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畢業(yè)論文中文摘要 畢業(yè)論文中文摘要 基于人機工程學的橢圓機設計 摘 要 隨著社會的發(fā)展和科技的進步， 未來的設計是基于研究和以三維造型為基礎(chǔ) 的設計。在以后的設計中會更加多的加入人機工程學的內(nèi)容，而人機工程學的研究 也呈現(xiàn)出了很多嶄新的面貌，其定義的范圍也在不斷拓展。本次設計是通過人機工 程學與實際相結(jié)合，以 pro/e 為基礎(chǔ)，結(jié)合人體尺寸來設計運動器材橢圓機的。其 中大量的運用到 pro/e 技術(shù)來設計，以實現(xiàn)橢圓機的三維造型。橢圓機的設計實現(xiàn) 了在小范圍內(nèi)達到科學鍛煉身體的目的，其操作簡單明了，噪音小，無污染，使用 安全可靠。 關(guān)鍵詞 橢圓機 人機工程學 pro/e 軟件 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 畢業(yè)論文外文摘要 畢業(yè)論文外文摘要 design of the elliptical machine based on ergonomics abstract with the social development and the advancement of technology, the design is based on the future of research and three-dimensional shape-based design. design in the future will be more and more content added ergonomics, and ergonomic studies have shown a lot of new look, the scope of its definition is also expanding. this design is by the combination of ergonomic and practical to pro / e, combined with the human dimension to design sports equipment, elliptical machine. the use of a large number of them to the pro / e technologies to design, to achieve the three-dimensional shape of elliptical machines. elliptical machine designed and implemented on a small scale to achieve the purpose of exercise science, and its simple operation, low noise, no pollution, safe and reliable. keywords elliptical machine ergonomics pro/engineer 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 目 錄 目 錄 1 引言 . 1 1.1 人機工程學概論和 pro/engineer 軟件介紹 1 1.1.1 人機工程學概論 . 1 1.1.2 pro/engineer 軟件介紹 3 2 橢圓機的理論設計 . 4 2.1 基于機械設計原理軸的設計（包括套筒的設計，軸承的選擇） . 4 2.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設計 . 4 2.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設計 . 6 2.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 . 7 2.2 螺母的選擇及其主要尺寸 . 9 2.3 橢圓機的人機工程設計 . 9 2.3.1 橢圓機的簡介及其設計要求 . 9 2.3.2 人體尺寸的選擇 . 9 2.3.3 踏板間距和踏板大小的確定 11 2.3.4 外觀及色彩設計 12 3 橢圓機三維模型的建立 12 3.1 軸的三維模型形成 13 3.2 軸承的三維模型形成 14 3.3 墊圈的三維模型形成 15 3.4 螺母的三維模型形成 15 3.5 踏板的三維模型形成 16 3.6 底座及其連接部分三維模型的形成 17 3.7 軸連接三維模型形成 18 3.8 桿連接部分三維模型的形成 18 3.9 軸三維模型的形成 19 3.10 桿連接三維模型的形成 19 3.11 橢圓機總裝配圖的三維模型 20 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 結(jié)論 . 21 參考文獻 . 22 致 謝 23 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 1 基于人機工程學的橢圓機設計 基于人機工程學的橢圓機設計 1 引言引言 近年來，隨著人們生活水平的不斷提高，生活質(zhì)量不斷改善。越來越多居民的生活 觀念由“力求溫飽”向“永保健康”轉(zhuǎn)變，以期擁有健康的體魄。達到高效學習，工作， 實現(xiàn)享受生活并達到延年益壽。人們健康意識不斷高漲，促進了我國健身器材產(chǎn)業(yè)的飛 速發(fā)展。 橢圓機作為一中重要的健身器材，其主要功能有增強人體肌肉力量，提高人體柔韌 性和靈活性，增強人體平衡能力，改善血液循環(huán)，可預防失眠。橢圓機的設計與人有著 緊密聯(lián)系?，F(xiàn)代設計研究中與人機工程學聯(lián)系最大的研究之一，是在以用戶為中心的設 計基礎(chǔ)上提出的。人與用戶雖然僅一字之差，卻反應了更加人性化的設計理念。用戶是 一種使用，操作和完成任務的概念， “人”的概念比用戶的概念更強調(diào)人的全面需求， 人的價值。因此，除了用戶參與這類研究方法以外，以人為中心的設計提出了將文化， 文脈等因素全面地納入設計研究，形成了所謂的宏觀人際工程學。 隨著社會的發(fā)展和科技的進步，未來的設計是基于研究和以三維造型為基礎(chǔ)的設 計， 國外許多著名的 cad 軟件公司紛紛進入中國市場。 未來的設計是以創(chuàng)新和創(chuàng)新力為 核心設計，而設計創(chuàng)新在本質(zhì)上是以人為中心的創(chuàng)新，設計是關(guān)于人的物質(zhì)和精神生活 的，所以，任何一項科學性的設計研究必然涉及人機工程學；同樣可視化設計，裝配設 計，設計分析，運動仿真等方面的設計研究就要用到三維造型設計。 1.1 人機工程學概論和 pro/engineer 軟件介紹 1.1.1 人機工程學概論 人機工程學的起源是由于人與物（工具）之間的關(guān)系變化。 傳統(tǒng)人機工程學的定義是：人機工程學研究人機環(huán)境系統(tǒng)中人、機和環(huán)境這三 大要素之間的關(guān)系，為解決系統(tǒng)中人的作業(yè)效能、安全、生理和心理健康問題提供理論 和方法。 新的人機工程學定義： 人機工程學是研究系統(tǒng)中人與其他組成部分的交互關(guān)系的一 門科學，并運用其理論、原理、數(shù)據(jù)和方法進行設計，以優(yōu)化系統(tǒng)的工效和人的健康幸 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 2 福之間的關(guān)系。也就是說，新的人機工程學的科學性定義是，研究系統(tǒng)中人與其他組成 部分的交互關(guān)系的一門科學。 這種研究是建立在實驗科學的方法之上的， 是系統(tǒng)地分析、 實驗、 研究和因果關(guān)系的假設和驗證。 研究對象是系統(tǒng)中人與系統(tǒng)其他部分的交互關(guān)系。 既要獲得最高的系統(tǒng)效率，又要保證人的健康舒適。新定義與傳統(tǒng)定義見并沒有本質(zhì)的 區(qū)別，但更加強調(diào)了“交互”的概念，這符合人機工程學的發(fā)展趨勢。 根據(jù)國際人機工程學會的定義, 人機工程學(ergonomics) 是人機工程學是研究人在 某種工作環(huán)境中的解剖學、生理學和心理學等方面的各種因素; 研究人和機器及環(huán)境的 相互作用; 研究在工作中、家庭生活中和休假時怎樣統(tǒng)一考慮工作效率、人的健康、安 全和舒適等問題的學科。人機工程學, 在美國有人稱之為人類工程學“human engineering”, 人因工程學“human factors ( engineering) ”, 在歐洲有人稱之為 “ergonomics”, 生物工藝學, 工程心理學, 應用實驗心理學以及人體狀態(tài)學等, 日本人 稱之為“人間工學”。目前, 我國除使用上述名稱外,還有譯成工效學、宜人學、人體工程 學、人機學、運行工程學、機構(gòu)設備利用學、人機控制學等。人機工程學的命名已經(jīng)充 分體現(xiàn)了該學科是“人體科學”與“工程技術(shù)”的結(jié)合。 實際上, 這一學科就是人體科學, 環(huán) 境科學不斷向工程科學滲透和交叉的產(chǎn)物, 它是以人體科學中的人類學、生物學、心理 學、衛(wèi)生學、解剖學、生物力學、人體測量學等為“一肢”;以環(huán)境科學中的環(huán)境保護學、 環(huán)境醫(yī)學、環(huán)境衛(wèi)生學、環(huán)境心理學、環(huán)境監(jiān)測技術(shù)等學科為“另一肢”,而以技術(shù)科學中 的工業(yè)設計、工業(yè)經(jīng)濟、系統(tǒng)工程、交通工程、企業(yè)管理等學科為“軀干”, 形象地構(gòu)成 了本學科的體系。 總之, 它是一門綜合性的邊緣學科, 其研究的領(lǐng)域是多方面的, 可以說 與國民經(jīng)濟的各個部門都有密切的關(guān)系 1。 美國二十一世紀信息技術(shù)計劃中的基礎(chǔ)研究內(nèi)容為4 項: 軟件、人機交互、網(wǎng)絡、 高性能計算機。其中, 人機建模研究在信息技術(shù)中被列為與軟件技術(shù)和計算機技術(shù)等并 列的六項國家關(guān)鍵技術(shù)之一,并被認為“對于計算機工業(yè)有著突出的重要性, 對其他工業(yè) 也很重要”。美國國防關(guān)鍵技術(shù)計劃不僅把人機交互列為軟件技術(shù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一, 而且還專門增加了與軟件技術(shù)并列的人機界面這項內(nèi)容。日本也提出了fpiend21 計劃 ( future personalized information environment development) , 其目標就是要開發(fā)二十一 世紀個性化的信息環(huán)境。 我國人機工程學發(fā)展的基礎(chǔ)工作是在工業(yè)心理學和工程心理學的領(lǐng)域內(nèi)開始的。20 世紀 30 年代，清華大學開設了工業(yè)心理學課程。 工業(yè)心理學概觀 （陳立，1935）是 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 3 我國最早系統(tǒng)地介紹工業(yè)心理學的著作。70 年代后期，人機工程學開始發(fā)展，其標志性 發(fā)展是中國科學院心理學研究所、航天醫(yī)學工程研究所、空軍醫(yī)學研究所和杭州大學等 分別建立了工效學或工程心理學研究機構(gòu)。 1989 年成立了中國人類工效學協(xié)會 （chinese ergonomics society） 。同時，在工業(yè)設計（industrial design）領(lǐng)域，人機工程學的發(fā)展幾 乎與設計的發(fā)展是同步的，這成為我國人機工程學發(fā)展的特色之一 1。 1.1.2 pro/engineer 軟件介紹 pro/engineer（簡稱 pro/e）是美國參數(shù)技術(shù)公司推出的使用全參數(shù)化特征造型技術(shù) 的大型 cad/cam/cae 集成軟件，它的內(nèi)容涵蓋了產(chǎn)品從概念設計、工業(yè)造型設計、三 維模型設計、分析計算、動態(tài)模擬與仿真、工程圖的輸出、生產(chǎn)加工成產(chǎn)品的全過程， 廣泛應用于航空航天、汽車、機械、nc 加工、電子等諸多行業(yè)。由于其強大而完美的 功能，pro/engineer 幾乎是 cad/cam 領(lǐng)域應用最廣的軟件。它在國外大學里已經(jīng)成為 工程類學生必修的專業(yè)課程，也成為工程技術(shù)人員必備的技術(shù) 2。 pro/engineer 是一套由設計到生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)， 是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，是一套使用 3d 實體模型的設計工具，其最 基本的實用功能就是構(gòu)建零件的 3d 實體模型，其他功能都以此為基礎(chǔ)。pro/engineer 的主要功能優(yōu)點歸納如下： （1）工業(yè)設計（caid）模塊 工業(yè)設計模塊主要用于對產(chǎn)品進行造型設計。在三維設計軟件產(chǎn)生以前，不制造出 零件或模型，無法觀看零件的形狀，只能通過二維平面圖進行想象?，F(xiàn)在，用一些軟件 可以生成實體模型，但生成的模型在工程實際中是“中看不中用”。用 pro/e 生成的實體 模型，不僅中看，而且相當管用。 （2）機械設計（cad）模塊 機械設計模塊是一個高效的三維機械模塊，它可繪制任意復雜的零件。用 pro/e 生 成曲面僅需 23 步即可完成，如果和數(shù)控機床連接，可以生成數(shù)控程序，加工出美觀大 方的產(chǎn)品。pro/e 生成曲面的方法很多，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃描、網(wǎng)絡、點陣等， 因此使用它可以迅速建立任何復雜曲面。 （3）功能仿真（cae）模塊 功能仿真模塊主要是指進行有限元分析。有限元分析使我們有了一雙慧眼，能“看 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 4 到”零件的內(nèi)部受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，可以充分優(yōu)化 零件的設計。 （4）制造（cam）模塊 在機械行業(yè)中用到的 cam 制造模塊中的功能主要是 nc machining（數(shù)控加工） 。 （5）數(shù)據(jù)管理（pdm）模塊 數(shù)據(jù)管理模塊是在計算機上對產(chǎn)品性能進行測試仿真， 找出造成產(chǎn)品各種故障的原 因，幫助設計師對癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進產(chǎn)品設計。它通過一定的機制保證了所 有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。 （6）數(shù)據(jù)交換（geometry translator）模塊 在實際中還存在一些別的 cad 系統(tǒng)，如 ugnx、euclid、cimatrton、mdt 等，由 于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對方所識別。但在實際的工作中，往往需要 接受別的 cad 數(shù)據(jù)。這時幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會發(fā)揮作用。 與眾多三維 cad 軟件相比，功能強大、易學易用和技術(shù)創(chuàng)新是 pro/e 的三大特點， 使得 pro/e 成為領(lǐng)先的、主流的三維 cad 解決方案。pro/e 能夠提供不同的設計方案、 減少設計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。pro/e 不僅提供如此強大的功能，同時對每 個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 本文將基于人機工程學和機械設計的理論，對橢圓機這種室外健身器材的外形輪 廓、色彩選擇、各部分參數(shù)等特征進行設計與確定；運用 pro/engineer 軟件的各種相 關(guān)的功能模塊對橢圓機各個零件、部件等進行三維建模設計，通過 pro/engineer 的三 維建模功能對橢圓機的設計做出更加直觀、可視的設計與分析。這種基于人機工程學和 機械設計理論，并運用 pro/e 軟件對健身器材的設計研究已有較好的發(fā)展，這種方法也 將適用其他工業(yè)產(chǎn)品的設計研究，對以后機械產(chǎn)品的設計研究、開發(fā)運用將提供一個很 好的思路和方向，未來的設計將會更加可視化、直觀化、人性化。 2 橢圓機的理論設計橢圓機的理論設計 2.1 基于機械設計原理軸的設計（包括套筒的設計，軸承的選擇） 2.1.1 軸的結(jié)構(gòu)設計 （1）裝配方案，如圖 21 所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 5 abcde 圖 21 軸 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定各段軸的長度、直徑 為了滿足軸向定位要求，軸應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要， 又要起到軸向定位的作用。ab 軸段制造出有螺紋的形狀，取 ab 軸段總長 ab l=25 ，非 螺紋部分d=10 ，取螺紋部分長度為l螺紋=15 ，d=m10，左端倒角為 0.545。 選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（gb/t 2761994）7，參照工作要求并根據(jù) bc d=17 ，由軸承產(chǎn)品目錄中選取軸承代號 6003， 其尺寸為ddb=17 35 10 ，故 bc 段軸， bc d=17 。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為h=（0.070.1）d， 取系數(shù)為 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段軸（類似螺栓頭） de l=5 ， de d=30 ，其端面具體尺寸如圖 22 所示。 圖 22 軸端面尺寸 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 6 因為軸所裝的位置左右兩擋板的距離為 145 ，擋板厚度為 4 ，所以取軸 肩段 cd l=5 。 為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，取 bc l=40 。 （3） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為 0.5 ，取軸端倒角為 0.545。 （4） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承。考慮到軸 承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉(zhuǎn)速非常?。ㄖ皇窃谝粋€較小的角 度內(nèi)轉(zhuǎn)動） ，故兩軸承間套筒的長度 1t l =（145+410101010）=109 ，內(nèi)徑 1 d =17.5 ，外徑 2 d =22.5 （滿足配合要求） ；與擋板配合端套筒的長度 2t l=10 4 =6 ， 內(nèi)徑 1 d =17.5 ，外徑 2 d =22.5 。 2.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設計 （1）裝配方案，如圖 23 所示。 abcde 圖 23 軸 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定各段軸的長度、直徑 為了滿足軸向定位要求，軸應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要， 又要起到軸向定位的作用。ab 軸段制造出有螺紋的形狀，取 ab 軸段總長 ab l=15 ，非 螺紋部分d=5 ，取螺紋部分長度為l螺紋=10 ，d=m10，左端倒角為 0.545。 選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（gb/t 2761994） ，參照工作要求并根據(jù) bc d=17 ，由軸承產(chǎn)品目錄中選取軸承代號 6003，其 尺寸為ddb=17 35 10 ，故 bc 段軸， bc d=17 。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為h=（0.070.1）d， 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 7 取系數(shù)為 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段軸（類似螺栓頭） de l=10 ， de d=30 ，其端面具體尺寸如圖 24 所示。 圖 24 軸端面尺寸 因為軸所裝的位置左右兩擋板內(nèi)側(cè)間的距離為 45 ，擋板厚度為 4 ，所以 取軸肩段 cd l=5 。 為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，故取 bc l=（45+81041）=40 。 （3） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為 0.5 ，取軸端倒角為 0.545。 （4） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承。考慮到軸 承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉(zhuǎn)速非常小（只是在一個較小的角 度內(nèi)轉(zhuǎn)動） ，故兩軸承間套筒的長度 1t l =（45+810101010）=13 ，內(nèi)徑 1 d =17.5 ， 外徑 2 d =22.5 （滿足配合要求） ；與擋板配合端套筒的長度 2t l=10 4 =6 ，內(nèi)徑 1 d =17.5 ，外徑 2 d =22.5 。 2.1.3 軸的結(jié)構(gòu)設計 （1）裝配方案，如圖 25 所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 8 abcde 圖 2-5 軸 （2）根據(jù)軸向定位的要求確定各段軸的長度、直徑 為了滿足軸向定位要求，軸應設計成如圖形狀，因為它既要滿足軸的需要， 又要起到軸向定位的作用。ab 軸段制造出有螺紋的形狀，取 ab 軸段總長 ab l=15 ，非 螺紋部分d=5 ，取螺紋部分長度為l螺紋=10 ，d=m10，左端倒角為 0.545。 選擇滾動軸承。因為軸承只承受徑向力的作用，故選用深溝球軸承（gb/t 2761994） ，參照工作要求并根據(jù) bc d=17 ，由軸承產(chǎn)品目錄中選取軸承代號 6003，其 尺寸為ddb=17 35 10 ，故 bc 段軸， bc d=17 。 右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由軸肩高度一般為h=（0.070.1）d， 取系數(shù)為 0.1，因此，取 cd d=20.4 。 取右端 de 段軸（類似螺栓頭） de l=5 ， de d=30 ，其端面具體尺寸如圖 26 所示。 圖 26 軸端面尺寸 因為軸所裝的位置左右兩擋板內(nèi)側(cè)間的距離為 96 ，擋板厚度為 4 ，所以 取軸肩段 cd l=5 。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 9 為使軸承所裝位置對稱以及與其他零件的配合，故取 bc l=40 。 （3） 確定軸上各軸肩處的圓角半徑為 0.5 ，取軸端倒角為 0.545。 （4） 因為軸所裝的位置長度較大，為了保證其穩(wěn)定性應選用兩個軸承?？紤]到軸 承的對稱、軸向的定位、此配合要求的精度不高、軸轉(zhuǎn)速非常小（只是在一個較小的角 度內(nèi)轉(zhuǎn)動） ，故兩軸承間套筒的長度 1t l =（96+810101010）=64 ，內(nèi)徑 1 d =17.5 ， 外徑 2 d =22.5 （滿足配合要求） ；與擋板配合端套筒的長度 2t l=10 4 =6 ，內(nèi)徑 1 d =17.5 ，外徑 2 d =22.5 。 2.2 螺母的選擇及其主要尺寸 由于軸端的螺紋d=m10，考慮其連接和配合固定的要求，選擇型普通六角螺母 （gb/t 6170 2000） 7。其主要尺寸為 d=m10，材料為鋼，螺紋公差為 6h，表面不經(jīng) 處理。 2.3 橢圓機的人機工程設計 2.3.1 橢圓機的簡介及其設計要求 橢圓機是利用人站立在踏板上，雙手緊握把柄，身體挺直，通過手臂曲伸及腳踏板 反復的橢圓形運動達到鍛煉的目的。通過橢圓機的鍛煉可以增強肘關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)的柔韌 性，促進血液循環(huán)，增強心肺功能，發(fā)展人體上、下肢及腰部肌群的力量。 橢圓機的基本設計要求為： （1） 橢圓機的結(jié)構(gòu)尺寸符合鍛煉者的人體尺寸； （2） 設計合理的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)參數(shù)，保證橢圓機運動慣性舒暢； （3） 橢圓機的運動負載符合力學原理。 除了上述運動功能設計要求外，還有外形美觀、符合運動心理學等設計要求。 2.3.2 人體尺寸的選擇 為了設計出符合人的生理和心理特點的橢圓機， 使人們在健身運動時處于舒適的狀 態(tài)和宜人的環(huán)境之中，以達到疲勞程度最低、效率最高和健身成效良好的目標。在設計 橢圓機的主要構(gòu)架時就充分考慮機械的使用范圍和人體各部的尺寸范圍， 正確使用人體 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 10 尺寸數(shù)據(jù)。人體各尺寸的比例關(guān)系，因不同種族、民族、國家和地區(qū)的人群而不同。因 此，設計此產(chǎn)品時根據(jù)各地區(qū)人體尺寸差異來確定產(chǎn)品最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。我國于1988年發(fā) 布了中國成人人體尺寸國家標準(gb/t100001988) 1，該標準根據(jù)人機工程學要求 提供了我國成人人體的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，因此，在設計橢圓機時，這方面應得到充分考慮。 根據(jù)表21可知中國六個區(qū)域人體尺寸相差不大，故設計的橢圓機尺寸應滿足大多 數(shù)人的健身要求。橢圓機屬于男、女通用的產(chǎn)品，可用男性1860歲年齡組的第95百分 位數(shù)和女性1855歲年齡組的第5百分位數(shù)，作為尺寸上下限的依據(jù)，它考慮了絕大多 數(shù)的使用群體。 表2-1 中國六個區(qū)域人體尺寸的均值和標準差 項目 東北、華北 西北 東南 華中 華南 西南 均 值 標準 差 均 值 標準 差 均 值 標 準 差 均 值 標 準 差 均 值 標 準 差 均 值 標 準 差 男 （18 60 歲） 體重 / 64 8.2 60 7.6 59 7.757 6.956 6.9 55 6.8 身高 / 169 3 56.6 168 4 53.7 168 6 55. 2 166 9 56. 3 165 0 57. 1 164 7 56. 7 胸圍 / 888 55.5 880 51.5865 52. 0 853 49. 2 851 49. 2 855 48. 3 女 （18 50 歲） 體重 / 55 7.7 52 7.1 51 7.250 6.849 6.5 50 6.9 身高 / 158 6 51.8 157 5 51.9 157 5 50. 8 156 0 50. 7 154 9 49. 7 154 6 53. 9 胸圍 / 848 66.4 837 55.9831 59. 8 820 55. 8 819 57. 6 809 58. 8 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 11 表2-2 我國成年男女人體部分功能尺寸 1 （單位：mm） 測量項目 男（1860 歲） 女（1855 歲） 5 p 50 p 95 p 5 p 50 p 95 p 坐姿前臂手前伸長 416 447 478 383 413 442 坐姿前臂手功能前伸 長 310 343 376 277 306 333 坐姿上肢前伸長 777 834 892 712 764 818 坐姿上肢功能前伸長 673 730 789 607 657 707 2.3.3 踏板間距和踏板大小的確定 根據(jù)人機工程學原理，不自然的姿勢會影響人的平衡感，甚至人體會失去平衡，故 設計應考慮人體在運動過程中保持姿勢的舒適。為此，要控制運動時兩腳之間的距離， 即橢圓機的踏板間距。踏板間距太大，對使用者而言，其健身運動的方式就不自然，容 易出現(xiàn)對臀部和下背部的壓迫和損傷。 圖2-7 踏板示意圖 踏板材料選用鋼板，長度350，寬度為150，高度為30。其截面的具體形狀如 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 12 圖27所示。 2.3.4 外觀及色彩設計 產(chǎn)品給人的第一印象中， 色彩占80 ， 造型占20。 熟悉產(chǎn)品之后， 兩者各占50。 而好的色彩往往有先聲奪人之功效，在設計中不可忽視。健身器材整體的色彩、操縱部 件的色彩及工作場所的色彩都對人的生理和心理產(chǎn)生很大影響。 色彩生理因素包括色彩 與聲音、色彩與味覺、色彩與形狀；心理因素包括色彩的嗜好、色彩的聯(lián)想、色彩的象 征等范圍。 對產(chǎn)品進行色彩設計時， 應注重運用色彩的生理學、 心理學等相關(guān)科學理論， 考慮產(chǎn)品的不同使用者、不同場合、不同地點等因素要求，科學地選擇色彩，正確地使 用色彩，充分發(fā)揮色彩的視覺心理作用，為人們創(chuàng)造一個良好的色彩環(huán)境，從而提高人 們活動和健身效率。色彩配置一般不超過4種，太多太雜使人產(chǎn)生花俏、雜亂的感覺。 合理利用色彩對人們心理的影響，可以使用戶第一眼就對產(chǎn)品產(chǎn)生一種信任感。 產(chǎn)品設計不僅是功能、性能等技術(shù)設計，還融合了外觀造型設計。而產(chǎn)品外觀部件 的位置、尺度比例、色彩、材質(zhì)、裝飾等都會在使用者心中產(chǎn)生不同感受，或明朗、愉 快，或沉悶、壓抑，影響人的情緒，產(chǎn)生冷暖感、興奮感、平靜感、輕重感、大小感與 疲勞感等，進而影響產(chǎn)品功能的發(fā)揮和使用積極性。 橢圓機主要構(gòu)架的設計用材都選用圓形鋼管。色彩的感覺是指人對色彩的直覺。人 對色彩的冷暖感基本取決于色調(diào)；色彩的輕重感主要取決于明度；暖色、高明度的色彩 有膨脹感；冷色、低明度的色彩有收縮感。無色彩中白色最有膨脹感，黑色最有收縮感。 故橢圓機在色彩方面主要使用紅、黃、藍三種常見顏色，讓人感到平靜、舒服、輕松， 不會讓人感到沉重、壓抑以及影響人的情緒等。 3 橢圓機三維模型的建立橢圓機三維模型的建立 pro/engineer是一款功能強大的計算機輔助繪圖和設計軟件系統(tǒng)，作為一種基于三 維建模的實體造型工具，其設計過程實際上和零件形體分析的過程相似，是將若干簡單 形體按照一定的相對位置進行堆積或挖切形成的。實體形成過程中，有些是在基本形體 的基礎(chǔ)上加材料，有些是減材料，最后形成符合要求的形體。pro/engineer可以拉伸、 旋轉(zhuǎn)、掃描、等特征形式形成實體 2。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 13 3.1 軸的三維模型形成 因為橢圓機所用到的五根軸的基本外形相似，在此選擇軸作為代表建立三維模 型。用pro/engineer繪圖時，首先要設置工作目錄，此后將不再敘述。 （1） 軸的基本參數(shù) ab l=15， ab d=10；bcl=40， bc d=17；cdl=5， cd d=20.4；del=5， de d=30 。其中螺紋部分l螺紋=13。其簡圖如圖31所示。 abcde 圖3-1 軸示意圖 （2）三維模型建立 在pro/engineer中，階梯軸的形成比較容易實現(xiàn)。首先，新建一個零件圖并命名為 “zhou1”，“草繪”并選擇一個草繪平面，可以逐節(jié)“拉伸”形成，也可以完成軸的縱截面草 繪，然后一次“旋轉(zhuǎn)”完成。圓角半徑為0.5，兩端倒角為0.545。 左端螺紋的形成。應用pro/engineer中的“螺旋掃描切口”命令，草繪旋轉(zhuǎn)軸和掃描 軌跡并標注掃描軌跡線和旋轉(zhuǎn)軸間距為10； 然后在合適的位置草繪掃描截面即螺紋槽 的尺寸，截面為邊長1.2的等邊三角形，點擊“確定”按鈕完成掃描截面的繪制；然后， 輸入節(jié)距值為“2”，點擊螺旋掃描對話框中的“預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕， 最后點擊“保存”按鈕保存所畫的圖形。 軸右端用“拉伸”命令。繪制所要切除部分的尺寸，兩側(cè)距圓心的距離為12，所繪 圖形把軸端的圓包括在內(nèi)，點擊“確定”按鈕完成草繪；單擊“拉伸工具”命令按鈕，修改 拉伸的深度為10，然后，單擊“去除材料”按鈕完成；單擊“預覽”按鈕，確定無誤后單 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 14 擊“確定”按鈕完成整個軸的三維模型建立，單擊“保存”按鈕。 軸的三維模型，如圖32所示。 圖3-2 軸的三維模型圖 3.2 軸承的三維模型形成 （1） 軸承的基本參數(shù) 軸承代號為6003，基本尺寸為ddb=173510。 （2） 三維模型建立 軸承的建模是在完成外圈、內(nèi)圈和其中一個滾珠后，在新建的陣列組中以一定的陣 列關(guān)系，完成軸承的三維模型。 首先，新建一個零件圖并命名為“zhoucheng”，“草繪”并選擇一個草繪平面繪出軸承 外圈和內(nèi)圈和旋轉(zhuǎn)軸，標注尺寸并且修改尺寸，單擊“確定”按鈕；單擊“旋轉(zhuǎn)工具”按鈕， “預覽”所建的模型確定無誤后單擊“確定”按鈕。 其次，繪制軸承內(nèi)的小圓珠。之前先建立一個基準平面，單擊“基準平面工具”，選 擇軸承的軸和一個合適的平面，選擇旋轉(zhuǎn)角度為45，新建的基準平面系統(tǒng)默認為 “dtm1”。在dtm1平面上草繪圓并修改尺寸。按住ctrl鍵選擇dtm1平面和剛草繪的圓， 長按鼠標右鍵，在下拉菜單中選擇“組”將所選項構(gòu)建成一個組。 最后，單擊所建的組并單擊鼠標右鍵，選擇“陣列”選項，修改角度和陣列的個數(shù)， 完成操作，確定無誤后保存。建立的軸承的三維模型如圖33所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 15 圖3-3 軸承的三維模型圖 3.3 墊圈的三維模型形成 （1） 墊圈的基本參數(shù) 內(nèi)徑 1 d =10.5，外徑 2 d =20，厚度h=2。 （2） 三維模型建立 建立一個零件圖并命名為“dianquan”，點擊“草繪”按鈕并選擇一個草繪平面，繪制 兩個同心圓并修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草圖的繪制；然后，單擊“拉伸工具”按鈕， 修改拉伸深度并單擊 “預覽”按鈕， 確定無誤后單擊“確定”按鈕完成操作。 最后， 單擊“保 存”按鈕保存所繪的圖形。墊圈的三維模型如圖34所示。 圖3-4 墊圈的三維模型圖 3.4 螺母的三維模型形成 （1） 螺母的基本參數(shù) d=m12， a d =10.8， w d =14.6，e=17.77，s=16。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 16 （2） 三維模型建立 首先，新建一個零件圖并命名為“l(fā)uomu”，選取一個草繪平面并按照螺母的基本參 數(shù)繪制一個正六邊形和一個螺母孔所需的圓，標注尺寸并修改尺寸，單擊“確定”按鈕完 成草繪。 其次，單擊“拉伸工具”按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確 定”按鈕完成。 最后，應用“螺旋掃描切口”選項，草繪旋轉(zhuǎn)軸和掃描軌跡并標注掃描軌跡線和旋轉(zhuǎn) 軸間距； 然后在合適的位置草繪掃描截面即螺紋槽的尺寸， 截面為邊長1.2的等邊三角 形，點擊“確定”按鈕完成掃描截面的繪制；然后，輸入節(jié)距值為“2”，點擊螺旋掃描對話 框中的“預覽”按鈕，確定無誤后單擊“確定”按鈕，最后點擊“保存”按鈕保存所畫的圖形。 螺母的三維模型如圖35所示。 圖3-5 螺母的三維模型圖 3.5 踏板的三維模型形成 （1） 踏板的基本參數(shù) 長度350，寬度為150，高度為10，板厚為5。 （2） 三維模型形成 新建一個零件圖并命名為“taban”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制踏板 的截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“拉伸工具” 按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保 存。踏板的三維模型如圖36所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 17 圖36 踏板的三維模型圖 3.6 底座及其連接部分三維模型的形成 底座包含的各個零件的三維模型的形成與以前的過程大同小異，在此不作敘述。在 此介紹由各個零件通過各種約束和配合，最后組裝成底座這一大的組件。 圖3-7 底座及其連接部分的三維模型圖 首先，設置工作目錄，新建一個組件圖，單擊“將元件添加到組件”按鈕，在所存零 件的文件夾中選擇“l(fā)an1”，單擊“確定”按鈕完成第一個零件的放置；再單擊“將元件添加 到組件”按鈕，在所存零件的文件夾中選擇“l(fā)an2”，按照其所處底座的位置和相關(guān)的約束 命令完成第二個零件的放置，在消息欄中將顯示“完全約束”。如果約束不正確或者不合 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 18 適等，在消息欄中也會顯示相應的消息，提醒操作者進行修改等。第三個零件及其他各 零件的組裝過程與前面相似， 按照以上的方法一次組裝， 直到完成底座整個部件的組裝， 最后保存。整個底座及與其連接部分的組裝圖如圖37所示。 3.7 軸連接三維模型形成 （1）基本參數(shù) 長度260，寬度為65，板厚為15。 （2） 三維模型形成 新建一個零件圖并命名為“zhoulianjie”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制 桿的截面形狀并標注尺寸、 修改尺寸， 單擊“確定”按鈕完成草繪； 然后， 單擊“拉伸工具” 按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保 存。三維模型如圖 38 所示。 圖38 軸連接的三維模型圖 3.8 桿連接部分三維模型的形成 新建一個零件圖并命名為“l(fā)ianjiegan”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制 桿的截面形狀并標注尺寸、 修改尺寸， 單擊“確定”按鈕完成草繪； 然后， 單擊“拉伸工具” 按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保 存。三維模型如圖 39 所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 19 圖 3-9 連接桿的三維模型圖 3.9 軸三維模型的形成 （1）基本參數(shù) 長度120，直徑為30，螺紋長度40。 （2） 三維模型形成 新建一個零件圖并命名為“zhou”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制軸的 截面形狀并標注尺寸、修改尺寸，單擊“確定”按鈕完成草繪；然后，單擊“旋轉(zhuǎn)”按鈕， 單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保存。三維模型如圖 310 所示。 圖 3-10 軸的三維模型圖 3.10 桿連接三維模型的形成 （1）基本參數(shù) 長度830，直徑為50，孔直徑30。 （2） 三維模型形成 新建一個零件圖并命名為“l(fā)ianjiegan”，單擊“草繪”按鈕并選取一個草繪平面，繪制 桿的截面形狀并標注尺寸、 修改尺寸， 單擊“確定”按鈕完成草繪； 然后， 單擊“拉伸工具” 按鈕并修改拉伸深度，單擊“預覽”按鈕確定無誤后，單擊“確定”按鈕完成繪制，最后保 存。三維模型如圖 311 所示。 華天des i g n 華天des i g n h t t p :/s h o p 106053519.t a o b a o .c o m / 20 圖 3