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畢業(yè)論文題目
學校代碼：10410
序 號：050407
本 科 畢 業(yè) 設 計
題目： 單人多功能健身機
學 院： 工 學 院
姓 名： 辜建勇
學 號： 20050407
專 業(yè)： 機械設計制造及自動化
年 級： 機制051
指導教師： 文建萍
二OO九年 五 月
- 10 -
辜建勇畢業(yè)設計————單人多功能健身機
摘 要
全民健身，利國利民，隨著社會的發(fā)展人們開始越來越重視自己的身體健康，但在現(xiàn)在的中國由于生活水平層次不齊，所以并不是所以的人都能夠消費得起天天到健身房進行健身鍛煉的，所以設計一款適合廣大人民的需要，同時在普遍情況下能夠承受的單人或多人健身的健身機是具有廣闊的市場空間的，但現(xiàn)在的市場上的健身器械雖大部分是單人式多功能的組合健身器械，但由于其不和市場的標價從而使得健身器械到現(xiàn)在為止依然不能進入普通人家，為此設計一款價廉，且功能符合需要，實用的健身器械是我設計的主題，其中要注意避免像市場上的單人健身器械的利用率低的問題，同時滿足人們的需要，除此之外還要求外型美觀，安全耐用，工作平穩(wěn)，便于維護，制造加工方便，成本較低最為重要。
為此，我專門走訪了許多的健身房和一些健身專柜進行實地考察，同時上網收集資料，了解廣大健身教練和用戶的感受，同時調查他們的需要，總結各方面的要求，設計了該款但人多功能健身機。
本作品具有以下特點：
1：每個作品只能進行單人鍛煉。
2：使用方便，使用方便能夠滿足用戶順利操作和鍛煉調節(jié)。
3：安全性好，工作平穩(wěn)，安全系數(shù)值取稍大。
4: 鍛煉功能組合合理，符合大眾健身的需要。
5： 制造加工方便，性價比高。
6： 結構緊湊，拼裝設計，便于包裝，運輸。
由于我在學校學習的基礎知識水平有限，所以在設計中難免有許多的不足之處，懇請各位老師給與批評指正。
辜建勇
2009年5月7日星期四
Abstract
All-people body-building, is beneficial to the country, beneficial to the people, develops the people along with the society to start to take own health more and more, but in present's China, because the living standard level is uneven, therefore is not therefore the human can expend result in arrive at the gymnasium to carry on the fitness exercise daily, therefore designs one section to suit the general populace's needThe belt massager which in the universal practice meanwhile can withstand the single who or the multi-people fitness has the broad market space, although but in present's market's fitness instrument majority is the single type multi-purpose combination fitness instrument, but because its disagreement market marked price, thus enables the fitness instrument until now still to enter ordinary others, for this reason designs section of moderately-priced, and the function meets the need, the practical fitness instrument is I Design subject, must pay attention avoids likely in the market single fitness instrument's use factor low question, simultaneously meets people's needs, in addition also requests the outlook to be artistic, safe durable, the work is steady, is advantageous for the maintenance, the manufacture processing is convenient, the cost is low importantly.
Therefore, I have visited many gymnasia and some fitness special counter specially carry in-the-spot investigation, simultaneously accesses the net the collection material, understood that the general fitness training and user's feeling, simultaneously investigates their need, summarizes various aspects request, has designed this section, but person multi-purpose belt massagers. this work has following characteristic:
1: Each work can only carry on the single to exercise. 2: The easy to operate, the easy to operate can satisfy the user to operate and the exercise adjustment smoothly. 3: The security is good, the work is steady, the security coefficient value takes slightly in a big way. 4: The exercise function combination is reasonable, meets the need which the populace fitness. 5: The manufacture processing is convenient, the performance-to-price ratio is high. 6: The structure is compact, the assembling design, is advantageous for the packing, the transportation.because I am limited in the school study's elementary knowledge level, therefore has many deficiencies unavoidably in the design, requests earnestly fellow teachers to give the criticism to point out mistakes.
Gu Jian brave on May 7, 2009 Thursday
目錄
第一節(jié)：現(xiàn)今體育健身器械的特點及方案的確定…………………………………….
1.1方案的確定………………………………………………………………..
1.2設計要求…………………………………………………………………
1.3整體結構……………………………………………………………….
第二節(jié)：單人多功能健身機的設計過程……………………………………………
2.1設計材料的選定……………………………………………………..
2.2:底座的設計………………………………………………………….
2.3支架的設計…………………………………………………………
2.4配重的設計…………………………………………………………
2.5滑輪的設計…………………………………………………………
2.6其他零件的設計……………………………………………………
2.7標準件的選定………………………………………………………
2.8配合公差的設計…………………………………………………..
2.9裝配………………………………………………………………..
第三節(jié)：設計總結………………………………………………………………….
參考文獻………………………………………………………………………
第一節(jié)：現(xiàn)今體育健身器械的特點及方案的確定
1.1方案的確定與分析
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查，并在網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，最后在老師的知道下，經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但人多功能健身器械，好多一味追求功能的齊全有的產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，器械的使用率，節(jié)約資源，以符合人們健身的需求。
我設計的是一項多功能的單人健身機，他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)我的調查，現(xiàn)在人們鍛煉普遍鍛煉的肌肉是，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三種鍛煉：腿部鍛煉，做手向前的鍛煉，以及人站立手拉拉桿的鍛煉。這三種功能集成起來，就會使得器械整體比較協(xié)調，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，退大肌，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。三維效果
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。
3） 鍛煉量可調節(jié)，每級五kg，操作方便。
4） 設計合理，解決目前市場上健身機械的設計不足 ，并便于生產制造。
5） 外型美觀，采用拼裝結構，便于包裝運輸。
6） 選材合理，經濟性能好，造價控制在2000元范圍內。
1.3整體結構
健身機的組成結構：
1） 底座
2） 立柱
3） 支架
4） 操縱機構
5） 上部支架
6） 配重
7） 導向機構
8） 配件
雖然單人多功能健身機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。
第二節(jié)：單人多功能健身機的設計過程
設計一臺新健身器械并投放市場并沒有看到的那么簡單，他需要你提前做好市場調查，了解健身愛好者的需要，然后根據(jù)需要，提出健身機的設計要求，然后到提出設計方案，畫草圖，做出預覽，然后修改，選材，加工，驗證。由此可見，設計一臺健身器械并不是一朝一夕能夠完成的事情，除此之外，設計一臺健身器械講究的是人們接受它，同時它上面的互換性要好。
2.1設計材料的選定
選定材料至關重要，材料的選定決定了一臺健身機的使用性能，安全性能和它的壽命。所以說，選材是一件很慎重的事情，也是一件很花時間的事情，什么場所用什么材料都是一個非常嚴格的問題，絕對不能有半點馬虎。材料選的太好以來造成太大的浪費，二來給加工帶來了一些麻煩(一般好的材料強度較高，硬度也相應提高了，這樣對機械加工都是不利的)。尤其是對健身器械來說，大部分的剛才都是選用型材及板材的焊接，這樣一來就要求材料有良好的焊接性能。選材料，我們是在考慮滿足性能要求的情況下同時盡可能買周邊的材料，這樣可以減少運輸成本，降低成本。
這里我根據(jù)同學對南昌市鋼材市場調查選擇 了一下一些鋼材:
1) 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)在調查中發(fā)現(xiàn)大部分的健身器械的配重都是用HT105鑄造的，而在實際過程中，由于鑄鐵較脆，很容易開裂而破壞。所以我放棄了使用鑄鐵來做配重的想法，于是我決定使用30mm厚的冷軋鋼板，材料標記為：
通過鋼板氣割后加工就可以得到，使用這種材料有一個很大的好處：它的韌性特別好，在鍛煉的過程中不容易壞掉，用來加工配重的表面質量及尺寸公差要求不是很高，可以使用廢棄了的鋼板（經過去除表面毛刺及去除表面的銹跡，然后再加工出要求的形狀，再噴上油漆就行了），這樣可以節(jié)約成本，使得廢棄的東西得以再生，符合當今環(huán)保節(jié)約的需要，是符合當今形勢發(fā)展的。其余大部分的鋼板采用30mm厚的。
5）導管的選定，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，給運動員帶來不便，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。
7） 由于配重在鍛煉的過程中或多或少的會產生噪音，我在此套用了一種比較簡單的方法，且又便于維修;我們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具體見圖。
2.2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，結構要扎實再生產焊接中不能存在任何的缺陷，焊接的公差也要在一定的范圍內 ，還有形位公差等具體尺寸見圖，三維效果圖如下：
由于兩種材料都為低碳鋼焊接的性能也特別的好，越能達到設計要求，同時因為采用的都是型材的焊接，對公差的要求不是很高，只有在制造的時候進行校準，底座要與其他部件安裝，與其它部件采用焊接當然是可以的，但這樣在運輸過程中運輸不是那么方便，這里我搞的與其它部件連接采用螺栓連接。
在設計底座時，必須先考慮底座的受力情況，由于底座上安裝右立柱，支架，導向裝置，及上支架配重等，這些部件都對稱安裝，所以底座的受力情況并不復雜。它主要是受上面型材的重力，在這里我們將安全系數(shù)取為3，由于每根所取鋼管的受力大于至少5000N，以每個人的重量加上上面材料的重量是遠小于5000的，因而是比較安全的，除此之外還收兩邊拉力，但相對較小，這些可以用螺栓來克服。我采用方形管來做底座的原因是在保證器械運行平穩(wěn)的情況下減輕器械總的重量，給運輸帶來方便。
2.3支架的設計
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。同時由于支架擔負著重要的角色，還要在上面安裝坐墊，等東西，具體見圖紙，下面是三維圖。
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。
對于運動支架，我設計了較多的手握地方，這樣設計有許多的優(yōu)點，他可以提供鍛煉者較多的運動空間，同時腳步鍛煉那里沒有設計障礙，不同身高的鍛煉者都可以進行鍛煉鍛煉者坐上去對整體受力已有所考慮，所以絕對安全。同時坐上鍛煉者更能保證器械的平穩(wěn)，
設計的主要數(shù)據(jù)：
總高度；2000mm
總長度; 1700mm
座高：450mm
能正滿足大部分的鍛煉者。
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的材料是冷彎方鋼，標記 為
該支架與底板到后焊死。以減少震動。在支架的上部我采用一根與水平焊接的桿，是為了確定手操縱機構有一個極限位置。如上圖;支架設計可見。
2.4配重的設計
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，導桿時選用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，在數(shù)量上講不是很多，所以在這方面我就決定依然采用市場上的數(shù)據(jù)。
4） 我也做了點調查，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，這樣就有利于產品的維修。下面三維圖：
此為第一塊配重
此為一般配重位于第一塊配重下面。
2）為了防止配重磨損導桿，我覺得可以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，這樣就行了啊
3）在選材時，我不采用鑄鐵用回收的板材，它的強度不成問題，韌性也能保證。
再設計配重時，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。如圖所示兩邊通孔與導桿配合，并在其中翻塑料處理。塑料管可以為廢棄的，重要的是尺寸，配合公差要與導桿一至。
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。然后鉆安橡皮的空就行了，最后裝上橡皮。
2.6滑輪的設計
在設計滑輪的時候，我要先說明一下，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。下圖為滑輪三維圖。為了便于在裝配上表示，某些并沒有完全表示出來。
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，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，生產效率高，但不適合小規(guī)模生產，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，
鋼絲繩的相關設計：根據(jù)機械設計手冊知道，鋼絲繩的公稱直徑（其中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：
（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)）其中的算法為據(jù)查設計手冊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Smax=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。
2.6其他零件的設計
現(xiàn)在來設計其他的零件，如動滑輪夾板，海綿防護體，坐墊級靠墊，這些大部分是由其他工廠定做，這些東西設計尺寸要求不是很高，像坐墊，靠墊這些不是由工廠生產出來的就是由外面定做的，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有安裝時確定。
2.7標準件的選定
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。
1） 立柱與底座的聯(lián)結采用m30的螺栓，下面校核它的強度：其中在實際中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。
2） 根據(jù)設計手冊可以找到軸承應當為6202（GB/T276-1994），假如軸承選定的過小會引起滑輪在使用過程中較大的滑動，擺動，給軸承本身帶來不利的影響。
3） 在腳部鍛煉的地方由于為了防止膝蓋碰傷，我采用球頭螺母和螺柱，因此既美觀又能保證安全。
4） 還有去其他一些螺栓，彈簧墊圈，鋼絲繩夾等，由于受力不是很大，只要按照配合關系選購就行了啊。
2.8配合公差的設計
兩零件的配合關系將對機械產生較大的影響，如運動的平穩(wěn)性，運動的精度，工作的噪聲，進一步影響機械的使用壽命，所以公差要選的比較合理，這里就說明幾處重要的。
其中有運動關系的地方一律采用間隙配合，主要是因為力量型的健身器械運動精度要求不是很高，在周圍聯(lián)結出采用大間隙配合，保證鍛煉過程中阻力小，減少對銷的摩擦，且便于裝配。
2.9裝配
由于本健身機大部分是采用的管材，板材，管材通過下料后焊接并校準變形后打磨毛刺噴漆就行了，對材料切除率小，這樣對裝配就帶來很多的不便，比如：管材的尺寸公差大，焊接生產的零件精度不高，表面質量不好，這樣對裝配師傅的技能要求相應提高了，安裝的簡約順序是先連接底座和立柱，然后安裝支架，裝配重，插好導桿，后裝上支架，過程中假如鋼絲繩，最后用螺栓，螺釘固定，最末裝坐墊靠墊。裝配必須按照一定的裝配順序，不然的話，會出現(xiàn)一些零件無法安裝的情況。
第三節(jié)設計總結
在此，我的設計以告一段落，同時由于我的專業(yè)水平有限，所以在設計過程中難免有許多的問題，還望各位老師給與批評指正，同時感謝文建萍老師在我的設計過程中給與我的支持和鼓勵，使得我能夠順利的完成本次畢業(yè)設計。
參考文獻
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機械工材料 大連理工大學出版社…………齊明主編
機械設計基礎 高等教育出版社………………楊可楨主編
機械制圖 高等教育出版社………………劉力主編
畫法幾何與工程制圖 上海科學技術出版社…中國紡織大學工程圖學教研室
機械設計手冊 化學工業(yè)出版社………………成大先主編
沖壓工藝與沖模設計 機械工業(yè)出版社………………翁其金主編
中華人民共和國國家標準 ……………………………..中國標準出版社
PRO/ENGINEER野火版……………………………………清華大學出版社
體育教程…………………高等教育出版社……………徐萬林主編.
管材管件應用技術手冊…………機械工業(yè)出版社…….劉金海主編.
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