一種改進型踏步機的設(shè)計【健身器材機械設(shè)計】【含11張CAD圖紙+PDF圖】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 湖 南 科 技 大 學(xué) 瀟湘學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目 一種改進型踏步機的設(shè)計 作者 歐陽斌 系部 機電工程系 專業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)號 0853010323 指導(dǎo)教師 黃東兆 二〇一二 年 六 月 三 日 摘 要 踏步機是一種重要的健身器材，同時又是最具挑戰(zhàn)性的健身器材，這種產(chǎn)品正逐漸被橢圓機取代。本課題研究的對象是踏步機左右踏板連接機構(gòu)設(shè)計、變位桿的設(shè)計以及踏步機功能的完善。首先，對踏步機的結(jié)構(gòu)進行合理的設(shè)計，將扭腰、踏步運用到一臺踏步機當(dāng)中，使踏步機的功能多樣化。并且運用CAD軟件將踏步機的關(guān)鍵零部件、結(jié)構(gòu)圖表示出來。 本設(shè)計分析了踏步機左右踏板連接機構(gòu)的結(jié)構(gòu)性能，提出了合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。對材料的力學(xué)性能進行了詳細的分析，保證踏步機在使用過程中，不會發(fā)生斷裂。同時，踏步機具備以下缺點：1、運動的單一性。經(jīng)常進行重復(fù)的踏步運動容易使人產(chǎn)生厭倦，因此，應(yīng)該使踏步機的功能多樣化。2、踏步機無高度調(diào)節(jié)裝置。設(shè)計變位桿能夠使踏步機擁有三檔高度調(diào)節(jié)，能夠滿足不同身高群體的客戶，從而滿足客戶的需求。3、踏步機的體積過大，對安放踏步機的要求過大。針對此缺點，可以設(shè)計折疊式踏步機，從而減小踏步機的體積。4、踏步機工作時有噪音。目前大多數(shù)的踏步機左右踏板連接機構(gòu)采用鋼絲繩、滑輪連接，在使用過程中，兩者摩擦極易產(chǎn)生噪音。針對運動單一、無高度調(diào)節(jié)裝置、噪音問題，在該設(shè)計中都有具體的解決方案。 關(guān)鍵詞：踏步機；功能；健身；健康 ABSTRACT Step machine is a kind of important bodybuilding equipment.Meanwhile,Step machine is also the most challenging fitness equipment, this product was gradually replaced by the elliptical machine. The object of this paper is mainly the Step machine function perfect. First of all, the Step machine structure is rational design, the twister, step, pulling rope to use a Step machine, so that the Step machine function diversification. And the use of CAD software will be stepping machine key components, structures are represented in a graph. The design and analysis of the Step machine parts of structure performance, proposed the reasonable structure design. On the mechanical properties of the materials were analyzed in detail, to ensure the Step machine in the use of process, not broken. At the same time for stepping machine the following disadvantages:1, the movement of the single sex. Often repeated treadmill exercise can make people tired, therefore, should make the Step machine function diversification. In 2, Step machine pedal without strength adjustment button. Design strength adjustment button can make the Step machine for different customer groups, for different age groups set up different strength, to meet customer demand. In 3, Step machine volume is too large, the placed stepping machine too big. For this shortcoming, can design the folding machine, thereby reducing the volume of the stepping machine. In 5, Step machine when there is a noise. By adopting the hydraulic oil rod connected with the pedal and the base, through the hydraulic oil rod with buffer capacity, very good to eliminate the noise generated in the process of movement. In view of the above the shortcomings, in the design has specific solutions. Key words: Step machine；function；fitness；health 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 目 錄 第一章 前 言 1 1.1 踏步機的簡介 1 1.2踏步機的現(xiàn)狀及存在的問題 1 1.2.1踏步機的現(xiàn)狀 1 1.2.2 存在的主要問題 2 1.3 國外踏步機的發(fā)展?fàn)顩r 2 1.4本設(shè)計的研究目的 3 1.5 研究意義 4 第二章 平面連桿機構(gòu)及其分析 5 2.1平面連桿機構(gòu)的基本知識 5 2.2平面連桿機構(gòu)的類型 5 2.3平面連桿機構(gòu)的基本特性 6 2.3.1 曲柄存在的條件 6 2.3.2從動件的行程速比系數(shù) 7 2.3.3壓力角和傳動角 7 2.3.4機構(gòu)的死點位置 7 第三章 踏步機材料的選擇及其分析 9 3.1踏步機材料的分析 9 3.2踏步機材料的選擇 13 第四章 踏步機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 14 4.1踏步機的基本機構(gòu)介紹 14 4.2踏步機基本結(jié)構(gòu)圖解 16 4.3踏步機工作原理介紹 17 第五章 踏步機的功能分析及其設(shè)計 14 5.1踏步機的功能分析 19 5.2踏步機的設(shè)計思路介紹 19 5.2.1踏步機扶手的設(shè)計 21 5.2.2踏步機變位桿的設(shè)計 21 5.2.3踏步機扭腰盤的設(shè)計 22 5.2.4踏步機液壓缸的設(shè)計 23 5.2.5踏步機踏板的設(shè)計 27 5.2.6踏步機底座的設(shè)計 28 5.2.7踏步機底座滾輪的設(shè)計 29 5.2.8踏步機頂桿的設(shè)計 30 5.3踏步機連桿機構(gòu)設(shè)計 30 5.3.1踏步機連桿機構(gòu)的作用 31 5.3.2踏步機連桿機構(gòu)方案設(shè)計 31 5.3.2踏步機連桿機構(gòu)最優(yōu)方案選擇 31 第六章 踏步機各零部件的作用與工作過程 33 6.1踏步機各零部件的作用 33 6.2踏步機的工作過程 33 第七章 設(shè)計總結(jié)與體會 35 參考文獻 36 致 謝 37 - ii - 湖南科技大學(xué)瀟湘學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 前 言 1.1 踏步機的簡介 踏步機是一種重要的健身器材，同時又是最具挑戰(zhàn)性的健身器材，這種產(chǎn)品正在逐漸被橢圓機取代。踏步機能夠使健身者不斷重復(fù)攀爬樓梯的動作，既能增強心血管系統(tǒng)的功能，又能充分鍛煉大腿和小腿肌肉。不過，體態(tài)臃腫或者剛剛接觸踏步機的人進行劇烈鍛煉往往會筋疲力盡。 踏步機除了具有燃燒熱量、提高心率和有氧呼吸能力以外，踏步機還能夠幫助健身者對小腿、腿腱、股四頭肌和臀部肌肉進行塑型。盡管使用踏步機健身有諸多好處，但是許多健身者發(fā)現(xiàn)，與能夠提供多種動作模式的其他有氧健身器材相比，踏步機只能提供一種固有的單調(diào)的攀爬樓梯的動作模式；畢竟，很多人愿意享受騎自行車或在公園慢跑的樂趣，但是卻很少有人會把長時間攀爬樓梯當(dāng)做自己的愛好。因此，一些新型踏步機設(shè)計了混合功能，增加了健身模式的種類。有些踏步機還采用了創(chuàng)新設(shè)計，將橢圓機的動作模式和標(biāo)準(zhǔn)踏步機的動作模式結(jié)合在一起；還有些踏步機則將踏步運動和跑步機的傳送帶結(jié)合在一起，或者添加了像橢圓機那樣的上肢鍛煉扶手，以便加強上半身的鍛煉力度。 踏步機比較著名的品牌有橋山Johnson、愛康Icon、畢愛其BH、舒華shuhua、康樂佳K-power、好家庭、三和松石SHSS、雙超Suncao、艾威EVERE，踏步機的種類主要有兩種：電子踏步機和普通踏步機。電子踏步機通常用于健身房和健身俱樂部，它采用一臺發(fā)動機來控制踏步的運動頻幅，因而可以降低踏步運動對腿關(guān)節(jié)造成的負(fù)面影響。與電子踏步機相比，人工踏步機的價格更為低廉，產(chǎn)品種類從迷你踏步機到配置有電腦控件的全尺寸踏步機一應(yīng)俱全；它采用氣壓活塞而非發(fā)動機來控制踏步的運動頻幅。 目前市面上的踏步機運動形式單一，現(xiàn)有踏步機主要用于供使用者雙腳進行踩踏運動，而無法進一步提供其他的功能或者作用，但是，現(xiàn)代人們對于運動器械的多功能要求越來越強烈，現(xiàn)有踏步機的結(jié)構(gòu)逐漸不符合人們的需求，進而影響到其銷售量，因此，只有進一步增加其使用功能，才能保證踏步機的核心競爭力。 1.2踏步機的現(xiàn)狀及存在的問題 1.2.1踏步機的現(xiàn)狀 （1）產(chǎn)能發(fā)展?fàn)顩r。近年來，人們對各種健身器材，特別是多功能健身器材，如踏步機、跑步機的要求越來越高，這就為健身器材-多功能踏步機提供了更為廣闊的市場。踏步機要發(fā)展，必然要求踏步機具有的各項功能能夠滿足客戶群體的要求，只有這樣，購買踏步機健身的人才會越來越多，踏步機的產(chǎn)量才會隨之增加，制造健身器材的企業(yè)才會有更好的效益。國內(nèi)比較有名的踏步機生產(chǎn)商舒華shuhua、康樂佳K-power、好家庭、三和松石SHSS、雙超Suncao、艾威EVERE踏步機的年生產(chǎn)量能夠維持在相對比較穩(wěn)定的水平。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們對健身器材的需求量會相應(yīng)的增大，促使將來踏步機的生產(chǎn)量也會相應(yīng)的增多。 （2）產(chǎn)品水平狀況。目前市面上銷售的踏步機種類繁多，有電子踏步機，也有家用普通踏步機。但是它們都會存在一些難以攻克的缺點，如踏步機產(chǎn)品功能單一，占用空間過大，這些都不能完全滿足客戶群體的需求。 （3）目前技術(shù)狀況。除了產(chǎn)品技術(shù)狀況已在上面反映之外，現(xiàn)將踏步機企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)方面的狀況大致歸納如下： ·CAD／CAM技術(shù)已在行業(yè)中得到基本普及， ·CAE技術(shù)及CAD／CAE／CAM一體化技術(shù)己在部分企業(yè)中應(yīng)用， ·PDM、CAPP、ERP等信息化技術(shù)己在部分重點骨干企業(yè)中應(yīng)用， ·RP／RT、高速加工、復(fù)合加工、逆向工程、并行工程、虛擬網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)已在少數(shù)企業(yè)開始應(yīng)用。 1.2.2 存在的主要問題 我國踏步機生產(chǎn)企業(yè)與國外企業(yè)水平相比，主要存在以下幾個方面的問題：1、國內(nèi)企業(yè)發(fā)展不平衡，產(chǎn)品總體水平較低。2、生產(chǎn)車間設(shè)備落后，組織協(xié)調(diào)能力差。3、大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱。 4、國內(nèi)企業(yè)管理落后更甚于技術(shù)落后。5、市場需求旺盛，生產(chǎn)發(fā)展一時還難以跟上，供需矛盾一時還難以解決，供不應(yīng)求的局?面還將持續(xù)一段時間，特別是在中高檔產(chǎn)品方面矛盾更為突出。6、體制和人才問題的解決尚待時日。7、運動的單一性。經(jīng)常進行重復(fù)的踏步運動容易使人產(chǎn)生厭倦，因此，應(yīng)該使踏步機的功能多樣化。8、踏步機的腳踏板無力度調(diào)節(jié)按鈕。設(shè)計力度調(diào)節(jié)按鈕能夠使踏步機面向不同的客戶群體，可以針對不同年齡段的人群設(shè)置不同的力度，從而滿足客戶的需求。9、踏步機的體積過大，對安放踏步機的要求過大。針對此缺點，可以設(shè)計折疊式踏步機，從而減小踏步機的體積。10、踏步機工作時有噪音。采用液壓油桿連接踏板與底座，通過液壓油桿提供緩沖力，能夠很好的消除運動過程中產(chǎn)生的噪音。針對以上提出的缺點，在該設(shè)計中都有具體的解決方案。 1.3 國外踏步機的發(fā)展?fàn)顩r 總體來說，西方國家的踏步機事業(yè)發(fā)展較早，也比我國要更加先進一些，國外比較有名的踏步機生產(chǎn)廠商主要有：愛康ICON、喬山JOHNSON、必艾奇BH，國外的踏步機發(fā)展?fàn)顩r具體表現(xiàn)為以下幾個方面： （1）美國愛康ICON踏步機。美國愛康健康與健身公司總部位于美國猶他州，是一家從事運動與健身器材生產(chǎn)和銷售的企業(yè)，擁有195個專利、130個正在申請的專利、565個注冊商標(biāo)和146個正在申請中的雙表，在全球范圍內(nèi)擁有5000名員工。在美國超過60%的市場份額使得愛康在健身器材行業(yè)內(nèi)被認(rèn)定為當(dāng)之無愧的第一品牌。愛康旗下?lián)碛斜姸嘀放?，愛康跑步機包括NordicTrack、PRO-FORM、HEALTHRIDER、WESLO、WEIDER、IMAGE、FREEMOTION、GOLDS、GYM EPIC、REEBOK等。其中NordicTrack諾迪克品牌是定位于高端家用和輕商用，PRO-FORM普樂福HEALTHRIDER健騎品牌定位于中端家用，WESLO威思樂品牌定位于中低端家用市場，WEIDER威德定位于家用力量型系列，F(xiàn)REEMOTION自由行品牌定位于高端商用。 愛康在中國廈門有全世界最大的生產(chǎn)基地，所有在中國銷售的愛康產(chǎn)品一半是中國組裝，一半是美國原裝進口的，所有美國進口產(chǎn)品都有相應(yīng)的報關(guān)單。 （2）喬山JOHNSON踏步機。喬山創(chuàng)辦于臺灣，公司始于1975年，一直專注于健康科技事業(yè)發(fā)展，投入運動健身器材及復(fù)健醫(yī)療器材之研發(fā)、生產(chǎn)及營銷；公司成立至今，秉持著快速、準(zhǔn)確和扎實的企業(yè)精神，集團營業(yè)額每年以超過 30% 的成長率，在業(yè)界中穩(wěn)定地茁壯成長，現(xiàn)為亞洲第一大，全球第三大健身器材品牌。喬山在中國上海和臺灣各擁有一個生產(chǎn)基地?，F(xiàn)在中國銷售的基本都是上海組裝生產(chǎn)的機器。喬山旗下?lián)碛许敿壣逃肕ATRIX，專業(yè)商用JOHNSON，輕商用VISION，高檔家用HORIZON 四大品牌。虛擬現(xiàn)實與多媒體技術(shù)的應(yīng)用。 （3）必艾奇BH踏步機。BH這個品牌是西班牙的品牌，總部坐落于西班牙巴斯克地區(qū)（Vasco）的維多利亞（Vitoria-Gasteiz），是一家距今已有近百年歷史的歐洲企業(yè)，為歐洲第一大健身器材供應(yīng)商，排名世界第二。1909年創(chuàng)立至今的BH集團歷史超過百年，由精密軍火機械工業(yè)起家。20年代起逐漸轉(zhuǎn)型為運動健身器材制造商，60年代後自行車已達100%的自制率， 70年代起將戶外運動健身概念引進室內(nèi)，并於總部成立Exercycle S.L.部門，專司室內(nèi)運動健身器材的設(shè)計與開發(fā).除西班牙總部外，BH還在英國、法國、德國、荷蘭、葡萄牙、美國、墨西哥和中國臺灣設(shè)立有八家跨國獨資子公司。BH旗下自有品牌包括BH HiPower、BH ProAction、BH Fitness、BH SHIATSU及VivaFit。2008年底BH登陸中國。在中國所售產(chǎn)品大部分都已經(jīng)國產(chǎn)化，檔次和喬山維持在一個水平線上，性價比相對會好一些。在很多高檔酒店的健身房都是用BH的產(chǎn)品，產(chǎn)品確實也很不錯?？焖俪尚沃圃旒夹g(shù)。 1.4本設(shè)計的研究目的 （1）檢驗理論知識掌握情況，將理論與實踐結(jié)合。 （2）初步掌握進行機械設(shè)計的方法、過程，為將來走向工作崗位進行產(chǎn)品開發(fā)工作和撰寫論文打下基礎(chǔ)。 （3）培養(yǎng)自己的動手能力、創(chuàng)新能力、計算機運用能力。 1.5 研究意義 隨著社會的進步，人們生活水平的提高，大家對身體健康越來越重視。人們想盡各種健身的方法,包括健康營養(yǎng)的飲食和參加各種鍛煉.由于現(xiàn)代工作方式和工作環(huán)境的改變,導(dǎo)致了很多人沒有很多的空余時間甚至沒有時間去參加戶外運動,因此聰明的人類就想辦法能讓自己足不出戶就能達到強身建體的效果,因此各種各樣的健身器材應(yīng)運而生了,其中踏步機就是一種實現(xiàn)室內(nèi)踏步鍛煉的一種健身器材。 踏步是一種歷史悠久，群眾性廣，鍛煉價值較大的一種健身運動。早在二千多年前古希臘的山巖上就刻下了這樣 的字句："如果你想強壯，踏步吧！如果你想健美，踏步吧！如果你想聰明，踏步吧！"今天，踏步已成為國內(nèi)外 千百萬人參加的群眾健身運動，深受人們歡迎，被人們視為最好的健身方法，"最完美的健身運動"。千百年來， 踏步運動一直受到人們的喜愛，踏步是最簡單、最方便且最有效的有氧鍛煉方式之一。它可以調(diào)節(jié)人的心情，促進血液循環(huán)，增強心肺功能，發(fā)展肌肉力量，保持體型健美。 多功能踏步機是固定式訓(xùn)練器械的一種，人在其單向運動面上可以進行踏步練習(xí)，直接涉及到人身的健康和安全。面對健身器材大量的出廠，出口，研發(fā)多功能踏步機對進、出口的各類踏步機進行質(zhì)量把關(guān)，可以有效的保證產(chǎn)品的質(zhì)量，保證使用者能夠健康、快樂的健身。 第二章 平面連桿機構(gòu)及其分析 2.1平面連桿機構(gòu)的基本知識 我們在實際生活中已經(jīng)見過許多的平面連桿機構(gòu)，被廣泛地使用在各種機器、儀表及操縱裝置中。例如內(nèi)燃機、牛頭刨、鋼窗啟閉機構(gòu)、碎石機等等，這些機構(gòu)都有一個共同的特點：其機構(gòu)都是通過低副連接而成，故此這些機構(gòu)又稱低副機構(gòu)。根據(jù)這一特點，我們定義：若干構(gòu)件通過低副（轉(zhuǎn)動副或移動副）聯(lián)接所組成的機構(gòu)稱作連桿機構(gòu)。連桿機構(gòu)中各構(gòu)件的相對運動是平面運動還是空間運動，連桿機構(gòu)又可以分為平面連桿機構(gòu)和空間連桿機構(gòu)。 平面連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成的平面機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動的傳遞、變換和傳送動力。平面連桿機構(gòu)的使用更加廣泛，所以主要討論平面連桿機構(gòu)。 平面連桿機構(gòu)的類型很多，單從組成機構(gòu)的桿件數(shù)來看就有四桿、五桿和多桿機構(gòu)。一般的多桿機構(gòu)可以看成是由幾個四桿機構(gòu)所組成。所以平面四桿機構(gòu)不但結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛，而且只要掌握了四桿機構(gòu)的有關(guān)知識和設(shè)計方法，就為進行多桿機構(gòu)的設(shè)計和分析奠定了基礎(chǔ)，所以本章我們重點討論四桿機構(gòu)。 2.2平面連桿機構(gòu)的類型 構(gòu)件之間都是用轉(zhuǎn)動副聯(lián)接的平面四桿機構(gòu)稱為鉸鏈四桿機構(gòu),如圖2.1所示鉸鏈四桿機構(gòu)是平面機構(gòu)的最基本的可以實現(xiàn)運動和力轉(zhuǎn)換的連桿機構(gòu)型也就是說：鉸鏈四桿機構(gòu)是具有轉(zhuǎn)換運動功能而構(gòu)件數(shù)目最少的平面連桿機構(gòu)。其它型式的四桿機構(gòu)都可以看成是在它基礎(chǔ)上通過演化而來的。 在此機構(gòu)中，AD固定不動，稱為機架；AB、CD兩構(gòu)件與機架組成轉(zhuǎn)動副，稱為連架桿；BC稱為連桿。在連架桿中，能作整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件稱為曲柄，而只能在一定角度范圍內(nèi)擺動的構(gòu)件稱為搖桿。 圖2.1 鉸鏈四桿機構(gòu) 因此，根據(jù)機構(gòu)中有無曲柄和有幾個曲柄，鉸鏈四桿機構(gòu)又有三種基本形式： （1）曲柄搖桿機構(gòu)：兩連架桿中一個為曲柄而另一個為搖桿的機構(gòu)。當(dāng)曲柄為原動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動，如圖2.2（a）中的雷達天線機構(gòu)； 反之，當(dāng)搖桿為原動件時，可將搖桿的往復(fù)擺動轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動，如圖2.2（b）所示的縫紉機踏板。 （2）雙曲柄機構(gòu)：兩連架桿均為曲柄的四桿機構(gòu)?？蓪⒃瓌忧牡人俎D(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動曲柄的等速或變速轉(zhuǎn)動， 當(dāng)雙曲柄機構(gòu)的相對兩桿平行且相等時，則成為平行 圖2.2(a) 雷達天線機構(gòu) 圖2.2(b) 縫紉機踏板 在運動過程中，當(dāng)兩曲柄與機架共線時，在原動件轉(zhuǎn)向不變、轉(zhuǎn)速恒定的條件下，從動曲柄會出現(xiàn)運動不確定現(xiàn)象?？梢栽跈C構(gòu)中添加飛輪或使用兩組相同機構(gòu)錯位排列。雖然相對的邊長相等，但其中一對邊不平行，我們稱這種機構(gòu)為反平行四邊形機構(gòu)?？梢宰鳛檐囬T的啟閉機構(gòu)使用。 （3）雙搖桿機構(gòu)：兩連架桿都是搖桿的機構(gòu)，如圖2.5所示的鶴式起重機構(gòu)，保證貨物水平移動。兩搖桿長度相等地雙搖桿機構(gòu)，稱為等腰梯形機構(gòu)。如圖2.6所示的汽車前輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)。車子轉(zhuǎn)彎時，與前輪軸固定的兩個搖桿的擺角不相等，如果在任意位置都能使兩前輪的軸線的交點P落在后輪軸線的延長線上，則當(dāng)整個車子轉(zhuǎn)向時，保證四個輪子都是純滾動，從而可以避免輪胎因滑動而產(chǎn)生過大磨損。 2.3平面連桿機構(gòu)的基本特性 2.3.1 曲柄存在的條件 鉸鏈四桿機構(gòu)中是否存在曲柄，取決于機構(gòu)各桿的相對長度和機架的選擇。 （1） 在曲柄搖桿機構(gòu)中，曲柄是最短桿； （2） 最短桿與最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。 以上兩條件是曲柄存在的必要條件。 因此，當(dāng)各桿長度不變而取不同桿為機架時，可以得到不同類型的鉸鏈四桿機構(gòu)。如： （a）取最短桿相鄰的構(gòu)件（桿2或桿4）為機架時，最短桿1為曲柄，而另一連架桿3為搖桿，故圖2.3a所示的兩個機構(gòu)均為曲柄搖桿機構(gòu)。 （b）取最短桿為機架，其連架桿2和4均為曲柄，故圖2.3b所示為雙曲柄機構(gòu)。 （c）取最短桿的對邊（桿3）為機架，則兩連架桿2和4都不能作整周轉(zhuǎn)動，故圖2.3c所示為雙搖桿機構(gòu)。 a) 圖2.2(a) 曲柄搖桿機構(gòu) 圖2.2(b) 雙曲柄機構(gòu) 圖2.2(c) 曲搖桿機構(gòu) 如果鉸鏈四桿機構(gòu)中的最短桿與最長桿長度之和大于其余兩桿長度之和，則該機構(gòu)中不可能存在曲柄，無論取哪個構(gòu)件作為機架，都只能得到雙搖桿機構(gòu)。 由上述分析可知，最短桿和最長桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和是鉸鏈四桿機構(gòu)存在曲柄的必要條件。滿足這個條件的機構(gòu)究竟有一個曲柄、兩個曲柄或沒有曲柄，還需根據(jù)取何桿為機架來判斷。 2.3.2從動件的行程速比系數(shù) 從動件的行程速比系數(shù)計算公式如下： (2.1) (2.2) (2.3) 2.3.3壓力角和傳動角 驅(qū)動力與運動方向的夾角為壓力角，驅(qū)動力與徑向方向的夾角為傳動角，二者之和是90°壓力角小傳動角大機構(gòu)傳力性能好。 2.3.4機構(gòu)的死點位置 平面連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用平面低副（轉(zhuǎn)動副和移動副）聯(lián)接而成的平面機構(gòu)，用以實現(xiàn)運動的傳遞、變換和傳送動力。平面連桿機構(gòu)的使用更加廣泛，所以主要討論平面連桿機構(gòu)。 平面連桿機構(gòu)的類型很多，單從組成機構(gòu)的桿件數(shù)來看就有四桿、五桿和多桿機構(gòu)。一般的多桿機構(gòu)可以看成是由幾個四桿機構(gòu)所組成。所以平面四桿機構(gòu)不但結(jié)構(gòu)最簡單、應(yīng)用最廣泛，而且只要掌握了四桿機構(gòu)的有關(guān)知識和設(shè)計方法，就為進行多桿機構(gòu)的設(shè)計和分析奠定了基礎(chǔ)，所以本章我們重點討論四桿機構(gòu)。 驅(qū)動力對從動件的有效回轉(zhuǎn)力矩為零，這個位置是機構(gòu)的死點位置。機構(gòu)的死點位置會使機構(gòu)從動件的運動出現(xiàn)不確定，可以對從動件加外力或利用構(gòu)件自身的貫性作用使機構(gòu)通過死點位置。 第三章 踏步機材料的選擇及其分析 3.1踏步機材料的分析 踏步機主要由扶手、連桿、變位桿、底座、扭腰盤、踏板、油桿、油缸等零件組成，從踏步機選材的角度來考慮，整個踏步機主要由兩種材料組成：由于踏步機踏板比較特殊，要保證在踩踏過程中，要滿足腳的舒適性、以及必須具有緩沖、彈性等，如果考慮到以上因素，踏步機腳踏板的材料比較適合選擇橡膠或者一種高分子合成樹脂。另外，踏步機的主體機構(gòu)對踏步機力學(xué)性能要求較高，必須要考慮到踏步機材料的強度、硬度、塑性，疲勞強度等特性。 從踏步機功能的角度來看，以下來逐一分析能夠同時滿足上述條件的工程材料： 1、金屬材料：金屬材料是指金屬元素或以金屬元素為主構(gòu)成的具有金屬特性的材料的統(tǒng)稱。包括純金屬、合金、金屬材料金屬間化合物和特種金屬材料等。金屬材料具有疲勞特性，許多機械零件和工程構(gòu)件，是承受交變載荷工作的。在交變載荷的作用下，雖然應(yīng)力水平低于材料的屈服極限，但經(jīng)過長時間的應(yīng)力反復(fù)循環(huán)作用以后，也會發(fā)生突然脆性斷裂，這種現(xiàn)象叫做金屬材料的疲勞。金屬材料疲勞斷裂的特點是：（1）載荷應(yīng)力是交變的；（2）載荷的作用時間較長；（3）斷裂是瞬時發(fā)生的；（4）無論是塑性材料還是脆性材料，在疲勞斷裂區(qū)都是脆性的。所以，疲勞斷裂是工程上最常見、最危險的斷裂形式。金屬材料具有塑性：　塑性是指金屬材料在載荷外力的作用下，產(chǎn)生永久變形（塑性變形）而不被破壞的能力。金屬材料在受到拉伸時，長度和橫截面積都要發(fā)生變化，因此，金屬的塑性可以用長度的伸長（延伸率）和斷面的收縮（斷面收縮率）兩個指標(biāo)來衡量。 2、高分子材料：高分子材料是以高分子化合物為主要組分的材料。每一個高分子化合物又都是由一種或者幾種簡單的低分子化合物聚合而成的，故高分子化合物也稱高分子聚合物。高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。 ①橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價力小，分子鏈柔性好，在外力作用下可產(chǎn)生較大形變，除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。 ②高分子纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料，經(jīng)過紡絲和后處理制得。纖維的次價力大、形變能力小、模量高，一般為結(jié)晶聚合物。 ③塑料是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分，再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料；按用途又分為通用塑料和工程塑料。 ④高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。 ⑤高分子涂料是以聚合物為主要成膜物質(zhì)，添加溶劑和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同，分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料。 ⑥高分子基復(fù)合材料是以高分子化合物為基體，添加各種增強材料制得的一種復(fù)合材料。它綜合了原有材料的性能特點，并可根據(jù)需要進行材料設(shè)計。高分子符合材料也稱為高分子改性，改性分為分子改性和共混改性。 ⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力學(xué)性能、絕緣性能和熱性能外，還具有物質(zhì)、能量和信息的轉(zhuǎn)換、磁性、傳遞和儲存等特殊功能。已實用的有高分子信息轉(zhuǎn)換材料、高分子透明材料、高分子模擬酶、生物降解高分子材料、高分子形狀記憶材料和醫(yī)用、藥用高分子材料等。 高聚物根據(jù)其機械性能和使用狀態(tài)可分為上述幾類。但是各類高聚物之間并無嚴(yán)格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工藝，可以制成塑料，也可制成纖維，比如尼龍就是如此。而聚氨酯一類的高聚物，在室溫下既有玻璃態(tài)性質(zhì)，又有很好的彈性，所以很難說它是橡膠還是塑料。 3、復(fù)合材料：復(fù)合材料是由兩種或者兩種以上性質(zhì)不同的材料組合起來的一種固體材料，它的原子具有非常復(fù)雜的結(jié)合鍵。復(fù)合材料在性能上不僅保留了組成材料各自的有點，而且還有著單一組成材料不具備的優(yōu)良性能。這類材料密度小、強度高、耐高溫、耐磨損，不僅是航空、航天的理想材料，也是建筑、化工、機械、造船等工業(yè)領(lǐng)域廣泛使用的材料。復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①航空航天領(lǐng)域。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的 殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(jié)構(gòu)件等。②汽車工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件。③化工、紡織和機械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的材料，可用于制造化工設(shè)備、紡織機、造紙機、復(fù)印機、高速機床、精密儀器等。④醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性，可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好，也用作生物醫(yī)學(xué)材料。此外，復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。 4、PP材料：PP為結(jié)晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.91g/cm3（比水小）。通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80-100℃，能在沸水中煮。PP有良好的耐應(yīng)力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于PE料。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。PP的缺點：尺寸精度低、剛性不足、耐候性差，它具有后收縮現(xiàn)象，脫模后，易老化、變脆、易變形。日常生活中，常用的保鮮盒就是由PP材料制成。PP材料的力學(xué)性能：PP的拉伸強度和剛性都比較好，但沖擊強度較差，特別是低溫時耐沖擊性差。此外，如果制品成型時存在取向或應(yīng)力，沖擊強度也會顯著降低。雖然抗沖擊強度差，但經(jīng)過填充或增強等改性后，其機械性能在許多領(lǐng)域可與成本較高的工程塑料相競爭。PP屬于結(jié)晶型聚合物，不到一定溫度其顆粒不會熔融，不像PE或PVC那樣在加熱過程中隨著溫度提高而軟化。一旦達到某一溫度，PP顆粒迅速融化，在幾度范圍內(nèi)就可全部轉(zhuǎn)化為熔融狀態(tài)。PP的熔體粘度比較低，因此成型加工流動性良好，特別是當(dāng)熔體流動速率較高時熔體粘度更小，適合于大型薄壁制品注塑成型，例如洗衣機內(nèi)桶。PP在離開口模后，如果是在空氣中緩慢冷卻，就會生成較大的晶粒，制品透明度低。果是在水中急冷（如下吹水冷法制薄膜），PP的分子運動被急速冷凍，不能生成晶體，此時的薄膜就是完全透明的。PP的成型收縮率是比較大的，達到2%以上，遠遠大于ABS塑料（0.5%）。PP的成型收縮率可以隨著添加其它的材料的種類及多少有所變化，這在制作具有配合尺寸的注塑制品時需認(rèn)真加以考慮。廣泛運用于醫(yī)療事業(yè)。 5、低碳鋼：低碳鋼(low carbon steel)又稱軟鋼，含碳量從0.10％至0.30%低碳鋼易于接受各種加工如鍛造,，焊接和切削， 常用於制造鏈條， 鉚釘， 螺栓， 軸等。碳含量低于0.25％的碳素鋼，因其強度低、硬度低而軟，故又稱軟鋼。它包括大部分普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和一部分優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，大多不經(jīng)熱處理用于工程結(jié)構(gòu)件，有的經(jīng)滲碳和其他熱處理用于要求耐磨的機械零件。 低碳鋼的特性：低碳鋼退火組織為鐵素體和少量珠光體，其強度和硬度較低，塑性和韌性較好。因此，其冷成形性良好可采用卷邊、折彎、沖壓等方法進行冷成形。這種鋼材具有良好的焊接性。碳含量很低的低碳鋼硬度很低，切削加工性不佳，正火處理可以改善其切削加工性。 　　低碳鋼有較大的時效傾向，既有淬火時效傾向，還有形變時效傾向。當(dāng)鋼從高溫較快冷卻時，鐵素體刮碳、氮過飽和，它在常溫也能緩慢地形成鐵的碳氮物，因而鋼的強度和硬度提高，而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為淬火時效。低碳鋼即使不淬火而空冷也會產(chǎn)生時效。低碳鋼經(jīng)形變產(chǎn)生大量位錯，鐵素體中自碳、氮原子與位錯發(fā)生彈性交互作用，碳、氮原子聚集在位錯線周圍。這種碳、氮原子與位錯線的結(jié)合體稱歲柯氏氣團(柯垂耳氣團)。它會使鋼的強度和硬度提高而塑性和韌性降低，這種現(xiàn)象稱為形變時效。形變時要比淬火時效對低碳鋼的塑性和韌性有更大的危害性，在低碳鋼的拉伸曲線上有明顯的上、下兩個屈服點。自上屈服點出現(xiàn)直到屈服延伸結(jié)束，在試樣表面出現(xiàn)由于不均勻變形而形成的表面皺褶帶，稱為呂德斯帶。不少沖壓件往往因此而報廢。其防止方法有兩種。一種高預(yù)形變法，預(yù)形變的鋼放置一段時間后沖壓時也會產(chǎn)生呂德斯帶，因此預(yù)形變的鋼在沖壓之前放置時間不宜過長。另一種是鋼中加入鋁或鈦，使其與氮形成穩(wěn)定的化合物，防止形成柯氏氣團引起的形變時效。 低碳鋼的用途：原先由于低碳鋼固有的特性，使其使用范圍大大受到局限，隨著國內(nèi)一些新技術(shù)在鋼鐵行業(yè)的應(yīng)用，低碳鋼的許多新興用途得到了很好的開發(fā)利用，目前國內(nèi)一些大型鋼廠或鋼鐵貿(mào)易公司都積極地與國內(nèi)的大型吊索具企業(yè)密切合作，共同開發(fā)出一系列高技術(shù)高精密高質(zhì)量的索具產(chǎn)品，在國內(nèi)乃至全球的索具行業(yè)，起到了很好的技術(shù)推動作用，其中堪稱典范的是普瑞鋼鐵與河北長江中遠吊索具有限公司的深度合作，它們研發(fā)的一系列產(chǎn)品，許多在行業(yè)中都獲得了較高的評價。這也給我們對低碳鋼的綜合利用，指明了新的道路。 6、中碳鋼：碳量0.25%～0.60%的碳素鋼。有鎮(zhèn)靜鋼、半鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼等多種產(chǎn)品。除碳外還可含有少量錳(0.70%～1.20%)。按產(chǎn)品質(zhì)量分為普通碳素結(jié)構(gòu)鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。熱加工及切削性能良好，焊接性能較差。強度、硬度比低碳鋼高，而塑性和韌性低于低碳鋼?？刹唤?jīng)熱處理，直接使用熱軋材、冷拉材，亦可經(jīng)熱處理后使用。淬火、回火后的中碳鋼具有良好的綜合力學(xué)性能。能夠達到的最高硬度約為HRC55(HB538)，σb為600～1100MPa。所以在中等強度水平的各種用途中，中碳鋼得到最廣泛的應(yīng)用，除作為建筑材料外，還大量用于制造各種機械零件。 高強度中碳調(diào)質(zhì)鋼，具有一定的塑性、韌性和強度，切削性良好，調(diào)質(zhì)處理后有很好的力學(xué)性能，淬透性較差，容易產(chǎn)生裂紋，焊接性能不高，焊接之前需要很好預(yù)熱，焊后需要熱處理。 中碳鋼主要用于制造較高強度的運動零件，如空氣壓縮機、泵的活塞，蒸汽透平機的葉輪，重型機械的軸、蝸桿、齒輪等等，表面耐磨的零件，曲軸、機床主軸、滾筒、鉗工工具等等。 7、高碳鋼：高碳鋼在經(jīng)適當(dāng)熱處理或冷拔硬化后，具有高的強度和硬度、高的彈性極限和疲勞極限(尤其是缺口疲勞極限)，切削性能尚可，但焊接性能和冷塑性變形能力差。由于含碳量高，水淬時容易產(chǎn)生裂紋，所以多采用雙液淬火(水淬+油冷)，小截面零件多采用油淬。這類鋼一般在淬火后經(jīng)中溫回火或正火或在表面淬火狀態(tài)下使用。主要用于制造彈簧和耐磨零件。 碳素工具鋼是基本上不加入合金化元素的高碳鋼，也是工具鋼中成本較低、冷熱加工性良好、使用范圍較廣的鋼種。其碳含量在0.65一1.35%，是專門用于制作工具的鋼。 高碳鋼的硬度、強度主要取決于鋼中固溶的碳量，并隨固溶碳量的增加而提高。固溶碳量超過0.6%時， 淬火后硬度不再增加，只是過剩的碳化物數(shù)量增多，鋼的耐磨性略有增加，而塑性、韌性和彈性有所降低。為 此，常根據(jù)使用條件和對鋼的強度、韌性匹配來選用不同的鋼號。例如，制造受力不大的彈簧或簧式零件，可 選擇較低碳量的65鋼。 一般高碳鋼可用電爐、平爐、氧氣轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)。要求質(zhì)量較高或特殊質(zhì)量時可采用電爐冶煉加真空自耗或電 渣重熔。冶熔時，嚴(yán)格控制化學(xué)成分，特別是硫和磷的含量。為減少偏析，提高等向性能，鋼錠可進行高溫擴 散退火(對工具鋼尤為重要)。熱加工時，過共析鋼的停鍛(軋)溫度要求低(約800℃)，鍛軋成材后應(yīng)避 免粗大網(wǎng)狀碳化物的析出，在700℃以下應(yīng)注意緩冷，以防熱應(yīng)力造成裂紋。熱處理或熱加工過程中要防止表面脫碳(對彈簧鋼尤為重要)。熱加工時要有足夠的壓縮比，以保證鋼的質(zhì)量和使用性能。 8、45#鋼：45號鋼,是GB中的叫法,JIS中稱為:S45C,ASTM中稱為1045,080M46,DIN稱為:C45 。國內(nèi)常叫45號鋼，也有叫“油鋼”。一般，市場現(xiàn)貨熱軋居多。冷軋規(guī)格1.0~4.0mm之間。 軸類零件是機器中經(jīng)常遇到的典型零件之一。它主要用來支承傳動零部件，傳遞扭矩和承受載荷。軸類零件是旋轉(zhuǎn)體零件，其長度大于直徑，一般由同心軸的外圓柱面、圓錐面、內(nèi)孔和螺紋及相應(yīng)的端面所組成。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀的不同，軸類零件可分為光軸、階梯軸、空心軸和曲軸等。 軸的長徑比小于5的稱為短軸，大于20的稱為細長軸，大多數(shù)軸介于兩者之間。 軸用軸承支承，與軸承配合的軸段稱為軸頸。軸頸是軸的裝配基準(zhǔn)，它們的精度和表面質(zhì)量一般要求較高，其技術(shù)要求一般根據(jù)軸的主要功用和工作條件制定，通常有以下幾項： (一)尺寸精度 起支承作用的軸頸為了確定軸的位置，通常對其尺寸精度要求較高（IT5～IT7）。裝配傳動件的軸頸尺寸精度一般要求較低（IT6～IT9）。 (二)幾何形狀精度 軸類零件的幾何形狀精度主要是指軸頸、外錐面、莫氏錐孔等的圓度、圓柱度等，一般應(yīng)將其公差限制在尺寸公差范圍內(nèi)。對精度要求較高的內(nèi)外圓表面，應(yīng)在圖紙上標(biāo)注其允許偏差。 (三)相互位置精度 軸類零件的位置精度要求主要是由軸在機械中的位置和功用決定的。通常應(yīng)保證裝配傳動件的軸頸對支承軸頸的同軸度要求，否則會影響傳動件（齒輪等）的傳動精度，并產(chǎn)生噪聲。普通精度的軸，其配合軸段對支承軸頸的徑向跳動一般為0.01～0.03mm，高精度軸（如主軸）通常為0.001～0.005mm。 (四)表面粗糙度 一般與傳動件相配合的軸徑表面粗糙度為Ra2.5～0.63μm，與軸承相配合的支承軸徑的表面粗糙度為Ra0.63～0.16μm。 3.2踏步機材料的選擇 踏步機材料的選擇應(yīng)考慮到材料的力學(xué)性能、材料的成本、以及材料的重量等因素，根據(jù)踏步機結(jié)構(gòu)的不同，可以分為兩大類材料，中碳鋼和PP塑料，踏步機的主體結(jié)構(gòu)（扶手、連桿、變位桿、底座、踏板下端、油桿）主要用中碳鋼制造，由于中碳鋼材料具有較好的強度、剛度、塑性、韌性等特性，這些都能夠滿足踏步機踏步的需求。另外扶手部分、以及踏板的上端采用PP塑料材料制造，主要利用了PP塑料的彈性、柔軟性等特性，油壓桿部分采用中碳鋼制造，有較大沖擊力、重載荷傳動時，用40Cr鋼制造。這是為了保證活塞桿有足夠的工作強度。 第四章 踏步機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 4.1踏步機的基本機構(gòu)介紹 踏步機設(shè)計產(chǎn)品如圖4.1所示如下： 圖4.1 多功能踏步機 該踏步機主要由扶手、機械連桿、電子顯示屏、變位桿、底座、踏板、活塞桿、活塞缸、扭腰盤等零件組成，電子顯示屏計時計數(shù)（在運動時感應(yīng)運動強度，精確計算運動的次數(shù)與時間，為健身運動提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)參考），扭腰盤脂肪燃燒（運動結(jié)束后，能告訴健身者在運動過程中消耗的能量和燃燒的脂肪，為健身者的瘦身計劃提供一個明確的結(jié)果）,扭腰盤同時也可以提供扭腰的功能，能夠滿足健身者瘦身美腿的作用。同時踏板上配有防滑設(shè)計，（好比一個不需要運動的滑板和五環(huán)的呼啦圈，操作方便，簡單易練。 踏步機結(jié)構(gòu)精良，踏步機底座踏板下面配有兩根油壓桿，可以消除運動時膝蓋關(guān)節(jié)的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同時也具備可以調(diào)整健身者所需要的運動強度，讓健身者在不知不覺中燃燒脂肪，特別鍛煉腰、腹腿等部位，可以達到很好的健身作用。 踏步機變位桿能夠提供三檔高度的調(diào)節(jié)，滿足不同身高客戶群體的要求，同時踏步機變位桿的設(shè)計不影響整體踏步機的性能，對踏步機的外觀也不產(chǎn)生任何影響，踏步機油壓桿的設(shè)計能夠滿足不同年齡群體的需求，由于有油壓桿可以任意的調(diào)節(jié)腳踏板的緩沖力能夠有效減小膝蓋的摩擦，能夠讓健身者舒適的達到鍛煉身體的目的。 圖4.2 變位桿 圖4.3 踏板 如圖4.2所示該機械連桿為踏步機的變位桿，連桿兩側(cè)設(shè)計有對稱的小孔，每隔50mm設(shè)有小螺孔，并且以中心軸對稱，對于這些小孔的設(shè)計能夠滿足不同高度的客戶群體踏步鍛煉的需求，同時由于以中心線對稱，所以孔的設(shè)計不影響踏步機的美觀。 如圖4.3所示，踏步機踏板前端采用了防滑設(shè)計，能夠保證健身者在踏步過程中，不會發(fā)生打滑而發(fā)生安全事故，同時踏板上端還設(shè)計有PP塑料，該塑料具有很好的彈性能夠保證健身者的舒適性。 4.2踏步機基本結(jié)構(gòu)圖解 如圖所示為踏步機的三視圖（俯視圖）： 圖4.4 踏步機俯視圖 如圖所示為踏步機的三視圖（主視圖）： 圖4.5 踏步機主視圖 如圖所示為踏步機的三視圖（左視圖）： 圖4.6 踏步機左視圖 1-橡膠套 2-低架 3-防塵圈 4-腳踏 5-螺釘 6-低桿 7-變位桿 8-頂桿 9-橡膠帽 10-扶手 11-連桿架 12-扭腰盤 13-活塞桿 14-密封件 15-緩沖環(huán) 16-活塞 17-活塞桿 18-O型圈 19-密封圈 20-螺母 21-過渡桿 22-連桿 23-螺釘 24-固定架 通過上面的三視圖能夠比較完整的反應(yīng)踏步機的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，以及踏步機特殊零部件的特征，踏步機的整體結(jié)構(gòu)精良，主要由扶手、機械連桿、電子顯示屏、變位桿、底座、踏板、油壓桿、油壓缸、扭腰盤等零件組成。特別是踏步機底座踏板下面配有兩根油壓桿，可以消除運動時膝蓋關(guān)節(jié)的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同時也具備可以調(diào)整健身者所需要的運動強度，讓健身者在不知不覺中燃燒脂肪，特別鍛煉腰、腹腿等部位，可以達到很好的健身作用。 4.3踏步機工作原理介紹 當(dāng)人們使用踏步機進行踏步運動時，左右腳以一定的頻率對踏板進行踩踏，左腳踩踏左邊踏板時，左踏板受到斜向下的壓力，左踏板將會以一定的圓弧斜向下運動。由于左右踏板通過機構(gòu)連接，左踏板斜向下運動時，對左邊連桿產(chǎn)生一個拉力，左邊連桿拉動中間的過渡桿，然后過渡桿繞中心軸轉(zhuǎn)動，帶動右邊連桿，右連桿斜向上帶動右邊踏板斜向上運動，從而實現(xiàn)踏步機的踏步功能。 踏步機分為普通踏步機和電子踏步機，電子踏步機通常用于健身房和健身俱樂部，它采用一臺發(fā)動機來控制踏步的運動頻幅，因而可以降低踏步運動對腿關(guān)節(jié)造成的負(fù)面影響。與電子踏步機相比，人工踏步機的價格更為低廉，產(chǎn)品種類從迷你踏步機到配置有電腦控件的全尺寸踏步機一應(yīng)俱全；它采用氣壓活塞而非發(fā)動機來控制踏步的運動頻幅。通過本設(shè)計的踏步機為普通的踏步機，普通踏步機的工作原理相對比較簡單，依據(jù)踏步機的傳動機構(gòu)、腳踝的運動軌跡來加以分類，并分析踏步機不同傳動機構(gòu)設(shè)計的特性與差異，及探討不同的運動軌跡對使用者所產(chǎn)生的影響。 循環(huán)階梯式踏步機主要是讓使用者做類似于爬樓梯的訓(xùn)練運動，此類踏步機工作原理的特征主要是在構(gòu)型上擁有若干環(huán)接的階梯，當(dāng)使用者踩踏在踏板上時，利用重心帶動踏板，如此可以讓使用者真正地做爬樓梯的運動，但是整體構(gòu)型相對于其他類別要來的大，因此較不適合在空間不大的家庭使用， 不過此類最大的特色是作爬梯運動時，抬起的一腳會與踏板分開，因此可以真正模擬爬樓梯運動，此類踏步機可供專業(yè)的健身訓(xùn)練使用，缺點是循環(huán)階梯式踏步機不同于前述幾款，它是屬于重?fù)舴绞降牟忍み\動，因此對于機械零件會有輸送帶型、凸輪型等二型。 平行四連桿利用它有兩根相等長度的曲柄而有相等角速度的原理，使腳踏板踩動時可保持水平，左右踏板有連動與獨立等不同的設(shè)計，其中連動的踏板設(shè)計數(shù)量較多，獨立的設(shè)計在鍛煉小腿方面較佳，此型機構(gòu)設(shè)計應(yīng)用于踏步機機構(gòu)上，可依照不同設(shè)計的平行連桿的運動角度范圍及方向來區(qū)分平行連桿式。 踏步機的運動部位主要著重於使用者的腿部，利用不同的機構(gòu)設(shè)計來達到踏步、爬梯、走路等不同需求的運動方式，這些運動方式皆利用下肢抬起踩下的擺動來完成，兩腳交互動作形成一個運動週期，將運動過程中腳踝的運動軌跡投影到矢狀面 上，會因不同的運動而有不同的描繪路徑。 第五章 踏步機的功能分析及其設(shè)計 5.1踏步機的功能分析 踏步機主要由扶手、連桿、變位桿、底座、扭腰盤、踏板、油桿、油缸等零件組成，通過本設(shè)計研究的踏步機具有踏步、扭腰等功能，打破了常規(guī)踏步機運動的單一性。踏步運動為該踏步機的主要功能，扭腰為該踏步機的輔助功能，增加了踏步機的附加值。踏步運動主要是通過踏步機主體連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，通過健身者踩踏左右踏板，左右踏板通過弧形運動按傾斜方向拉動連桿，連桿與過渡桿連接，導(dǎo)致過渡桿繞中心軸轉(zhuǎn)動，將拉力傳遞到另外一只踏板，從而帶動踏板沿反斜線方向運動，來實現(xiàn)踏步機的踏步功能。踏步機扭腰功能的實現(xiàn)主要是通過人的旋轉(zhuǎn)、以及與扭腰盤的摩擦來提供旋轉(zhuǎn)力矩，從而實現(xiàn)扭腰的功能。 5.2踏步機的設(shè)計思路介紹 經(jīng)過對市場上現(xiàn)有的踏步機進行調(diào)查,目前擁有的踏步機大致可以分為2類,一種是只具有簡單踏步功能的普通踏步機，如圖所示： 圖5.1 普通踏步機 此款踏步機只具備簡單的踏步功能，健身者長時間使用會讓人感覺單調(diào)乏味。由于該款踏步機沒有固定的扶手，健身者在踏步過程中難以平衡，所以該款踏步機的安全性能得不到保證。 然而，隨著社會的進步，人們生活水平的提高，大家對身體健康越來越重視。人們想盡各種健身的方法,包括健康營養(yǎng)的飲食和參加各種鍛煉.由于現(xiàn)代工作方式和工作環(huán)境的改變,導(dǎo)致了很多人沒有很多的空余時間甚至沒有時間去參加戶外運動,因此聰明的人類就想辦法能讓自己足不出戶就能達到強身建體的效果,因此各種各樣的健身器材應(yīng)運而生了,其中踏步機就是一種典型的實現(xiàn)室內(nèi)踏步鍛煉的一種器材。 由于市場上現(xiàn)有的踏步機功能的單一性，所以不能完全滿足人們的要求，對踏步機功能的完善亟待解決，從而創(chuàng)新設(shè)計了該款多功能踏步機。如圖所示： 圖5.2 多功能踏步機 通過對現(xiàn)有踏步機進行分析，為了實現(xiàn)踏步機其他功能的需求，又考慮到結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，我的設(shè)計思路是通過扭腰盤、踏板集中于一體，同時該款踏步機還設(shè)計有高度任意調(diào)節(jié)裝置—變位置桿，通過變位桿的上下移動以及螺釘?shù)墓潭?，能夠滿足不同高度客戶的鍛煉需求。另外踏板下端設(shè)計有比較獨特的緩沖裝置—油壓桿，主要通過油壓桿提供阻力，減少在踏步過程中膝蓋的摩擦，從而讓健身愛好者能夠比較輕松、愉悅的享受踏步帶來的樂趣。 5.2.1踏步機扶手的設(shè)計 由于考慮到中碳鋼具有較好的塑性、韌性、強度、剛度、耐磨性等力學(xué)性能，所以扶手選用中碳鋼（45#）作為材料，在扶手兩端的手柄處，外面套有一層橡膠層，保證健身者的舒適性，踏步機扶手的尺寸如下圖所示： 圖5.3 扶手 以45#鋼為例，來計算扶手的重量： Ρ= 6.17g/cm3 R1=1.2cm R2=3cm R3=5 AB=40cm ∵ C＝2πR S=π r2 V=Sh h=2L+2C+AB 又∵ M=PV ∴M=1862.53g 由上面計算可以得到，扶手的重量為1.862Kg，扶手的尺寸、重量符合設(shè)計的要求，能夠保證健身者在踏步過程中的平衡性。 5.2.2踏步機變位桿的設(shè)計 大多數(shù)市面上的踏步機高度固定在120cm左右，對于身高較高的健身者而言，難以滿足他們踏步的舒適性要求，因此，為了改進踏步機在踏步過程中的高度不可調(diào)，特設(shè)計變位桿。在一根空心長為80cm的鋼管上，沿著中心線每隔5cm鉆有小孔，通過小螺釘將變位桿固定，能夠保證踏步機整體長度在120cm-140cm之間，從而滿足不同身高群體踏步健身的需求。變位桿如圖所示： 圖5.4 變位桿 以45號鋼為例，來計算變位桿的重量： Ρ= 6.17g/cm3 R1=2cm R2=1.75cm h=46.25cm ∵S=π r2 V=Sh 又∵△S=S1-S2 ∴V=△Sh 即∴M=PV M=2823.52g 由上面的計算可以得到變位桿的重量為0.823Kg，變位桿的尺寸、重量符合設(shè)計的要求。變位桿兩個小圓孔之間的距離為5cm，能夠保證踏步機整體的高度在120cm-140cm之間，能夠滿足不同身高的踏步運動者的需求。 5.2.3踏步機扭腰盤的設(shè)計 踏步機扭腰盤能夠提供扭腰運動，為踏步機附帶的功能，扭腰盤能夠提供360°的旋轉(zhuǎn)運動，可以活動、放松腰部，保持全身暢通，扭腰盤的上表面有一層橡膠層，橡膠層上設(shè)置有按摩的小塊，健身者在使用時，能夠保證按摩腳底，保持健身者身體健康，扭腰盤的直徑為95cm,厚度為1.4cm.如圖所示： 圖5.5 扭腰盤 以45號鋼為例，來計算扭腰盤的重量： Ρ= 6.17g/cm3 R1=13cm h1=1.4cm a=d=3cm h=1cm b=20cm ∵S=πr2 V1=Sh V2=abh V3=bdh 又∵V=V1+V2+V3 即∴M=PV M=2326.23g 由上面的計算可以得到扭腰盤的重量為2.326Kg，扭腰盤的尺寸、重量符合設(shè)計的要求，并且扭腰盤的右端，配