多功能健身器設計【說明書+CAD+CATIA】
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開題報告
論 文 題 目： 多功能健身器設計
學 院：
專 業(yè) 、班 級：
學 生 姓 名：
指導教師（職稱）：
2016 年 12 月 29 日填
一、選題依據(jù)
1．論文題目 ：
多功能健身器設計及運動分析2．研究領域 ：
綜合設計3．論文（設計）工作的理論意義和應用價值
理論意義：
社會不斷在進步，人們的生活水平也在不斷提高。從 20 世紀 80 年代開始，一直到今天，隨著生活節(jié)奏的不停加快，廣大上班族不得不面臨著越來越大的日常壓力，高負荷的工作任務使得他們的身體素質(zhì)不斷下降，加上內(nèi)心所承受的巨大精神壓力難以舒緩，從而導致了類似于普華永道和富士康等公司員工猝死事件的屢屢發(fā)生，這無疑為一眾國民敲響了健康問題的警鐘。中國醫(yī)學專家指出，目前，國內(nèi)有近 70%的人正處于亞健康狀態(tài)，罹患抑郁癥、精神分裂、頸椎病、高血壓等系列疾病的風險較以往大幅增加且逐漸呈年輕化趨勢?；诖耍藗冊谧分鹞镔|(zhì)利益的同時，也開始注重追求新的生活方式和貫行新的健康理念，而健身器材的設計與推廣，正是迎合了當前社會潮流發(fā)展的趨勢。
應用價值：
隨著科學技術的進步、工作節(jié)奏的加快以及人們生活水平的提高，人們越來越感到了健康的重要性。多功能健身器材可應用于廣大商業(yè)健身俱樂部，中小型的健身房以及普通家庭。多功能健身器一改以往的占地面積大，結構復雜繁瑣，鍛煉功能單一的缺點，做到了鍛煉功能的集中化，噪音低等等優(yōu)點，大大地降低了參與健身者的疲勞感，提升了參與健身的興趣。多功能健身器結合了多種功能，能夠讓人的身體的各個部位得到充分的鍛煉，可以做到足不出戶就可以鍛煉身體。應用于商業(yè)俱樂部以及中小型健身房，可以在大大地降低了人們的消費壓力的同時，也能很好的提高當?shù)孛癖姷纳眢w健康水平。
4．目前研究的概況和發(fā)展趨勢
因為健身器材的發(fā)展往往是跟其市場的發(fā)展息息相關的，市場的增長會帶動健身器械的增長，所以健身器材市場的發(fā)展趨勢完全可以等同于健身器的發(fā)展趨勢。隨著世界城市經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意識正在逐步提高，健身也正在慢慢地成為了人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠?。一個國家的體育市場的發(fā)展程度，往往可以通過這個國家的體育消費水平可以看出。在當前的社會環(huán)境下，大多數(shù)發(fā)達國家的家庭體育消費都是相當可觀的，例如英國的家庭體育消費高達 130 億美元，意大利的家庭體育消費為 94 億美元，西班牙 81 億美元，德國為 640 億馬克。1996 年法國家庭的體育消費為 462 億法郎，所占比重達到了整個體育消費的 49%。相比之下，我國的體育消費就顯得尤為寒酸，根據(jù)國家體育總局發(fā)布的《2001 年中國群體體育現(xiàn)狀調(diào)查報告》可以得出結論，我國城鄉(xiāng)居民以家庭為單位全年體育消費的平均值為 397.42 元。跟發(fā)達國家的對比之下，我國的體育消
費水平就顯得相形見絀了。
顏強在《史記·2016 體育篇》中指出，中國健身器材行業(yè)的發(fā)展始于 20 世紀 80 年代末，隨著中國加入 WTO 和北京申奧的成功，為健身器材行業(yè)的發(fā)展提供了有利條件和發(fā)展機遇，健身隊伍的不斷擴大為健身器材生產(chǎn)商帶來濃厚商機。2006
年 1-12 月，中國體育用品工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 51,537,399 千元，比 2005 年同期增長 24.61%；實現(xiàn)累計產(chǎn)品銷售收入 49,740,392 千元，比 2005 年同期增長 24.2%；實現(xiàn)累計利潤總額 1,821,317 千元，比 2005 年同期增長 18.62%。2007
年 1-12 月，中國體育用品工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值 61,313,721 千元，比 2006 年同期增長 19.39%；2008 年 1-10 月，中國體育用品工業(yè)企業(yè)實現(xiàn)累計工業(yè)總產(chǎn)值
55,906,766 千元，比 2007 年同期增長 16.67%。
中國健身器材行業(yè)在迅速發(fā)展的同時，一些問題也日益顯露出來。特別是在國際市場缺乏知名品牌，產(chǎn)品附加值較低，同時，與國際先進水平相比，中國不少生產(chǎn)企業(yè)還處在仿制生產(chǎn)階段，產(chǎn)品研發(fā)和技術創(chuàng)新能力不足。在消費領域，與歐美等發(fā)達國家相比，健身器材產(chǎn)品在家庭的普及率及用于健身運動的人均消費還很低。
表明我國的健身器械市場消費水平很低，從一個國家的人口基數(shù)以及家庭所擁有的健身器械來看，美國人口 2.81 億，其跑步機一年的銷量為 300 萬臺；韓國人口 4600 多萬，2002 年其跑步機的銷售數(shù)量為 100 萬臺；而中國擁有 13 億接近 14 億的人口，跑步機一年的銷量大概在 20 萬臺左右，這其中的影響因素不僅僅是我國民眾不愛好健身，還包括了健身器械的價格以及國民的經(jīng)濟水平。截止目前為止，中國家庭的跑步機普及率僅僅只有 1%[1]。雖然近年來我國的國民經(jīng)濟水平在不斷地提高，對于身體素質(zhì)的健康意識也在不斷提高，對于家庭健身器械的消費有所增長，但是相比發(fā)達國家的家庭健身器械擁有量，還是有一個比較大的距離。從國際視角比較來看我國在體育產(chǎn)值，體育消費水平及體育產(chǎn)業(yè)吸納就業(yè)人口比重三個方面，與西方發(fā)達國家比較都存在較大的差距，這些問題直接或間接的反映了我國體育市場整體上還處于起步和初級發(fā)展階段。
體育健身產(chǎn)業(yè)在我國還屬于正在成長期的新興產(chǎn)業(yè)，它是一項前景廣大的朝陽產(chǎn)業(yè)，具有巨大的市場潛力。近年來，中國健身產(chǎn)業(yè)逐漸形成，數(shù)據(jù)顯示全國健身俱樂部每年在以 1000 家的速度遞增，僅北京健身俱樂部就以每年 30 家的速度遞增。
在網(wǎng)友”我愛珺”于 2013 年 3 月 26 日上傳于百度文庫的關于健身器材行業(yè)投資研究報告中指出，目前，我國已有眾多健身器材生產(chǎn)企業(yè)，世界上幾乎所有的普通健身器材類型，中國企業(yè)都在生產(chǎn)，并為大量的境外品牌進行加工，中國制造的健身器材在國際市場上占據(jù)了約 60%的份額，出口交易額達 20 億美元，出口已逐漸成為我國健身器材產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。健身器材市場分為家用以及商用市場兩部分，人們對于健身器材，特別是家用健身器材的需求也日益增加，因此家用市場的規(guī)模也遠較商用市場規(guī)模大且增長快。城市居民對體育用品的消費已經(jīng)從低檔為主
向中高檔方向發(fā)展，農(nóng)村居民尤其是已經(jīng)進入小康生活標準的農(nóng)村地區(qū)，對中低檔體育用品的消費也將逐步形成新的需求。隨著農(nóng)村地區(qū)收入的增加將使健身市場的潛力變成現(xiàn)實，中國健身器材市場的年銷售額逐年增長，中國人對健康的關注正在形成個黃金市場。
雖然健身隊伍的不斷擴大為健身器材生產(chǎn)商帶來了濃厚商機，但是行業(yè)存在的產(chǎn)品偽劣、夸大宣傳等不良現(xiàn)象也成為了制約行業(yè)發(fā)展的棘手問題。據(jù)中國社會調(diào)查事務所的項調(diào)查顯示：83%的人認為國產(chǎn)健身器的質(zhì)量問題是制約消費者購買的主要原因。對一般家庭來說，追求性能優(yōu)越、質(zhì)量可靠、經(jīng)久耐用，是消費者的共同心愿。然而，目前市場上銷售的些健身器功能不齊全、部件易損壞的現(xiàn)象相當嚴重。此外，我國健身器材行業(yè)盡管內(nèi)外銷市場趨旺，但在國際市場缺乏知名品牌卻是個不得不面對的事實。目前，我國出口的健身器材產(chǎn)品基本上是以“委托加工”和“貼牌生產(chǎn)”的方式進入國際市場，產(chǎn)品附加值較低。同時，與國際先進水平相比，我國不少生產(chǎn)企業(yè)還處在仿制生產(chǎn)階段，產(chǎn)品研發(fā)和技術創(chuàng)新能力不足。在消費領域，與歐美等發(fā)達國家相比，健身器材產(chǎn)品在家庭的普及率及用于健身運動的人均消費還很低。這也意味著，我國健身器材行業(yè)仍有很廣闊的發(fā)展空間。因此，中國健身器材工業(yè)企業(yè)必須抓住新的發(fā)展形勢，加大科技創(chuàng)新，努力提高產(chǎn)品質(zhì)量，加強自主研發(fā)能力，有關部門應盡快制訂出健身器材統(tǒng)一的技術安全標準，加強售后服務。只有這樣才能在新形勢下立于不敗之地。
中國健身器材業(yè)分析：（1）中國有廣大的市場，便宜的人力資源和原材料市場，及政府的各種優(yōu)惠政策，中國處于高速發(fā)展的時代，及運動會帶動全民健身意識，帶動健身器材行業(yè)的發(fā)展。（2）主要表現(xiàn)以下幾個方面：整體規(guī)模偏小、在經(jīng)濟結構中所占的比重較小、商業(yè)化運作水平不高、產(chǎn)品結構單一，市場多元化開發(fā)不夠、相關產(chǎn)業(yè)的潛能沒有充分發(fā)揮。起步較晚。健身器材工業(yè)起源于 20 世紀 70 年代初的美國及加拿大，別的國家也先后在 70-90 年代初發(fā)展起來，而中國在 90 年代中才開始。（3）國際市場廣大，進一步促進中國的高速發(fā)展，產(chǎn)品價格便宜;全民健身理念推廣。（4）中國經(jīng)濟高速發(fā)展，各行業(yè)的競爭升級，外資的進入對健身器材行業(yè)產(chǎn)生強大的機會和威脅，周邊發(fā)展中國家的健身器材業(yè)發(fā)展也有一定的威脅;發(fā)達國家對產(chǎn)品品質(zhì)和服務的要求在考驗中國的健身器材行業(yè)。我國健身器材行業(yè)的發(fā)展應該從以下三個策略出發(fā)：1、標準化戰(zhàn)略，短時間把我國健身用品業(yè)的標準整理修訂一遍;沒有高基準線的標準，所生產(chǎn)出來的健身器材就沒資格參與未來市場的競爭。2、認證戰(zhàn)略，根據(jù)國際慣例，原帶行政職能的審定將被第三方認證所替代， 而目前我國體育用品業(yè)內(nèi)的認證市場較為混亂，還未與國際接軌。3、名牌推進戰(zhàn)略，中國制造的產(chǎn)品在未來幾年內(nèi)的國際市場上還將不斷擴大，但以獨立的民族品牌出現(xiàn)在世人面前的還是鳳毛麟角。為了振興民族的體育用品制造業(yè)，我們必須擁有自己強大的品牌群體[2]。
近年來，我國健身器材行業(yè)在逐步完成對生產(chǎn)體系、產(chǎn)品系列以及品牌運作經(jīng)
驗的積累后，國內(nèi)領先的健身器材廠商，已經(jīng)成功將自主品牌打入部分國家或地區(qū)市場，實現(xiàn)國際銷售。中國健身器材市場的消費不斷增長,而當前國內(nèi)的健身器材營銷在結構布局上比較單一,大部分健身器材通過體育用品實體店進行經(jīng)營,體育用品項目豐富,在健身器材的銷售上主要以家用與商用為主。當前市場中涌出的體育用品店及其他的經(jīng)營單越來越多,可以滿足市場要求、確保市場流動,真正建立一個有效的市場營銷體制。在營銷途徑上,很多著名品牌的體育用品多是在專賣店或特定的大型體育商品店出售,價格高,不過本地青少年很感興趣,并成為固定的消費人群。
隨著近年來人們享受式消費在逐年增長,城市中大量涌現(xiàn)了白領階層,大家紛紛加入各式各樣的健身俱樂部,享受著時尚且新奇的健身體驗。我國城市居民用于個人健身等方面的消費以 30%的速度在增長,大大高于全球 20%的平均增速。市場需求規(guī)模快速增長，市場空間大。
在健身市場較為成熟的歐美國家，健身器材市場非常龐大，以美國為例，由于健身鍛煉的具體方式方法的教育在大學之前就已完成 ，全民對健身知識的掌握和主動健身的觀念非常高。
施瓦辛格在《健身百科全書》[5]中提到，健身器材改變了以往那只利用身體本身自重去鍛煉的歷史，是一個非常巨大的進步 ，所以這一市場將是非常龐大的，因為它帶給人們的不僅僅是方式上的改變，同時也帶動了健身產(chǎn)業(yè)的另一種衍生品的發(fā)展 ；同時，只要健身俱樂部不斷的發(fā)展，健身器材行業(yè)就不斷地發(fā)展，未來家庭式健身器材也會大大地普遍。
健美冠軍之父本韋德在《韋德之路》[6]中談到，健身器材工業(yè)起源于 20 世紀 70 年代初的美國及加拿大，所以美國及加拿大的健身設備制造廠是歷史最為悠久的工廠，他們經(jīng)歷了健身工業(yè)的高峰與低谷，經(jīng)歷了健身器械的誕生和發(fā)展過程，所以說美國及加拿大的健身設備是技術最專業(yè)的最優(yōu)秀的產(chǎn)品。
鄭瑞在《中美兩國體育健身娛樂業(yè)現(xiàn)狀比較研究》[7]中指出，1981 年, 美國有 40%的院系設置了非師范專業(yè), 到 1987 年, 這樣的院系增至 75%。這些院系除了開設傳統(tǒng)的體育教育、運動訓練外, 都開設了體育管理、健康與身體素質(zhì)管理、運動科學、運動醫(yī)學、身體療法、體育新聞報道和殘疾體育等專業(yè)。 美國高校主要培養(yǎng)以下三個層次的體育經(jīng)營管理人才: 依托商學院培養(yǎng)高層次的體育人才,課程設置采用 MBA 課程加體育學課程; 依托各大學的體育學院或體育系培養(yǎng)中高級體育經(jīng)營人才,多采用體育學加工商管理課程的設置; 依托各大學的體育學院或社區(qū)學院培養(yǎng)專門人才。
盧芳群在《美國體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展概貌及其社會學因素分析》[8]提到，2015 年全世界體育總值 15000 億美元 , 美國體育產(chǎn)業(yè)總價值 4984 億美元居于世界首位,占百分比為 33.2%, 2015 年有近 200 萬美國人從事與體育產(chǎn)業(yè)相關的工作 有中國學者研究指出， “在美國 ,論及產(chǎn)業(yè)增加值 ,2015 年體育產(chǎn)業(yè)在 2 1 個產(chǎn)業(yè)大類中
居于長 期穩(wěn)居第 3 位,僅次于美國商業(yè)銀行和證券市場”
2016 年國務院辦公廳發(fā)布關于加快發(fā)展健身休閑產(chǎn)業(yè)的指導意見。意見指出，健身休閑產(chǎn)業(yè)是體育產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是以體育運動為載體、以參與體驗為主要形式、以促進身心健康為目的，向大眾提供相關產(chǎn)品和服務的一系列經(jīng)濟活動，涵蓋健身服務、設施建設、器材裝備制造等業(yè)態(tài)。當前，我國已進入全面建成小康社會決勝階段，人民群眾多樣化體育需求日益增長，消費方式逐漸從實物型消費向參與型消費轉變，健身休閑產(chǎn)業(yè)面臨重大發(fā)展機遇。但目前健身休閑產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模不大、產(chǎn)業(yè)結構失衡，還存在有效供給不足、大眾消費激發(fā)不夠、基礎設施建設滯后、器材裝備制造落后、體制機制不活等問題。加快發(fā)展健身休閑產(chǎn)業(yè)是推動體育產(chǎn)業(yè)向縱深發(fā)展的強勁引擎，是增強人民體質(zhì)、實現(xiàn)全民健身和全民健康深度融合的必然要求，是建設“健康中國”的重要內(nèi)容，對挖掘和釋放消費潛力、保障和改善民生、培育新的經(jīng)濟增長點、增強經(jīng)濟增長新動能具有重要意義。
從政策角度來看，由于健身娛樂市場可以有效地拉動居民的消費，符合國家拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟發(fā)展的政策，有望得到政府的進一步支持。同時，一個需要特別注意的發(fā)展傾向是從人們對健身娛樂的消費趨勢上來看，人們健康的需求也正逐步從被動的治療性向主動的預防保健型轉換，這也預示未來的健身娛樂市場必然向科學保健、運動和娛樂合理搭配的方式發(fā)展。
國務院總理李克強在近日的兩會期間表示，到 2020 年，我國常住人口城鎮(zhèn)化率達到 60%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率達到 45%。隨著城市化進程加速，人們會越來越重視亞健康問題，未來健身器材行業(yè)一定會呈現(xiàn)井噴式增長。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題（1）健身器的結構確定
n 健腹：曲柄滑塊機構
n 腿部鍛煉：鏈輪傳動，連桿結構
n 背部鍛煉：鋼索滑輪傳動
（2）健身器材料選擇：鑄鐵
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
①健身器相關文獻查閱
②健身器設計方案的確定
③健身器原型設計
④健身器結構計算校核
⑤健身器運動分析：SolidWorks
3.本論文（設計）預期取得的成果
①多功能健身器設計原理
②CAD 圖紙一套：裝配圖，零件圖
③畢業(yè)論文
④SolidWorks 運動分析
⑤數(shù)據(jù)電子版光盤
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）
①方案設計：⑴：機構功能分析 ⑵：可能的解決方案 ⑶：總體設計選定方案
②結構設計：⑴：零件設計 ⑵：部件設計
設計要求：運動學設計，零件的工作能力設計，部件裝配草圖和總裝配圖的設計，主要零件的校核2.論文（設計）進度計劃
第 1 周：設計題目的審題以及設計方向的確定
第 2 周：設計題目當前的國內(nèi)外現(xiàn)狀以及發(fā)展的前景
第 3 周：設計需要的期刊，論文，會議等方面的準備
第 4 周：開題報告撰寫及準備開題答辯
第 5 周：健身器功能方案的篩選，確定
第 7 周：健身器結構方案的確定
第 6 周：健身器主要零部件的設計，計算，裝配
第 8 周：健身器輔助零部件的設計，計算，裝配
第 9 周：健身器裝配圖整體合理性檢查
第 10 周：中期檢查
第 11 周：健身器設計圖紙的繪制與檢查（1）
第 12 周：健身器設計圖紙的繪制與檢查（2）
第 13 周：整體的檢查，以及不合理設計的微小改動，處理
第 14 周：說明書的撰寫，光盤的刻錄，電子文件的準備等
第 15 周：準備答辯 PPT
第 16 周：準備答辯
四、需要閱讀的參考文獻
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附：文獻綜述或報告
關于多功能健身器的文獻綜述
(一) 健身器綜述
健身器主要用于強健體魄，增強體質(zhì)，增強抵抗力，減肥塑形以及一些術后恢復等等。器械健身之所以越來越受到人們的青睞，是因為它具有其他體育項目所不可替代的獨特作用。通過科學、系統(tǒng)而持久的健身鍛煉，人們不僅使體質(zhì)得以增強，情操得以陶冶，其最大收獲還在于能使形體大為改觀。肥胖者，能變得身材矯??；瘦弱者，可練得體格魁梧；適中者，使體型更加健美；畸形者，令體態(tài)得以矯正。器械健身的另一特點，是不分男女老幼均可參與其中，皆能獲益匪淺。
器械健身的作用：（1）發(fā)達肌肉，增長力量： 器械健身是對肌肉進行鍛煉的一種最佳方法。因為經(jīng)常性地從事器械健身，可以使肌纖維增粗、肌肉中的毛細血管增多，從而使肌肉的生理橫斷面增大，使肌肉更加結實、豐滿、發(fā)達。與此同時，由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)節(jié)機能的改善，也會導致肌肉更加強健有力。不僅如此，器械健身還能促進骨骼的新陳代謝，提高其抗壓、抗拉、抗扭力等性能。此外，對關節(jié)、韌帶的生長發(fā)育也有著良好的促進作用（2） 增進健康，消除脂肪：因為全身是一個統(tǒng)一的整體，所以每一塊肌肉都和體內(nèi)其他系統(tǒng)緊密相連。經(jīng)常性地進行器械健身，可以明顯地提高循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的機能水平，從而使體質(zhì)得以全面增強，健康狀況得以全面改善。
(二) 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
健身器的起源早已無處可尋，但是自健身器出現(xiàn)以來，歷經(jīng)幾十年的發(fā)展創(chuàng)新，健身器從剛開始的功能單一，體型笨重結構不夠規(guī)范發(fā)展為各式各樣的健身器材，根據(jù)應用空間可分為室外健身器材，室內(nèi)健身器材以及醫(yī)療康復器材等，根據(jù)其功能分類可以籠統(tǒng)地分為結構較為復雜的多功能健身器材和結構簡單的單一功能的健身器材。健身器發(fā)展至今，早已形成各自品牌，其中世界十大健身器品牌分別是：①
Life Fitness(力健)②Technogym(泰諾健)③ Precor(必確) ④Star Trac(星馳) ⑤ Nautilus(諾德士) ⑥喬山 ⑦舒華⑧邁寶赫⑨ 英派斯⑩ 萬年青
。中國健身器材行業(yè)的發(fā)展始于 20 世紀 80 年代末，隨著中國加入 WTO 和北京申奧的成功，為健身器材行業(yè)的發(fā)展提供了有利條件和發(fā)展機遇，健身隊伍的不斷擴大為健身器材生產(chǎn)商帶來濃厚商機。
健身器可分為多功能健身器、普通健身器、醫(yī)療康復健身器械。①多功能健身器械指的是可在一個器械上完成對多個身體部位進行鍛煉的健身器械，這一類健身器械結構較為復雜，占地面積比一般的健身器材要略微大一點，其優(yōu)點是可以做到功能集
圖一：多功能健身器中，可以在一臺健身器上完成身體多個部位的鍛煉，安全系數(shù)較高。
綜合型多功能器（如圖一所示）：一般都包括擴胸器、引體向上、仰臥推舉、仰臥起坐等器械的功能。擴胸器、引體向上、仰臥推舉，主要是用來鍛煉上肢力量及胸大肌力量；仰臥起坐，主要用來鍛煉腰肌群，減少腰腹部多余脂肪。一般的多功能健身器械分為三站式和五站式。三站式可以三個人同時進行鍛煉，五站式可以同時滿足五個人對不同身體部位的鍛煉需求。
普通的健身器又可以稱之為單功能健身器，單功能器械，常見的有劃船器、健美車、健步機、跑步機、美腰機等。它們的主要功能是：劃船器（如圖二）：主要用來增強手臂力量及動作協(xié)調(diào)。動感單車（如圖三）：鍛煉時，像騎自行車一樣，主要用來增強腿部力量，增強心血管功能。健步車：主要用以鍛煉腿、腰、腹部肌肉及心肺功能。跑步機：主要用以鍛煉腿、臀、腰、腹部肌肉及心肺功能。美腰機：可對腰部、背部作放松按摩。
“劃船”時身體的每一個屈伸動作、每次劃槳時的揮臂動作，使大約 90%的伸肌參與了運動，因此它對于平時幾乎不參與任何動作的伸肌來說，是相當有益處的。劃船動作對鍛煉背部肌肉有明顯的作用，讓脊背在體前屈和體后伸當中得到最大的活動范圍，同時有效地活動了脊背的每一個關節(jié)，不僅增強了彈性，也增加了韌性。在練習劃船動作的時候，一定要注意動作的連貫性，每一個蹬伸動作不能夠出現(xiàn)停頓。劃行過程中的每一個動作一定要到位，動作幅度過小會導致參與運動的肌肉無法充分伸展或收縮。
在很多健身房里，都可以看到一種和自行車長得很像的運動器材，這個叫做動感單車（Spinning）單車的設計很人性化，可以根據(jù)每個人自身特點進行細微調(diào)節(jié)，包括車把、車座、腳蹬、阻力。安全腳套始終固定在蹬板上，安全系數(shù)絕對可以放心。 Spinning 有自己的音樂編排，跟隨動感音樂的節(jié)拍，調(diào)節(jié)阻力的大小，在教練的帶領下，由簡單到復雜，包括手臂、腹部和胸部在內(nèi)的所有的肌肉都在做功。據(jù)教練介紹， Spinning 對心肺功能提高是很顯著的，它平均每小時燃燒體內(nèi)的脂肪也非常多，一節(jié) 45 分鐘的 Spinning 課會燃燒 400 到 500 卡路里熱量，相當于長跑一個半小時。對于臀部、大腿，也有很好的塑形作用。
圖二：劃船器 圖三：動感單車出行、洗澡、起床……這些對于健康人來說是輕而易舉的事情，而對于一些老弱
病殘者卻是一次冒險，甚至是一項單靠自己不可能完成的任務。而那些能夠幫助病人進行理療、功能性鍛煉、恢復生活自理和勞動能力的康復醫(yī)療器械，正在受到越來越多老人、殘障人士的歡迎。康復醫(yī)療器械按治療與鍛煉方式，可分為理療器械和體療
器械兩大類。據(jù)介紹，理療器械包括刺激神經(jīng)與肌肉的電療器械，磁療器械，超聲器械，紅外線、紫外線、激光等光學器械，機械假肢，電子反饋設備以及各類護理床等。理療器械有一定的難度，有些還屬于高新技術產(chǎn)品，只能在醫(yī)院通過專業(yè)醫(yī)護人員，根據(jù)治療康復療程操作。體療器械又稱功能性練習器，若人體有疾患可進行功能性恢復的訓練，身體健康也可進行保健、鍛煉等。其包括輔助行走練習器、牽引器械、按摩器、矯形器以及輪椅等生活器具。
(三) 國外發(fā)展現(xiàn)狀
在健身市場較為成熟的歐美國家，健身器材市場非常龐大，以美國為例，由于健身鍛煉的具體方式方法的教育在大學之前就已完成 ，全民對健身知識的掌握和主動健身的觀念非常高。
施瓦辛格在《健身百科全書》[3]中提到，健身器材改變了以往那只利用身體本身自重去鍛煉的歷史，是一個非常巨大的進步 ，所以這一市場將是非常龐大的，因為它帶給人們的不僅僅是方式上的改變，同時也帶動了健身產(chǎn)業(yè)的另一種衍生品的發(fā)展 ；同時，只要健身俱樂部不斷的發(fā)展，健身器材行業(yè)就不斷地發(fā)展，未來家庭式健身器材也會大大地普遍。
健美冠軍之父本韋德在《韋德之路》[4]中談到，健身器材工業(yè)起源于 20 世紀 70 年代初的美國及加拿大，所以美國及加拿大的健身設備制造廠是歷史最為悠久的工廠，他們經(jīng)歷了健身工業(yè)的高峰與低谷，經(jīng)歷了健身器械的誕生和發(fā)展過程，所以說美國及加拿大的健身設備是技術最專業(yè)的最優(yōu)秀的產(chǎn)品。
鄭瑞在《中美兩國體育健身娛樂業(yè)現(xiàn)狀比較研究》[5]中指出，1981 年, 美國有40%的院系設置了非師范專業(yè), 到 1987 年, 這樣的院系增至 75%。這些院系除了開設傳統(tǒng)的體育教育、運動訓練外, 都開設了體育管理、健康與身體素質(zhì)管理、運動科學、運動醫(yī)學、身體療法、體育新聞報道和殘疾體育等專業(yè)。 美國高校主要培養(yǎng)以下三個層次的體育經(jīng)營管理人才: 依托商學院培養(yǎng)高層次的體育人才, 課程設置采用 MBA 課程加體育學課程; 依托各大學的體育學院或體育系培養(yǎng)中高級體育經(jīng)營人才,多采用體育學加工商管理課程的設置; 依托各大學的體育學院或社區(qū)學院培養(yǎng)專門人才。
盧芳群在《美國體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展概貌及其社會學因素分析》[6]提到，2015 年全世界體育總值 15000 億美元 , 美國體育產(chǎn)業(yè)總價值 4984 億美元居于世界首位,占百分比為 33.2%, 2015 年有近 200 萬美國人從事與體育產(chǎn)業(yè)相關的工作 有中國學者研究指出， “在美國 ,論及產(chǎn)業(yè)增加值 ,2015 年體育產(chǎn)業(yè)在 2 1 個產(chǎn)業(yè)大類中居于長 期穩(wěn)居第 3 位,僅次于美國商業(yè)銀行和證券市場”。
包蕾蕾在《中德健身業(yè)對比和發(fā)展趨勢新探》[11]指出：以德國為例, 德國健身養(yǎng)生市場是歐洲第 2 大市場, 日耳曼民族是一個崇尚競技和運動的民族, 體育是德國人日常生活的重心之一, 吃飯、睡覺、工作和運動是居民生活的必需品, 健身養(yǎng)生市場參與人員(俱樂部會員)和全國總人口比例保持在 1 ∶16。 近年來, 各項運動和行業(yè)發(fā)展更是走在歐洲的最前沿, 體育健身業(yè)近年來也保持了持續(xù)而穩(wěn)定的發(fā)展。
(四) 發(fā)展趨勢
2016 年國務院辦公廳發(fā)布關于加快發(fā)展健身休閑產(chǎn)業(yè)的指導意見。意見指出，健身休閑產(chǎn)業(yè)是體育產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，是以體育運動為載體、以參與體驗為主要形式、以促進身心健康為目的，向大眾提供相關產(chǎn)品和服務的一系列經(jīng)濟活動，涵蓋健身服務、設施建設、器材裝備制造等業(yè)態(tài)。當前，我國已進入全面建成小康社會決勝階段，人民群眾多樣化體育需求日益增長，消費方式逐漸從實物型消費向參與型消費轉變，健身休閑產(chǎn)業(yè)面臨重大發(fā)展機遇。但目前健身休閑產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模不大、產(chǎn)業(yè)結構失衡，還存在有效供給不足、大眾消費激發(fā)不夠、基礎設施建設滯后、器材裝備制造落后、體制機制不活等問題。加快發(fā)展健身休閑產(chǎn)業(yè)是推動體育產(chǎn)業(yè)向縱深發(fā)展的
強勁引擎，是增強人民體質(zhì)、實現(xiàn)全民健身和全民健康深度融合的必然要求，是建設“健康中國”的重要內(nèi)容，對挖掘和釋放消費潛力、保障和改善民生、培育新的經(jīng)濟增長點、增強經(jīng)濟增長新動能具有重要意義。
從政策角度來看，由于健身娛樂市場可以有效地拉動居民的消費，符合國家拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟發(fā)展的政策，有望得到政府的進一步支持。同時，一個需要特別注意的發(fā)展傾向是從人們對健身娛樂的消費趨勢上來看，人們健康的需求也正逐步從被動的治療性向主動的預防保健型轉換，這也預示未來的健身娛樂市場必然向科學保健、運動和娛樂合理搭配的方式發(fā)展。
國務院總理李克強在近日的兩會期間表示，到 2020 年，我國常住人口城鎮(zhèn)化率達到 60%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率達到 45%。隨著城市化進程加速，人們會越來越重視亞健康問題，未來健身器材行業(yè)一定會呈現(xiàn)井噴式增長。
(五) 總結
健身器的發(fā)展一直一直都是機遇與挑戰(zhàn)并存的，目前的健身器大多數(shù)存在質(zhì)量不過關，價格昂貴，結構復雜，功能單一等等各式各樣的問題，所以經(jīng)查閱相關文獻及跟老師的溝通討論，本次畢業(yè)設計主要解決的是多功能健身器的材料選擇以及相關結構的設計計算。
指導教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）
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審
核
意 教研室主任意見
見
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學院教學指導委員會意見
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公章：
多功能健身器設計
多功能健身器的設計
總計：畢業(yè)論文： 40 頁
表 格： 1 表
插 圖： 10 幅
- 1 -
目錄
摘 要 I
Abstract II
緒論 - 1 -
1. 前言 - 3 -
1.1 方案確定與分析 - 3 -
1.2 設計要求 - 4 -
1.3 整體結構 - 4 -
2. 腿部鍛煉機構設計 - 6 -
2.1 傳動方案的選擇 - 6 -
2.2 鏈傳動的設計計算 - 7 -
2.4 軸的設計 - 8 -
2.5 飛輪機構 - 10 -
3. 健身器腰部鍛煉機構設計 - 12 -
3.1 座椅的設計 - 12 -
3.2 彈簧的設計計算 - 12 -
4. 臂力機構及機架設計 - 15 -
4.1 設計材料的選定 - 15 -
4.2 底座的設計 - 15 -
4.3 支架的設計 - 15 -
4.4 配重的設計 - 17 -
4.5 滑輪的設計 - 17 -
4.7 其他零件的設計 - 18 -
4.8 標準件的選定及校核 - 18 -
4.9 導管設計 - 19 -
4.10 運動分析 - 19 -
5. 環(huán)保分析 - 21 -
6. 設計總結 - 22 -
致 謝 - 23 -
摘 要
我畢業(yè)設計的主題是多功能健身器材，設計了多功能健身器，用于鍛煉身體的主要功能：鍛煉手臂部位肌肉群、鍛煉大腿小腿部肌肉組織、鍛煉腰腹部核心肌肉群。
大腿小腿的肌肉組織可以根據(jù)鏈條傳遞的原理和飛輪的特點達到肌肉訓練的效果；關于腰腹部核心肌肉群的鍛煉可以利用圓柱螺旋拉伸彈簧的受力拉伸、撤力自動恢復的特點來達到肌肉鍛煉的目的；手臂肌肉群的鍛煉可以通過相關機構帶動一定重物作上下升降的動作來達到肌肉增強的作用；手臂肌肉群的鍛煉機構包括操縱、導向、調(diào)節(jié)等相關機構；框架的主要功能是為上述三個結構的正確安裝提供一個平穩(wěn)的平
臺。另外，多功能健身器具還具有使用方便，安全性能好，成本低，裝配設計等優(yōu)點。
關鍵詞：多功能；健身器；機構；鍛煉
Abstract
The theme of my graduation design is the multi-functional fitness equipment, designed a multi-functional fitness, for exercise the main function of the body: exercise arm parts muscle group, exercise thigh calf muscle tissue, exercise waist and abdomen core muscle group.
The muscles of the thigh calf can be transmitted according to the principle of the chain and the characteristics of the flywheel to achieve the effect of muscle training; on the waist and abdomen core muscle group exercise can use the cylindrical spiral tension spring tension, the automatic recovery of the characteristics of The purpose of muscle exercise; arm muscle group exercise through the relevant institutions to promote a certain weight for the movements up and down to achieve the role of muscle enhancement; arm muscle group exercise institutions, including manipulation, guidance, regulation and other related institutions; Is to provide a smooth flat for the correct installation of the above three structures station. In addition, the multi-functional fitness equipment also has the advantages of easy to use, good safety performance, low cost, assembly design and so on.
Keyword: multifunctional; body-building; mechanism; exercise
II
多功能健身器設計
緒論
社會不斷在進步，人們的生活水平也在不斷提高。從20 世紀80 年代開始，一直到今天，隨著生活節(jié)奏的不停加快，廣大上班族不得不面臨著越來越大的日常壓力，高負荷的工作任務使得他們的身體素質(zhì)不斷下降，加上內(nèi)心所承受的巨大精神壓力難以舒緩，從而導致了類似于普華永道和富士康等公司員工猝死事件的屢屢發(fā)生，這無疑為一眾國民敲響了健康問題的警鐘。中國醫(yī)學專家指出，目前，國內(nèi)有近 70%的人正處于亞健康狀態(tài)，罹患抑郁癥、精神分裂、頸椎病、高血壓等系列疾病的風險較以往大幅增加且逐漸呈年輕化趨勢。基于此，人們在追逐物質(zhì)利益的同時，也開始注重追求新的生活方式和貫行新的健康理念，而健身器材的設計與推廣，正是迎合了當前社會潮流發(fā)展的趨勢
中國健身器材業(yè)分析：（1）中國有廣大的市場，便宜的人力資源和原材料市場，及政府的各種優(yōu)惠政策，中國處于高速發(fā)展的時代，及運動會帶動全民健身意識，帶動健身器材行業(yè)的發(fā)展。（2）主要表現(xiàn)以下幾個方面：整體規(guī)模偏小、在經(jīng)濟結構中所占的比重較小、商業(yè)化運作水平不高、產(chǎn)品結構單一，市場多元化開發(fā)不夠、相關產(chǎn)業(yè)的潛能沒有充分發(fā)揮。起步較晚。健身器材工業(yè)起源于20世紀70年代初的美國及加拿大，別的國家也先后在70-90年代初發(fā)展起來，而中國在90年代中才開始。（3）國際市場廣大，進一步促進中國的高速發(fā)展，產(chǎn)品價格便宜;全民健身理念推廣。（4）中國經(jīng)濟高速發(fā)展，各行業(yè)的競爭升級，外資的進入對健身器材行業(yè)產(chǎn)生強大的機會和威脅，周邊發(fā)展中國家的健身器材業(yè)發(fā)展也有一定的威脅;發(fā)達國家對產(chǎn)品品質(zhì)和服務的要求在考驗中國的健身器材行業(yè)。我國健身器材行業(yè)的發(fā)展應該從以下三個策略出發(fā)：1、標準化戰(zhàn)略，短時間把我國健身用品業(yè)的標準整理修訂一遍;沒有高基準線的標準，所生產(chǎn)出來的健身器材就沒資格參與未來市場的競爭。2、認證戰(zhàn)略，根據(jù)國際慣例，原帶行政職能的審定將被第三方認證所替代， 而目前我國體育用品業(yè)內(nèi)的認證市場較為混亂，還未與國際接軌。3、名牌推進戰(zhàn)略，中國制造的產(chǎn)品在未來幾年內(nèi)的國際市場上還將不斷擴大，但以獨立的民族品牌出現(xiàn)在世人面前的還是鳳毛麟角。為了振興民族的體育用品制造業(yè)，我們必須擁有自己強大的品牌群體[20]。
隨著近年來人們享受式消費在逐年增長,城市中大量涌現(xiàn)了白領階層,大家紛紛加入各式各樣的健身俱樂部,享受著時尚且新奇的健身體驗。我國城市居民用于個人健身等方面的消費以30%的速度在增長,大大高于全球20%的平均增速。市場需求規(guī)?？焖僭鲩L，市場空間大。
在健身市場較為成熟的歐美國家，健身器材市場非常龐大，以美國為例，由于健身鍛煉的具體方式方法的教育在大學之前就已完成 ，全民對健身知識的掌握和主動健身的觀念非常高。
施瓦辛格在《健身百科全書》中提到，健身器材改變了以往那只利用身體本身自重去鍛煉的歷史，是一個非常巨大的進步 ，所以這一市場將是非常龐大的，因為它帶給人們的不僅僅是方式上的改變，同時也帶動了健身產(chǎn)業(yè)的另一種衍生品的發(fā)展 ；同時，只要健身俱樂部不斷的發(fā)展，健身器材行業(yè)就不斷地發(fā)展，未來家庭式健身器材也會大大地普遍[21]。
健美冠軍之父本韋德在《韋德之路》中談到，健身器材工業(yè)起源于20世紀70年代初的美國及加拿大，所以美國及加拿大的健身設備制造廠是歷史最為悠久的工廠，他們經(jīng)歷了健身工業(yè)的高峰與低谷，經(jīng)歷了健身器械的誕生和發(fā)展過程，所以說美國及加拿大的健身設備是技術最專業(yè)的最優(yōu)秀的產(chǎn)品[22]。
從政策角度來看，由于健身娛樂市場可以有效地拉動居民的消費，符合國家拉動內(nèi)需、刺激經(jīng)濟發(fā)展的政策，有望得到政府的進一步支持。同時，一個需要特別注意的發(fā)展傾向是從人們對健身娛樂的消費趨勢上來看，人們健康的需求也正逐步從被動的治療性向主動的預防保健型轉換，這也預示未來的健身娛樂市場必然向科學保健、運動和娛樂合理搭配的方式發(fā)展。
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多功能健身器設計
1. 前言
1.1 方案確定與分析
多功能健身器是一個很實用的創(chuàng)新型的結構設計課題，在設計之前我做了相對完整的市場研究，并且在網(wǎng)上搜集到了一部分與健身器材有關的資料。除了這些以外，我還去了一些健身房里走訪了健身房里比較突出的健身教練及健身愛好者，并且親自體驗了相關健身器械，力求做到親身經(jīng)歷。健身器結構：因為目前市場上所存在的絕大多數(shù)的健身器材大體上都是屬于盲目的單一追求功能多樣化的健身器。市場上有一囊括了十七種繁復功能的健身器產(chǎn)品，倘若一個健身器的功能最終閑置下來，那么也就失去了該健身器原本的初衷，并且由于搭載太多的鍛煉功能會導致健身器的設計工作變得尤為復雜，同時也會造成健身器的工作不穩(wěn)定，故障率比較大，維修困難等一系列問題。
在社會不斷向前發(fā)展的過程中，我國居民的物質(zhì)生活水平也得到了質(zhì)提升，民眾也慢慢的開始意識到了健身的重要性，各大高校和一些街道的健身房猶如雨后春筍一般，但是因為現(xiàn)在的社會條件下國人們的收入水平還不足以支持每一個人都到健身房去消費，在目前的社會背景下看來，普通的工薪階層雖然還不足以承受私人健身器械，但是比去健身房更便宜，比去健身房節(jié)省更多的時間，所以目前大部分的健身器材產(chǎn)品都是大多數(shù)白領，還有消費水平處于白領之上的那一群人。這個人群因為在時間分配上的原因，沒有多余的時間去健身房進行體育鍛煉，并且由于個人經(jīng)濟原因，他們也足夠消費得起私人家用健身器械，與此同時由于我國的人口基數(shù)比較大，房屋單人面積人均占有率低，導致了房屋價格的飛速上升，目前的社會時代背景下，商品房經(jīng)濟背景下的人們所居住的環(huán)境相對非常狹小，所擁有的空間極其有限，所以在進行設計的初期我就已經(jīng)明確了本次健身器材設計的大體方向，多功能健身器械的機械結構相對緊湊，占地面積小，安全系數(shù)高，可以很容易地滿足人們對大多數(shù)肌肉鍛煉的渴望。健身的運動器械增加鍛煉的多功能性質(zhì)，在另一方面，可以讓人們鍛煉更舒適。因此，健身設備的性能進行了優(yōu)化，并通過去除一些不常用的功能，以提高健身器材的使用效率，以滿足人們的體質(zhì)的不同需求。
單人多功能健身器是我這一次畢業(yè)設計的器械，盡管這一個健身器械只能夠滿足單人對肌肉鍛煉的要求然而其提供了多項鍛煉性能。在我走訪了一部分健身房教練、還有一些健身愛好者之后發(fā)現(xiàn)，目前人們主要是針對于胸肌、肱二肱三以及腿大肌進行相關的增肌鍛煉。我這一次的設計理念主要也源自于這里，所以我這一次畢業(yè)設計所設計的多功能健身器的主要功能也是圍繞著以上幾個功能開展的設計工作。主要功能包括腿部肌肉的鍛煉、腰腹部核心肌肉群的加強、坐姿手拉拉手上下移動、站姿手拉拉桿的肱二肱三加強鍛煉。以上這四種功能綜合起來會使得健身器的整體結構顯得較為美觀，并且在動作上也會顯得比較協(xié)調(diào)。通過該多功能健身器能夠鍛煉到的肌肉包括：胸肌、背闊肌、斜方肌、手臂肌肉前束、后束、肱二肱三、腿大肌、股直肌、三角肌等肌肉。
1.2 設計要求
按照本次多功能健身器的設計要求，該健身器需要滿足以下幾點：
（1）多功能健身器械，僅容一人進行鍛煉操作；
（2）要具備有安全性能高，運行平穩(wěn)無太大噪音的性能；
（3）配重設計為可調(diào)重量樣式，單級5kg，更換鍛煉強度便捷；
（4）機械結構安裝合理，能夠解決當前社會背景下的健身器材市場上大多數(shù)健身器材或多或少都存在于設計上的缺陷 ，并且能夠可以便于制造。
1.3 整體結構
1.3.1 手臂鍛煉機構及機架
底座、立柱、拉手、鋼索、導桿、配重還有銷軸組成了整個手臂肌肉群的鍛煉機構，該框架提供了兩個肱肌運動平臺結構非常有效的組合三，手臂肌肉運動機構驅動電纜，電纜通過手柄驅動配重上下移動，以達到肌肉運動的目的
1.3.2 腿部肌肉鍛煉機構
腿部肌肉鍛煉結構主要由鏈傳動，鏈輪軸以及飛輪組成。這個肌肉鍛煉機構的設計靈感主要來源于自行車的傳動機構，通過腳掌帶動踏板，踏板帶動鏈輪軸，軸帶動傳動鏈等一系列連鎖反應，最后將能量存儲到鏈輪軸兩端的飛輪中，而飛輪又接著將其存儲的能量反向傳遞到了小鏈輪上。在小鏈輪軸上，鏈條踏板向上移動。
1.3.3 腰腹部鍛煉機構
座椅底座、靠背以及圓柱螺旋拉伸彈簧構成了整個腿部肌肉鍛煉機構。鍛煉者坐于座椅上，往后靠給靠背一個力，帶動靠背繞軸進行向后進行轉動，帶動彈簧受力進行拉伸（彈簧其中一端的圓鉤將其固定于座椅之上，另外一端圓鉤將其固定在靠背的左下或右下側），彈簧在失去靠背給的力之后，在本身彈力的作用下將靠背復位。
整體結構見圖一
圖1.1：裝配圖
2. 腿部鍛煉機構設計
2.1 傳動方案的選擇
初步考慮帶傳動和鏈傳動兩種方案，如圖二所示為鏈傳動。
圖2.1：鏈傳動
2.1.1 方案一:采用傳統(tǒng)的皮帶傳動
定義：（帶輪傳動屬于眾多撓性傳動的一種，皮帶傳動的主要部件為兩個皮帶輪（驅動皮帶輪和從動皮帶輪）以及一條驅動帶。當驅動輪轉動時，通過皮帶輪與傳動帶之間的摩擦和嚙合作用，通過傳動帶將運動以及動力傳遞給從動皮帶輪）[2]。
傳動原理：（皮帶的張力被用作柔性部分以產(chǎn)生皮帶和皮帶輪之間的摩擦和傳動）[2]。
優(yōu)點：①結構比較簡單②傳動較為平穩(wěn)③緩沖以及吸振 ④價格比較低廉 ⑤對于安裝的精度要求低⑥比較適合長距離傳動。
缺點：①容易產(chǎn)生疲勞損壞 ②傳動帶嚙合傳動相對比，其張緊力比較大，且軸上承受的壓力大 ③皮帶的長度較長、不太緊湊 ④很容易出現(xiàn)打滑的現(xiàn)象⑤由于帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電，故一般不用于高溫等場合。
2.1.2 方案二：使用鏈傳動方式
定義：鏈傳動也屬于撓性傳動之中的一種。它由鏈條以及鏈輪（主動鏈輪和從動鏈輪）組裝而成。運動和動力主要依靠鏈輪、鏈輪以及鏈條三者之間的嚙合來傳送[2]。
工作原理：運動和動力通過鏈輪鏈（中間柔性元件）與鏈輪齒嚙合來傳遞[2]。
優(yōu)點：①傳遞效率高 ②整體尺寸較小，能夠保持很好的結構 ③張緊小，作用于軸上的徑向壓力比較小?、艹休d能力高 ⑤對工作場合的要求低 ⑥成本低
缺點：①瞬時的傳動比不能得到保證 ② 磨損后容易發(fā)生跳齒 ③ 在運行過程中會產(chǎn)生噪聲和沖擊，不適合高負載、高速、快速反向傳輸。
由于本次設計要求運動平穩(wěn)，傳遞效率高等特點。綜上所述，初步確定決定采用鏈傳動鏈傳動這個方案。
2.2 鏈傳動的設計計算
鏈輪傳動的傳動比增大，導致鏈條與小鏈輪上之間的包角減小，與此同時正在嚙合的鏈輪輪齒數(shù)就會減少，每一個輪齒所承受的載荷就會增大，加速了輪齒的磨損，并且比較容易造成跳齒、脫鏈的現(xiàn)象。鏈傳動的傳動比一般情況下取，一般取。
初步選用短節(jié)距精密滾子鏈。低速級的傳動系統(tǒng)中一般用滾子鏈作為傳動結構，傳遞的功率一般不到，鏈傳動速度低于 。依據(jù)實際情況，初步選定主動鏈輪的轉速為，傳動比取，鏈傳動所傳遞的功率為。
2.2.1 鏈輪齒數(shù)
初步選定小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)。
2.2.3 確定計算功率
由表9-6查得[2]，由圖9-13查得，單排鏈[2]，則計算功率為
2.2.4 選擇鏈條型號和節(jié)距
由Pca=1.35kW以及n1=60r/min查圖9-11[2]，選取滾子鏈型號為16A。查表，鏈條節(jié)距為。
2.3 對鏈節(jié)數(shù)和中心距的計算
2.3.1 計算鏈速v，確定潤滑方式
初步選擇中心距
現(xiàn)取，則鏈長節(jié)數(shù)
取節(jié)。
查表得到中心距計算系數(shù),則鏈傳動的最大中心距為
由和鏈號，可得滾子鏈的潤滑方式為定期人工潤滑。
2.3.2 壓軸力的計算
有效圓周力為
由于鏈輪為垂直設置，則壓軸力系數(shù)，則壓軸力為:
2.3.3 對鏈輪結構的設計
選擇大鏈輪和小鏈輪均為整體式。
2.3.4 鏈輪的材料
鏈輪輪齒要具備有足夠高的耐磨性和強度。因為小鏈輪輪齒比大鏈輪輪齒嚙合的次數(shù)多，所受的沖擊也大鏈輪大，所以小鏈輪需要采查表用較好的材料制造。由表9-5[2]可知，小鏈輪的材料為15號鋼，大鏈輪的制造材料為20號鋼，采取滲碳、淬火和回火等熱處理，熱處理之后的硬度約為。
2.4 軸的設計
2.4.1 對輸出軸上的功率、轉速和扭矩的計算
取傳動效率，則
（11）
（12）
于是
mm （13）
2.4.5 對作用在軸上的力的計算
在傳動軸上的力為壓軸力和支撐力。參見后文示圖。
(1) 最小軸徑的確定
有公式初步估算最小軸徑。取45鋼制造軸，調(diào)質(zhì)處理。取，得：
（14）
但由于輸出軸的最小直徑安裝在飛輪處軸的直徑和,故取==。
2.4.6 軸的結構設計
現(xiàn)初步設計軸的割斷尺寸位置，如下圖。
圖2.2：軸段圖
根據(jù)各零件的軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度[3]。1）飛輪的軸向定位要求通過軸肩來滿足，所以在軸上需要制造相關的軸肩，故取。2）軸承的選擇。經(jīng)過軸承的受力分析后，初步選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，大軸承初步選取單列深溝球軸承6008，其尺寸為，=40×68×15,故，而。3）鏈輪的安裝軸段的直徑；鏈輪的軸向通過軸套進行定位。輪轂厚度為，該軸段由于定位要求需要短于輪轂的厚度，所以取。鏈輪的右端利用軸肩進行軸向定位，尺寸為，故取，那么這一段軸的。這一段軸的厚度b≥1.4h，取。
4）軸承蓋的厚度為20mm，為了使得軸承蓋便于裝卸，方便軸承的潤滑，取，而。
周向定位：周向定位均采用鍵連接的方式。按查表6-1得大鏈輪與軸的連接平鍵截面[2]，同理，飛輪與軸的連接，選用平鍵為，飛輪與軸的配合為。由過渡配合來確保深溝球軸承與軸之間的周向定位要求，所以此處選軸的直徑尺寸公差為m6.
2.4.7 按彎扭合成應力校核軸的強度
危險截面為截面C
圖2.3：大連輪軸
校核軸上最大彎矩及扭矩截面強度，軸上所承受的扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，則：
（15）
軸的材料為經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，由表15-1查得[2]。因此，故安全。
圖2.4： 載荷分析圖
2.5 飛輪機構
2.5.1 轉動慣量的計算
1） 該機構的許用運轉不均勻系數(shù)
（16）
2）等效驅動力矩Med
（17）
3）飛輪所應該具備的轉動慣量
（18）
2.5.2 飛輪尺寸的確定
金屬材料盡可能少地獲得飛輪慣性矩輪的最大值，這相當于飛輪在輪輞部分相對于輪輞的絕大多數(shù)重量，輪輻和慣性輪非常小， 足夠小，被忽略。 輪緣上存在的慣性力矩近似等于：
（20）
如果輪輞的寬度為B，則用于飛輪的材料的單位體積重量被設定為，則：
(21)
采用作為飛輪的制造材料，，則H=20mm，B=16mm。
圖2.5：三維結構圖
3. 健身器腰部鍛煉機構設計
3.1 座椅的設計
3.1.1 設計思路
座椅設計用于將座椅的后部繞基座轉動。 主要部件是座椅板，靠背和可調(diào)高度基座。座板填充足夠泡沫棉和較為舒適的墊子?？勘承枰M行適當調(diào)節(jié)，高度可調(diào)的底座可以適應各類人群。材料選用，鑄造工藝足以滿足一般的要求，并滿足座椅設計的要求。
3.1.2 座椅的尺寸[9]
（1）座高：座椅高度是可調(diào)節(jié)的，適合所有類型的高個子。 座椅的前緣被設計為3?5厘米遠離人體的高度，并且具有450mm的圓弧.
（2）座寬：為魁梧人群座椅寬度設計標準，臀寬為基準尺寸，婦女作為設計基準的上限大小，采取450毫米。
（3）座深：座椅深度是指后緣之間的距離前排座椅，舒適的座椅深應能夠更容易地使靠背可以輕松支持腰椎，一般人只要他的小腿能得到穩(wěn)定的支撐，大腿會一般不太容易引起疲勞。 因此，為了適應各種高度，深度需要按照人群設計標準進行設計，一般取400mm。
（4）靠背高度：人體在最舒適的時間背面應該是狀態(tài)的背部肌肉的自然延伸，此時將形成腰椎前凸的一部分，成人腰位置大致位于上述座面，比高度略高 的支點到腰部支撐，方便支持背部重量本身，取。
（5）靠背寬度：合適的寬度應在肩部作為標準設計的基礎上，考慮整體布局，所述座椅靠背的寬度的設計需要寬的寬度取。
（6）靠背傾斜角度：根據(jù)脊椎的形狀，角度比較適合45度。
3.2 彈簧的設計計算
(1) 反復變形后，彈簧應保持良好的強度，韌性和耐疲勞性，并且還應保證抗沖擊性。
（2）查相關資料選擇合適的旋繞比C，查表10-2-17可知，旋繞比C=6，由公式（16-4）[5]得曲度系數(shù)K值：
(35)
（3）安裝空間的初始尺寸，彈簧的中間直徑D和彈簧絲的直徑由C值估算，彈簧絲的容許應力由設計手冊進行檢查?？紤]到安裝空間的大小，彈簧直徑的初始尺寸，由此可得
(36)
（4）彈簧工作圈數(shù)由變形兼容性條件進行計算，由表10-2-24可知[5]：
(37)
（5）彈簧的相關尺寸。
(38)
(39)
=102.5mm (40)
最大拉力，最小拉力，行程，其載荷作用次數(shù)為，由具體工作情況及具體條件選定其材料為油淬火回火碳素彈簧鋼絲B類，它的端部結構為圓鉤型。初定彈簧剛度為：
（41）
因為是載荷，≥，取，但由于是拉伸彈
簧，所以應將表10-2-16[5]中值乘以，則
（42）
彈簧線徑d及彈簧中徑D:查表10-2-16[5]，選取d=3.5mm，D=18mm，Pj=564.41，fj=2.221，。由上述材料的選擇知。將從表10-2-16[5]中查到的Pj=564.41及fj=2.221按照表10-2-15[5]進行修正：
（43）
有效圈數(shù)，現(xiàn)取，則其剛度 ，最小工作載荷下和最大工作載荷下的變形量分別為，，求得極限載荷下的變形量為：
（44）
彈簧的內(nèi)徑D1=D-d=18-3.5=14.5mm，外徑D2=D+d=18+3.5=21.5mm，彈簧的自由長度H0=（n+1）d＋2D=（18+1）×3.5+2×18=102.5mm，最小工作載荷下的長度
（45）
最大工作載荷下的長度：
（46）
極限工作載荷下的長度，螺旋角,節(jié)距t=d=3.5mm，圓柱螺旋拉伸彈簧的展開長度
mm （47）
實際極限變形量：
（48）
最大工作載荷
（49）
極限工作載荷，即451.53＞425
故所選圓柱螺旋拉伸彈簧強度在允許條件范圍內(nèi)。
4. 臂力機構及機架設計
4.1 設計材料的選定
材料的選擇是臂機構和機架的核心設計，選擇將是實力機構和身體的安全，性能和壽命保證。
1）為了符合設計和制造標準，我們參考以下材料：
空心方管，標記分別為：
2）無縫鋼管材料為（屈服強度235MP）
3）板材都為
4.2 底座的設計
底座將是整臺機械性能保障。所以對其的強度和結構有較高的要求。
在底座設計之初，由于在底座左右兩側安裝立柱，導向裝置及支架和其配重等機構，所以優(yōu)先考慮受力情況。為便于拆裝，故將其對稱安裝，這樣也將有利于簡化底座受力。具體結構詳見健身器裝配圖，其主要承受型材自重。
綜上，選取Q235的板材制造底座，。
4.3 支架的設計
4.3.1 支架的作用
支架是這臺健身器械相的重要的部件，主要用于架接滑輪組，實現(xiàn)手部肌肉鍛煉機構的相關動作。
4.3.2 支架力學性能分析
(1)受力分析：
截面A主要受人的拉力，其值為，
截面C主要受配重的拉力，其值為，
取，。
由此，可以計算出、
(50)
(51)
圖4.1：示意圖
（2） 力矩圖：
圖4.2：力矩圖
(3) 強度校核
從圖中可以看出，A截面上的應力是最大的，它是危險的部分，其強度被校核。
(52)
(53)
用于支架的材料是，查表2-6 得，[3]，符合設計要求。
4.3.3 支架的工藝處理
所述托架由冷彎方管焊接，焊接需要變形后進行校準。 同時，毛刺被拋光，表面被噴涂以防止生銹。
滑輪位置在組裝設計中，材料選用冷成型鋼，
底板和支架螺栓連接在一起，以減震和拆卸和組裝方便。
4.4 配重的設計
為降低配重在上升下降中產(chǎn)生的噪音和損壞后的便于維修，所以將配重的上面對稱地加兩條橡膠帶，這樣將可以在配重在下降的時候起到一定的緩沖作用。除此之外配重需要有良好的互換性。
配重也對健身器材的性能有重要影響，因此需要考慮以下幾點：
1）在鍛煉時由于配重的上、下降運動會產(chǎn)生撞擊，需考慮這點。
2）由于導桿選材為不銹鋼材，價格較高且為保護導桿，需改進配重孔。
3）根據(jù)目前市場數(shù)據(jù)，配重一般選擇13塊。
綜合考慮上述幾點，現(xiàn)對配重做出如下改進：
1）在導管中用一定長度的塑料管加熱使其往外翻，以防止導桿被配重磨損。
2）選材為厚冷軋鋼板標號為：,它的強度不成問題，韌性也能保證。
4.5 滑輪的設計
滑輪的作用：滑輪主要作用是承擔鋼絲繩的導向及減少摩擦，由于它的受力相對較小，可以采用鑄造件，在本次設計中主要受不超過壓應力的作用，但所選取的鋼材一般大于此值，故不考慮強度校核。
4.6 鋼絲繩的設計
由《機械設計手冊》查得，
(54)
選擇系數(shù)的公式為：
(55)
式中n：安全系數(shù)，k：折斷系數(shù)，：鋼絲繩的充滿系數(shù)
其中的算法為
初步選擇，6級安全系數(shù)，，則。
根據(jù)手冊c取0.114代入
其中，，故其材料為鋼芯鋼絲繩（）,標號為。
4.7 其他零件的設計
對于其他部件可以通過工廠定制，其設計要求相對較低，如使用緩沖螺栓，座椅連接，鋼絲繩長度按照要求安裝。
4.8 標準件的選定及校核
應特別注意設計中使用的標準件的選擇。 本設計采用以下標準件：軸承，螺栓，螺釘，墊圈等。
4.8.1 螺栓連接的選定及校核
立柱跟底座之間采用螺栓連接，材料選取，，實際取[2] ，則
(56)
其中，30mm，因此立柱取M12螺栓連接是符合要求的 。
4.8.2 軸承的選定及校核[2]
在整個健身器中只有小鏈輪和大鏈輪的輪軸部分選用了軸承。
校核大鏈輪輪軸處的軸承。
查閱設計手冊可得，選用深溝球軸承，型號為
預設可靠度，在徑向載荷作用下工作，工作應力循環(huán)次數(shù)為。
由《機械設計》表13-9知，可靠度為時壽命修正系數(shù)，相應的基本額定壽命為：
(57)
軸承額定動載荷為
(58)
軸承壽命符合要求。
4.9 導管的設計
由于導管的精確度的要求是比較高的，比如：為防止造成運動的卡頓造成健身者的不適，則直線精度不能過低；同時表面不可以噴漆，因為在工作時配重與導管會產(chǎn)生摩擦，表面的漆容易掉落后導致導管產(chǎn)生銹蝕，故采用不銹鋼管制作導管，牌號為，表面需烤漆。
4.10 運動分析
鏈傳動結構存在了轉動副，通過小鏈輪帶動轉動副運動進而帶動了傳動鏈的運動，而傳動鏈的運動又進一步帶動了大連輪的轉動副轉動。當給小鏈輪一個恒定的角速度時，從動輪的角位移與時間之間成正比。
圖4.3：鏈傳動簡圖
圖4.4：鏈傳動角位移時間圖像
5. 環(huán)保分析
目前，世界公眾對環(huán)境保護的要求越來越高，各國也正在制定越來越嚴格的環(huán)境保護法和相關標準。環(huán)境保護直接約束企業(yè)的經(jīng)營行為，有無良好的環(huán)保性已成為國際市場上產(chǎn)品競爭的重要指標之一。
健身器在運動的過程中，由于各個部件之間的相互碰撞會產(chǎn)生比較大的噪音，比較容易形成噪聲污染，在此，在設計的時候，需要充分考慮，使健身器對于周邊的環(huán)境影響降至最低。這是我們對產(chǎn)品負責，也是對社會的負責。
環(huán)保型工程首先采用能再生利用的材料和資源，在各系統(tǒng)和部件設計中所選用的材料應是可回收，易分解，能再生，且在加工過程中對環(huán)境無害的材料，特別是結構件的設計應盡可可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高工程機械材料的再生率。盡量采用低環(huán)保負荷材料，在零部件設計中應盡可能不使用含氟利昂，含氯橡膠，樹酯及石棉等有害材料。
工作過程中產(chǎn)生噪聲污染，我們要在健身器安裝時把連接件擰緊，設備試工作一段時間后，應對松動的連接件及時擰緊，而后繼續(xù)開始進行工作，然后再次進行檢測，直到?jīng)]有松動的地方。同時也使零件的使用壽命增加，減少因松動而引起沖擊力使零件失效。在接觸較多的零件處，可以多應用一些隔音或者消音的材料。例如橡膠材料。
6. 設計總結
本次畢業(yè)設計前期進行了相關資料的收集，閱讀相關文獻，并且根據(jù)已掌握的資料對健身器的整體結構方案進行確定，并且依據(jù)人類的鍛煉習慣進行了相關機構的尺寸確定。在進行設計的時候，運用了關于軸、鏈傳動以及彈簧的設計等理論知識，并且對相關受力部分進行了受力分析。根據(jù)所設計的結構分析了軸所承受壓力，完成了鏈傳動以及彈簧校核等相關計算相關計算，設計了腿部鍛煉機構，手部肌肉群鍛煉機構，腰腹部肌肉群的鍛煉機構，可以有效的對人體各肌肉群進行增強鍛煉，實現(xiàn)本次設計的中心：多功能。同時，在畢業(yè)設計進行的過程中，完成了裝配圖的設計繪制以及相關零件圖的繪制工作。
經(jīng)過這樣的設計，我為多功能健身這個知識了解得更好的系統(tǒng); 加強機械結構設計; 加強機械設備部件選型及相關設計計算; 加強機械結構設計理論與方法; 在很大程度上測試他們是否可以在實際應用中學習理論知識四年; 培養(yǎng)自學能力和合作能力。
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致 謝
在本設計完成之際，首先要向我的指導老師馬宗民致以最誠摯的感謝。在論文的寫作過程中，馬老師給了我許許多多的幫助和指導。在馬老師的悉心指導下，我不僅對以前所學的知識更熟練更扎實，而且更加開闊了視野，更深入，也在怎樣處人處事上受益匪淺；同時馬老師對工作的熱情、一絲不茍、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，是我以后參加工作學習的榜樣。
在此謹向馬老師表示衷心的感謝和深深的敬意。我要感謝學校給我提供了良好的學習環(huán)境和豐富的學習資源，感謝大學期間所有為我授課的各位老師，是他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了知識，培養(yǎng)了能力。也感謝我的同班同學，感謝他們的幫助和支持。
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