漫步机设计文档格式.docx
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五、结构说明与材料选择10
六、设计总结12
七、零件附录13
室外健身设备漫步机设计
1.设计要求
1)设计用于锻炼全身协调能力、腰部肌肉和下肢力量的设备。
2)连续前后摆动,载荷较平稳。
3)使用期限较长,适合批量生产,能经受室外多种环境因素,无须经常性维修。
2.原始数据
参考图片
名称:
漫步机
二、产品介绍
1.使用特点
漫步机为使用方便、简易的健身器材,具有塑身、提臀等多种效果;
一机多
功能,脚部做滑步运动,手臂配合做摇摆运动。
消除腹部多余的脂肪,塑造您健美的曲线。
此外,对于膝关节、髋关节及腿部疾病有一定康复作用。
锻炼方法:
双手握紧把手,脚踏踏板上,两脚前后交替自然摆动,进行漫步动作。
使用漫步机锻炼,宜采用“慢―小―快―大―慢”的循环方式,一般以3分钟为一组,做一组休息1―2分钟,每次3―5组。
注意事项:
a.漫步摆动幅度不宜过大,两腿间夹角保持在100―130度最合适,以免伤
害;
b.儿童不宜选用该器械;
c.禁止双脚站在漫步机一侧或同时使用同一漫步机。
2.结构及设计特点
运动简图
左摆极限
右摆极限
实体
支架
等高线
摆动轨迹
3.维护及保养:
a.器材上使用的轴、螺栓、滚动轴承等位,应定期进行润滑处理,以提高器材的使用寿命。
例如:
涂覆或浸入油脂等;
b.对人体接触的部位,应注意磨损程度,以确保您的人身安全。
三、计算轴的受力,进行强度校核
[假设:
成年男子的平均体重约为70kg(女子与小孩可不予考虑计算),计算取值100kg作分析。
步行速度约为60-75cm每秒,跑步平均速度为5~6米每秒,这里取后者列入计算。
]
已知条件:
两踏板受力为100kg,人对踏板施加一运动均速度,其大小为5米/秒。
轴A材质为45号钢,直径为4mm。
试校核轴A强度是否符合设计要求?
分析:
杆件从C处转到C'
(左极限)处,经过角度为X,轴A所受力可分解为切线速度形成的力F'
=mv2/r、向心力Fr'
和所受重力G。
计算中,为预防零件松动、使用者单脚操作等情况,将人、踏板、连杆AC、连杆BD的质量列入质量m作计算。
踏板CD、连杆AC、连杆BD材料为45号钢,详见图1。
图1
由软件分析结果有:
所求物体重量:
m物=(4.9616844+2.8594515+4.9302813+1.2382391*10)kg
=25.1338082kg
取整数值26kg,以补偿其他小零件的质量,简化计算。
图2
1)轴力计算:
如图2所示,当其运动到C点处时,A点受力最大。
其大小为Fmax=mv2/r+G=m(v2/r+g)
计算:
m=m物+m人=(26+100)kg=126kgv=5m/s
g取整数值10N/kgr=60cm=0.6m
求值:
Fmax=m(v2/r+g)=126*(5^2/0.6+10)N=6510N
2)强度计算
图3
建立坐标系yAx,画出悬臂梁AB的计算简图。
假想离A端x的Ⅰ-Ⅰ截面处将梁截开,留左段研究。
列平衡方程(以截面形心C为矩心),求Q和M:
得到任意截面上的剪力
Q=F。
得到任意截面上的弯矩
所以,梁内的最大弯矩:
代入数据,求得:
剪力:
Q=Fmax=6510N
最大弯矩:
[M]max=Fmax*LAB=6510*0.09N.m=585.9N.m
计算可得:
A、切应力=6510N/(0.04m*0.06m)
=2712500Pa=2.7125MPa
查表知,45号钢的许可切应力高达80MPa,远大于实际受力情况,符合设计的抗剪强度要求。
B、查表知,实心圆截面的抗弯截面模量为WZ≈0.1d3(A轴直径d=0.04m)
45号钢的弯曲许用应力为:
[σw]=220MPa
[M]max/WZ=585.9N.m/0.1*0.043m3
=91546875Pa=91.546875MPa<
220MPa=[σw]
符合抗弯强度条件。
综合A、B的计算可知,材料为45号钢、直径为4cm的轴符合设计要求。
同理,可校核长轴的材料强度。
(由图2可知长轴受力没有短轴大,此处可忽略不计)
四、滚动轴承的选择
1.根据要求,所选的低速轴直径为40mm,施加在轴上的垂直方向力最大为Fmax=6252N。
查表得知,代号为6008的轴承d=40mm,能承受的基本额定动载荷、额定静载荷分别为17.0KN、11.8KN,符合强度要求。
2.为了防止滚动轴承的左右移动,在其内侧放置一扣环。
材料为45号钢,具体参数如下:
五、结构说明与材料选择
1.连接方式:
连杆之间以铰链连接,轴
与端面为过盈配合。
2.滚动轴承置于轴之上,安装扣环是为了防止滚动轴承的径向滑动。
挡板直径与圆面一致,作为拧紧螺栓的受力面。
3.由于滚动轴承的速度较低,所以可用脂润滑。
查[2]表7-2,选用钙基润滑脂(GB/T491-1987),代号为L-XAMHA1。
4.选材说明
机架——采用¢60mm×
600mm高、壁厚5mm和¢60mm×
1000mm高、壁厚5mm以及¢80mm×
200mm高、壁厚20mm的45号钢管(管材质量符合BS1387-1985标准要求,技术标准符合BS1387-1985要求);
焊接采用氩弧焊及CO2气体保护焊(符合GB/T8810-1995要求)。
整体加工成型后经除油、磷化、抛丸处理,表面喷涂户外环保聚酯喷末涂料,高温固化,表面光滑,抗紫外线,色彩鲜艳,不易脱落。
踏板和横板采用5mm的45号钢板压铸成型(符合GB/T11352-1989要求)。
采用氩弧焊及CO2气体保护焊的焊接方式连接成型。
连杆和扣环用材也为45号钢。
轴承采用深沟球轴承(符合GB/T276-1994要求),轴承代号为6008。
螺栓——采用不锈钢316#材质(符合GB/T1221-1992精度标准要求)
其型号以及尺寸如下图所示:
六、设计总结
通过设计,该漫步机具有以下特点及优点:
1)能满足所需的摆动要求
齿轮传动能实现稳定的传动比,该减速器为满足设计要求而设计了1∶21.36的总传动比。
2)轴具有足够的强度及刚度
所选数据皆为较大数值,具有代表性,且通过软件分析将设备本身的质量加入计算,求得的应力值远小于许用应力,强度等性能得以保证。
3)设计尺寸符合人机学要求
各部件尺寸参考人机工程学数据,符合大多数人的使用要求,踏板的大尺寸底面积和竖起的边缘,有利于脚的摆放,防止使用中因脚的移动造成隐患。
4)安全性能和使用性能
护盖和扣环的合理使用,既能防止使用者接触受力部位,又能确保运动的准确传达。
5)由于时间紧迫,所以本次设计存在许多缺点,比如说零件厚度过大,重量较大,滚动轴承计算不够精确等等缺陷,希望能在以后的设计工作中做得更好、更精细。
七、零件附录
挡板
螺栓
深沟球滚动轴承6008
长、短转轴
长轴
短轴
挡圈
踏板与长(短)轴的连接
轴与长(短)轴的连接
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- 关 键 词:
- 漫步 设计