機械創(chuàng)新設計方法結課報告多功能跑步機

1、機械創(chuàng)新設計方法結課報告設計題目:多功能跑步器學生姓名：潘峰胡聿怖楊水學 號：班 級：120314任課教師:xxx2015年9 月 23 日1. 運用機械創(chuàng)新設計方法課程所學的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法，以及機 械系統(tǒng)方案設計、機構設計、結構設計等方面的創(chuàng)新知識，針對某一你 所熟悉的產品、設備或零件，提出你在上述某一方面的具體的創(chuàng)新與改 進措施。2. 設計課題在主題框架內可自行確定，課題可以是機構設計，結構設計, 外觀設計，創(chuàng)新設計等；3. 每個課題可一人一題，也可兩人或三人一題，但需要有較明確的分工;一. 擬定設計任務書（設計原由，設計技術條件，設計內容，設計對象說明）現(xiàn)在由于快節(jié)奏的生活方式和不良

2、的生活習慣，致使大多數(shù)人的身體處于亞健康甚至低于亞 健廉的水平，長此以往必將彫響國家的可持續(xù)發(fā)展，為此普及全民運動的理念顯得尤為重要。跑 步是國際流行的有氧健身運動，被醫(yī)學界和體育界給予高度評價，對于提高使用者的心肺功能、 肌體耐力以及脂肪消耗都具存非常好的效果。此課題的目的就在于運用巧妙而簡單的設計，來實 現(xiàn)健身的多樣性和便捷性，降低大眾健身運動的門檻，實現(xiàn)足不出八便可健身，使全民都能參與 其中，并感受到其中的樂趣。此新型便攜式跑步機便是響應這一理念而生。二. 功能原理與工作原理分析功能原理：利用與腳接觸的運動部分的往復運動模擬出跑步的效果。工作原理：通過一定的控制方式，使機構在不同的條件下

3、完成特定的運動方式，最終形成循 環(huán)往復的運動，以實現(xiàn)對跑步過程的模擬。三. 國內外同類產品現(xiàn)狀電動跑步機主要山機架、電動機、可調電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成，其特征在于框架 與支架垂直連接，前軸與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上, 跑步皮帶張緊繞裝在前示滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動皮帶倫緊裝在前滾筒的一端, 電動機、可調電源，安裝在框架的前端,控制傳感器裝在電動機上，速度傳感器安裝在緊靠在從動 皮帶輪的松架上，皮帶調節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架詢端 的孔板上，跑步機扶手架安裝于支架的頂端，儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動方式

4、采用帶傳動 機構，傳動級為一級。四. 機構方案評價評價指標具體項目機構方案評價123a運動性能1. 運動規(guī)律、軌跡2. 運轉速度、運轉程度直線往復型運轉程度好直線往復型運轉程度好循環(huán)往復型運轉程度一般bt作性能1. 效率高低2. 使用范圍效率高、適用于直線傳動效率高、適用于直線傳動效率一般、適用于往復傳動c動力性能1. 承載能力2. 傳力特性3. 振動噪聲傳力平穩(wěn)，正常潤滑下無噪聲傳力平穩(wěn)，正常潤滑下無噪聲承載能力強，傳 力不平穩(wěn)有脈 沖，有較小噪聲d經濟性1. 加工難易2. 維護方便性3. 能耗人小短齒條加工簡單，維護方便， 能耗較人長齒條加工較 復雜，維護方 便，能耗小加工簡單，維護 較麻

5、煩，能耗較 人e結構緊湊1. 尺寸2. 匝呆3. 結構復雜性尺寸小,較重， 結構比較復雜， 不便安放電機等尺寸小，較輕便 攜，結構簡單， 便于女放其他零件尺寸小,較重， 結構簡單，便于 安放其他零件五. 三種方案的機構（結構）構型（要求繪制機構運動簡圖或示意圖；）結構1 利用短齒條和多齒輪嚙合的方式傳動（圖小為與上齒條嚙合情況），且保證段齒條長 度至少大于兩齒輪中心距，以保證傳動的連續(xù)性，使用短齒條可是生產成木降低，易于批量生產。結構2 利用長齒條與單齒輪嚙合的方式傳動（圖中為與上齒條嚙合情況），齒條可運動超出 主體箱，運動行程由踏板控制。運動過程小齒條始終與齒輪嚙合，且齒條的有效嚙合長度較其

6、運動范圍較短，以免出現(xiàn)超程后卡死的情況。結構3選用鏈輪的傳動方式，利用鏈輪循環(huán)往復的特點，踏板被下壓后山鏈條帶動運動，踏板升起后由彈簧將其拉回原位，其特點是回程速度快，但是不具規(guī)律性。六. 確定最佳方案并闡述所選方案功能及工作原理由上邊可知，結構2為最優(yōu)結構方式，不僅便于生產制造，還便于攜帶與收藏。h能耗相對 較小，利用率高。同時緊湊的結構也便于電機與線板等的布置與連接?，F(xiàn)對結構分析如下：此模型包括“固定部分”、“運動部分”和“控制部分”此三大部分組成。固定部分山主體、齒輪、電機（在建模中為了捉髙效率，電機及輔助件部分并未進行展開設 計，而只是對主體結構進行探索）等組成，固定于地laiz上，以

7、此來為系統(tǒng)提供穩(wěn)恒的動力輸出； 運動部分為踏板盒，相對固定于主體之上，可實現(xiàn)前后方的玄線運動，構成了往復運動的基礎； 控制部分是指由彈簧連接的仲展與壓縮，來實現(xiàn)雙排齒條與齒輪的嚙合條件的變換，進而完成對 往復運動的調控，達到了簡易條件下人工智能的效來。工作原理：先將人的跑步過程抽象，得到如下的兩點假設。假設1人在跑步過程中時刻一只腳撐地（麗腳剛落地且后腳即將離地的時刻相對較短，在 此往復循環(huán)運分析中可忽略）o假設2彈簧被壓縮過程卜分短暫，不會對速度造成明顯的波動，或產生的波動遠小于人的 感知?，F(xiàn)對跑步機運行過程進行分析如下，在奔跑中的某一刻左腳剛落下且右腳剛捉起，此時左邊 彈簧被壓縮，齒輪與下

8、齒條脫離r迅速與上齒條嚙合，齒條的運動方向與之前相反，開始隨左腳 向后運動；當右腳提起時，彈簧被釋放，使齒輪與上齒條脫離而與下齒條進行嚙合，同理右腳的 運動部分方向將反向。由此實現(xiàn)了所要求的回復運動。山上述分析可知，僅用彈贊的伸縮性便完成了對運動的控制。從某種意義上來說，用彈贊實 現(xiàn)了 plc的功能，體現(xiàn)了現(xiàn)代創(chuàng)新設計簡單、便捷、高效的發(fā)展理念。七.結構設計（另附圖紙）（包括所承擔工作所起的作用；3d建模的零件名稱, 數(shù)量，將相應的圖剪貼在實驗報告中；完成工作所遇到的問題及解決方法）此設計作品系本人獨立完成。建模零件包括，主體箱、踏板墊、踏板芯、上齒條、下齒條、 齒倫及彈費。對于循環(huán)往復運動模

9、型的建立是此機構的關鍵點，再利用雙齒條變換嚙合后，此問題被迎刃 而解。此外，在仿真中，彈費的畫法也是難點，在搜尋資料后，此問題也一并解決。所建模零件圖如下:齒輪9<0iiiiiiiiiiiiiiu iiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiii iiiiiiiiiiiiiiiii iiiiiiiini iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiii560齒條（上）齒條（下）踏板墊踏板芯b3008145uulbsqlkebfsbce d：hh&m :dzemoe ave nmlllmeiecs sumcf >heh：iqleamcq：i

10、imr：a*cjiar：如 escid?edaiedfavmmch cd主體裝配體八.本項設計的創(chuàng)新點結構簡單巧妙，化繁為簡，抓住跑步過程中的唯一變雖雙腳進行探索，巧妙的將單 向總線運動進行“對稱布置”后實現(xiàn)了往復的循環(huán)運動，并且驅動、執(zhí)行、“伺服機構” 一應俱 全。尤其是設計中，利用彈費可以貯存彈性勢能的特點，實現(xiàn)了對了雙排齒條與齒輪嚙合形式的 選擇控制，從某種意義上來說，實現(xiàn)了 plc的功能，體現(xiàn)了現(xiàn)代創(chuàng)新設計簡單、便捷、高效的發(fā) 展理念。九.本項設計的應用和發(fā)展前景通過生活中的見聞，我深刻的了解到現(xiàn)代人的缺乏運動以及它的危害性，因此此設計旨在降 低健身運動的客觀條件，享受隨時隨地的健身效

11、呆。即便是陰雨天，或者宗內而積較小，依然可 以充分厚受運動健身所帶來的充實和健康。另外，飯后可在低速下進行散步，一來加快血液循環(huán), 而來有助于食物的消化。同理也可用于久病臥床后的康復理療過程，伴隨使用可加快復原的進度。由于結構巧妙，使得其占地面積小，具冇便攜性。材料用量少，制造工藝要求不高，大大的 降低了生產成木，并且實用性高，適用范i韋i廣，這些都是好的產品所具有的客觀因素，在具備了 這些因索z后，可以預見此新型便捷式的跑步機必將收大眾的青睞，得到推廣。十.完成此次機械創(chuàng)新設計方法結課報告的收獲和體會沿著簡約設計的方向并且結合自身的觀察，決定了以便攜式的跑步機作為設計課題。通過對 跑步過程中

12、人雙腿運動的基木變量的分析，終于發(fā)現(xiàn)這種利用齒輪齒條由單向運動進行對稱布置 示向往復對稱方向運動變化的結構，又利用彈簧伸縮的特點完成了對變換嚙合的控制。用彈簧以 小博大，來作為伺服控制部分，這是作為設計者得我最得意的部分z了。山于吋間倉促，加上設計經驗的不足，導致了作晶不能被深度的挖掘，因此只進行了主體部 分的設計。即便是只進行了主體設計，也是對設計過程很苦惱，有時候一個小小的變動，需要重 頭到尾的修改好多個參數(shù)，從零件圖到子裝配體，再到總的裝配體，一個個的尋找，一個個的校 正，實在是很繁瑣，冇時候就是一個很細微不足道的地方，稍微優(yōu)化一下，就可能導致一場“災 難”。單單是從這些我們就可想而知，如果完成一次完整的設計，是需要耗費多少時間和精力的。通過大學本科對機械知識的初步學習，使我認識到再復雜的機構設備系統(tǒng)，都是由一些最簡 單基本的運動形式復合而成，因此