家用健身器材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)-收腹運(yùn)動(dòng)機(jī),2013年5月27日,目錄,1,2,3,4,家用健身器材的簡介http:/dxb.qnw.cc/,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)與造型,1.家用健身器材的簡介,。從人類誕生之日起，運(yùn)動(dòng)就一直伴隨著其成長歷程。早期人們的運(yùn)動(dòng)方式主要是在戶外進(jìn)行的，跑步、劃船、游泳，到后來的自行車、籃球、足球、登山、滑雪等等，這些運(yùn)動(dòng)可以統(tǒng)歸于戶外運(yùn)動(dòng)。但是戶外運(yùn)動(dòng)會(huì)受到時(shí)間、空間、氣候、設(shè)備等等限制，人們并不能隨心所欲的進(jìn)行特定的運(yùn)動(dòng)。這一客觀條件限制激發(fā)了人類征服自然的渴望，人們希望打破客觀條件的限制，可以隨心所欲的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。隨著物質(zhì)文明的不斷發(fā)展，有一批腦力勞動(dòng)者開始進(jìn)行這方面的探索，研究人類如何將在室外的運(yùn)動(dòng)方式也引入室內(nèi)。家用健身器材就是用于身體鍛煉的器械，例如啞鈴、跑步機(jī)等都屬于健身器材。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，它可以分為戶外的和室內(nèi)的。家用健身器材，可以讓人足不出戶便可得到身體各方位的鍛煉。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的作用：,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)能夠起到輔助人們做仰臥起坐的作用，仰臥起坐可以直接針對(duì)腹部肌肉群，通過動(dòng)作上的細(xì)微變化，使腹部不同部位的肌肉得到鍛煉，最終達(dá)到塑型效果。最為常見的仰臥起坐方法是將身體處于仰臥狀態(tài)，膝部屈曲成90左右，腳部平放于地面，借助外力使之固定，然后利用腹部肌肉坐立起來。下面，我們就來細(xì)說一下做仰臥起坐的好處:1.會(huì)鍛煉鍛煉者的腹肌，讓鍛煉者能更好地控制自己的身體，因?yàn)楦辜儆诤诵募∪?，?duì)于穩(wěn)定身體有很重要的作用，而且腹肌的強(qiáng)壯對(duì)背部有較好的支撐作用，使鍛煉者在從事其他有氧運(yùn)動(dòng)和娛樂活動(dòng)中增加體力。2.仰臥起坐也能減肥，但需要每次慢起做150個(gè)以上才能燃燒脂肪，否則只能鍛煉腹肌，未免太辛苦，而且效果也不理想，長時(shí)間做會(huì)對(duì)脊椎造成傷害。3.仰臥起坐能鍛煉腹部肌肉，使腹部肌肉收緊，更好地保護(hù)好腹腔內(nèi)的臟器。4.仰臥起坐還可以拉伸背部肌肉、韌帶和脊椎。并可以通過拉伸脊椎，調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)。從而改善身體的抗病能力。5.鍛煉腹股溝。腹股溝有許多毛細(xì)血管和穴位，做仰臥起坐可以通過刺激腹股溝的血管，加速血液流動(dòng)，治療和緩解婦科疾病。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的工作原理,家用收腹機(jī)裝置總的設(shè)計(jì)原理是通過設(shè)計(jì)出一系列的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及選擇合適的彈簧等元件協(xié)助使用者進(jìn)行收腹鍛煉。使用者雙手扶著坐板兩側(cè)的扶手把柄上坐于收腹機(jī)座板上，背部斜靠在收腹機(jī)靠背板上，初始狀態(tài)時(shí)，彈簧處于自然狀態(tài)，靠背板與地面成100110度的夾角。然后使用者背部向后用力，給靠背板一個(gè)向后的壓力，靠背板受力順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。背部持續(xù)向后用力，靠背板繼續(xù)順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，直至靠背板旋轉(zhuǎn)至160170度的位置時(shí)，靠背板到達(dá)最底端處，此時(shí)彈簧被拉伸至最長位置。接著使用者背部力量放松，彈簧開始收縮，彈簧收縮通過連桿帶動(dòng)靠背板作逆時(shí)針返回，返回到100110度的位置處，使用者再開始?jí)嚎s靠背板順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。就這樣使用者背部壓著靠背板，不停的克服彈簧拉力做來回?cái)[動(dòng)，同時(shí)使用者腹部肌肉得到良好的鍛煉。,2.收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)根據(jù)收腹運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，讓頭、肩和背的上半部只在離地30-60度區(qū)間活動(dòng)，使運(yùn)動(dòng)完全依靠腹部力量，讓腹部所有肌肉動(dòng)起來，瘦身效果最好。不同彈力裝置，完全滿足不同鍛煉需求。靠背軟膠同時(shí)滾動(dòng)按摩背部。結(jié)合美體，有氧，伸展，舒壓，按摩五效合一。經(jīng)人體工學(xué)及機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不需技巧，體驗(yàn)快，輕松上手。高效鍛煉腰，腹，臀，腿部肌肉群，達(dá)到美容美體的效果。伸展，舒解背部與腰部的壓力。,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)功能介紹,家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的組成部件,根據(jù)家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)機(jī)裝置的設(shè)計(jì)原理可以得知收腹機(jī)共有以下各組成部件：收腹機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)底座，收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)機(jī)靠背，機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，扶手柄，彈簧，有些收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)也運(yùn)用到了輪子。,常見收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)介紹,結(jié)構(gòu)簡圖與產(chǎn)品圖,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)方案的選擇,第一種產(chǎn)品采用彈簧將底座和靠背板鏈接，這樣的結(jié)構(gòu)更多地簡化了收腹機(jī)外形，更大的節(jié)省了空間。缺點(diǎn)就是對(duì)彈簧的要求比較高，需要更大強(qiáng)度的彈簧。第二種產(chǎn)品則采用的四桿結(jié)構(gòu)與彈簧組成的收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)。摒棄了老款的滾動(dòng)滑輪，采用最新的上挺式運(yùn)動(dòng)方法，有效的保護(hù)了，滑輪對(duì)地板的損壞，更好的利用自身體重來，達(dá)到鍛煉塑身的目的。但機(jī)架的體積較大，也無法進(jìn)行拆卸，占用的空間較大。第三種產(chǎn)品的家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)，在使用時(shí)，使用者坐于收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的坐板上，背部及頭部靠在收腹機(jī)的背板上，背部與地面的角度呈115度左右，此時(shí)彈簧處于自然狀態(tài)，當(dāng)使用者腰部用力將靠背板向后壓，靠背板上受到的壓力通過連桿傳到輪子上，輪子產(chǎn)生向后運(yùn)動(dòng)的趨勢，彈簧被拉伸。背部繼續(xù)下壓靠背板，彈簧繼續(xù)被拉伸，直至靠背板與地面呈165度左右的時(shí)候，輪子抵達(dá)極限位置處。這時(shí)背部隨著靠背板下降至最底處。然后放松腹部肌肉，彈簧收縮，輪子朝初始方向返回，通過連桿推動(dòng)靠背板逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，使用者背部被推回至初始位置?；瑝K的往復(fù)運(yùn)動(dòng)即形成使用者的一次腹部肌肉收縮。這樣反復(fù)重復(fù)一直循環(huán)運(yùn)動(dòng)，形成使用者腹部肌肉的反復(fù)收縮，從而腹部得到良好的鍛煉。經(jīng)過對(duì)比、研究、分析，我們選擇方案三作為重點(diǎn)設(shè)計(jì)研究對(duì)象。第三種產(chǎn)品相對(duì)與第一種和第二種產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)在于第三種產(chǎn)品的設(shè)計(jì)較為簡便，在室內(nèi)擺放及存放等都比較方便。采用方案二設(shè)計(jì)出的收腹機(jī)過于復(fù)雜，占用空間也會(huì)較第三種產(chǎn)品的更大，而且不容易拆卸存儲(chǔ)。雖然從整體結(jié)構(gòu)上來講第第一種產(chǎn)品更為簡便，但是第一種產(chǎn)品對(duì)彈簧的系數(shù)要求太高，彈簧的使用壽命可能會(huì)相對(duì)比較短。所以我們認(rèn)為，以第三種產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)為設(shè)計(jì)方案是比較理想的設(shè)計(jì)方式。,3.家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)確定,根據(jù)人體的結(jié)構(gòu)，綜合人體工程學(xué)來考慮，初步選定幾何尺寸為47.5（底座長）*80（靠背長）*50（總寬）?；瑝K距基準(zhǔn)OB1為30cm，即彈簧在起始狀態(tài)下的原長為30cm。仰臥起坐的要求是：拉起來時(shí)上身不能超過90,放下來時(shí)不要貼地，始終保持腹部和背部用力，盡量用腹部和背部來完成整個(gè)動(dòng)作。因此可以設(shè)定靠背的工作角度為115到165度。取OA的距離為32cm，根據(jù)幾何知識(shí)計(jì)算得：彈簧的行程B1B2為32.73cm，連桿A1B1的長度為33.34cm，取A1B1=33cm。,受力分析,受力分析,當(dāng)人躺在靠背上時(shí)，靠背板受到來自人體背部的力為人體上半身的重力在垂直靠背板方向上的分力F，靠背在鉸接A1點(diǎn)處受到來自F，F(xiàn)在沿著連桿方向上和垂直于連桿方向上的受力分別為F1和F2。根據(jù)幾何分析可推導(dǎo)出輪子受到連桿的壓力F1，F(xiàn)1在輪子軌跡方向和垂直于軌跡方向上的分力分別為F3和F4。假設(shè)底座與靠背之間的夾角為，靠背與連桿之間的夾角為。,受力分析,假設(shè)人體質(zhì)量為70kg，上半身的重量m=45kg由受力分析可以知道彈簧所受拉力：F3=mgsin(-90)sincos（-）有數(shù)學(xué)關(guān)系可以算出：彈簧所受到的最大拉力F3=0.4544mg=0.4544*45*10=204.48N彈簧所受到的最小拉力F3=mgsin25sin55cos60=77.89N,彈簧參數(shù)的設(shè)計(jì),常用的彈簧材料有:碳素彈簧鋼，合金彈簧鋼，不銹鋼和銅合金材料以及非金屬材料。選擇彈簧時(shí)，應(yīng)根據(jù)彈簧的功用，載荷大小，載荷性質(zhì)及循環(huán)特性，工作強(qiáng)度，周圍介質(zhì)以及重要程度來進(jìn)行選擇。彈簧設(shè)計(jì)，一般是根據(jù)彈簧的最大工作載荷，最小工作載荷，工作行程以及其他尺寸限制和工作條件等，確定彈簧絲直徑d，工作圈數(shù)n以及其他幾何尺寸，并繪制工作圖。由前面的分析可知，彈簧設(shè)計(jì)的主要約束條件為強(qiáng)度約束條件（如式3-26或3-27），剛度約束條件（如式3-28或3-29）及（壓縮彈簧）穩(wěn)定性約束條件。除此之外，還可能有一些尺寸約束條件，如對(duì)內(nèi)，外徑的尺寸約束。彈簧設(shè)計(jì)的任務(wù)是：要確定彈簧絲直徑d，工作圈數(shù)n以及其他幾何尺寸，使得能滿足上述所有的約束條件，進(jìn)一步地還要求相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)（如體重，重量，震動(dòng)穩(wěn)定性等）達(dá)到最好。具體設(shè)計(jì)步驟為：先根據(jù)工作條件，要求等，試選彈簧材料，彈簧指數(shù)C。由于許用彎曲應(yīng)力與d有關(guān)，所以往往還要事先假定彈簧絲的直徑d，再按式計(jì)算出d,n的值及相應(yīng)的其他尺寸。如果所得結(jié)果與設(shè)計(jì)條件不符合，則以上過程要重復(fù)進(jìn)行，直到求得滿足所有約束條件的解即為一個(gè)可行的方案。,4.家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)與造型,收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的總體尺寸為47.5（底座長）*80（靠背長）*50（總寬）。采用可伸縮式靠背，靠背2可以在靠背1中滑動(dòng)，滿足不同升高人的要求。整體結(jié)構(gòu)緊湊，簡單。收腹運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，讓頭、肩和背的上半部都得到支撐，從而使運(yùn)動(dòng)完全依靠腹部力量，而且只在離地5080度區(qū)間活動(dòng)，利用此家用收腹機(jī)進(jìn)行幫助使用進(jìn)行收腹鍛煉，它能讓腹部所有肌肉都動(dòng)起來，可以完全替代普通仰臥起坐，并且甚至可以比普通仰臥起坐達(dá)到更好的鍛煉效果。拆卸簡單，可折疊收藏，儲(chǔ)存占用空間小。同時(shí)彈簧更換簡單，維修成本低。,總體方案,底座,人體臀部與收腹機(jī)底座表面是直接接觸的，人坐在上面時(shí)，底座要承受人體的大部分重量，起到支撐的作用。由于人體臀部與底座是直接接觸的，所以底座的大小要滿足人體臀部的尺寸，因此底座的設(shè)計(jì)是在直徑為38cm的圓為基礎(chǔ)的,可以滿足不同人們的需求。在底座的兩側(cè)設(shè)計(jì)了兩個(gè)扶手，與底座相連接，當(dāng)使用者在收腹機(jī)上進(jìn)行鍛煉時(shí)，手可以抓住扶手柄上。因?yàn)樵谑褂谜哌M(jìn)行鍛煉時(shí)，背部會(huì)隨著靠背板作來回?cái)[動(dòng)，人體的重心也會(huì)不停的變換位置，所以雙手握在扶手柄上可以幫助使用者穩(wěn)定重心。底座的總長為47.5cm,符合前期設(shè)計(jì)的尺寸。底座的后部是連接靠背的構(gòu)建，在底座的最后端，底座的上面。當(dāng)然了人在收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)上進(jìn)行收腹運(yùn)動(dòng)時(shí)，不可能讓臀部與底座直接接觸，必須在上面放上一個(gè)軟墊，保證一定的舒適度，這樣使用者在長時(shí)間使用家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)時(shí)才不會(huì)因?yàn)榈鬃捕鴮?dǎo)致鍛煉無法正常進(jìn)行。所以，家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的底座表面的軟墊一定要選擇比較柔軟的且有韌性的皮質(zhì)材料。底座后面的兩個(gè)孔是為實(shí)現(xiàn)與靠背1的連接，底座與靠背1是用軸來連接的，這就要保證孔軸之間的間隙配合與孔軸的尺寸精度。當(dāng)然了，也要保證底座后面兩孔的同軸度，真正實(shí)現(xiàn)底座與靠背1之間的連接，并保證靠背1的可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的功能運(yùn)動(dòng)，達(dá)到鍛煉腹部健身的作用。,靠背1,收腹機(jī)靠背1也是與人體直接接觸的部分，與靠背1接觸的是人體的背部，并且在使用者對(duì)收腹機(jī)進(jìn)行使用的時(shí)候背部與靠背板間的壓力是比較大的。靠背1與人體背部接觸的部位必須保持一定的柔軟度與舒適度，所以在靠背1上設(shè)計(jì)了6個(gè)圓形高彈性海綿滾動(dòng)滑輪，分別套在靠背1三個(gè)圓桿上，一邊運(yùn)動(dòng)，一邊滾動(dòng)按摩背部，疏通經(jīng)絡(luò)。同時(shí)也應(yīng)該考慮到人體曲線的問題，人體背部曲線大致是呈現(xiàn)“S”的形狀。使用者在使用收腹機(jī)時(shí)，為了保證一定的舒適度，就得保證與背部更大的接觸面積，所以在收腹機(jī)靠背板外形的設(shè)計(jì)上應(yīng)該盡量保證靠背板的設(shè)計(jì)曲線與人體背部曲線一致，所以在進(jìn)行靠背1的設(shè)計(jì)的時(shí)候并沒有把它設(shè)計(jì)成直線性，而是在靠背1下部設(shè)計(jì)了一個(gè)圓弧，使其呈現(xiàn)曲線形狀，更好的貼緊人體的背部，保證舒適度與達(dá)到健身的目的。由于靠背2要安裝在靠背1上，并且還要可以自由的伸縮，保證不同升高的人的鍛煉需要。所以靠背1中要有一段掏空部分，來安裝靠背2，并且保證靠背2可以在其中自由的活動(dòng)，這就要在加工時(shí)，使掏空部分有著較高的表面粗糙度與尺寸的精度。在靠背一的背后，還要設(shè)計(jì)一個(gè)銷孔，實(shí)現(xiàn)靠背1與連桿的連接。靠背1的下面也要做成圓柱孔的形式，用軸實(shí)現(xiàn)其與底座的連接，是其可以自由的轉(zhuǎn)動(dòng)，這就要求孔與軸之間的間隙配合并保證孔軸的尺寸精度，對(duì)加工有一定的要求。,靠背2,家用收腹運(yùn)動(dòng)機(jī)的靠背2是與人體頭部直接接觸的，人的頭部靠在上面了之后，應(yīng)該保證一定的人體舒適度，并起到以一定的支撐作用。由總體方案可以知道，靠背2的總長應(yīng)該為40cm，滿足設(shè)計(jì)需要。不同人的人體身高是不一樣的，所以我把靠背設(shè)計(jì)成了靠背1與靠背2兩部分，靠背2可以在靠背1中活動(dòng)，就實(shí)現(xiàn)了可以隨時(shí)調(diào)節(jié)高度，這樣就滿足了不同身高的人的使用需要。由于靠背2要在靠背1中自由活動(dòng)，這就要保證靠背1與靠背2之間的配合以及靠背1與靠背2的尺寸精度。還有一點(diǎn)就是人體頭部靠在靠背板上的部分，如果是設(shè)計(jì)出帶點(diǎn)曲面的形狀，人的頭部靠在上面就像靠在枕頭上一樣，那樣的舒適度是可想而知了，在鍛煉身體的同時(shí)大腦可以得到完全的放松?？勘?的上面要裝上2個(gè)高彈性圓柱海綿，保證頭部的舒適度，同時(shí)指進(jìn)行收腹運(yùn)動(dòng)的過程中還可以起到頭部按摩的作用，疏通筋脈，活血通淤,各個(gè)部件三維造型圖,裝配圖,運(yùn)動(dòng)仿真,謝謝聆聽,