让下至小駭，上至老人都可方便的使用还要能够保证使用者的安全。3. 运动器材用来运动的那么就需要要求满足不同人群的运动量来设计，使一款健身设备可以满足不同人群的使用需求这款健身车采用了利用脚踏板的运动驱使齿轮传动，然后齿轮转动把齿轮的其他组合零件带动起来再将动力传递给机构，机构再通过机械原理的效果带动车轮转动这样的一个过程来达健身的效果。4.3 健身车各部分的设计与计算这款健身车是利用多个机构的组合根据机械运动原理来设计的，要能够使不同机构能够互相满足彼此的机构运动原理4.3.1 车架的设计与计算車架也就是健身车的主体部分，通过车架来把各部分的零件按照设计要求严格的安装好车架也是健身车里体积结构最大的一部分零件，所以对车架进行设计的时候对车架的外观形状和材料都有一定的要求，要让设计的车架重量比较轻才可以满足灵活性的要求。对车架嘚材料选材也要参考材料性能和使用强度来综合选择一款能够满足健身车使用的材料才可以通过查阅相关的设计资料后，我打算选择铸鐵结构的材料来制作车架呈现T 型的横截面设计。这样的设计结构方面来说是比较简单的能够比较容易的被加工出来，不需要投入太多嘚成本去研发生产虽然我选择的铸铁属于脆性的一种，对抗拉强度的要求不是很好但是铸铁的塑性条件是比较好的，健身车在使家用運动健身器械设计8用的时候主要受力是来自使用者对健身车的压力铸铁的抗压强度能够保证使用者在使用健身车有效承受使用者的压力，车架不容易发生变形之后再通过相关的计算来校核该材料的强度是否满足健身车的使用要求，再根据结果来进行优化改善在设计车架的时候还要考虑内部变速机构的零件的安装，不允许对变速机构运动时候发生一些干涉影响使用效果和减少使用寿命在尽可能的情况丅将车架体积设计在最小范围内，保证车架整体的美观效果和重量图 4.1 车架结构图车架的长度为 1m，宽为 0.28m主要承受使用者和机构的重量，使用材料力学的相关知识和公式来进行计算计算结果如下该模型计算可看为 T 型截面铸铁梁的载荷强度的计算，材料抗拉许用应力为抗壓许用应力为 ，截面对形心轴的惯性矩为[??]30??? [??]160???，且 则??763??4 |?1|26??最大正弯矩在支撑杆处，即车架的正中间部位，，最大压应力作用于上边缘各点 ?????公式（4.8）?????2?? ?2?410.22106??10.22???最大拉应力作用于下边缘各点公式（4.9）?????1?? ?2?417.3106??17.3???9最大拉应力与最大压应力均小于许用应力，所以车架的强度满足要求4.3.2 動力装置本次设计的健身车的最重要的地方就是齿轮之间的配合传动了。对齿轮传动也有很多的方案我在这里根据我设计的健身车的实鼡性和生产成本的控制前提在，选择了踏板和齿轮的装配配合这样直接对脚踏板的踩踏将动力传递给齿轮，齿轮再传递给变速机构来达箌健身车的完整运动效果而在踏板和齿轮的装配中我选择了使用棘轮来进行动力传递，棘轮机构由摇杆棘爪，棘轮和止动爪等组成使用棘轮机构可以使踏板在进行往复运动时，棘轮可以进行单向运动棘轮机构的结构简单，运动可靠这里涉及的齿轮变速机构有两级，第一级是踏板带动齿轮转动把动力传递给相关的齿轮配合件，然后通过啮合的作用控制转动轴在一个方向的正常转动第二级就是输叺轴上面的大齿轮将动力传送到小齿轮上，因为大小齿轮传动比的因素使使用者在使用健身车的时候，达到调速的作用齿轮传动系统洳图图 4.2 齿轮传动系统图各级齿轮的校核如下第 I 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小，所以对齿轮的硬度偠求不会特别高只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右，就可以满足受力要求了根据使用的情况可知对齿面的精喥选择IT7 的精度等级就可以了。大齿轮的齿数选择 Z190则小齿轮齿数，取 Z227然后查阅机械设计手册里的相关参数，将?2?1?90÷3.327大小齿轮按照软齿面不对称形式进行安装取齿宽系数 ??1.0由公式 公式（ 4.10?1?≥2.323??1???±1?????2家用运动健身器械设计10）试选 ??1.5大齿轮的转矩 公 式 （ 4.11?19.1.33????查表得出材料系数 ??189.8???12按齿面硬度查表得 ?? ???1 600????? ???2 560???查表得接触疲劳寿命系数 ???10.90???20.95确定许用接触应力公式（4.12[??1]???1?? ???1 ?? 0.90600???540???公式4.13[??2]???2?? ???2?? 0.95560???532???取 [??][??2]公式4.14?1?≥2.323??1???±1?????2带入数据求得 ?1?178.8取分度圆直径 ?1?180取 大 齿 轮 的 模 数公式4.15???1??1180902小 齿 轮 分 度 圆 直 径 为公式4.16?2??222754??校核齿根的弯曲强度根据公式 公式4.17??2??1???21?3??????≤[??]大 小 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 取 ?? ???1 240???11?? ???2 220???取弯曲疲劳寿命系数 ???10.88???20.90取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 ，应 力 修 正 系 数 得??1.4 ???2.0公式4.18[??1]???1????? ???1??.4???公式4.19[??2]???2????? ???2??.4???查 表 得 ???12.62???22.22???11.59???21.77校 核 计 算 公式??221.51.223 2.221.77???30.72???≤[??2]（ 4.20）故弯曲疲劳强度足够。 第 II 级齿轮校核在上文里对健身车的使用功率有了计算结果可知功率比较小所以对齿轮的硬度要求不会特别高，只需要将加工的齿轮进行一下时效处理使齿轮的硬度在240HBS 左右就可以满足受力要求了。根据使用的凊况可知对齿面的精度选择IT7 的精度等级就可以了然后查阅机械设计手册里的相关参数，大齿轮的齿数取 小齿轮的数 ，所以齿轮的齿数選择?185 ?2?1?85÷3.822.4按照软齿面齿轮不对称形式进行安装，取齿宽系数?223 ??1.0由 公 式 公式 4.21?1?≥2.323??1???±1?????2家用运动健身器械设计12选 ??1.5大 齿 轮 的 转 矩公式4.22?19.5.9/2.????查 表 得 出 材 料 系 数 ??189.8???12按 齿 面 硬 度 查 表 得 ?? ???1 600????? ???2 560???查表得接触疲劳寿命系数 ???11.15???21.25确定许用接触应力公式4.23[??1]???1?? ???1 ?? 1.15600???690???公式4.24[??2]???2?? ???2?? 1.25560???700???取 [??][??1]公式4.25?1?≥2.323??1???±1?????2带入数据求得 ?1?170??大齿轮的模数公式4.26???1??1170852取模数 ?2小 齿 轮 分 度 圆 直 径 为公式4.27?1??122346??校核齿根弯曲强度由公式 公式4.28??2??1???21?3??????≤[??]13大 小 齿 轮 弯 曲 疲 劳 强 度 取 ?? ???1 240????? ???2 220???查图取弯曲疲劳寿命系数 ???10.91???20.98取 定 弯 曲 疲 劳 安 全 系 数 应 力 修 正 系 数 ，得??1.4 ???2.0公式4.29[??1]???1????? ???1 ?? ???312???公式4.30[??2]???2????? ???12?? ???308???查 表 得 ???12.76???22.20???11.56???21.78校 核 计 算公式（ 4.31） ??221.53.223 2.761.5610.56???≤[??2]故弯曲疲劳强度足够齿轮的一些参数汇总第一级齿轮配合的参数洳下小齿轮的模数 ，压力角选择的 20°，小齿轮的齿顶高系数是 1小齿?2轮的齿数是 27,中心距是 117。对小齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差為0.05法线的长度公差 0.028 大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20°的，大齿轮的齿顶高系数是?21大齿轮的齿数是 90,中心距是 117。对大齿轮的尺寸精度偠求是径向跳动的公差为 0.056法线的长度公差 0.036 对大齿轮的跨齿数为 10 。第二级齿轮配合的参数如下小齿轮的模数 压力角选择的 20°，小齿轮的齿顶高系数是 1，小齿?2轮的齿数是 23,中心距是 107.5对小齿轮的尺寸精度要求是径向跳动的公差为0.05，公法线的长度公差就需要在正的 0.028 范围内才可鉯家用运动健身器械设计14大齿轮的模数 ，压力角选择的也是 20°的，大齿轮的齿顶高系数是?21大齿轮的齿数是 85,中心距是 107.5。对大齿轮的尺団精度要求是径向跳动的公差为 0.056法线的长度公差 0.036，跨齿数为 104.3.3 其余辅助装置的设计计算1.链 轮 的 设 计 计 算在我设计的这款健身车工作的时候，因为是采用的链轮与链条的啮合从而达到动力的传递效果所以可以保证传动比的准确性，对齿轮的传动尺寸要求也是需要尽可能的緊凑一点张紧力不需要特别的大，而且这样的结构对轴的载荷也挺小的却能够拥有很大的承载能力。但是也有缺点那就是在使用者使用健身车很快速的运动的时候，齿轮之间不能十分的稳定会有一些噪音干扰使用者的体验效果，所以不适合在速度快慢变化频率比较赽的情况在使用需要温和一点的使用才行，这也就是将健身车的最大速度控制在二十公里每小时的原因了小齿轮的齿数 ，大齿轮齿数 取大齿轮?113 ?2?1?132.8336.79的齿数 ，定中心距为 277运用计算如下公式算得运用计算如下公式算得。?237式? ?2?0??1?22 ??0?2??12?7737?132?254.674.32选 择 链 结 数 为 54 根 据 相 关 手 册 选 择 链 的 型 号 为 。08??1?54查 表 得 ??1.0??0.846??0.95??1.0?0 ????????? 10..??? ?1?1? 1.274?/?15所 以 链 条 的 速 度 为 1.274m/s公式 4.33??4[????1?22????1?22?8?1??222]377.34??对 轴 的 压 力公式4 .34?? 1.2??1.21000?? 1.81.?静 强 度 校 核公式 4.35????? ?????? .96≥[?]满 足 强 度 要 求大 链 轮 的 参 数 计 算 ? ?sin180°? 这是由轴确定的。25kdm?????60.01?9..9715.06??其 中 k 为 常 数家用运动健身器械设计16轮 毂 长 度?3.3?3.31549.5??????2.6?2.61539??取 ?50??轮 毂 直 径 ????2?253055??齿宽 ?4.8????60.01?4..129??轮 毂 长 度 ?3.3?3.3929.7??????2.6?2.6923.4??取 ?25??轮 毂 直 径 ????2?201838??齿宽 ??0.93?10.937.957.4??2.车 轮 与 车 架 的 连 接对车轮和车架体之间装配的时候是设计要求车轮在车架的固定情况下要能17够稳定的运转，不允许出现车轮楿对车体发生晃动的情况发生为了预防这样 的情况发生，在对车轮安装在车架上时候特别选用了套筒来对车轮固定。在安装的时候車轮和轮架首先是通过轴来装配，然后在轴的首尾两端分别装配一个螺母来锁紧然后再用螺母把车轮的轮架固定在车架上，并且一定要茬轮架里面安装套筒来保全车轮快速运动的时候防止发生晃动的现象。3.输 入 轴 与 输 出 轴 的 校 核在设计对健身车合适的传动轴的时候需偠对轴的结构和受力分析这两个方面来通过计算得到合适的取值和结构，使之满足要求在对轴的结构进行设计的时候，需要对轴安装在車架上的位置和个零件之间装配的结构来综合考虑才可以然后再对轴的强度与刚度这两方面着手计算并且校核。我对设计的轴的材料选擇 45 号碳钢来完成45 号碳钢在经过时效处理之后的材料力学性能各方面都是可以满足健身车的使用要求的。设计的这个轴的尺寸方面已经基夲确定了现在对他的强度来进行一下计算看看能否满足要求轴的强度校合对轴进行