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湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）
中 期 檢 查 表
學? 院：???? 工學院????????????
學生姓名
李康成
學??? 號
200940614310
年級專業(yè)及班級
2009級機械設計制造及其自動化(2)班
指導教師姓名
全臘珍
指導教師職稱
教授
論文（設計）題目
多功能健身器設計
畢業(yè)論文（設計）工作進度
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已完成的主要內(nèi)容
尚需解決的主要問題
初步構思，主要機構的設計，主要運動機構參數(shù)的運算，部分零件圖的繪制，設計說明書的目錄和章節(jié)分部，計算和書寫部分設計說明書，主要運動機構的材料強度校核。
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如何使運動機構的合理裝配，設計圖紙的繪制需要抓緊，裝配圖繪制，設計說明書的完整書寫，機構的強度校核，運動校核等。
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指導教師意見
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???????????????????? 簽名：????????????? 年??? 月??? 日??
檢查小組意見
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?????????????????????? 組長簽名：?????????? 年??? 月??? 日??
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注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。
2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。
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湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生
畢業(yè)論文（設計）任務書
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學生姓名
李康成?
學???號
200940614310?
年級專業(yè)及班級
2009級機械設計制造及其自動化(2)班?
指導教師及職稱
全臘珍???教授
學???院
工學院?
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20?12?年12月3?日
填?寫?說?明
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一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學校根據(jù)已經(jīng)確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據(jù)。此表由指導教師填寫。
二、此任務書必需針對每一位學生，不能多人共用。
三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內(nèi)，經(jīng)過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內(nèi)容。
四、任務書一經(jīng)下達，不得隨意更改。
五、各欄填寫基本要求。
（一）畢業(yè)論文（設計）選題來源、選題性質(zhì)和完成形式：
請在合適的對應選項前的“□”內(nèi)打“√”，科研課題請注明課題項目和名稱，項目指“國家青年基金”等。
（二）主要內(nèi)容和要求：
1．工程設計類選題
明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。
2．實驗研究類選題
明確選題的來源，具體任務與目標，國內(nèi)外相關的研究現(xiàn)狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
3．文法經(jīng)管類論文
明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關的研究歷史和研究現(xiàn)狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
（三）主要中文參考資料與外文資料：
在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關資料和相關信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據(jù)選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。
（四）畢業(yè)論文（設計）的進度安排：
1．設計類、實驗研究類課題
實習、調(diào)研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。
2．文法經(jīng)管類論文
實習、調(diào)研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。
六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。
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畢業(yè)論文
（設計）題目
多功能健身器設計?
選題來源
□結合科研課題???課題名稱：????????????????????????????????????????
□生產(chǎn)實際或社會實際???????????■其他????
選題性質(zhì)
■基礎研究??????□應用研究?????□其他
題目完成形式
■畢業(yè)論文??????□畢業(yè)設計?????□提交作品，并撰寫論文
主要內(nèi)容和要求
主要內(nèi)容：
1、臂膀鍛煉機構設計?????
2、腿腳鍛煉機構設計
3、座椅設計
4、支架設計
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要求：
1、根據(jù)人體運動學和機械設計原理，設計合理可靠的多功能健身器。
2、美觀大方，經(jīng)濟適用。
3、完成3張A0圖紙（折合），并要求CAD繪制。
4、撰寫設計說明書，文字在1.0～1.5萬字間，條理清楚，計算有據(jù)，格式按湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求。
5、設計說明書的內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外動態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻，鳴謝。
注：此表如不夠填寫，可另加附頁。
主要中文參考資料與外文資料
[1]?徐學林主編.互換性與測量技術基礎.長沙：湖南大學出版社.2005.
[2]?章宏甲等編.液壓行動.北京：機械工業(yè)出版社.2000
[3]?孫桓等編.機械原理.第六版.北京：高等教育出版社.2000?
[4]?濮良貴等編.機械設計.第七版.北京：高等教育出版社，2001
[5]?朱張校主編.工程材料.第三版.北京：清華大學出版社,2001
[6]?哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編，程靳等編.理論力學.第六版.北京：高等教育出版社，2002?
[7]?郁明山等編.現(xiàn)代機械傳動手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1996
[8]?吳宗澤主編.機械設計.北京：中央廣播電視大學出版社，1998
[9]宮克?多功能輔助運動器械的研究與應用[J]????體育博覽（研究版），?2011（5）
[10]王永強??基于虛擬現(xiàn)實技術的多功能跑步機系統(tǒng)的研究與設計[J]??信息科技,?2010（5）
[11]錢林?宜建明?朱寧飛??多功能折疊舉重床[Z]??南通瑞升運動休閑用品有限公司?專利公告號CN201871169U??中國人民共和國國家知識產(chǎn)權局??2011.06.22
[12]?2011-2016年中國倒斜舉重床行業(yè)當前現(xiàn)狀及未來趨勢發(fā)展預測報告[R]??2011.10
[13]周正元?充電式四肢運動康復器的設計?[J]?常州信息職業(yè)技術學院學報,?2010.2
[14]李國強?電動跑步機電控系統(tǒng)的研制?[J]?控制理論與控制工程,??2008??
[15]矢禺?家用健身器新主張?[J]?文體用品與科技?,2006.11?
[16]張宏巍等?多功能人體自重康復健身器的研究與技術開發(fā)?[J]?吉林化工學院學報?,?2009.2
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工作進度安排
起止日期
主要工作內(nèi)容
2012.11.06～2012.12.3
選題、下達設計任務書
2012.12.4～2013.1.07
調(diào)研、查找資料、畢業(yè)設計開題
2013.1.08～2013.01.25
設計方案修訂
2013.01.26～2013.03.28
設計計算??繪圖?
2013.03.29～2013.03.30
中期考核
2013.04.1～2013.04.30
書寫設計說明書，繪圖?，修改
2013.05.01～2013.05.13
預審、修改
2013.05.14～2013.05.20
答辯
要求完成日期：20?13年?5?月?06?日??????????????指導教師簽名：????????????????????????
審查日期：20?12年?12?月04??日????????????專業(yè)委員會主任簽名：?????????????????
批準日期：20?12年?12?月?05??日????????????學院指導委員會簽名（公章）：???????????
接受任務日期：20?12?年?12?月?05?日????????學生本人簽名：????????????????????????
注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。
湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學
全日制普通本科生畢業(yè)設計
多功能健身器設計
MULTIFUNCTIONAL BODYDY-BUILDING DEVICE DESIGN
學生姓名：李康成
學 號：200940614310
年級專業(yè)及班級： 2009級機械設計制造及其自動化(3)班
指導老師及職稱： 全臘珍 教授
學 院： 工學院
湖南·長沙
提交日期：2013年05月
湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計作者簽名：
年 月 日
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湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生
畢業(yè)論文（設計）開題報告
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學生姓名
李康成
學??? 號
200940614310
年級專業(yè)及班級
2009級機械設計制造及其自動化(2)班
指導教師及職稱
全臘珍 教授
學??? 院
工學院
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20??? 年???? 月???? 日
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畢業(yè)論文（設計）題目
多功能健身器設計
文獻綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字）
健身產(chǎn)品設計調(diào)研報告
一、調(diào)研總體說明——關于健身產(chǎn)品的調(diào)研
社會時代的飛速發(fā)展，讓人們生活水平迅速提高。然而由于工作量繁多，生活節(jié)奏加快，各種由于身體沒有得到有效鍛煉而衍生出的疾病也在困擾的人們。沒有時間去健身房，沒有適合的健身場所這些都是身體得不到鍛煉的問題根源。家用健身用品將解決上述煩惱。只需在家里，可以是睡前一點時間，可以在清晨起床后的一點點時間，使身體得到鍛煉。
健身產(chǎn)品就是用于身體鍛煉的產(chǎn)品，例如啞鈴、跑步機等都屬于健身產(chǎn)品，依據(jù)用途分，它可以分為專業(yè)的和非專業(yè)的，按照空間分為戶外的和室內(nèi)的。此次設計屬于室內(nèi)多功能健身器材，可以讓人足不出戶便可得到身體各方位的鍛煉。
二、調(diào)研的內(nèi)容和范圍
1、消費者調(diào)研
實地訪談及網(wǎng)上訪談那些工作量大，空閑時間少的上班一族。人們還是很愿意接受只需在家里，可以是睡前一點時間，可以在清晨起床后的一點點時間，使用健身器而使身體得到足夠鍛煉的方式，這樣既能增強體質(zhì)，又能提高了免疫能力。
2、網(wǎng)上調(diào)研
家用健身器材的種類及功能
單功能器械，常用的有劃船機、健身車、健步機、跑步機、美腰機等。
劃船機——主要用來增加手臂力量及動作協(xié)調(diào)。
健美車——鍛煉時，像騎自行車一樣，主要用來增加腿部力量，增強心血管功能。
健步車——主要用以鍛煉腿、腰、腹部肌內(nèi)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。
綜合型多功能器：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。
3、市場調(diào)研
調(diào)研國內(nèi)和國外知名健身器品牌現(xiàn)有產(chǎn)品，分析現(xiàn)有產(chǎn)品的功能，造型，材質(zhì)以及價格。
朗威仰臥板多功能弧形健腹板加長仰臥起坐腹肌板健身器材家用????????????
???? saluko第八代 液壓 左右搖擺踏步機 家用健身器材 加強版 踏步機 家用健身器材 加強版
AB艾博家用動感單車
健身車磁控 自行車健身器材
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三、調(diào)研實施
1、理論調(diào)研
課題研究背景以及意義
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逐漸增強，健身也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分。然而在日常生活中難免有無法進行戶外鍛煉的日子。壞天氣，應酬太多，工作時間等等都讓人們無法每天在戶外驚醒必要的鍛煉。健身器的出現(xiàn)尤其是室內(nèi)健身器材起到了足不出戶也可以鍛煉身體的作用。無論天氣如何惡劣，無論白天黑夜只要擁有一臺室內(nèi)健身器便可以達到鍛煉身體的目的。
國內(nèi)外健身器發(fā)展現(xiàn)狀
一個國家的體育消費水平?jīng)Q定了該國的體育市場的發(fā)展程度。世界許多經(jīng)濟發(fā)達的國家家庭的體育消費都十分可觀。1944年，英國家庭體育消費為130億美元，意大利為94億美元，西班牙為81億美元，德國為640億馬克。1996年法國家庭體育消費為462億法郎，占整個體育，占整個體育消費的49％。相比之下我們的體育消費就很低了，根據(jù)國家體育總局公布的《2001年中國群體體育現(xiàn)狀調(diào)查報告》，我國城鄉(xiāng)居民以家庭為單位全年體育消費平均為397.42元，其中用于購買家庭健身器材平均為92.09元，表明我國家庭健身器材的市場消費水平很低。
從一個國家的人口總數(shù)和家庭擁有的健身器材的比例來看，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年跑步機銷量為1000萬臺；而中國擁有13億，跑步機一年的銷量僅20萬臺左右，目前跑步機在中國家庭的普及率僅為1％。雖然近年來，我們對于家庭健身器材的消費有所增長，但相比國外發(fā)達國家的家庭擁有量，還有很大的距離。
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)達國家都存在較大的差距，這些問題直接或間接的反映了當前我國體育市場整體上還處于起步和初級發(fā)展階段，近幾年來家庭健身器械的總銷售額雖有增長，卻非常緩慢，同時也預示著家庭健身器械領域市場開拓的潛力巨大。
2、消費者調(diào)研
請見末頁——家用健身器材設計調(diào)研問卷
四、總體分析
?? 隨著全民健身熱的興起，每個家庭的健身意識正在不斷提高，不少家庭把健身器械購回家里，進行健身鍛煉，以期達到健康身體，陶冶情操和家庭和諧享受的目的。因此，人們也越來越關心市場上各種各樣的健身器械，著意進行比較和選擇，挑選適合自己的家庭成員健身健美的產(chǎn)品，建立起自己的家庭健身俱樂部。其實，人們對自己擁有的健身器械的要求并不很高，總的來說有三點：一是效果明顯；二是價格合理；三是外觀好，占地小，噪音低。凡具有上述特點的家用健身器材就特別受消費者的歡迎。
近幾年，市場上流行的健身器材種類很多，但流行不一定受歡迎。有的健身器材功能單一，雖價格較低，但一般消費者認為并不劃算；另外一些健身器材功能較多，但結構復雜，使用空間大，價格較高，大多數(shù)消費者又接受不了。所以真正能進入家庭的產(chǎn)品并不是很多。
五、結論
此次設計研究的目的就是為了研發(fā)出一種與現(xiàn)在市場上出現(xiàn)的健身器械不同的一部健身器。克服功能單一，結構復雜，使用空間大，價格較高的缺點，提高使用效果，價格合理，占地小，噪音低。設計的切入點虛擬健身，競技健身，娛樂健身。
設計的對象：工作壓力大的中青年，產(chǎn)品使用環(huán)境：客廳或者較為寬敞的臥室，產(chǎn)品的基本功能：使用者使用后達到健身健美的效果。
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健身器材設計調(diào)研問卷
您好，我是湖南農(nóng)業(yè)大學大學大四學生，正在進行2012年畢業(yè)設計調(diào)研活動。為了完成此次市場調(diào)研，想請您花幾分鐘的寶貴時間來完成我們的調(diào)查問卷。本問卷采用無記名方式，絕對不會泄露您的個人信息。希望您的回答讓此次調(diào)研活動更有價值，謝謝您的參與！
性別? □男性? □女性??? ?年齡?????? 學歷
職業(yè)? □公司職員? □公務員? □醫(yī)生? □教室? □學生?
□藝術家?? □農(nóng)民?? □商人?? □工人?? □其他?
第1題：請問您的收入是
A、1000元以下? B、1000-2000元? C、2000-3000元? D、3000+元
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第2題：請問您對自己身體健康是否滿意（?? ）
A、是?? B、否
?
第3題：請問您多長時間健身一次（?? ）
A、偶爾? B、經(jīng)常? C、幾乎不?
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第4題：您會在哪個時間抽出時間進行鍛煉（?? ）
A、星期一到星期五下班之后 B、周末? C、經(jīng)常? D、偶爾? E、沒有
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第5題：請問您是否愿意在家中健身（??? ）
A、愿意? B、不愿意? C、有時間的話會去健身房或者別的地方?
?
第6題：如果您現(xiàn)在有2500元用于健身您選擇怎么用（?? ）
A、買一臺家用健身器??????????????? B、去健身房辦一張年卡?
C、買一些運動小器材（如籃球、羽毛球等）? D、
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第7題：假設您要購買運動設備您會選擇以下哪幾種
A、跑步機? B、多功能健身器? C、舉重器材? D、小型仰臥、俯臥健身器? E
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第8題：如果您要在家中置辦一臺健身器材，您希望它的大小是（?? ）
A、大型多功能健身器材? B、跑步機類型健身器材 ?C、小型健身器材?
?
第9題：您覺得一臺家用健身器材最應該具備的特點是（?? ）
A、造型美觀，與家居環(huán)境搭配??? B、功能多樣，滿足身體各個部位的鍛煉?
C、簡單易用，方便家庭所有成員使用??????? D、易于收納，不占用太大空間、
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第10題：如果家中健身器材閑置時您是否覺得有必要存放起來（??? ）
A、有必要的可折疊或拆分? B、可以做為家中擺設?
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第11題：假設現(xiàn)在有一臺家用健身器材您希望它具備什么特點（?? ）
A、可折疊? B、噪音低? C、重量輕? D、功能多? E、質(zhì)量好? F、外觀時尚? G、附帶音樂播放器? H、檢查身體狀況? I、智能制定訓練計劃及飲食? J、
第12題：您會把它放在家中的什么位置：
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注：此表如不夠填寫，可另加頁。
研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預期成果、條件保障等）
研究目的：滿足市場需求，提供一種多功能健身設備
主要內(nèi)容和要求
主要內(nèi)容：
1、臂膀鍛煉機構設計
2、腿腳鍛煉機構設計
3、座椅設計
4、支架設計
方法：通過調(diào)查和查閱書籍資料，設計一種滿足要求的多功能健身設備。
預期成果：滿足設計要求，健身設備具有多功能，經(jīng)濟劃算，性價比好。
條件保障：充分利用市場上以有的健身設備，綜合所學知識，在時間上和態(tài)度上充分重視，保證互聯(lián)網(wǎng)的使用。
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進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）
2013年2月份查閱資料，調(diào)查現(xiàn)在市場已有的健身設備，初步確定方案。
2013年3月根據(jù)所學知識完成設計說明書和相關圖紙繪制。
2013年4月初，完善和改進自己的畢業(yè)設計。
論證小組意見
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????????????????????????????? 組長簽名：
??? ????????????????????????????????????????????20??? 年?? 月?? 日
專業(yè)委員會意見
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??????????????????????????????專業(yè)委員會主任簽名：
???????????????? ??????????????????????????????20?? 年?? 月?? 日
注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。
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湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）
開題論證記錄
學 院： 工學院 記錄人：
學生姓名
李康成
學 號
200940614310
年級專業(yè)及班級
2009級機械設計制造及其自動化(3)班
指導教師姓名
全臘珍
指導教師職稱
教授
論文（設計）題目
多功能健身器設計
論證小組質(zhì)疑：
1，你的課題有何實際意義？
2，你的設計的對象有那些功能？
3，你準備采用那些機構？
學生回答簡要記錄：
1，為了研發(fā)出一種與實在市場上出現(xiàn)的健身器械不同的一部健身器克服功能單一，結構復雜，使用空間大，價格較高的缺點，提高使用效果，價格合理，占地小，噪音低。
2，臂膀鍛煉機構設計，腿部鍛煉機構設計，座椅設計。
3，采用曲柄滑塊機構鍛煉腰部，利用曲柄滑塊機構的往返運動，采用鏈傳動鍛煉腿腳，采用踏板單車一樣，使腿腳得到鍛煉，搭配相應的作業(yè)設計。
論證小組
成員簽名
論證地點： 論證日期： 年 月 日
注：此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。
目 錄
摘要 1
關鍵詞 1
1 前言 2
1.1 方案確定與分析 2
1.2 設計要求 2
1.3 整體結構 3
1.3.1 手臂鍛煉機構及機架 3
1.3.2 腿部鍛煉機構 3
1.3.2 腰部鍛煉機構 3
2 腿部鍛煉機構設計 3
2.1 傳動方案的選擇 3
2.1.1 方案一: 采用帶傳動方式 3
2.1.2 方案二：采用鏈傳動方式 4
2.2 鏈傳動的設計計算 5
2.2.1 選擇鏈輪齒數(shù) 5
2.2.2 確定計算功率 5
2.2.3 選擇鏈條型號和節(jié)距 5
2.2.4 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 5
2.2.5 計算鏈速，確定潤滑方式 5
2.2.6 計算壓軸力Fp 5
2.2.7 鏈輪的結構 6
2.2.8 鏈輪的材料 6
2.3 軸的設計 6
2.3.1 求輸出軸上的功率、轉速和扭矩 6
2.3.2 求作用在軸上的力 6
2.3.3 軸的結構設計 6
2.3.4 求軸上的載荷 7
2.3.5 按彎扭合成應力校核軸的強度 7
2.4 飛輪機構 8
2.4.1 飛輪轉動慣量的近似計算 8
2.4.2 飛輪尺寸的確定 9
3 健身器腰部鍛煉機構設計 9
3.1 座椅的設計 9
3.1.1 座椅的設計構思 9
3.1.2 座椅的尺寸 9
3.2 曲柄滑塊機構的設計 9
3.2.1 各桿長尺寸的設計計算 9
3.2.2 連桿直徑的選擇 10
3.2.3 彈簧的設計計算 11
4 臂力機構及機架設計 12
4.1 設計材料的選定 12
4.2 底座的設計 12
4.3 支架的設計 13
4.3.1 支架的作用 13
4.3.2 支架力學性能分析 13
4.3.3 支架的工藝處理 13
4.4 配重的設計 14
4.5 滑輪的設計 15
4.6 鋼絲繩的設計 16
4.7 其他零件的設計 16
4.8 標準件的選定及校核 16
4.8.1 螺栓連接的選定及校核 17
4.8.2 軸承的選定及校核 17
4.9 導管的設計 17
5 設計總結 18
參考文獻 18
致謝 19
世界最新機械設計理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設計學者進行機械產(chǎn)品設計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設計方法概括為系統(tǒng)化、結構模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點及其相互間的有機聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)的努力方向。
關鍵詞：機械產(chǎn)品方案設計方法發(fā)展趨勢
設計文件是將語義設計網(wǎng)作為設計工具，在其開發(fā)的活性語義設計網(wǎng)ASK中，采用結點和線條組成的網(wǎng)絡描述設計，結點表示元件化的單元(如設計任務、功能、構件或加工設備等)，線條用以調(diào)整和定義結點間不同的語義關系，由此為設計過程中的所有活動和結果預先建立模型，使早期設計要求的定義到每一個結構的具體描述均可由關系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設計過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設計方法
系統(tǒng)化設計方法的主要特點是：將設計看成由若干個設計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設計要素結合后，即可實現(xiàn)設計系統(tǒng)所需完成的任務。
系統(tǒng)化設計思想于70年代由德國學者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎，制訂了設計的一般模式，倡導設計工作應具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設計思想的基礎上，制訂出標準VDI2221技術系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設計方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構思、結構設計和零件設計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術目標和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結構。
3. 將機械設計中系統(tǒng)科學的應用歸納為兩個基本問題：一是把要設計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關系；二是將產(chǎn)品設計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設計目標，正確、合理地確定設計中各個方面的工作和各個不同的設計階段。
由于每個設計者研究問題的角度以及考慮問題的側重點不同，進行方案設計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設計方法。
4. 設計元素法
用五個設計元素（功能、效應、效應載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設計學者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設計分析和引導系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結構及其相關的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結構、功能關系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結構、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關系間的任意結合等特點，將設計方法解與信息技術進行集成，實現(xiàn)了設計過程中不同抽象層間信息關系的圖形化建模。
6. “構思”—“設計”法
將產(chǎn)品的方案設計分成“構思”和“設計”兩個階段?！皹嬎肌彪A段的任務是尋求、選擇和組合滿足設計任務要求的原理解?！霸O計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構思階段的原理解。
將方案的“構思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結構，尋求滿足設計任務要求的原理解。即功能結構中的分功能由“結構元素”實現(xiàn)，并將“結構元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結構元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結構元素”，再定量地描述所有“結構元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結構示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設計單元(GE)”、“結構元素(KE)”、“功能結構元素(FKE)”、“聯(lián)接結構元素(VKE)”、“結構零件(KT)”、“結構元素零件(KET)”等概念，以及描述結構元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關系的若干種簡圖，把設計專家憑直覺設計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應用現(xiàn)有知識的方法，并將其應用于“構思”和“設計”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結合，實現(xiàn)功能結構的自動生成和功能結構與鍵合圖之間的自動轉換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設計方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結構，通過選擇和組合這些模塊化基本結構組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結構可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。
本結構應該具有標準化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關性。我國結合軟件構件技術和CAD技術，將變形設計與組合設計相結合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設計為目錄作為選擇變異機械結構的工具，提出將設計的解元素進行完整的、結構化的編排，形成解集設計目錄。并在解集設計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設計工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡技術的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求→設計→加工→裝配→成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設計軟件愈來愈多地應用于產(chǎn)品的方案設計中，虛擬現(xiàn)實技術以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達國家正著力于研究超媒體技術、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP，以及標準虛擬現(xiàn)實造型語言上基于虛擬環(huán)境的標準交換格式)在產(chǎn)品設計中的應用。
機械產(chǎn)品的方案設計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設計和滿足異地協(xié)同設計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標的方案設計工具軟件。作者認為，綜合運用文中四種類型設計方法是達到這一目標有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領域較多，不僅與機械設計的領域知識有關，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡技術等各方面的領域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設計學者也已意識到CAD技術與國際交流合作的重要性，及其應當采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識設計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應的知識庫及推理機，再利用已存儲的領域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設計。
機械系統(tǒng)的方案設計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設計領域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設計學者針對機械系統(tǒng)方案設計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
多功能健身器設計
學 生：李康成
指導老師：全臘珍
(湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128)
摘 要：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逐漸 增強，健身也成為人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾M成部分。健身器的出現(xiàn)尤其是室內(nèi)健身器材起到了足不出戶也可以鍛煉身體的作用。然而，現(xiàn)有的健身器一般都功能單一，結構簡單，只能對身體單一部位進行鍛煉，滿足不了健身者對多方面健身的要求，直接影響了生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益。為此，該課題提出設計一部用多功能健身器，以適應市場需求。本文主要對多功能健身器從實際健身者需求著手，意在實現(xiàn)健身的大眾化、多功能化，一機多用，為消費者減少經(jīng)濟負擔。本課題介紹了多功能健身器的基本特征，介紹了多功能健身器的構成，工作原理。指出了多功能健身器的主要內(nèi)容，綜述了多功能健身器研究現(xiàn)狀，比較設計出市場所需求的家庭多功能健身器產(chǎn)品類型。
關鍵詞：鍛煉；多功能；健身器；機構
Multifunctional body-building device design
Student:Li kangcheng
Tutor：Quan Nazhen
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract: With the development of economy of world cities and rapid improvement in people's living standard, city residents' health consciousness gradually strengthened, fitness has become an important part in People's Daily life. Machines appear especially indoor fitness equipment rose to never leave home can also exercise the body. , however, the existing machines are generally single function, simple structure, can only single parts to exercise to the body, can't satisfy the fitness person of various fitness requirements, directly affect the economic efficiency of the production enterprises. Therefore, the subject puts forward design a multi-function machines, to adapt to market demand. This article mainly to the multi start from actual fitness person demand, to achieve fitness popularization, muti_function change, multi-usage, reduce the economic burden for consumers. This subject introduces the basic characteristics of the multi, multi is introduced the composition, working principle. Points out the main content of the multi, multi research status were reviewed, comparison of design to the market demand by households multi product type.
Keyword: exercise； multifunctional; body-building; mechanism
1 前言
1.1 方案確定與分析
體育健身器械的創(chuàng)新設計是一門實踐性的課題，我在確定方案的時候做了許多的市場調(diào)查，并在網(wǎng)上收集了許多相關的資料。除此之外，我還走訪了許多的健身教練及健身愛好者，最后在老師的指導下，經(jīng)過我仔細的思考最終確定了這次設計的思路：由于目前市場上的健身器械大多是單人多功能健身器械，好多一味追求功能的齊全，有的產(chǎn)品甚至包含了十八種功能，這樣就造成了許多功能的閑置，而由于設計復雜，工作時常出現(xiàn)故障，維修困難。隨著人們生活水平的提高，大眾健身的意識越來越強，高校，社區(qū)紛紛開設了健身房，但由于目前中國人們的消費水平還不滿足人人到健身房消費，雖然健身器械看起來還是有點超出普通人的消費水平，但依然比去健身房實惠，而且能更加方便，所以以后的產(chǎn)品針對的人是大部分的白領，及以上夠消費的人群。他們由于時間的原因，去健身房不大適合時間安排，而且他們也消費得起，同時由于中國人口眾多，人均房屋面積底下，同時造成房價暴漲，現(xiàn)在的讓人們普遍住在商品房里面，所以空間有限，所以我在設計的時候明確了自己設計的方向，要求作品結構緊湊，相對占地較小，安全性能高，能滿足人們對多種肌肉的鍛煉，一方面增加鍛煉的多功能性，另一方面也讓人們舒適鍛煉，方便鍛煉。為此在功能上進行優(yōu)化選擇，將一些不常用的功能刪除，提高器械的使用效率，節(jié)約資源，以符合人們健身的需求。
我設計的是一款多功能的單人健身器，它雖然只提供單人健身鍛煉但是他提供了多項功能。同時據(jù)我的調(diào)查，現(xiàn)在人們普遍鍛煉的肌肉是：胸肌，肱二頭肌，肱三頭肌，以及腿大肌。我設計的單人多功能健身機可以提供一下四種鍛煉：腿部鍛煉，腰部鍛煉，做手向前的鍛煉，以及人站立手拉拉桿的鍛煉。這四種功能集成起來，就會使得器械整體比較協(xié)調(diào)，而且看起來特別美觀（鍛煉的機構分別在器械的上面，中間，和下面），這樣就可以鍛煉的多塊肌肉如：胸大肌，腿大肌，趾長肌，股直肌，肱二頭肌，肱三頭肌，斜方肌，三角肌，背闊肌等肌肉。
1.2 設計要求
根據(jù)健身器械的要求，作品應滿足一下要求：
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)，無噪聲；鍛煉量可調(diào)節(jié)，每級10kg，操作方便；
3）設計合理，解決目前市場上健身機械的設計不足 ，并便于生產(chǎn)制造；
4）外型美觀，采用拼裝結構，便于包裝運輸；
5）選材合理，經(jīng)濟性能好，造價控制在3000元范圍內(nèi)。
圖1 三維效果圖
Fig.1 3D Efect
6）總體方案分析：手臂鍛煉機構通過拉手操作配重的上下移動，以達到鍛煉效果。腿部鍛煉機構由鏈傳動機構、軸（包括軸承、軸承座）和飛輪組成，腿部的運動通過鏈傳動機構將能量傳遞并儲存到飛輪，進而飛輪把儲存的能量反過來傳遞到小鏈輪上，鏈動腿部運動起來腰部鍛煉機構由座椅、曲柄滑塊機構、座椅固定架和彈簧組成，利用曲柄滑塊和彈簧實現(xiàn)腰部的復返運動。
1.3 整體結構
1.3.1 手臂鍛煉機構及機架
手臂鍛煉機構及機架由底座、立柱、支架、拉手、鋼絲繩、雙導桿、配和調(diào)節(jié)桿組成，機架為整個機構提供一個有效組合的平臺，手臂鍛煉機構通過拉手操作配重的上下移動，以達到鍛煉效果。
1.3.2 腿部鍛煉機構
腿部鍛煉機構由鏈傳動機構、軸（包括軸承、軸承座）和飛輪組成，腿部的運動通過鏈傳動機構將能量傳遞并儲存到飛輪，進而飛輪把儲存的能量反過來傳遞到小鏈輪上，鏈動腿部運動起來。
1.3.3 腰部鍛煉機構
腰部鍛煉機構由座椅、曲柄滑塊機構、座椅固定架和彈簧組成。通過靠背（即曲柄）向后的轉動，鏈動滑塊和彈簧（彈簧掛鉤一端固定在機架，另一端固定在滑塊上）移動，彈簧受力之后，進而將滑塊拉回原處。
雖然單人多功能健身器由上面這幾部分組成，但在具體裝配過程中依然可能會有些許的變動，因為它涉及得到零件的配合關系，以及當?shù)氐牡乩憝h(huán)境。
同時結合市場以及健身房里的健身器械，雖大部分都屬于單人多功能型的，但由于某些體育公司為了謀求利益使得器械的強度達不到應有的強度要求，由此一旦器械壞了，將造成器械維修麻煩和器械的使用壽命不高等。所以在我的設計中非常注意材料的選擇，只有注意了這方面才能有效地提高器械的性價比。
2 腿部鍛煉機構設計
2.1 傳動方案的選擇[2]
腿部鍛煉機構采用機械傳動的形式，帶傳動和鏈傳動為兩種可供考慮的方案。
2.1.1 方案一:采用帶傳動方式
定義：帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳動帶。當主動帶輪轉動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦和嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。
傳動原理：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)生摩擦力來傳遞運動與動力
優(yōu)點：1）有過載保護作用 ，過載時帶在帶輪上打滑，可以防止其它器件損壞2）傳動帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是V帶沒有接頭，傳動較平穩(wěn)，噪聲小 3）運行平穩(wěn)無噪音 4）適于遠距離傳動（=15m） 5）制造、安裝精度要求不高
缺點：1）有彈性滑動使傳動比i不恒定 2）張緊力較大（與嚙合傳動相比）軸上壓力較大 3）結構尺寸較大、不緊湊 4）打滑，使帶壽命較短 5）帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合。
2.1.2 方案二：采用鏈傳動方式
定義：鏈傳動也是一種撓性傳動。它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。
工作原理：靠兩輪間的鏈條（中間撓性元件）嚙合來傳遞動力和運動。
優(yōu)點：①平均傳動比準確，無滑動 ②結構緊湊，軸上壓力Q小 ?、蹅鲃有矢擀?98% ④承載能力高P=100KW ?、菘蓚鬟f遠距離傳動=5～６m，可用于溫度高、環(huán)境惡劣的場合 ⑥成本低
缺點：①瞬時傳動比不恒定 ?、趥鲃硬黄椒€(wěn) ③傳動時有噪音、沖擊
比較方案一和方案二，健身器為室內(nèi)型器材，要求運行平穩(wěn)且無噪聲和沖擊，有過載保護和緩沖吸振的作用。綜上所述，初步確定方案二較為合理，即采用鏈傳動的方案。
2.2 鏈傳動的設計計算
采用短節(jié)距精密滾子鏈。滾子鏈常用于傳動系統(tǒng)的低速級，一般傳遞的功率在100kW以下，鏈速不超過15m/s，推薦使用的最大傳動比imax=8。
根據(jù)實際情況，設定主動鏈輪的轉速n1=60r/min，傳動比i=2，鏈傳動所需傳遞的功率為P=1kW。
2.2.1 選擇鏈輪齒數(shù)
取小鏈輪齒數(shù)z1=19，大鏈輪齒數(shù)為z2=i·z1=2×19=38。
2.2.2 確定計算功率
由機械原理查得KA=1.0，由機械設計查得KZ=1.35，單排鏈，則計算功率為
Pca=KAKZP=1.0×1.35×1kW=1.35kW
2.2.3 選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù)Pca=1.35kW及n1=60r/min查機械手冊，可選16A-1。查機械手冊，鏈條節(jié)距為 p=25.4mm。
2.2.4 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距a0=（30～50）p=（30～50）×25.4mm=762～1270mm
取a0=800mm，相應的鏈長節(jié)數(shù)為
Lp0 = 2a0/p + （z1+z2）/2 + [(z2-z1)/2π]2p/a0 =91.78
取鏈長節(jié)數(shù)Lp=92節(jié)。
查機械原理得到中心距計算系數(shù)f1=0.24883,則鏈傳動的最大中心距為
a=f1p[2Lp-(z1+z2)]=0.24883×25.4×[2×92-(19+38）]=802.68≈800
2.2.5 計算鏈速v，確定潤滑方式
v=n1z1p/(60×1000)=60×19×25.4/(60×1000)m/s≈0.5m/s
由v=0.5m/s和鏈號16A-1，查機械手冊可知應采用定期人工潤滑。
2.2.6 計算壓軸力Fp
有效圓周力為Fe=1000p/v=1000×1/0.5=2000N
鏈輪垂直布置時的壓軸力系數(shù)KFP=1.05，則壓軸力為
Fp≈KFPFe=1.05×2000=2100N
2.2.7 鏈輪的結構
小鏈輪制成整體式，大鏈輪制成孔板式。
2.2.8 鏈輪的材料
鏈輪輪齒要具有足夠的耐磨性和強度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪多，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應采用較好的材料制造。由機械手冊可知，小鏈輪采用15號鋼，大鏈輪采用20號鋼，熱處理方式為滲碳、淬火和回火，熱處理后的硬度為50～60 HRC。
2.3 軸的設計
2.3.1 求輸出軸上的功率，轉速，扭矩和彎矩M
若取每級傳動的效率（包括軸承效率在內(nèi)），則
又 （1）
（2）
于是=9550000=74808N·mm （3）
（4）
N·mm （5）
2.3.2 求作用在軸上的力
傳動軸主要受一對平衡力的作用，即鏈傳動對軸的壓軸力和兩個軸承對它的支撐力。示意圖見后文。
確定軸的最小直徑
先按公式（15-2）[3]初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3[2]，取，于是得
（6）
輸出軸的最小直徑顯然是安裝飛輪處軸的直徑和,故取==28mm
2.3.3 軸的結構設計
（1） 擬定軸上零件的裝配方案。軸上零件的裝配方案示意圖詳見裝配圖。
(2) 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度[3]。1）為了滿足飛輪的軸向定位要求，I-II段右端和VIII-IX段左端需制出一軸肩，故取。2）初步選擇滾動軸承。因軸承只承受徑向力，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標準精度等級的單列深溝球軸承6008，其尺寸為d×D×B=40mm×90mm×23mm,故，而。3）取安裝鏈輪處的軸段IV-V的直徑；鏈輪的左端與左軸承之間采用套筒定位。已知鏈輪輪轂的寬度為L=1.5d=67.5mm，為了是套筒面可靠地壓緊鏈輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取。鏈輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07d，故取h=4mm，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度b≥1.4h，取。軸承端蓋的總寬度為20mm，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取，而。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
（3） 軸上零件的周向定位[4]。鏈輪、飛輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由表6-1[2]查得平鍵截面b×h=14mm×9mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為50mm，同時為了保證鏈輪與軸的配合有良好的對中性，故選擇鏈輪輪轂與軸的配合為；同理，飛輪與軸的連接，選用平鍵為8mm×7mm×10mm，飛輪與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6.
（4） 確定軸上圓角和倒角尺寸[3]。參考表15-2[2]，取軸端角為2×45°，各軸肩處的圓角半徑見軸的零件圖。
2.3.4 求軸上的載荷[7]
根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖，并進而做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面。
2.3.5 按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力為
（7）
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1[2]查得。因此，故安全。
圖2 軸的結構示意圖
Fig.2 The structure diagram
圖3 載荷分析圖
Fig.3 Load Analysis
2.4 飛輪機構
2.4.1 飛輪轉動慣量的近似計算
因飛輪等效轉動慣量很大,作近似計算時其他構件的轉動慣量可略去不計.
預設鏈傳動一個穩(wěn)定循環(huán)對應于等效構件一轉,等效驅(qū)動力矩Med為常量，等效構件的平均轉速 =30 r/min ，其轉速誤差要求不超過
1） 該機構的許用運轉不均勻系數(shù)
2）等效驅(qū)動力矩Med
（8）
3）裝在等效構件上的飛輪應具有的轉動慣量JF（不計其余構件的等效轉動慣量）
（9）
（10）
2.4.2 飛輪尺寸的確定
飛輪的最佳設計是以最少的材料來獲得最大的轉動慣量,即應把質(zhì)量集中在輪緣上，與輪緣相比，輪輻及輪轂的轉動慣量較小可略去不計。輪緣的轉動慣量近似為
（11）
設輪緣的寬度為b，材料單位體積的重量為，則
(12)
飛輪的材料為HT250，H/b為1.2，求得輪緣的橫剖面尺寸為H=30mm，b=25mm。
3 健身器腰部鍛煉機構設計
3.1 座椅的設計
3.1.1 座椅的設計構思
座椅設計成靠背可轉動的形式，主要構件為座板和靠背。座板配有足夠墊料和適當硬度的椅墊，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結節(jié)區(qū)域?？勘硲m當設置，為腰椎下部提供支承，降低背部緊張度。座板和靠背均采用鑄造工藝，所用的材料為HT200，符合設計要求。
3.1.2 座椅的尺寸[9]
3.2.1 各桿長尺寸的設計計算[4]
曲柄滑塊機構中各桿長的確定巧妙利用了《機械原理》平面四桿機構及其設計、《幾何》三角函數(shù)和《人體工程學》腰部構造中的相關知識。示意圖3如下[5]：
圖3-1 示意圖
圖3 示意圖
Fig.3 Schemes
由此，可以列出下列計算公式：
設，，，，，，則
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
聯(lián)立以上公式，可解得
，取特殊角，解得
(19)
(20)
(21)
(22)
(23)
(24)
3.2.2 連桿直徑的選擇[8]
連桿是整個機構受力最大的零件，其直徑的大小決定了整個機構的壽命的長短。從安全角度考慮，連桿的材料應選20鋼，其工作強度極限為，因此
， (25)
取d=10mm，符合設計要求。
3.2.3 彈簧的設計計算
(1) 根據(jù)工作情況及具體條件選定材料，并查取其力學性能數(shù)據(jù)。曲柄滑塊機構對彈簧的力學性能有很高的要求，彈簧多次重復變形后應保持良好的強度和韌性，且耐疲勞，有良好的抗沖擊性能，因此按第Ⅲ類彈簧來考慮，50CrVA型號的鋼滿足要求，其許用切應力［τ］=750MPa。
（2）選擇旋繞比C，求曲度系數(shù)K值。查表16-9[2]可知，旋繞比C=8，由公式（16-4）得
K=+=+≈1.18 (26)
（3）根據(jù)安裝空間初設彈簧中徑D，根據(jù)C值估取彈簧絲直徑，并查取彈簧絲的許用應力。由安裝空間的實際情況，初設彈簧中徑D=40mm，由此可得
===5mm (27)
（4試算彈簧絲直徑。由公式（16-3）[2]可得
≥1.6=4.6mm (28)
取d=5mm，D=40mm。
（4）根據(jù)變形條件求出彈簧的工作圈數(shù)，由公式（16-7）[2]可知：
(29)
（5） 求出彈簧的尺寸、、，并檢查其是否符合安裝要求。
(30)
(31)
=320mm (32)
（6）驗算。彈簧的極限工作應力=750MPa[1]
極限工作載荷
(33)
（7）結構設計。彈簧的具體尺寸如下：
(34)
外徑 (35)
旋繞比 (36)
自由高度 (37)
工作高度 (38)
有效圈數(shù) (39)
展開長度 (40)
螺旋角 (41)
質(zhì)量 (42)
4 臂力機構及機架設計
4.1 設計材料的選定
臂力機構及機架的設計核心是材料的選定，材料的選定決定了臂力機構及機架的使用性能，安全性能和它的壽命。一般情況下，太好的材料強度較高，硬度也會相應提高，這樣對機械加工會鏈來較大的困難。尤其是對健身器械來而言，大部分的鋼材都是選用型材及板材。為避免所選材料造成太大的浪費和給加工鏈來的一些麻煩，所選材料應該是在考慮滿足性能要求的情況下同時盡可能購買周邊的材料，這樣可以減少運輸費用，降低設計和制造成本。
1）為滿足設計標準和制造要求，根據(jù)對鋼材大市場的調(diào)研，選取以下材料作為參考：
空心方管，標記分別為：J50X2.5-GB/T6782-2002
J45X2-GB/T6782-2002 J200X4-GB/T6782-2002
J50X30X2.5-GB/T6782-2002
2）無縫鋼管￠40(GB/T17395-1998)材料為Q235（屈服強度235MP）
3）板材都為Q235
4.2 底座的設計
底座的設計特別的重要，它關系到整臺機械的使用性能。它是支架，配重和立柱及導向裝置的安裝基礎，所以它的強度要高，結構要扎實。
在設計底座時，必須先考慮底座的受力情況，由于底座上安裝左右立柱，支架，導向裝置，及上支架配重等。為了拆裝的方便，這些部件均采用對稱安裝，同時可以簡化底座的受力情況。參考健身器裝配圖可知，底座主要是受其上面型材的重力。
綜上所述，底座的材料為Q235型號的板材，長度為1700mm，寬度為500mm，厚度為30mm。
4.3 支架的設計
4.3.1 支架的作用
支架是這臺器械的重要部件，它提供鍛煉者以舒服的運動環(huán)境，支架的設計是一個比較實際的問題，它的外表不僅要美觀大方，而且要有很多人性化的特點，能適應不同鍛煉者的身體條件。
4.3.2 支架力學性能分析
(1)受力分析。
截面A受到的力為人對它的拉力，取其最大值為，
截面C受到的力為配重對它的拉力，取其最大值為，
的值由設計要求決定，取，。
由此，可以計算出、
(43)
(44)
圖4 示意圖
Fig.4 Schemes
（2）力矩圖
圖5 示意圖
Fig.5 Schemes
(3) 強度校核由力矩圖可以看出，截面A為危險截面，需要進行強度校核。
(45)
(46)
支架的材料為Q235，查表2-6[3] 得，，符合設計要求。
4.3.3 支架的工藝處理
該支架在加工時選用冷彎方管焊接，還要在上面安裝滑輪夾座，在焊接的時候校準變形并打磨毛刺，表面烤漆。
其中滑輪的位置在裝配的時候進行設計，我在設計的時候選用材料是冷彎方鋼，標記為 該支架與底板采用螺栓聯(lián)接，以減少震動，便于拆裝。
4.4 配重的設計
由于配重在鍛煉的過程中或多或少的會產(chǎn)生噪音，我在此套用了一種比較簡單的方法，且又便于維修;在配重下面做四個對稱的圓孔，用以安裝用橡皮做的橡皮圓柱體，這樣就使得噪音大大的減少同時由于安裝留有一定的空隙，便于以后的維修。除此之外它的互換性特別的好。
配重在器械中的性能也占有舉足輕重的位置，對他的設計考慮有以下幾點要求：
1）在鍛煉的時候由于配重忽上忽下的運動會有很大的撞擊，因此，在設計配重的時候，市場上常用的方法是在配重的周圍用注塑機包裹一定厚度的橡皮。這種做法有一定的缺點，對于小批量的生產(chǎn)很不適合會造成成本的提高，而且也不便于維修，一旦外表面的橡皮經(jīng)過多次撞擊和老化以后，就很容易壞掉和脫落，一旦橡皮脫落以后噪音和沖擊就來了，這樣影響配重的使用壽命，而且巨大的噪音影響鍛煉者的心情，而且還不便于維修，這樣，配重就相當于報廢了。
2）配重在導向桿中上下滑動，導桿選用1Cr18Ni9不銹鋼管材，是價格較貴的一種，因此為了保護導桿，因此需要對配重孔進行改進。
3）市場上大部分配重是每塊5kg，一般情況下人們的鍛煉時候的力量不會超過65kg，這樣就需要13塊，所以在這方面依然采用市場上的數(shù)據(jù)。
4）據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在損壞了的材料中幾乎都是由于太脆開裂而報廢的，由于這些配重都是用HT105(灰口鑄鐵)鑄造而成的，而鑄鐵的缺點就是韌性低，質(zhì)脆（據(jù)計算：配重的厚度只有30mm并且在配重的中心開了一條深12mm 的槽）。這樣一來就使的配重跟容易在鍛煉時開裂而報廢。
綜合市場上的調(diào)查分析，我做了如下改進：
1）為了便于維修，我不采用橡皮包裹的配重，我在配重下面安裝了四個￠20深12 的孔，然后在里面安裝高度為17的橡皮圓柱，這樣就有利于產(chǎn)品的維修。
2）為了防止配重磨損導桿，用適當長度的塑料管在導管中加熱到達到適當溫度厚再把塑料管往外翻。
3）在選材時，采用回收的板材，30mm厚的冷軋鋼板，材料標記為：Q235-GB/T699-1988，它的強度不成問題，韌性也能保證。
在設計配重時，我還專門設計了第一塊配重（就是安裝在最上面的那塊配重），由于吊桿要吊起配重，使用一銷將配重與之連接起來，所以配重一和吊桿要有安裝關系我在這里用一螺釘使得配吊桿在配重中有個準確的位置，主要是限制吊桿的旋轉運動，這樣鍛煉者在選擇力量的時候就方便多了。
在制造配重的時候，可以先通過氣割，割下一定尺寸的毛坯，然后打磨毛刺后，在銑床上銑平相應的面（如果鋼材采用的是廢棄的板材，他外表面不是很整齊，下料時留的加工余料要大些）然后鉆孔，倒角后后噴砂處理后噴油漆就可以了。然后鉆安橡皮的孔就行了，最后裝上橡皮。
4.5 滑輪的設計
滑輪在整臺健身機械中的作用：滑輪在器械中承擔著鋼絲繩的導向及減少摩擦的作用，由于整個滑輪的受力不是很大，可以采用鑄造的辦法獲得，也可以使用冷沖壓后焊接的辦法獲得，滑輪在此臺器械中主要受壓應力的作用而且一般不會超過6500N, 然而一般鋼材的受力都大于此數(shù)值，所以強度不是重點考慮的問題，同時由于滑輪的運動都是圍繞中心運動，所以我設計在里面加一個軸承，由于滑輪，軸承，及夾座三者之間有一定的配合關系，這樣使得中心孔不易磨損。并且在轉動的時候摩擦也減小了，從而保證了滑輪的使用要求和使用壽命。
采用兩個上面的組裝起來即可。這樣適合如果大規(guī)模生產(chǎn)，可以采用沖壓工藝，通過落料形成，然后在中間放上軸承厚用鉚釘或螺栓連接就可以這樣的生產(chǎn)方法有許多優(yōu)點：首先選材保證了他的強度，同時用料省，加工簡單，成本低，加工精度高，生產(chǎn)效率高，但不適合小規(guī)模生產(chǎn)，原因是現(xiàn)在磨具的設計制造費用相當昂貴，它大致工藝為，下料，成型，沖孔等,這樣就降低了成本。
4.6 鋼絲繩的設計
根據(jù)機械設計手冊知道，鋼絲繩的公稱直徑
(47)
式中C為選擇系數(shù)，S為最大靜壓載荷
選擇系數(shù)的計算公式為：
(48)
式中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
初選鋼絲繩的抗拉強度為167MP，取安全系數(shù)值為6級，k=0.82, =0.46代入公式的c=0.110
根據(jù)手冊c取0.114代入
其中=1300N算的D=2.9取整D=3，所以選擇的鋼絲繩為鋼芯鋼絲繩（GB/T8918-1998）,標記為3NAT6X21S+IWR16708Z5.39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卡在滑輪座里面，保證鋼絲繩在使用過程中的可靠度。
4.7 其他零件的設計
對于其他零件的設計，如海綿防護體，坐墊及靠墊，這些均通過工廠定做，這些東西設計尺寸要求不是很高，只要使鍛煉者感覺到舒服就可以了，墊子選用黑色，并用螺栓或螺釘與支架連接，其中鋼絲繩的長度具體由安裝時確定。
4.8 標準件的選定及校核
本次設計中采用了許多的標準件，在選用標準件的時候要特別的考慮。本次設計中采用了這些標準件：軸承，螺栓，螺釘，墊圈，球頭螺母等。
4.8.1 螺栓連接的選定及校核[2]
立柱與底座的聯(lián)結采用M12的螺栓連接，螺栓的材料為Q235，=235MP，在實際中Fa（max）=15KN ，則
(49)
其中，30mm，所以立柱取M12的是完全符合標準的 。
4.8.2 軸承的選定及校核[2]
整個機構有三處選用了軸承：滑輪部分、小鏈輪軸部分和大鏈輪軸部分。由于同時在支架上安裝了8個滑輪，此處軸承受力較小，不需進行校核，小鏈輪軸所選用的軸承型號與大鏈輪軸相同，因此，只需校核大鏈輪軸處的軸承。
根據(jù)設計手冊可知，深溝球軸承的型號為6008（GB/T276-1994）
預設其可靠度為0.99，在徑向載荷Fr=750N作用下工作應力循環(huán)次數(shù)達。
根據(jù)表13-9，查得可靠度為0.99時的壽命修正系數(shù)=0.22，相應的基本額定壽命為
(50)
軸承應具有的基本額定動載荷為
(51)
軸承壽命符合要求。
4.9 導管的設計
由于導管要求的精度較高一點，如：直線精度不高會造成運動的不方便，給運動員鏈來不便，同時表面噴漆不可行，因為他要與配重摩擦，很容易掉漆后生銹，所以我們采用不銹鋼管，材料牌號為1Cr18Ni9，表面烤漆。
5 設計總結
通過這一階段的畢業(yè)設計，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學精神和嚴謹作風?；仡櫞舜萎厴I(yè)設計，是大學四年所學知識很好的總結。
此次多功能健身器的設計不僅重溫了過去所學知識，而且學到了很多新的內(nèi)容。相信這次畢業(yè)設計對我今后的工作會有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設計中體味艱辛，在艱辛中體味快樂。
通過本次設計我可以更加系統(tǒng)的了解多功能健身器方面的知識；能夠加強多功能健身器結構設計能夠加強多功能健身器功能部件的選型和設計計算；能夠加強多功能健身器的方法和理論；能夠檢驗自己能否將四年學習的理論知識轉化為實際應用；能夠培養(yǎng)自己自學和與人合作的能力。
這次設計不但鍛煉我的思維能力，還鍛煉我的查閱資料獲取有用信息的能力，通過繪制設計圖紙，使我熟練的掌握了CAD和ProE繪圖軟件的使用，我把自己的理論用到實際當中去，在設計過程當中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學和全老師獲得了多解決問題的方法和方式。
畢業(yè)設計的過程是艱辛的，解決問題的過程是快樂的，成長過程是痛苦的，我相信只要我們保持嚴謹?shù)膶W習態(tài)度，我一定能夠成長起來。
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致 謝
本論文是在全臘珍老師的悉心指導和熱情關懷下完成的,四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在畢業(yè)設計即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻給一位平凡的人，我的導師。我不是您最出色的學生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學嚴謹，學識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學術目標，領會了基本的思考方式，從畢業(yè)設計題目的選定到畢業(yè)設計思路的指導。經(jīng)由您悉心的點撥,，再經(jīng)思考后的領悟,常常讓我有“山重水復疑無路,柳暗花明又一村”。感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠健康快樂是我最大的心愿。在畢業(yè)設計即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進入課題到畢業(yè)設計的順利完成，有多少可敬的師長、同學、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！同時也感謝學院為我提供良好的做畢業(yè)設計的環(huán)境。最后再一次感謝所有在畢業(yè)設計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學，以及在設計中被我引用或參考的論著的作者。本畢業(yè)設計是在我的導師全老師的親切關懷和悉心指導下完成的。從課題的選擇到項目的最終完成，都始終全老師給予我細心的指導和不懈的支持。
在此謹向致以誠全老師摯的謝意和崇高的敬意。在此，我還要感謝在一起愉快的度過本科生生活的工學院各位同門，正是由于你們的幫助和支持，我才能克服一個一個的困難和疑惑，直至本設計的順利完成。在本設計完成之際，首先要向我的指導老師全臘珍教授致以最誠摯的感謝。在論文的寫作過程中，全老師給了我許許多多的幫助和指導。在全老師的悉心指導下，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；同時全老師對工作的熱情、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。
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