畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-多功能高位下拉健身器材設(shè)計(jì)

學(xué)科分類(lèi)號(hào)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：多功能高位下拉健身器材院（系）：智能制造學(xué)院專(zhuān)業(yè)年級(jí)：22專(zhuān)升本機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2024年4月 ·廣東理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）多功能高位下拉健身器材Highpositionpull-downfitnessequipment學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師2024年4月April2024

摘要隨著我國(guó)人民對(duì)身體健康越來(lái)越看重，投入到健身中的人越來(lái)越多，人們?cè)絹?lái)越重視身體各個(gè)部位的鍛煉與強(qiáng)化。腰背軀干是身體最重要的部分之一，高位下拉和靜態(tài)劃船能夠很好的鍛煉到我們腰背的肌肉組織。本論文的研究是將高位下拉健身器材和靜態(tài)劃船健身器材是兩種不一樣的健身器材，通過(guò)設(shè)計(jì)把兩者整合成一臺(tái)健身器械，從而達(dá)到節(jié)省成本和多功能的實(shí)現(xiàn)[1]。本次設(shè)計(jì)的意義是為了實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用，功能實(shí)用，節(jié)省空間，節(jié)約成本，降低價(jià)格。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是將多種健身器械相同的部位統(tǒng)一使用，不同的部位通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行有效結(jié)合。通過(guò)此次多功能產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，將會(huì)為健身器器械市場(chǎng)帶來(lái)一個(gè)可觀的改變，在以后健身器械的發(fā)展上能夠取得更好的成績(jī)。關(guān)鍵詞:高位下拉；功能實(shí)用；健身器材AbstractWiththeincreasingimportanceplacedonphysicalhealthbytheChinesepeople,moreandmorepeopleareengagedinfitness,andpeoplearepayingmoreandmoreattentiontoexercisingandstrengtheningvariouspartsofthebody.Thewaist,back,andtrunkareoneofthemostimportantpartsofthebody.Highpositionpull-downandstaticrowingcaneffectivelyexercisethemuscletissueinourwaistandback.Theresearchofthispaperaimstointegratehigh-altitudepull-downfitnessequipmentandstaticrowingfitnessequipmentastwodifferenttypesoffitnessequipmentthroughdesign,inordertoachievecostsavingsandmultifunctionalimplementation.Thesignificanceofthisdesignistoachievemulti-purpose,practicalfunctions,spacesaving,costsaving,andpricereduction.Thisstructuraldesignaimstounifytheuseofthesamepartsofmultiplefitnessequipment,andeffectivelycombinedifferentpartsthroughmechanicaldesign.Throughthedesignofthismultifunctionalproduct,itwillbringaconsiderablechangetothefitnessequipmentmarketandachievebetterresultsinthedevelopmentoffitnessequipmentinthefuture.Keywords：Pull-down；functional；fitnessequipment ·目錄TOC\o"1-2"\h\u第1章緒論 21.1研究背景 21.2健身器材的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 31.3研究?jī)?nèi)容 4第2章現(xiàn)今體育健身器械的特點(diǎn)及方案的確定 52.1方案的確定與分析 52.2設(shè)計(jì)要求 52.3整體結(jié)構(gòu) 6第3章多功能高位下拉健身器材的設(shè)計(jì)過(guò)程 93.1設(shè)計(jì)材料的選定 93.2底座的設(shè)計(jì) 123.3支架的設(shè)計(jì) 133.4配重的設(shè)計(jì) 153.5滑輪的設(shè)計(jì) 173.6其他零件的設(shè)計(jì) 193.7標(biāo)準(zhǔn)件的選定 203.8配合公差的設(shè)計(jì) 203.9裝配 21第4章支架的建模與有限元分析 224.1有限元軟件介紹 224.2支架的建模與有限元分析 224.3支架模型的載荷和邊界條件 244.4計(jì)算求解及結(jié)果 24參考文獻(xiàn) 26致謝 27第2章總體設(shè)計(jì)方案確定2.1方案的確定與分析體育健身器材創(chuàng)新設(shè)計(jì)是一個(gè)貼近生活實(shí)際的主題,為了確定方案做了很多市場(chǎng)調(diào)查,并在網(wǎng)上收集了許多相關(guān)的信息,此外,我還采訪了許多教練和健身愛(ài)好者,最后在老師指導(dǎo)下,仔細(xì)考慮后確定了最終設(shè)計(jì)思路:因?yàn)榇蠖鄶?shù)的設(shè)備在目前市場(chǎng)上功能很多很復(fù)雜,一些產(chǎn)品的甚至含有18種功能,許多功能被閑置,而且由于設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,工作經(jīng)常出現(xiàn)故障,維修困難,隨著人民生活水平的提高,越來(lái)越多的人意識(shí)到公眾的健康,在學(xué)校,社區(qū)開(kāi)設(shè)了一些健身房,但由于中國(guó)人民的消費(fèi)水平仍不能滿足每個(gè)人到健身房消費(fèi),健身設(shè)備雖然超出了普通民眾的消費(fèi)水平,但仍然比去健身房更能負(fù)擔(dān)得起,相比較也更方便,因?yàn)樗麄儧](méi)有足夠的時(shí)間去健身房,而健身設(shè)備他們是負(fù)擔(dān)得起，由此可見(jiàn)，健身器材是有足夠多的消費(fèi)人群的。同時(shí),由于中國(guó)人口眾多,人們住房面積有限，人們沒(méi)有足夠的使用空間,所以在設(shè)計(jì)時(shí)明確定義了自己的設(shè)計(jì)方向,要求結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,安全性能較高,可以滿足人們各種各樣的肌肉鍛煉,增加鍛煉多功能性一方面,另一方面也注重在鍛煉的同時(shí)使人更舒適、方便。在功能上也進(jìn)行了優(yōu)化選擇,刪除一些不常用的功能,提高設(shè)備利用率,節(jié)省資源,滿足人們的健身需求。設(shè)計(jì)出一個(gè)多功能的健身器材,其提供的鍛煉是單一的,但是卻提供了許多其他功能。與此同時(shí),根據(jù)調(diào)查,現(xiàn)在人們主要鍛煉的方向?yàn)殄憻捫夭?肱二頭肌,三頭肌,腿部肌肉,所以設(shè)計(jì)出這么一個(gè)多功能健身機(jī)，其可以提供三種類(lèi)型的鍛煉:鍛煉腿部,胸部，和手臂的拉桿運(yùn)動(dòng)[2]。三個(gè)功能集成,將使設(shè)備整體協(xié)調(diào),,看起來(lái)相對(duì)美觀(運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別安置在工具的在頂部,中間,和下部),這樣人們就可以鍛煉胸大肌，腹直肌,二頭肌,三頭肌,斜方肌,三角肌,背闊肌等肌肉[3]。2.2設(shè)計(jì)要求根據(jù)健身器械的要求，作品應(yīng)滿足一下要求：（1）只能提供單人鍛煉，但為多功能器械。（2）安全可靠，工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲。（3）鍛煉量可調(diào)節(jié)，每級(jí)五kg，操作方便。（4）相對(duì)市場(chǎng)上的健身器材，設(shè)計(jì)更合理，生產(chǎn)制造也更方便。（5）外型美觀，采用拼裝結(jié)構(gòu)，便于包裝運(yùn)輸。（6）利用合理的選材，保證足夠穩(wěn)定的受力的同時(shí)，降低成本（控制在2000元之內(nèi)）。2.3整體結(jié)構(gòu)（1）鍛煉機(jī)構(gòu)的組成鍛煉機(jī)構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)：由底座、立柱、支架、操縱機(jī)構(gòu)、上部支架、配重、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、配件、機(jī)架為整個(gè)機(jī)構(gòu)提供一個(gè)有效組合的平臺(tái),手臂鍛煉機(jī)構(gòu)通過(guò)拉手操作配重的上下移動(dòng),以達(dá)到鍛煉效果。結(jié)合考慮現(xiàn)在市場(chǎng)上的健身器械,很多單人使用的健身器材,但由于一些生產(chǎn)廠家為了降低成本，而降低產(chǎn)品的強(qiáng)度要求,因此一旦產(chǎn)品出現(xiàn)破損,會(huì)帶來(lái)維修困難，和使用時(shí)間降低的問(wèn)題。所以在材料的選擇上下了很大功夫,為避免這種情況發(fā)生。（2）鍛煉機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)方案的選擇方案一:采用帶傳動(dòng)方式定義:帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶間的摩擦和嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)帶輪。傳動(dòng)原理:以張緊在至少兩輪上帶作為中間撓性件，靠帶與輪接觸面間產(chǎn)生摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。優(yōu)點(diǎn):有過(guò)載保護(hù)作用，過(guò)載時(shí)帶在帶輪上打滑，可以防止其它器件損壞。傳動(dòng)帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是V帶沒(méi)有接頭，傳動(dòng)較平穩(wěn)，噪聲小。運(yùn)行平穩(wěn)無(wú)噪音。適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)(a=15m)制造、安裝精度要求不高缺點(diǎn):有彈性滑動(dòng)使傳動(dòng)比i不恒定張緊力較大(與合傳動(dòng)相比)軸上壓力較大結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊4)打滑，使帶壽命較短帶與帶輪間會(huì)產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場(chǎng)合。方案二:采用鏈傳動(dòng)方式定義:鏈傳動(dòng)也是一種撓性傳動(dòng)。它由鏈條和鏈輪組成。通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。工作原理:靠?jī)奢嗛g的鏈條(中間撓性元件)合來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn):平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，無(wú)滑動(dòng)。結(jié)構(gòu)緊湊，軸上壓力Q小。傳動(dòng)效率高n=98%。承載能力高P=100KW。可傳遞遠(yuǎn)距離傳動(dòng)a=5-6m，可用于溫度高、環(huán)境惡劣的場(chǎng)合.缺點(diǎn):瞬時(shí)傳動(dòng)比不恒定。傳動(dòng)不平穩(wěn)。傳動(dòng)時(shí)有噪音、沖擊。方案三：采用繩傳動(dòng)方式定義:靠緊繞在槽輪上的繩索與滑輪間的摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。繩傳動(dòng)由繩輪和作為撓性曳引元件的繩共同構(gòu)成。工作原理:靠緊繞在滑輪上的繩索滑槽輪間的摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：成本和體積遠(yuǎn)低于鏈和帶，與齒輪傳動(dòng)比，抗拉強(qiáng)度高。結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)單，成本極低，尤其是傳遞超大功率時(shí)更顯優(yōu)越。低噪聲、無(wú)空回、高剛度、小慣量、傳動(dòng)平穩(wěn)和維護(hù)費(fèi)用較低。缺點(diǎn):鋼絲打滑，不防水方案四:采用齒輪傳動(dòng)方式定義:利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)。工作原理:即一對(duì)相同模數(shù)（齒的形體）的齒輪相互嚙合將動(dòng)力由甲軸傳送給乙軸，以完成動(dòng)力傳遞。優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)效率高。傳動(dòng)比穩(wěn)定。精度高、工作可靠。齒輪傳動(dòng)可以在高功率、高精度、高速度以及精密位置控制要求高的場(chǎng)合進(jìn)行運(yùn)行輸送。缺點(diǎn)：成本較高。有些許的噪音。還要進(jìn)行定期檢查和潤(rùn)滑。比較方案一、方案二、方案三和方案四，健身器為室內(nèi)型器材，要求運(yùn)行平穩(wěn)且無(wú)噪聲和沖擊，有過(guò)載保護(hù)和緩沖吸振的作用。綜上所述，初步確定方案三較為合理，即采用繩傳動(dòng)的方案。第3章多功能高位下拉健身器材的設(shè)計(jì)想把一款實(shí)用的并且大眾能接受的健身產(chǎn)品設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出來(lái)很不容易，需要做好大量的市場(chǎng)調(diào)研，調(diào)研產(chǎn)品針對(duì)的消費(fèi)人群的需求，并且根據(jù)其切身實(shí)際的需求，設(shè)計(jì)出貼近人心的產(chǎn)品，設(shè)計(jì)好該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)規(guī)劃，畫(huà)出前期設(shè)計(jì)圖，拿出看得見(jiàn)的效果展示，并且反復(fù)的修正，選擇材料，進(jìn)行制造，并且檢驗(yàn)質(zhì)量?？梢钥吹贸鰜?lái)，一款優(yōu)秀的健身產(chǎn)品的成型是一個(gè)長(zhǎng)久而艱巨的任務(wù)，并且還要考慮，如何讓人們接受它，提高他在消費(fèi)人群心中的性價(jià)比。3.1設(shè)計(jì)材料的選定選擇合適的材料是重中之重，他是這款產(chǎn)品質(zhì)量的保證，使他更安全并且能使用的更長(zhǎng)久。由此可見(jiàn)，他的重要性，并且要為此付出很多的時(shí)間，根據(jù)不同的場(chǎng)合又要對(duì)制造材料進(jìn)行選擇，不能有一點(diǎn)大意。選擇過(guò)于優(yōu)秀的制造材料又會(huì)增加它的成本，加工時(shí)的難度也會(huì)增加(產(chǎn)品材料的強(qiáng)度和硬度的影響)。針對(duì)健身產(chǎn)品本身來(lái)考慮，很多要選擇板材和興才進(jìn)行焊接，這就要求它需要有足夠好的焊接性能。來(lái)進(jìn)行材料的選擇，這款產(chǎn)品要經(jīng)過(guò)考慮在滿足它的性能的前提下選購(gòu)其配用產(chǎn)品，以此來(lái)降低它的成本，為此對(duì)市場(chǎng)上的常用鋼材型號(hào)、性能特性[7]進(jìn)行了調(diào)研:45鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,是最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼。主要特征:最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼,綜合力學(xué)性能良好,淬透性低,水淬時(shí)易生裂紋。小型件宜采用調(diào)質(zhì)處理,大型件宜采用正火處理。應(yīng)用舉例:主要用于制造強(qiáng)度高的運(yùn)動(dòng)件,如透平機(jī)葉輪、壓縮機(jī)活塞。軸、齒輪、齒條、蝸桿等。焊接件注意煌前預(yù)熱,焊后消除應(yīng)力退火。Q235：最常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼。主要特征:具有高的塑性、韌性和焊接性能、冷沖壓性能,以及一定的強(qiáng)度、好的冷彎性能。應(yīng)用舉例:廣泛用般要求的零件和焊接結(jié)構(gòu)。如受力不大的拉桿、連桿、銷(xiāo)、軸、螺釘、螺母、套圈、支架、機(jī)座、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等。40Cr：使用最廣泛的鋼種之一,屬合金結(jié)構(gòu)鋼。主要特征:經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,具有良好的綜合力學(xué)性能、低溫沖擊韌度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷時(shí)可得到較高的疲勞強(qiáng)度,水冷時(shí)復(fù)雜形狀的零件易產(chǎn)生裂紋,冷彎,塑性中等,回火或調(diào)質(zhì)后切削加工性好,但焊接性不好,易產(chǎn)生裂紋,焊前應(yīng)預(yù)熱到100~150℃,一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,還可以進(jìn)行碳氨共滲和高頻表面淬火處理。HT150：灰鑄鐵。主要特征:齒輪箱體,機(jī)床床身,箱體,液壓缸,泵體,閥體,飛輪,氣缸蓋,帶輪,軸承蓋等。35鋼：各種標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件的常用材料主要特征:強(qiáng)度適當(dāng),塑性較好,冷塑性高,焊接性尚可。冷態(tài)下可局部鐓粗和拉絲。淬透性低,正火或調(diào)質(zhì)后使用應(yīng)用舉例:適于制造小截面零件,可承受較大載荷的零件,如曲軸、杠桿、連桿、鉤環(huán)等,各種標(biāo)準(zhǔn)件、緊固件。0Cr18Ni9：最常用的不銹鋼主要特征：具有良好的耐蝕性、\t"/item/0Cr18Ni9/_blank"耐熱性、低溫強(qiáng)度和\t"/item/0Cr18Ni9/_blank"機(jī)械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無(wú)熱處理硬化現(xiàn)象，無(wú)磁性。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，很多健身器材在選擇配重時(shí)，會(huì)選擇HT150鑄造，但結(jié)合到實(shí)際情況，鑄鐵相對(duì)脆弱，使用中會(huì)發(fā)生裂開(kāi)的情況。所以選擇改變所涉及的產(chǎn)品的配重方法，選擇用30mm厚的冷軋鋼板[8]，材料標(biāo)記為：這類(lèi)鋼主要保證力學(xué)性能。故其牌號(hào)體現(xiàn)其力學(xué)性能，用Q+數(shù)字表示其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語(yǔ)拼音字首。數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，例如Q275表示屈服點(diǎn)為275Mpa，若牌號(hào)后面標(biāo)注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號(hào)后面標(biāo)注字母“F”則為沸騰鋼，標(biāo)注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注“F”或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235—AF表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼，Q235—C表示屈服點(diǎn)為235MPa的C級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強(qiáng)度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等。用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通鉚釘、螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高，強(qiáng)度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡(jiǎn)單機(jī)械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷(xiāo)等零件。如表3.1所示。表3.1Q235材料性質(zhì)利用鋼板氣割后加工的方式得到，這樣可以有一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)：就是可以提高產(chǎn)品的韌性，避免了之前提到的裂開(kāi)的情況，為了節(jié)約成本，并且考慮到加工配重的表面質(zhì)量及尺寸公差要求不高，所以選擇了作廢的鋼材（加工去掉鐵銹和粗糙部分，按設(shè)計(jì)形狀進(jìn)行加工，再刷漆覆蓋），成功地利用了低成本的廢料，節(jié)省成本的同時(shí)利于環(huán)境發(fā)展。其它仍然使用30mm厚的鋼板[9]。5）選擇導(dǎo)管的時(shí)候，因?yàn)樗鼘?duì)精度的要求要高一些，例如：直線精度過(guò)低會(huì)影響機(jī)械運(yùn)動(dòng)，使用不方便，表面不能刷漆，運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)接觸到配種，產(chǎn)生摩擦，掉漆不美觀還會(huì)造成生銹，因此在這里選擇了不銹鋼管，材料牌號(hào)為1Cr18Ni9，表面烤漆。因?yàn)榕渲卦谄餍颠\(yùn)動(dòng)中會(huì)有噪音產(chǎn)生，通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，并且會(huì)使他的維修更方便;就是在配重的下方做出四個(gè)相互對(duì)稱的圓孔，安裝進(jìn)橡膠制成的橡膠圓柱，既能減少噪音，又能留出空間方便后期的維護(hù)。3.2底座的設(shè)計(jì)在計(jì)設(shè)底座的時(shí)候，他的承受能力也要考慮到，因?yàn)橛伊⒅Ъ?，?dǎo)向裝置，及上支架配重等都要安裝在他身上，會(huì)安裝的合理對(duì)稱，因此它的受力不會(huì)很復(fù)雜。其上安裝的部分就是他的受力。在此把安全系數(shù)取為3，健身器材的底座安全系數(shù)通常為3是因?yàn)樗且环N工程安全的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。安全系數(shù)是用來(lái)衡量材料承受力與實(shí)際應(yīng)力之間的比較，它是確保工程結(jié)構(gòu)在超負(fù)荷情況下不會(huì)發(fā)生失效的一個(gè)重要指標(biāo)。由于所有鋼管的受力不能低于5000N，其上所有部分加上個(gè)人的重量遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)量，所以可以說(shuō)明它是安全的，還要承受他兩邊的拉力，不過(guò)這個(gè)力較小，螺栓可以承受。底座設(shè)計(jì)成方形，可以使它更穩(wěn)重安全，在運(yùn)輸上也更加方便。如圖3.2所示。圖3.2底座三維圖因?yàn)檫x擇的材料都屬于低碳鋼，這就保證了其良好的焊接性，使設(shè)計(jì)的要求得到保證，加工都是以型材焊接，可以降低公差的影響，可以在生產(chǎn)的時(shí)候校準(zhǔn)檢驗(yàn)，其他部分和底座進(jìn)行安裝，可以進(jìn)行焊接，不過(guò)會(huì)產(chǎn)生運(yùn)輸時(shí)的麻煩，所以選擇螺栓連接來(lái)進(jìn)行其他部分連接。底座的主要數(shù)據(jù)：總寬度；40mm總長(zhǎng)度;1700mm總高度：40mm如圖3.3所示：圖3.3底座二維數(shù)據(jù)圖3.3支架的設(shè)計(jì)整體支架是主要結(jié)構(gòu)，在本產(chǎn)品很重要，支架能讓使用它的人用起來(lái)更舒適，同時(shí)還要考慮到它的外觀，這也是要考慮到的地方，還要中和市場(chǎng)調(diào)研的結(jié)果[5]，做出性人化的設(shè)計(jì)，滿足使用者的不同要求。它在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中很重要，包括座椅的舒適性，實(shí)用性，還要滿足大部分人的身體結(jié)構(gòu)，詳見(jiàn)圖紙，效果圖如下圖3.4所示。圖3.4支架3D效果圖通過(guò)冷彎方管焊接的方法對(duì)支架進(jìn)行加工，滑輪夾座安裝在支架上，打磨表面并進(jìn)行檢驗(yàn)，表面烤漆，設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)支架的時(shí)候，安裝了很多方便手扶的位置，這樣做可以使產(chǎn)品有更多的優(yōu)點(diǎn)，能夠提高使用者的使用區(qū)域增加使用方式，增加舒適性，讓使用者鍛煉腿部的時(shí)候減少了阻礙，適用于更多的不同身高的使用者，考慮了不同的使用者的體重問(wèn)題，可以保證產(chǎn)品的安全性。讓這款產(chǎn)品更安全，更舒適，將他的實(shí)用性美觀性都得到了提高，能正滿足大部分的鍛煉者。支架的主要數(shù)據(jù)：總高度；2000mm總長(zhǎng)度;1700mm座高：450mm如圖3.5所示。圖3.5支架二維數(shù)據(jù)圖設(shè)計(jì)滑輪裝配的過(guò)程中，仍然使用冷彎方鋼用于滑輪的安裝[10]，標(biāo)記為將底板和支架進(jìn)行焊死。是產(chǎn)品安全性在一次提高，運(yùn)動(dòng)中的晃動(dòng)也可以減少。將一根水平的桿焊接在指甲上，是讓手動(dòng)桿可以運(yùn)動(dòng)到極限位置。見(jiàn)上方效果圖;設(shè)計(jì)支架的部分。3.4配重的設(shè)計(jì)還有一個(gè)很重要的地方就是產(chǎn)品的配重，通過(guò)調(diào)研結(jié)果對(duì)產(chǎn)品提出了幾個(gè)要求。1.使用者在使用該產(chǎn)品時(shí)，配種會(huì)因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)，隨鍛煉著產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)并且造成與其他部位的撞擊，所以，在為產(chǎn)品的配種進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過(guò)了解，其他產(chǎn)品都是通過(guò)對(duì)這一部分用橡膠來(lái)進(jìn)行包裹處理的。本次設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了這樣做的一個(gè)缺陷，就是會(huì)造成產(chǎn)品成本的提高，尤其針對(duì)這款產(chǎn)品而言，并且它更容易損壞，不方便后期的維修，因?yàn)橄鹉z很容易老化變形，并且承受不了過(guò)大的撞擊，這也使產(chǎn)品更容易損壞，橡膠損壞后，之前的問(wèn)題又隨之出現(xiàn)，這也就是這款產(chǎn)品的整體壽命被減少，噪音對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)也會(huì)有很大的麻煩，維修時(shí)又會(huì)成為阻礙，使用者使用時(shí)，他在滑竿上上下運(yùn)動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)滑桿選用1Cr18Ni9不銹鋼管材，它的價(jià)格很貴，為了降低不必要的成本，又能保護(hù)產(chǎn)品的滑桿，所以又對(duì)配種的孔進(jìn)行了加工。（1）很多廠商在制作配重時(shí)大多會(huì)選則五公斤的配重，又了解到使用者使用的鍛煉范圍不會(huì)超過(guò)六十五公斤，也就是說(shuō)是十三塊配重，結(jié)合整個(gè)產(chǎn)品來(lái)講，這個(gè)數(shù)量是可以接受的，所以也選擇了這樣的配置來(lái)組成這款產(chǎn)品。（2）在前期的調(diào)研中，了解到大多數(shù)此類(lèi)產(chǎn)品的損壞，都是因?yàn)檫x擇的材料太脆，而破裂損壞的，也就是市場(chǎng)上最常見(jiàn)的用HT105(恢口鑄鐵)鑄造加工的，它的特點(diǎn)就是韌性的不夠，比較脆弱（據(jù)計(jì)算：配重的厚度只有30mm并且在配重的中心開(kāi)了一條深12mm的槽）這也就是他們?nèi)菀讚p壞的根本原因，也就是這種產(chǎn)品的損壞的主要原因之一。（3）面對(duì)這種情況，在設(shè)計(jì)中對(duì)此進(jìn)行了改善：（4）考慮到后期維修中會(huì)遇到的的問(wèn)題，放棄了用橡膠處理的這種常見(jiàn)辦法，通過(guò)在配重的下方，安裝四個(gè)￠20深12的孔，利用高度為17的橡皮圓柱安裝于這些孔中，順利的解決了該產(chǎn)品的維修養(yǎng)護(hù)難題。如圖3.6和圖3.7所示：圖3.6此為第一塊配重圖3.7此為一般配重位于第一塊配重下面。配重塊的主要數(shù)據(jù)：寬度：150mm，長(zhǎng)度：300mm，厚度：30mm，如圖3.8所示。圖3.8配重塊二維圖2.通過(guò)在使用者使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，配重會(huì)因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)，損壞滑桿?？紤]到這些問(wèn)題，將長(zhǎng)度適中的塑料管，將其加熱到適當(dāng)溫度，把導(dǎo)管內(nèi)部翻出來(lái)，這樣來(lái)解決所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題[6]。3.在材料的選擇上，用之前提到的廢棄的板材來(lái)代替鑄鐵，板材的強(qiáng)度足夠適用于本產(chǎn)品，韌性也能達(dá)到要求。對(duì)于配種的設(shè)計(jì)過(guò)程中，認(rèn)真的做了第一塊配重的設(shè)計(jì)（配重重最上方的那一塊），因?yàn)榕渲厥且坏鯒U吊起來(lái)的，便通過(guò)一銷(xiāo)將其相互連接，也就是吊桿與配種的連接關(guān)系，我選擇用螺釘在配重中找到準(zhǔn)確位置，來(lái)防止吊桿的過(guò)度旋轉(zhuǎn)，讓使用者在使用中能夠更方便的選擇所需的配重。見(jiàn)圖中兩側(cè)的通孔配合那個(gè)導(dǎo)桿鏈接，并按之前將塑料管反過(guò)來(lái)的處理。塑料管也可以選擇廢料，只要是尺寸合適的，他的配合公差能夠和導(dǎo)管相同[7]。在設(shè)計(jì)生產(chǎn)配重的過(guò)程當(dāng)中，可以利用氣割的方法，割掉相應(yīng)尺寸的一部分，對(duì)其表面進(jìn)行打磨后，用銑床將相應(yīng)的地方銑平（按之前提到的選擇用廢棄的鋼材，由于它的表面會(huì)很粗糙，在下料時(shí)，就要留夠足夠的余料）之后對(duì)其鉆孔，倒角之后在進(jìn)行噴砂處理，之后表面噴漆，就可以完成處理。之后在專(zhuān)孔處鉆孔，將橡膠安裝在他上邊。3.5滑輪的設(shè)計(jì)滑輪在這款產(chǎn)品中主要是作為鋼繩的導(dǎo)向，并且使他們的摩擦得以減少，因?yàn)樗粫?huì)在使用中承受過(guò)大的力，可以通過(guò)鑄造來(lái)獲取，方便制造，冷沖壓后焊接也可以作為他的獲取辦法，滑輪能夠承受六千五百牛的里就足夠在這臺(tái)產(chǎn)品中發(fā)揮作用，并且足夠安全穩(wěn)定，因?yàn)樗粫?huì)承受高于此的力，并且一般的材料都不會(huì)低于這個(gè)受力，所以可以忽略這里的強(qiáng)度問(wèn)題，又因?yàn)樵谑褂眠^(guò)程中，他始終是在此作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我在此處設(shè)計(jì)了一處軸承，他會(huì)與滑輪夾坐產(chǎn)生配合，三者相互關(guān)系，這樣就解決了它的中心孔的易磨損的問(wèn)題。同時(shí)能減少它在使用中因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的摩擦，這也就延長(zhǎng)了它的壽命，保證運(yùn)作的安全和要求?；喌娜S效果圖。為了在他的裝配中表示，沒(méi)有在此全部表出。如圖3.9所示。圖3.9滑輪三維圖圖3.10滑輪二維數(shù)據(jù)圖配重塊的主要數(shù)據(jù)：最大半徑：30mm最小半徑：27.5mm滑輪孔半徑：15mm，如圖3.10所示。通過(guò)把上邊的兩個(gè)部分組裝在一起就可以完成這部分的組裝。這種設(shè)計(jì)在大規(guī)模的生產(chǎn)中能夠大大的提高生產(chǎn)效率，并且間接的降低制造成本，在生產(chǎn)過(guò)正中可以選擇用沖壓工藝，選擇使用落料來(lái)形成加工成品，并且在此基礎(chǔ)上，在材料中加加入軸承，使用螺栓或者鉚釘將其連接在一起，這種制造方式可以體現(xiàn)出很多的優(yōu)點(diǎn)：選擇的材料能夠最大程度的保證材料所要求的足夠的強(qiáng)度，并且節(jié)約了材料的使用，對(duì)其進(jìn)行加工時(shí)也會(huì)更加簡(jiǎn)單快捷方便，能夠降低制造的成本和時(shí)間，準(zhǔn)確度也會(huì)因加工而有所提高，制造過(guò)程中效率會(huì)大大提高，針對(duì)小規(guī)模生產(chǎn)時(shí)會(huì)有不合適的地方，因?yàn)樾∫?guī)模生產(chǎn)磨具的費(fèi)用成本就占了很大比重，生產(chǎn)過(guò)程中的大體工藝方法有，下料，成型，沖孔等。這樣又一次降低了成本，提升了效率，對(duì)未來(lái)的生產(chǎn)制造有了很大的幫助。在設(shè)計(jì)鋼絲繩的過(guò)程中：通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)就可以了解到[4]，它的公稱直徑（公式中C為選擇系數(shù)，S為最大靜壓載荷）由此可知，選擇系數(shù)的計(jì)算公式為：（其中n為安全系數(shù)，k為折斷系數(shù)，為鋼絲繩的充滿系數(shù)）其中的算法為通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，將鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度選為167MP取安全系數(shù)值為6級(jí)，k-0.82,=0.46代入公式的c=0.110通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)c取0.14代入其中max=1300N算的b=2.9取整D=3，由此將鋼絲繩選擇使用鋼芯鋼絲繩（Gd/T8918-1998）,標(biāo)記為3NaT6c21S+IW16708Z5.39鋼絲繩的直徑為3mm,滑輪是安裝在滑輪座里面間隙只有2mm單面間隙為1mm，這樣既可以保證鋼絲繩不會(huì)卡在滑輪座里面，保證鋼絲繩在使用過(guò)程中的可靠度。3.6其他零件的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)其他部分的時(shí)候，像是手握部分，使用者座椅，這些可以在市場(chǎng)上尋找制作，他們不需要太多的硬性要求不像其他部分需要很高的精度，例如手握部分，座椅，由市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)定做就可以，能夠滿足之前調(diào)研的市場(chǎng)需求使用者的要求，看起來(lái)美觀，使用起來(lái)舒適，用螺絲等配件來(lái)將其固定在要求的位置組裝成品。握桿主要尺寸數(shù)據(jù)：握桿寬度：70cm握桿長(zhǎng)度：90cm如圖3.11所示。圖3.11握桿設(shè)計(jì)圖拉手主要尺寸數(shù)據(jù)：拉手長(zhǎng)度：91cm如圖3.12所示。圖3.12拉手設(shè)計(jì)圖3.7標(biāo)準(zhǔn)件的選定在產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)中還會(huì)使用大量的標(biāo)準(zhǔn)件，本產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中使用了比如螺絲，螺母，墊圈等。立柱與底座的聯(lián)結(jié)采用m30的螺栓，下面校核它的強(qiáng)度：其中在實(shí)際中Fa（max）=15KN螺栓的材料為Q235，=235MP，d=30mm，所以立柱取M30的是完全的。這里取30是完全可以的。軸承的選擇不能過(guò)小，不然會(huì)松動(dòng)滑落，造成危險(xiǎn)或者產(chǎn)品的損壞，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行選擇即可。使用者使用過(guò)程中容易碰撞到膝部，為了防止這種情況的發(fā)生，本設(shè)計(jì)選擇了有橡膠包裹的螺釘。3.8配合公差的設(shè)計(jì)還有個(gè)部分組成連接的地方需要注意的，對(duì)產(chǎn)品的整體有很大的影響，連接組合的適配，這些都會(huì)影響產(chǎn)品成型后是否平穩(wěn)安全，是否運(yùn)動(dòng)順暢使用順利，包括噪音磨損產(chǎn)品壽命的影響，都是對(duì)產(chǎn)品是否使用安全的影響因素，所以各部分各產(chǎn)品部件的公差就相當(dāng)重要，在這里要進(jìn)行下說(shuō)明。剪輯配合要運(yùn)用在有摩擦，使用中會(huì)纏上運(yùn)動(dòng)的地方，由于該產(chǎn)品屬于健身器材，對(duì)精度的要求并不會(huì)很高，在組合中要流出大量的間隙保證彼此的配合，保證產(chǎn)品在使用中更安全順利，外觀整體性更好，不會(huì)產(chǎn)生噪音或自我磨損的情況，保證使用者的安全和足夠的適用范圍。其中有運(yùn)動(dòng)關(guān)系的地方一律采用間隙配合，主要是因?yàn)榱α啃偷慕∩砥餍颠\(yùn)動(dòng)精度要求不是很高，在周?chē)?lián)結(jié)出采用大間隙配合，保證鍛煉過(guò)程中阻力小，減少對(duì)銷(xiāo)的摩擦，且便于裝配。3.9裝配因?yàn)楸井a(chǎn)品的大部分材料屬于板材管材，管材的制作中需要處理表面，焊接時(shí)要注意準(zhǔn)確的，材料的使用率高，不會(huì)廢棄過(guò)多，組裝生產(chǎn)中有很多麻煩，管材的制作中如果公差不合適會(huì)使產(chǎn)品的準(zhǔn)確度就，產(chǎn)品質(zhì)量降低，所以在裝配過(guò)程中要很注意，對(duì)裝配人的要求很?chē)?yán)格，在裝配的過(guò)程中，底座和立柱是要首先組合在一起的，之后在其上將支架，配重，導(dǎo)桿等注意安裝，安裝支架的過(guò)程中，要注意鋼絲繩的長(zhǎng)度受力運(yùn)動(dòng)中是否有影響，還有組裝過(guò)程中使用的螺絲等固定材料，要適配并能保證質(zhì)量，防止引起脫落損壞而造成整體的損壞，扶手座椅等安裝是放在最后的，在產(chǎn)品基本成型后的附加物。還有需要注意的是在安裝過(guò)程中各部分的組裝順序，因?yàn)楦鞑糠直舜算暯?，很容易因?yàn)榻M裝順序的不同而造成一些零件的無(wú)法安裝或者重復(fù)安裝。如圖3.13所示[13]。圖3.13裝配圖第4章支架的建模與有限元分析4.1有限元軟件介紹本文基于ANSYSWorkbench19.0軟件平臺(tái)，在不同工況條件下對(duì)支架結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了CAE有限元分析，通過(guò)結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力、最大等效應(yīng)變和總變形量的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性。ANSYSWorkbench仿真平臺(tái)集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲場(chǎng)等分析于一體，能夠方便地進(jìn)行多物理耦合場(chǎng)分析，廣泛運(yùn)用與機(jī)械、船舶、汽車(chē)、石油化工、航空航天、國(guó)防、電子、土木工程和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，是通過(guò)二十多個(gè)技術(shù)協(xié)會(huì)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)通用分析軟件2。同時(shí)它也是一個(gè)創(chuàng)新、開(kāi)放的CAE平臺(tái)，它集成了設(shè)計(jì)與分析所需的各種工具，具有無(wú)與倫比的性能以及高度的開(kāi)放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種CAD軟件有良好的接口，并具有比較高效的網(wǎng)格劃分功能。軟件主要包括3個(gè)部分:前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。在本次分析中主要用到該軟件的分析計(jì)算和后處理兩個(gè)模塊。4.2支架的建模與有限元分析（1）支架的幾何模型圖4.1所示。圖4.1支架的幾何模型（2）支架的網(wǎng)格模型根據(jù)有限元一般分析流程，幾何建模完成之后，接下來(lái)就是對(duì)幾何模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，Workbench平臺(tái)對(duì)幾何模型進(jìn)行劃分的平臺(tái)有兩個(gè):一個(gè)是集成在Workbench平臺(tái)上的高度自動(dòng)化網(wǎng)格劃分工具--Meshing網(wǎng)格劃分平臺(tái)，另一個(gè)是高級(jí)專(zhuān)業(yè)幾何網(wǎng)格劃分工具ICEMCFD網(wǎng)格劃分工具21。本次結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析,我們選擇Meshing網(wǎng)格劃分平臺(tái),單位制我們選擇mm、N、Tonne、MPa、Second。網(wǎng)格劃分設(shè)置如下:雙擊Model(模型)進(jìn)入Mechanical操作環(huán)境模塊,此模塊中包含賦予材料屬性、網(wǎng)格劃分、施加載荷和邊界條件、求解模型及后處理設(shè)置。對(duì)于該同步器模型，結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，六面體網(wǎng)格很難劃分,因此采用四面體網(wǎng)格。Mesh平臺(tái)的物理場(chǎng)參照類(lèi)型(PhysicsPreference)有四種情況，分別是Mechanical(結(jié)構(gòu)類(lèi)型)、Electromagnetics(電磁場(chǎng))、CFD(計(jì)算流體場(chǎng))和Explicit(顯示動(dòng)力學(xué))。對(duì)于以上三種幾何模型的靜力學(xué)分析，在劃分網(wǎng)格時(shí)PhysicsPreference均默認(rèn)為Mechanical.支架的網(wǎng)格模型如圖4.2所示。圖4.2支架的網(wǎng)格模型4.3支架模型的載荷和邊界條件健身器材底部固定，根據(jù)使用場(chǎng)景對(duì)座位處添加750N垂向載荷，靠背處以及手推位置填加200N水平載荷及邊界條件設(shè)置如圖4.3所示。圖4.3支架模型的載荷和邊界條件4.4計(jì)算求解及結(jié)果所有設(shè)置完成之后就是對(duì)模型進(jìn)行求解，計(jì)算完成之后我們選擇查看模型的等效應(yīng)力(Equivalent(Von-Mises)stress)和總的變形量(TotalDeformation)。求解流程圖、位移變形圖和等效應(yīng)力云圖分別如圖4.4、圖4.5和圖4.6所示。圖4.4求解過(guò)程圖4.5位移變形圖圖4.6等效應(yīng)力圖總變形量為3.7043mm，發(fā)生于手推位置，最大等效應(yīng)力為22.295MPa，遠(yuǎn)小