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在生活上,机械按摩椅给国民带来慢运动、按摩放松的休闲方式。
关键词:
脚踏式按摩慢运动
引言
在社会不断发展的今天,人们对生活质量的要求也随之增高。
消费者在经过
长时间压抑的工作及长时间的不运动,都需要稍微适当运动来放松身体来达到身体血液循环平衡、供氧充足。
在选择放松方式时,消费者有很多选择。
例如消费者可以在自己的办公室、房间来回走动放松或采取按摩椅来放松。
按摩椅在市场上均为电动按摩椅(价格昂贵,有一定的电磁波辐射),一般采用振动、挤压按摩。
如果在按摩时,再加上消费者自身的运动而且是慢运动,那是一件锦上添花、完美的事。
消费者不仅可以得到按摩放松,而且更难得的是可以通过自身慢运动得到通筋活血,减肥收脂的功效。
而这款按摩椅便是会受到消费者青睐的“机械按摩椅”。
“机械按摩椅”实现了通过自身慢运动而获得按摩放松,实现了科学环保的设计理念。
这是按摩椅设计史上一大壮举之一!
1产品创新简介
机械按摩椅是一款通过人工踩踏踏板,驱动链轮,带动链条,驱动齿轮等一系列复杂的传动构成的按摩椅。
机械按摩椅最大的特点便是消费者用自己的脚踩踏踏板(类似于骑自行车),便能获得按摩放松。
而其它的按摩椅则是通过通电,用电机驱动来完成实现按摩。
这就体现了机械按摩椅的节能环保的科学设计理念。
在工作之余,在家闲暇之余,消费者都可以使用所设计的机械按摩椅。
该机械按摩椅与普通单个沙发椅一般大小,可以在室内占据合理的空间;
使用机械按摩椅时,按摩椅上的按摩器能准确地进行轻捶、揉压背部穴位,来达到通筋活血的功效。
再之,消费者在踩踏踏板转动则是一种慢运动。
对于爱美女性而言,便具有减肥收脂美腿的功效。
而踏板、椅面都设有小型按摩球,也起到挤压穴位按摩的作用。
相信,机械按摩椅能造福于广大消费者,在市场上占有一定的份额。
2机械按摩椅总体设计
2.1传动装置设计
机械按摩椅输入功率P:
50~100w,输入转速n:
15~60r/min.
机械按摩椅是一款纯机械传动的按摩椅。
无配电机,实现了科学环保的设计理念。
机械按摩椅的机械传动机构主要由链条传动、齿轮传动、曲柄滑块三大传动机构组成。
链条传动采用单排滚子链作为传动介质,其中有两张紧轮作为导向、张紧链条作用;
齿轮传动则是采用圆柱直齿齿轮,有两对外啮合齿轮,分别位于链轮的两侧,在传动中起到了平衡传输功率的作用;
曲柄滑块机构则是由曲轴、连杆、滑块构成,起到实现按摩作用
三大传动机构空间布置及功能实现:
链轮1装在踏轴1上,链轮2装在踏轴2上,链轮1链轮2由单排滚子链连接;
踏齿轮2分别布置在踏轴2上,在链轮2的两侧,对称布置,踏齿轮3分别布置在与踏齿轮2相对应的位置踏轴3上,分别与对应的踏齿轮2想啮合;
曲柄滑块机构有两组,对称布置在踏轴3上,两踏齿轮3之间。
传动装置图如
图1。
图1传动机构图
柄滑块工作一一按摩器2工作。
三维效果图如图2
图2三维传动机构图
2.2总体尺寸设计
机械按摩椅尺寸设计要求:
按摩椅总体尺寸大小要合理,经济科学,以最适宜的量,发挥最大的作用。
机械按摩椅尺寸设计方案:
根据一般的家庭椅子、沙发、及电动按摩椅的外观结构尺寸,调查发现,长
为500~1200mm,宽为400~700mm,高(椅面离地高度)为500~750mm。
机械按摩椅根据自身的结构特点,以及综合因素,合理的设计尺寸如下:
长
为500mm,宽为650mm,高为600mm,前支座离椅端面距离为400mm,踏轴1离椅面为320mm.总体尺寸示意如图3。
图3总体尺寸图
3链条传动设计
3.1链传动的主要参数
a•链的节距和排数
链节距越大,贝U链的零件尺寸越大,承载能力越强,但传动时的不平稳性、动载荷和噪声也越大。
链的排数越多,则其承载能力增强,传动的轴向尺寸也越大。
因此,选择链条时应在满足承载能力要求的前提下,尽量选用较小节距的单排链,当在高速大功率时,可选用小节距的多排链。
b.链轮齿数和传动比
为保证传动平稳,减少冲击和动载荷,小链轮齿数Z1不宜过小(一般应大
于17),通常按表1选取。
大链论齿数Z2=iZl,Z2不宜过多,齿数过多除了会增大传动尺寸和重量外,还会出现跳齿和脱链等现象,通常在Z1V120.小链轮齿
数要求如表1。
表1小链轮齿数
链速v/(m/s)
0.6〜3
3〜8
>
8
Z1
17
21
35
滚子链的传动比i(i=Z2/z1)不宜大于7,—般推荐i=2~3.5,只有在低速时i才可取大些。
i过大,链条在小链轮上的包角减小,啮合的轮齿数减少,从而加速轮齿的磨损。
c.中心距和链节数
如果中心距过小,则链条在小链轮上的包角较小,会导致磨损的加剧,且易产生跳齿、脱链等现象。
同时链条的绕转次数增多,加剧了疲劳磨损,从而影响链条的寿命。
若中心距过大,则链传动的结构过大,且由于链条松边的垂直度大而产生抖动
3.2链传动计算
传递功率P=100w=0.1kw,转速ni=60r/min。
传动比ii2=ni/n2=60/40=1.5。
初步估计链速v0.6m/s,由《机械设计基础》表9.9查得小链轮zi=19,
Z2=ii*zi=28。
A确定链节数
初定中心距a0=90p。
Lp=2a0/p+(zi+Z2)/2+p(z2-zi)2/(39.5a0)2=180+23.5+102/(9039.5)=2
03.5=204节。
B根据计算功率确定链型号
查表得工况系数KA=1,主动轮系数Kz=1.52,链排系数Kp=1。
Pc=KAKzP/Kp=1.0X1.52X0.1=0.152kw。
根据Pc=0.152kw,ni=60r/min,从机械传动手册查表得取用08A型号链。
节距p=12.7mm。
验算链速V=zipni/(60X1000)=19X12.7X60/(60X1000)=0.24m/s<
0.6m/s。
故符合范围。
最大中心距a=a0=90p=1143mm。
3.3链轮的选用
链轮已标准化,无需设计计算,选用即可。
根据轴的设计尺寸,及链的型号,节距,两个链轮分别选用:
链轮1如表2
表2链轮1参数表
Z
d
di
L
B
P
19
22
40
36
7.85
12.7
链轮2如表3
表3链轮2参数表
28
45
链轮链条效果如图4
图4链条链轮装配图
4轴的设计
4.1轴的设计方法
轴的设计步骤:
(1)根据轴的工作条件选择材料,确定许用应力。
(2)按扭转强度估算出轴的最小直径。
(3)设计轴的结构。
(4)按弯扭合成进行轴的强度校核。
(5)修改轴的结构再进行校核计算。
(6)绘制轴的零件图。
需要指出的是:
(1)一般情况下设计轴时不必进行轴的刚度、振动、稳定
性等校核。
如需要进行轴的刚度校核时,也只作轴的弯曲刚度校核。
(2)对用于
重要场合的轴、高速转动的轴应采用疲劳强度校核计算方法进行轴的强度校核。
4.2各轴的结构设计
在机械按摩椅中,有三根主要运动轴,即踏轴1、踏轴2、踏轴3。
这三轴
分别起到动力传输、驱动按摩器的作用。
踏轴1的结构设计:
踏轴1是阶梯轴,是输入功率第一接收轴,并带动链条运作。
踏轴1上装
有齿数为19的链轮1,深沟球轴承,及踏板的连杆。
因此踏轴1的结构设计如
图5踏轴1
踏轴1的c段安装19齿的链轮,采用平键周向定位,卡环轴向定位,在c区平键两侧设有卡环槽。
b、d区是安装轴承,采用轴肩定位(b、d的直径小于c的直径),基轴制过盈配合。
a、e区是安装踏板连杆,两轴端有铣扁,各轴端铣两面,用于周向定位,传递转矩,采用卡环、轴肩定位,轴两端设有卡环槽。
踏轴2的结构设计:
踏轴2是阶梯轴,是输入功率第二接收轴,驱动齿轮和按摩器1运转。
踏轴2装有齿数为28的链轮2,按摩器1,齿轮,轴承。
因此踏轴2的结构设计如图6。
图6踏轴2
踏轴2的d段安装28齿的链轮,采用平键周向定位,卡环轴向定位,在d区平键两侧设有卡环槽。
c、e段是安装按摩器1,c、e段各铣两面用于周向定位,传递转矩,基轴制过盈配合,采用轴肩轴向定位。
b、f段是安装齿轮,采
踏轴3的结构设计:
踏轴3是曲轴,是输入功率第三接收轴,驱动按摩器2运作。
踏轴3装有
按摩器2、齿轮、轴承。
因此踏轴2的结构设计如图7。
h
图7踏轴3
踏轴3的c、d段安装按摩器的连杆。
采用双轴肩轴向定位,基轴制的间隙配合。
b、e段是安装齿轮,采用平键周向定位,轴肩,套筒轴向定位。
a、f段
是安装轴承,轴肩轴向定位,基轴制过盈配合。
4.3各轴尺寸、强度计算
踏轴1的尺寸、强度计算:
输入功率P=70~100w,n=60r/min。
由于中小功率选用材料45调质钢,由《机械设计基础》表14.7查得强度极
限犯=650MPa。
按脉动循环处理【3ob】=70MPa。
由《机械设计基础》表14.1查得c=107〜118,
dC3p/n=107~11830.1/60mm=12.7mm。
由于轴两端铣扁的存在,直径加大3%~5%,取直径为d13~14.7mm。
a、e段装踏板连杆,取da=de=13mm,La=Le=25mm。
b、d段是装
轴承,考虑轴承的选用,取db=dd=17mm,Lb=Ld=18mm。
c段是安装19齿的链轮,考虑链轮的选用,取dc=22mm,Lc=56mm。
踏轴1全长为142mm。
套用自行车踏轴最小直径d12mm,故踏轴1的强度符合要求,无需进行强度校核计算。
踏轴2的尺寸、强度计算:
输入p=0.1kw,n=40r/min.中小功率,材料选用45调质钢。
由《机械设计基础》表14.7查得强度极限Sb=650MPa,按脉动处理。
【紅】=70MPa,由表14.1查得c=107〜118odC3p/n=107~11830.1/40mm=14.5〜16mmo
由于考虑到轴承选用安装,取最小轴径da=dg=17mm;
考虑到b,f段是安装齿轮,取db=df=20mm;
考虑到c,e段是安装按摩器1,取dc=de=24mm,考虑到d段是安装链轮,取dd=28mm。
确定轴长
考虑到轴承的选用安装,齿轮用套筒轴向定位,取La=Lg=32mm,
Lb=Lf=28mm。
考虑到按摩器1的安装,及与箱体的安装,取Lc=Le=121mm。
考虑到链轮2的安装,取Ld=58mm。
踏轴2全长为420mm。
踏轴2的强度计算:
已知主动轮即踏齿轮2的圆周力Ft1=Ft2=420N,径向力Fr1=Fr2=120N,轴向力Fa=60N,L1=L3=50mm,L2=320mm,轴的受力图如图8,H水平面受力图如图9
图8轴的受力图
H水平面
1
尸1!
L1BL2(
-L3'
FHA
图9H水平面受力图
400
FhA=[Ft2L3+Ft1(L2+L3)]/(L1+L2+L3)=Ft1(L2+2L3)/(L1+L2+L3)=420
/400=420N
Fhd=[FtiLi+Ft2(L2+Li)]/(Li+L2+L3)=Fti(L2+2Li)/(L1+L2+L3)=420
/400=420N。
Mhb=FhaLi=42050=21000Nmm,
Mhc=FHdL3=42050=21000Nmm。
H面弯矩图如图10。
图10H面弯矩图
V平面力系
V平面受力图如图11。
Fa1
Fa2
Fr?
FVA
I'
I
L2
f
-L3
'
FVD
图11V平面受力图
FvA=[Fri(L2+L3)-(Fad/2)2]/(L1+L2+L3)=[120(300+50)+12050-60
80]/400=108N,
Fvd=[Fr1L1+Fr2(L1+L2)+Fad]/(L1+L2+L3)=120+60X80/400=132N
Mvb=FvaL1=108X50=5400Nmm,
Mvc=FvdL3=132X50=6600Nmm。
V面弯矩图如图12。
图12V面弯矩图
M=.MhMv。
Mb=JMHbmVb=J(42050)2(10850)2=21683Nmm,
Mc=■mHcmVc=、(42050)2(13250)2=22013Nmm。
图13总弯矩图
T=9.55X106P/n=9.5X106X0.1/60=15916Nmm,
MeB=..216832(0.615916)2=23692.8Nmm,
Mec=,220132(0.615916)2=23995.1Nmm。
总弯矩图如图13。
故MeC面为危险横截面。
故校核EeC=MeC/W=23995.1/(0.1X403)MPa=23955=3.7492MPa
而【S-ib】=70MPa,§
ec【&
ib】的条件,设计轴有足够的强度,并有一定的裕量。
踏轴3的尺寸、强度计算:
第三踏轴因载荷于第二踏轴相近,高出不多,只需将最小轴径加大3%,即
可。
d=17X(1+3%)=17.51。
由于轴承的选用安装,取da=df=20mm;
考虑到齿轮的安装,取db=de=24mm;
考虑到齿轮的轴向定位,取dh=di=28mm;
考虑到连杆的安装,取dc=dd=18mm。
考虑到轴承的选用安装,齿轮用套筒轴向定位,取La=Lf=33mm,Lb=Le=26mm;
考虑到齿轮的轴向定位,取Lh=Li=9mm;
考虑到连杆的安装和运作,取Lc=Ld=24mm。
踏轴3全长为420mm。
由于踏轴3受到的负载不大,与踏轴2相近,无需进行强度计算。
5齿轮的设计
5.1齿轮的基本参数和啮合要求
标准直齿圆柱齿轮的基本参数有5个:
z、m、a、ha*、c*,其中ha*称为齿高系数,c*称为顶隙系数。
我国规定的标准值ha*=1,c*=0.25。
两渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件:
m1=m2=m;
a1=a2=a。
即两齿轮的模数和压力角分别相等。
5.2齿轮的尺寸和强度计算
在机械按摩椅结构设计中,有两组渐开线直齿圆柱齿轮,分别为踏齿轮2,
踏齿轮3,各两个,总共4个。
踏齿轮2与踏齿轮3相啮合(外啮合),来完成动力传输工作。
踏齿轮2是外啮合中的主动轮,齿轮啮合是起到减速的作用,故踏齿轮2的齿数要少于踏齿轮3。
确定m=2,i=2,a=20°
。
踏齿轮2的设计
m=2,a=2°
°
zi=4°
d=mz=80。
bi=30mm,
ha*=1,ha=ha*m=2mm,
da=d+2ha=80+4=84mm。
踏齿轮3的设计:
m=2,z2=80。
d=mz=2X80=160mm,
a=20°
,
b2=28,
ha*=1,ha=ha*m=2mm。
da=d+2ha=160+4=164。
由于踏齿轮2为主动轮,齿数少,踏齿轮2的轮齿啮合的次数踏齿轮3的大,故踏齿轮2的轮齿磨损比踏齿轮3的要大,故踏齿轮2的齿宽设计比踏齿轮3大2mm,即踏齿轮2的齿宽bi=30mm,踏齿轮3的宽b2=28。
踏齿轮2、踏齿轮3都采用平键来传递扭矩。
踏齿轮2是采用6X6xiOmm的平键,踏齿轮3是采用8X7X14mm的平键。
6按摩椅按摩器,整体外观功能设计
6.1按摩椅按摩器设计
在机械按摩椅的设计中,主要有两组类别的按摩器,即按摩器1,按摩器2o这两按摩器在机械按摩椅功能实现的过程中,起着非常重要的作用。
按摩器1
对人体的背腰部的穴位能进行挤压、刮压的按摩,促进人体的血液循环。
按摩器2对人体的背部有捶背的功能,能使紧张的人体瞬间得到放松。
按摩器1的设计:
按摩器1主要针对人体背腰部的穴位进行设计的,因此,按摩器1上的按
摩小球起着关键性的作用。
按摩器1随着踏轴2的转动而转动,按摩小球便能对人体背腰部穴位进行挤压、刮压的按摩。
按摩器1的设计图如图14,图15,
图16
*
图14按摩器1的按摩小球
图15按摩器1装配
图16按摩器1尺寸
按摩器1全长200mm,按摩小球直径为10mm,按摩小球离开椅面能有
5~7mm,能更好的按摩
按摩器2的设计:
按摩器2主要是针对人体的背部按摩(即捶背按摩)进行设计的。
按摩器2的工作头部分是仿生学的产物,是模仿人的手拳头进行设计的。
按摩器2工作时,仿佛就是人的手给人体背部舒服的捶背,使人体得到一定的放松,使人精神抖擞,工作效率更佳。
按摩器2是曲柄滑块机构的一部分,随曲轴的转动而上、下地作往复运动,来完成实现捶背按摩。
按摩器2的设计图如图17,图18,图19。
图19按摩器2尺寸
按摩器2的全长257mm,由拳头工作头、长方体块、圆柱杆、圆柱滑块组
成。
长方体块规格为28X28X65mm,圆柱杆底径为15mm,高44mm;
圆柱滑块上有直径为6mm的圆柱销来连接连杆的,有两直径为6mm通孔,在滑块端面对称布置,是用于连接导轨,起导向作用,使滑块能上下作往复运动。
6.2椅面和踏板设计
椅面的设计是决定人体对机械按摩椅的感知程度。
故椅面设计是机械按摩椅
设计中的重要部分之一。
假设椅面是一般的椅面,比如是平的,那么按摩器发挥
的效果不能完全的体现出来,人也不能感受到此款按摩椅带来的乐趣。
故椅面设计要有独特的一面,要符合人体工程学,要把机械按摩椅的价值体现出来。
椅面的设计:
椅面与人体的背部接触,要有留一定的空间,来让按摩椅更好的工作,并能让人更佳体验按摩。
故将椅面设计成V字形,让人体的背部能更
好嵌在椅面,同时按摩器也能更好地进行按摩工作。
为了增加按摩的效果,将椅面分成两块区域,即背部区域,腰部区域。
背部区域布置有直径为10mm的按
摩小球,腰部区域布置有直径为5mm的按摩小球。
因此,由于按摩小球的存在,这些小球将能挤压刺激背、腰部穴位,能增进人体血液循环;
在椅面的上端设有一个凹陷的枕头,能容放人体头部。
在枕头下方(即椅面长550mm处)设有
两个打通的长方形按摩器2工作区域,并对称布置;
在椅面长251mm处也设有打通的长方形按摩器1工作区域,并对称布置。
设计效果图如图20,图21o
图20椅面
图21椅面整体设计
踏板设计:
踏板是人的脚板第一接触者,也是功率输入的第一受力者。
人的脚踩踏踏板,才能驱动按摩椅工作。
故踏板必须有一定的强度,并有良好的外观。
故踏板的设计采用人体工程学。
模仿人的脚板设计,并在它表面上设置有按摩小球。
当人在踩踏踏板时,小球便会刺激人的脚板神经,仿佛就是行走在布有小鹅卵石的小溪中,亲近自然。
踏板长280mmX宽(足弓处)96mmX厚30mm,踏板足弓处设有直径为10mm销轴通孔,按摩小球直径为8mm。
踏板设计效果图如图22,图23。
图22踏板图23装配
结论
通过这次对机械按摩椅的设计,更深刻的全面的了解了机械传动机构的原理和设计方法,也充分的意识到对产品创新带来的乐趣。
这次设计,让我在较短的时间内基本掌握了轴、链传动、齿轮的设计方法,及如何把握整体尺寸的设计方法。
同时,在计算机软件应用方面也有很大的提高。
这些都更好地锻炼了自己的自学能力,学会如何收集资料和运用资料,也很大提高了自己的独立思考和动手学习能力,将会给以后的工作有很大的帮助。
谢辞
在这次毕业设计中,我要衷心地感谢我的指导老师。
老师对我精心的指导,使我才能更好更快地完成我的毕业设计。
从中,我学会了机械传动原理和设计方法,也体会到了做人的成功在于在不断坚持努力,才能到达胜利的顶峰。
祝老师们身体健康,万事如意。
通过本次设计,我的学习能力有了质的提高,对人生意义也有了一定的领悟。
参考文献
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⑹江耕华•《机械传动设计手册》•煤炭工业出版社,1982,12:
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