平步機的課件

機械原理課程設計平步機的設計設計者：陳玉、杜周勃、李永富平步機與機構簡介：一、平步機簡介：平步機是一種室外健身器材，平步機的外形如下所示：

（1）平步機的功能：增強心肺功能以及下肢腰部力量，改善下肢柔韌性及協調能力；提高下肢各關節(jié)的穩(wěn)定性，對腰肌勞損、下至活動障礙、肌肉無力，肌肉萎縮等有康復作用。（2）平步機的使用方法：雙手握經把手，雙腳立于踏板上，兩腳前后交替自然擺動，進行漫步動作。人的腳踏于連桿上，通過作用于連桿的力帶動曲柄和搖桿完成往復轉動和擺動二、機構簡介：平步機的機構為一曲柄搖桿機構，結構簡圖為：

實際測量的已知設計數據：已知數據：扶手高度1005 mm 扶手長度 160mm扶手直徑430mm所站空間為長×寬×高=900×600×1350mm

設計內容

一、平步機尺寸的確定

1、扶手的高度

2、扶手的長度

3、扶手的直徑

4、總體的長、寬、高

二、機構的運動分析1、踏板的軌跡分析

2、踏板的速度分析三、機構的載荷1．扶手：（1）、扶手的高度分析：人機工程數據：以踏板為基準面進行計算，舒適時的相關數據：①左右腳分開長度：150---250mm2010年2月份《國家統(tǒng)計局》公布的中國人的平均身高：男178.45cm；女：164.75cm大量試驗表明：當雙手與肩的高度為手高等于肩高，抓握處于最舒適狀態(tài)，當手高略低于肩高，抓握基本處于舒適狀態(tài)，當手高低于肩高，抓握處于可接受狀態(tài)。手高高于肩高，抓握處于不可接受狀態(tài)，因為如果扶手的高度高于認得肘部，上臂將要上舉，會使兼肩、背以及手部肌肉承受靜負荷，時間長了將導致疲勞；同時手腕處于掌屈、背屈、尺偏等別扭的狀態(tài)時，就會產生腕部酸疼、握力我們取值1060mm，原因如下：兩扶手之間的距離略寬于踏板之間的寬度，而踏板的寬度由略寬于肩寬，因此當健身者兩手握緊把手時，兩臂必然展開，肘肩部將升高50--100mm，身材矮小者，臂幅幅度大，我們取肩部升高100計算，則此時肘高為：H=1060+100=1160mm，確定扶手高度的功能修正量。因為我們的鞋子有一定的高度，扶手高度要考慮鞋底高度的修正量一般鞋底高10--30之間，則此時扶手高度在1170---1200mm之間。因確定扶手高度對健身者的運動心理產生的影響較小，因此對扶手的高度無需考慮心理修正量。綜合各種因素考慮平步機的扶手高度：尺寸應在1170--1200mm之間。（3）、扶手膠套的長度設計：扶手的長度應以手掌寬度作為尺寸分析基準。為保證絕大多數健身者能夠有利抓握，應取手掌寬度98百分尺寸105mm作為設計基準。但是如果扶手長度與手掌寬度相差不大，健身者抓握時會產生不安全感，因此要增加心理修正量，綜上長度取值為160---180mm之間。GB/T13547-92表1我國成人男女人體部分主要數據[1]（單位：mm）平步機的長度為踏板的長度計算公式:踏板的長度=人到把手的距離+修正量人到把手的距離不能太近，最近距離不得低于男性P95的鉛筆功能最小尺寸即376mm，不能相距太遠，最遠距離不能超過女性P95的上肢功能最大尺寸即607mm,我們?yōu)榱耸菇∩碚吣軌虻确鹊剡\動，還是要增加前后端的心理修正量，前端在視野范圍呢，所以修正值較大些，一般為150--200，后端修正量因為不在視野范圍內，所以后端修正值范圍為100---150范圍內。我們選取前端修正值為200，后端修正值為150，綜上，踏板的長度為600+200+150=950mm平步機的寬度計算公式：平步機的寬度=兩個踏板的寬度+間距。人在自然行走時兩腳間距一般取500mm，踏板的間距也取500mm，根據人機工程學測得人腳的寬度為105mm人腳踏在踏板上時，踏板的兩側要有余量，以給人以足夠的安全感，增加左右兩側心理修正量，2*2---2*5范圍內。所以，寬度的范圍是570---650mm范圍內。我們以矮小者作為基準，取600，則對于身材高大者這個尺寸也是合適的。所以，平步機的寬度取值600綜上所述的幾點尺寸，我們計算優(yōu)化出了平步機基礎數據的尺寸值：最優(yōu)尺寸為驗證平步機的腳步實際軌跡是否與人在自然狀態(tài)下的腳步實際軌跡相嚙合，。腳部的實際軌跡可用橢圓軌跡來嚙合。如左圖所示：對比以上兩圖可知：踏板的軌跡與腳步運動軌跡基本嚙合，所以，我們可以判定，此曲柄搖桿機構符合要求。2、踏板的速度分析：我們取曲柄的擺角在60度范圍內，則由圖可知，對應的搖桿擺角為45.77度、我們測得實際生活中，人的平均速度為1.2m/s,所以我們可以判定，Ve<1.2m/s,踏板的速度符合人機工程。在同等情況符合人機工程時，優(yōu)先取加速度小的。人適應比較容易，合理。三、載荷的分析計算：計算條件與假設：對于健身者，我們一般取體重范圍：p95的男性和P5的女性體重之間，加上著裝修正量約為420---750N為了方便計算，我們不計摩擦，并作以下假設：立姿人體下肢的最大作用等于自重；人體恰好處于鍛煉過程中最不利于施加力的位置，即鍛煉者踏上踏板后，重心完全落在腳的的踏板一側，開始運動的瞬間，鍛煉者將重心移向較高的踏板一側，此時無運動慣性可以利用。所以，認得自重將會給機構產生一個阻力。又根據平步機是很有節(jié)奏的，運動生理學領域內，每分鐘50回轉已成為一種習慣性標準，所以，我們取曲柄50r/min的節(jié)奏較為合理若取負載上限為260，曲柄以50r/min的節(jié)奏轉動，可得ω=50/60=0.833radm/s人體對