家用健身器材的结构设计与关键零件设计

家用健身器材的结构设计与关键零件设计-收腹运动机,2013年5月27日,目录,1,2,3,4,家用健身器材的简介 http:/dxb.qnw.cc/,收腹运动机的结构设计 ,家用收腹运动机的传动机构参数设计,家用收腹运动机关键零件设计与造型,1.家用健身器材的简介,。 从人类诞生之日起，运动就一直伴随着其成长历程。早期人们的运动方式主要是在户外进行的，跑步、划船、游泳，到后来的自行车、篮球、足球、登山、滑雪等等，这些运动可以统归于户外运动。但是户外运动会受到时间、空间、气候、设备等等限制，人们并不能随心所欲的进行特定的运动。这一客观条件限制激发了人类征服自然的渴望，人们希望打破客观条件的限制，可以随心所欲的进行运动。随着物质文明的不断发展，有一批脑力劳动者开始进行这方面的探索，研究人类如何将在室外的运动方式也引入室内。家用健身器材就是用于身体锻炼的器械，例如哑铃、跑步机等都属于健身器材。依据用途分，它可以分为专业的和非专业的。按照空间分，它可以分为户外的和室内的。家用健身器材，可以让人足不出户便可得到身体各方位的锻炼。,收腹运动机的作用：,收腹运动机能够起到辅助人们做仰卧起坐的作用，仰卧起坐可以直接针对腹部肌肉群，通过动作上的细微变化，使腹部不同部位的肌肉得到锻炼，最终达到塑型效果。最为常见的仰卧起坐方法是将身体处于仰卧状态，膝部屈曲成90左右，脚部平放于地面，借助外力使之固定，然后利用腹部肌肉坐立起来。下面，我们就来细说一下做仰卧起坐的好处: 1.会锻炼锻炼者的腹肌，让锻炼者能更好地控制自己的身体，因为腹肌属于核心肌群，对于稳定身体有很重要的作用，而且腹肌的强壮对背部有较好的支撑作用，使锻炼者在从事其他有氧运动和娱乐活动中增加体力。 2.仰卧起坐也能减肥，但需要每次慢起做150个以上才能燃烧脂肪，否则只能锻炼腹肌，未免太辛苦，而且效果也不理想，长时间做会对脊椎造成伤害。 3.仰卧起坐能锻炼腹部肌肉，使腹部肌肉收紧，更好地保护好腹腔内的脏器。 4.仰卧起坐还可以拉伸背部肌肉、韧带和脊椎。并可以通过拉伸脊椎，调节中枢神经系统。从而改善身体的抗病能力。 5. 锻炼腹股沟。腹股沟有许多毛细血管和穴位，做仰卧起坐可以通过刺激腹股沟的血管，加速血液流动，治疗和缓解妇科疾病。,收腹运动机的工作原理,家用收腹机装置总的设计原理是通过设计出一系列的机械传动机构以及选择合适的弹簧等元件协助使用者进行收腹锻炼。使用者双手扶着坐板两侧的扶手把柄上坐于收腹机座板上，背部斜靠在收腹机靠背板上，初始状态时，弹簧处于自然状态，靠背板与地面成100110度的夹角。然后使用者背部向后用力，给靠背板一个向后的压力，靠背板受力顺时针方向旋转。背部持续向后用力，靠背板继续顺时针方向旋转，直至靠背板旋转至160170度的位置时，靠背板到达最底端处，此时弹簧被拉伸至最长位置。接着使用者背部力量放松，弹簧开始收缩，弹簧收缩通过连杆带动靠背板作逆时针返回，返回到100110度的位置处，使用者再开始压缩靠背板顺时针方向转动。就这样使用者背部压着靠背板，不停的克服弹簧拉力做来回摆动，同时使用者腹部肌肉得到良好的锻炼。,2.收腹运动机的结构设计,收腹运动机根据收腹运动学原理，让头、肩和背的上半部只在离地30-60度区间活动，使运动完全依靠腹部力量，让腹部所有肌肉动起来，瘦身效果最好。不同弹力装置，完全满足不同锻炼需求。靠背软胶同时滚动按摩背部。结合美体，有氧，伸展，舒压，按摩五效合一。经人体工学及机械结构设计，不需技巧，体验快，轻松上手。高效锻炼腰，腹，臀，腿部肌肉群，达到美容美体的效果。伸展，舒解背部与腰部的压力。,收腹运动机功能介绍,家用收腹运动机的组成部件,根据家用收腹运动机机装置的设计原理可以得知收腹机共有以下各组成部件：收腹机运动机底座，收腹运动机机靠背，机械传动机构，扶手柄，弹簧，有些收腹运动机也运用到了轮子。,常见收腹运动机的结构介绍,结构简图与产品图,收腹运动机的结构方案的选择,第一种产品采用弹簧将底座和靠背板链接，这样的结构更多地简化了收腹机外形，更大的节省了空间。缺点就是对弹簧的要求比较高，需要更大强度的弹簧。 第二种产品则采用的四杆结构与弹簧组成的收腹运动机。摒弃了老款的滚动滑轮，采用最新的上挺式运动方法，有效的保护了，滑轮对地板的损坏，更好的利用自身体重来，达到锻炼塑身的目的。但机架的体积较大，也无法进行拆卸，占用的空间较大。 第三种产品的家用收腹运动机，在使用时，使用者坐于收腹运动机的坐板上，背部及头部靠在收腹机的背板上，背部与地面的角度呈115度左右，此时弹簧处于自然状态，当使用者腰部用力将靠背板向后压，靠背板上受到的压力通过连杆传到轮子上，轮子产生向后运动的趋势，弹簧被拉伸。背部继续下压靠背板，弹簧继续被拉伸，直至靠背板与地面呈165度左右的时候，轮子抵达极限位置处。这时背部随着靠背板下降至最底处。然后放松腹部肌肉，弹簧收缩，轮子朝初始方向返回，通过连杆推动靠背板逆时针转动，使用者背部被推回至初始位置。滑块的往复运动即形成使用者的一次腹部肌肉收缩。这样反复重复一直循环运动，形成使用者腹部肌肉的反复收缩，从而腹部得到良好的锻炼。 经过对比、研究、分析，我们选择方案三作为重点设计研究对象。第三种产品相对与第一种和第二种产品的优点在于第三种产品的设计较为简便，在室内摆放及存放等都比较方便。采用方案二设计出的收腹机过于复杂，占用空间也会较第三种产品的更大，而且不容易拆卸存储。虽然从整体结构上来讲第第一种产品更为简便，但是第一种产品对弹簧的系数要求太高，弹簧的使用寿命可能会相对比较短。所以我们认为，以第三种产品的结构为设计方案是比较理想的设计方式。,3.家用收腹运动机的传动机构参数确定,根据人体的结构，综合人体工程学来考虑，初步选定几何尺寸为47.5（底座长）*80（靠背长）*50（总宽）。滑块距基准OB1为30cm，即弹簧在起始状态下的原长为30cm。仰卧起坐的要求是：拉起来时上身不能超过90,放下来时不要贴地，始终保持腹部和背部用力，尽量用腹部和背部来完成整个动作。因此可以设定靠背的工作角度为115到165度。取OA的距离为32cm，根据几何知识计算得：弹簧的行程B1B2为32.73cm， 连杆A1B1的长度为 33.34cm， 取A1B1=33cm。,受力分析,受力分析,当人躺在靠背上时，靠背板受到来自人体背部的力为人体上半身的重力在垂直靠背板方向上的分力F，靠背在铰接A1点处受到来自F，F在沿着连杆方向上和垂直于连杆方向上的受力分别为F1和F2。根据几何分析可推导出轮子受到连杆的压力F1，F1在轮子轨迹方向和垂直于轨迹方向上的分力分别为F3和F4。假设底座与靠背之间的夹角为，靠背与连杆之间的夹角为。,受力分析,假设人体质量为 70kg，上半身的重量m=45kg 由受力分析可以知道弹簧所受拉力： F3=mgsin(-90)sincos（-） 有数学关系可以算出： 弹簧所受到的最大拉力 F3=0.4544mg=0.4544*45*10=204.48N 弹簧所受到的最小拉力 F3=mgsin25sin55cos60=77.89N,弹簧参数的设计,常用的弹簧材料有:碳素弹簧钢，合金弹簧钢，不锈钢和铜合金材料以及非金属材料。选择弹簧时，应根据弹簧的功用，载荷大小，载荷性质及循环特性，工作强度，周围介质以及重要程度来进行选择。 弹簧设计，一般是根据弹簧的最大工作载荷，最小工作载荷，工作行程以及其他尺寸限制和工作条件等，确定弹簧丝直径d，工作圈数n以及其他几何尺寸，并绘制工作图。 由前面的分析可知，弹簧设计的主要约束条件为强度约束条件（如式3-26或3-27），刚度约束条件（如式3-28或3-29）及（压缩弹簧）稳定性约束条件。除此之外，还可能有一些尺寸约束条件，如对内，外径的尺寸约束。 弹簧设计的任务是：要确定弹簧丝直径d，工作圈数n以及其他几何尺寸，使得能满足上述所有的约束条件，进一步地还要求相应的设计指标（如体重，重量，震动稳定性等）达到最好。 具体设计步骤为：先根据工作条件，要求等，试选弹簧材料，弹簧指数C。由于许用弯曲应力与d有关，所以往往还要事先假定弹簧丝的直径d，再按式计算出d,n的值及相应的其他尺寸。如果所得结果与设计条件不符合，则以上过程要重复进行，直到求得满足所有约束条件的解即为一个可行的方案。,4.家用收腹运动机的关键零件设计与造型,收腹运动机的总体尺寸为47.5（底座长）*80（靠背长）*50（总宽）。采用可伸缩式靠背，靠背2可以在靠背1中滑动，满足不同升高人的要求。整体结构紧凑，简单。收腹运动学原理，让头、肩和背的上半部都得到支撑，从而使运动完全依靠腹部力量，而且只在离地5080度区间活动，利用此家用收腹机进行帮助使用进行收腹锻炼，它能让腹部所有肌肉都动起来，可以完全替代普通仰卧起坐，并且甚至可以比普通仰卧起坐达到更好的锻炼效果。拆卸简单，可折叠收藏，储存占用空间小。同时弹簧更换简单，维修成本低。,总体方案,底座,人体臀部与收腹机底座表面是直接接触的，人坐在上面时，底座要承受人体的大部分重量，起到支撑的作用。由于人体臀部与底座是直接接触的，所以底座的大小要满足人体臀部的尺寸，因此底座的设计是在直径为38cm的圆为基础的,可以满足不同人们的需求。在底座的两侧设计了两个扶手，与底座相连接，当使用者在收腹机上进行锻炼时，手可以抓住扶手柄上。因为在使用者进行锻炼时，背部会随着靠背板作来回摆动，人体的重心也会不停的变换位置，所以双手握在扶手柄上可以帮助使用者稳定重心。底座的总长为47.5cm,符合前期设计的尺寸。底座的后部是连接靠背的构建，在底座的最后端，底座的上面。当然了人在收腹运动机上进行收腹运动时，不可能让臀部与底座直接接触，必须在上面放上一个软垫，保证一定的舒适度，这样使用者在长时间使用家用收腹运动机时才不会因为底座太硬而导致锻炼无法正常进行。所以，家用收腹运动机的底座表 面的软垫一定要选择比较柔软的且有韧性的皮质材料。底座后面的两个孔是为实现与靠背1的连接，底座与靠背1是用轴来连接的，这就要保证孔轴之间的间隙配合与孔轴的尺寸精度。当然了，也要保证底座后面两孔的同轴度，真正实现底座与靠背1之间的连接，并保证靠背1的可以自由的转动，实现家用收腹运动机的功能运动，达到锻炼腹部健身的作用。,靠背1,收腹机靠背1也是与人体直接接触的部分，与靠背1接触的是人体的背部，并且在使用者对收腹机进行使用的时候背部与靠背板间的压力是比较大的。靠背1与人体背部接触的部位必须保持一定的柔软度与舒适度，所以在靠背1上设计了6个圆形高弹性海绵滚动滑轮，分别套在靠背1三个圆杆上，一边运动，一边滚动按摩背部，疏通经络。同时也应该考虑到人体曲线的问题，人体背部曲线大致是呈现“S”的形状。使用者在使用收腹机时，为了保证一定的舒适度，就得保证与背部更大的接触面积，所以在收腹机靠背板外形的设计上应该尽量保证靠背板的设计曲线与人体背部曲线一致，所以在进行靠背1的设计的时候并没有把它设计成直线性，而是在靠背1下部设计了一个圆弧，使其呈现曲线形状，更好的贴 紧人体的背部，保证舒适度与达到健身的目的。由于靠背2要安装在靠背1上，并且还要可以自由的伸缩，保证不同升高的人的锻炼需要。所以靠背1中要有一段掏空部分，来安装靠背2，并且保证靠背2可以在其中自由的活动，这就要在加工时，使掏空部分有着较高的表面粗糙度与尺寸的精度。在靠背一的背后，还要设计一个销孔，实现靠背1与连杆的连接。靠背1的下面也要做成圆柱孔的形式，用轴实现其与底座的连接，是其可以自由的转动，这就要求孔与轴之间的间隙配合并保证孔轴的尺寸精度，对加工有一定的要求。,靠背2,家用收腹运动机的靠背2是与人体头部直接接触的，人的头部靠在上面了之后，应该保证一定的人体舒适度，并起到以一定的支撑作用。由总体方案可以知道，靠背2 的总长应该为40cm，满足设计需要。不同人的人体身高是不一样的，所以我把靠背设计成了靠背1与靠背2两部分，靠背2可以在靠背1中活动，就实现了可以随时调节高度，这样就满足了不同身高的人的使用需要。由于靠背2要在靠背1中自由活动，这就要保证靠背1与靠背2 之间的配合以及靠背1与靠背2的尺寸精度。还有一点就是人体头部靠在靠背板上的部分，如果是设计出带点曲面的形状，人的头部靠在上面就像靠在枕头上一样，那样的舒适度是可想而知了，在锻炼身体的同时大脑可以得到完全的放松。靠背2的上面要装上2个高弹性圆柱海绵，保证头部的舒适度，同时指进行收腹运动的过程中还可以起到头部按摩的作用，疏通筋脉，活血通淤,各个部件三维造型图,装配图,运动仿真,谢谢聆听,