畢業(yè)設(shè)計（論文）-多功能高位下拉健身器材設(shè)計

學科分類號本科畢業(yè)設(shè)計（論文）題目：多功能高位下拉健身器材院（系）：智能制造學院專業(yè)年級：22專升本機械設(shè)計制造及其自動化學生姓名：學號：指導(dǎo)教師：2024年4月 ·廣東理工學院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）多功能高位下拉健身器材Highpositionpull-downfitnessequipment學生姓名：指導(dǎo)教師2024年4月April2024

摘要隨著我國人民對身體健康越來越看重，投入到健身中的人越來越多，人們越來越重視身體各個部位的鍛煉與強化。腰背軀干是身體最重要的部分之一，高位下拉和靜態(tài)劃船能夠很好的鍛煉到我們腰背的肌肉組織。本論文的研究是將高位下拉健身器材和靜態(tài)劃船健身器材是兩種不一樣的健身器材，通過設(shè)計把兩者整合成一臺健身器械，從而達到節(jié)省成本和多功能的實現(xiàn)[1]。本次設(shè)計的意義是為了實現(xiàn)一機多用，功能實用，節(jié)省空間，節(jié)約成本，降低價格。本次結(jié)構(gòu)設(shè)計是將多種健身器械相同的部位統(tǒng)一使用，不同的部位通過機械設(shè)計進行有效結(jié)合。通過此次多功能產(chǎn)品的設(shè)計，將會為健身器器械市場帶來一個可觀的改變，在以后健身器械的發(fā)展上能夠取得更好的成績。關(guān)鍵詞:高位下拉；功能實用；健身器材AbstractWiththeincreasingimportanceplacedonphysicalhealthbytheChinesepeople,moreandmorepeopleareengagedinfitness,andpeoplearepayingmoreandmoreattentiontoexercisingandstrengtheningvariouspartsofthebody.Thewaist,back,andtrunkareoneofthemostimportantpartsofthebody.Highpositionpull-downandstaticrowingcaneffectivelyexercisethemuscletissueinourwaistandback.Theresearchofthispaperaimstointegratehigh-altitudepull-downfitnessequipmentandstaticrowingfitnessequipmentastwodifferenttypesoffitnessequipmentthroughdesign,inordertoachievecostsavingsandmultifunctionalimplementation.Thesignificanceofthisdesignistoachievemulti-purpose,practicalfunctions,spacesaving,costsaving,andpricereduction.Thisstructuraldesignaimstounifytheuseofthesamepartsofmultiplefitnessequipment,andeffectivelycombinedifferentpartsthroughmechanicaldesign.Throughthedesignofthismultifunctionalproduct,itwillbringaconsiderablechangetothefitnessequipmentmarketandachievebetterresultsinthedevelopmentoffitnessequipmentinthefuture.Keywords：Pull-down；functional；fitnessequipment ·目錄TOC\o"1-2"\h\u第1章緒論 21.1研究背景 21.2健身器材的國內(nèi)外現(xiàn)狀 31.3研究內(nèi)容 4第2章現(xiàn)今體育健身器械的特點及方案的確定 52.1方案的確定與分析 52.2設(shè)計要求 52.3整體結(jié)構(gòu) 6第3章多功能高位下拉健身器材的設(shè)計過程 93.1設(shè)計材料的選定 93.2底座的設(shè)計 123.3支架的設(shè)計 133.4配重的設(shè)計 153.5滑輪的設(shè)計 173.6其他零件的設(shè)計 193.7標準件的選定 203.8配合公差的設(shè)計 203.9裝配 21第4章支架的建模與有限元分析 224.1有限元軟件介紹 224.2支架的建模與有限元分析 224.3支架模型的載荷和邊界條件 244.4計算求解及結(jié)果 24參考文獻 26致謝 27第2章總體設(shè)計方案確定2.1方案的確定與分析體育健身器材創(chuàng)新設(shè)計是一個貼近生活實際的主題,為了確定方案做了很多市場調(diào)查,并在網(wǎng)上收集了許多相關(guān)的信息,此外,我還采訪了許多教練和健身愛好者,最后在老師指導(dǎo)下,仔細考慮后確定了最終設(shè)計思路:因為大多數(shù)的設(shè)備在目前市場上功能很多很復(fù)雜,一些產(chǎn)品的甚至含有18種功能,許多功能被閑置,而且由于設(shè)計的復(fù)雜性,工作經(jīng)常出現(xiàn)故障,維修困難,隨著人民生活水平的提高,越來越多的人意識到公眾的健康,在學校,社區(qū)開設(shè)了一些健身房,但由于中國人民的消費水平仍不能滿足每個人到健身房消費,健身設(shè)備雖然超出了普通民眾的消費水平,但仍然比去健身房更能負擔得起,相比較也更方便,因為他們沒有足夠的時間去健身房,而健身設(shè)備他們是負擔得起，由此可見，健身器材是有足夠多的消費人群的。同時,由于中國人口眾多,人們住房面積有限，人們沒有足夠的使用空間,所以在設(shè)計時明確定義了自己的設(shè)計方向,要求結(jié)構(gòu)緊湊,占地面積小,安全性能較高,可以滿足人們各種各樣的肌肉鍛煉,增加鍛煉多功能性一方面,另一方面也注重在鍛煉的同時使人更舒適、方便。在功能上也進行了優(yōu)化選擇,刪除一些不常用的功能,提高設(shè)備利用率,節(jié)省資源,滿足人們的健身需求。設(shè)計出一個多功能的健身器材,其提供的鍛煉是單一的,但是卻提供了許多其他功能。與此同時,根據(jù)調(diào)查,現(xiàn)在人們主要鍛煉的方向為鍛煉胸部,肱二頭肌,三頭肌,腿部肌肉,所以設(shè)計出這么一個多功能健身機，其可以提供三種類型的鍛煉:鍛煉腿部,胸部，和手臂的拉桿運動[2]。三個功能集成,將使設(shè)備整體協(xié)調(diào),,看起來相對美觀(運動機構(gòu)分別安置在工具的在頂部,中間,和下部),這樣人們就可以鍛煉胸大肌，腹直肌,二頭肌,三頭肌,斜方肌,三角肌,背闊肌等肌肉[3]。2.2設(shè)計要求根據(jù)健身器械的要求，作品應(yīng)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(diào)節(jié)，每級五kg，操作方便。（4）相對市場上的健身器材，設(shè)計更合理，生產(chǎn)制造也更方便。（5）外型美觀，采用拼裝結(jié)構(gòu)，便于包裝運輸。（6）利用合理的選材，保證足夠穩(wěn)定的受力的同時，降低成本（控制在2000元之內(nèi)）。2.3整體結(jié)構(gòu)（1）鍛煉機構(gòu)的組成鍛煉機構(gòu)的組成結(jié)構(gòu)：由底座、立柱、支架、操縱機構(gòu)、上部支架、配重、導(dǎo)向機構(gòu)、配件、機架為整個機構(gòu)提供一個有效組合的平臺,手臂鍛煉機構(gòu)通過拉手操作配重的上下移動,以達到鍛煉效果。結(jié)合考慮現(xiàn)在市場上的健身器械,很多單人使用的健身器材,但由于一些生產(chǎn)廠家為了降低成本，而降低產(chǎn)品的強度要求,因此一旦產(chǎn)品出現(xiàn)破損,會帶來維修困難，和使用時間降低的問題。所以在材料的選擇上下了很大功夫,為避免這種情況發(fā)生。（2）鍛煉機構(gòu)的傳動方案的選擇方案一:采用帶傳動方式定義:帶傳動是一種撓性傳動。帶傳動的基本組成零件為帶輪和傳動帶。當主動帶輪轉(zhuǎn)動時，利用帶輪和傳動帶間的摩擦和嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。傳動原理:以張緊在至少兩輪上帶作為中間撓性件，靠帶與輪接觸面間產(chǎn)生摩擦力來傳遞運動與動力。優(yōu)點:有過載保護作用，過載時帶在帶輪上打滑，可以防止其它器件損壞。傳動帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是V帶沒有接頭，傳動較平穩(wěn)，噪聲小。運行平穩(wěn)無噪音。適于遠距離傳動(a=15m)制造、安裝精度要求不高缺點:有彈性滑動使傳動比i不恒定張緊力較大(與合傳動相比)軸上壓力較大結(jié)構(gòu)尺寸較大、不緊湊4)打滑，使帶壽命較短帶與帶輪間會產(chǎn)生摩擦放電現(xiàn)象，不適宜高溫、易燃、易爆的場合。方案二:采用鏈傳動方式定義:鏈傳動也是一種撓性傳動。它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。工作原理:靠兩輪間的鏈條(中間撓性元件)合來傳遞動力和運動。優(yōu)點:平均傳動比準確，無滑動。結(jié)構(gòu)緊湊，軸上壓力Q小。傳動效率高n=98%。承載能力高P=100KW?？蓚鬟f遠距離傳動a=5-6m，可用于溫度高、環(huán)境惡劣的場合.缺點:瞬時傳動比不恒定。傳動不平穩(wěn)。傳動時有噪音、沖擊。方案三：采用繩傳動方式定義:靠緊繞在槽輪上的繩索與滑輪間的摩擦力來傳遞動力和運動的機械傳動。繩傳動由繩輪和作為撓性曳引元件的繩共同構(gòu)成。工作原理:靠緊繞在滑輪上的繩索滑槽輪間的摩擦力來傳遞動力和運動的機械傳動。優(yōu)點：成本和體積遠低于鏈和帶，與齒輪傳動比，抗拉強度高。結(jié)構(gòu)極簡單，成本極低，尤其是傳遞超大功率時更顯優(yōu)越。低噪聲、無空回、高剛度、小慣量、傳動平穩(wěn)和維護費用較低。缺點:鋼絲打滑，不防水方案四:采用齒輪傳動方式定義:利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動。工作原理:即一對相同模數(shù)（齒的形體）的齒輪相互嚙合將動力由甲軸傳送給乙軸，以完成動力傳遞。優(yōu)點：傳動效率高。傳動比穩(wěn)定。精度高、工作可靠。齒輪傳動可以在高功率、高精度、高速度以及精密位置控制要求高的場合進行運行輸送。缺點：成本較高。有些許的噪音。還要進行定期檢查和潤滑。比較方案一、方案二、方案三和方案四，健身器為室內(nèi)型器材，要求運行平穩(wěn)且無噪聲和沖擊，有過載保護和緩沖吸振的作用。綜上所述，初步確定方案三較為合理，即采用繩傳動的方案。第3章多功能高位下拉健身器材的設(shè)計想把一款實用的并且大眾能接受的健身產(chǎn)品設(shè)計并生產(chǎn)出來很不容易，需要做好大量的市場調(diào)研，調(diào)研產(chǎn)品針對的消費人群的需求，并且根據(jù)其切身實際的需求，設(shè)計出貼近人心的產(chǎn)品，設(shè)計好該產(chǎn)品的設(shè)計規(guī)劃，畫出前期設(shè)計圖，拿出看得見的效果展示，并且反復(fù)的修正，選擇材料，進行制造，并且檢驗質(zhì)量?？梢钥吹贸鰜恚豢顑?yōu)秀的健身產(chǎn)品的成型是一個長久而艱巨的任務(wù)，并且還要考慮，如何讓人們接受它，提高他在消費人群心中的性價比。3.1設(shè)計材料的選定選擇合適的材料是重中之重，他是這款產(chǎn)品質(zhì)量的保證，使他更安全并且能使用的更長久。由此可見，他的重要性，并且要為此付出很多的時間，根據(jù)不同的場合又要對制造材料進行選擇，不能有一點大意。選擇過于優(yōu)秀的制造材料又會增加它的成本，加工時的難度也會增加(產(chǎn)品材料的強度和硬度的影響)。針對健身產(chǎn)品本身來考慮，很多要選擇板材和興才進行焊接，這就要求它需要有足夠好的焊接性能。來進行材料的選擇，這款產(chǎn)品要經(jīng)過考慮在滿足它的性能的前提下選購其配用產(chǎn)品，以此來降低它的成本，為此對市場上的常用鋼材型號、性能特性[7]進行了調(diào)研:45鋼：優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼,是最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼。主要特征:最常用中碳調(diào)質(zhì)鋼,綜合力學性能良好,淬透性低,水淬時易生裂紋。小型件宜采用調(diào)質(zhì)處理,大型件宜采用正火處理。應(yīng)用舉例:主要用于制造強度高的運動件,如透平機葉輪、壓縮機活塞。軸、齒輪、齒條、蝸桿等。焊接件注意煌前預(yù)熱,焊后消除應(yīng)力退火。Q235：最常用的碳素結(jié)構(gòu)鋼。主要特征:具有高的塑性、韌性和焊接性能、冷沖壓性能,以及一定的強度、好的冷彎性能。應(yīng)用舉例:廣泛用般要求的零件和焊接結(jié)構(gòu)。如受力不大的拉桿、連桿、銷、軸、螺釘、螺母、套圈、支架、機座、建筑結(jié)構(gòu)、橋梁等。40Cr：使用最廣泛的鋼種之一,屬合金結(jié)構(gòu)鋼。主要特征:經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后,具有良好的綜合力學性能、低溫沖擊韌度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷時可得到較高的疲勞強度,水冷時復(fù)雜形狀的零件易產(chǎn)生裂紋,冷彎,塑性中等,回火或調(diào)質(zhì)后切削加工性好,但焊接性不好,易產(chǎn)生裂紋,焊前應(yīng)預(yù)熱到100~150℃,一般在調(diào)質(zhì)狀態(tài)下使用,還可以進行碳氨共滲和高頻表面淬火處理。HT150：灰鑄鐵。主要特征:齒輪箱體,機床床身,箱體,液壓缸,泵體,閥體,飛輪,氣缸蓋,帶輪,軸承蓋等。35鋼：各種標準件、緊固件的常用材料主要特征:強度適當,塑性較好,冷塑性高,焊接性尚可。冷態(tài)下可局部鐓粗和拉絲。淬透性低,正火或調(diào)質(zhì)后使用應(yīng)用舉例:適于制造小截面零件,可承受較大載荷的零件,如曲軸、杠桿、連桿、鉤環(huán)等,各種標準件、緊固件。0Cr18Ni9：最常用的不銹鋼主要特征：具有良好的耐蝕性、\t"/item/0Cr18Ni9/_blank"耐熱性、低溫強度和\t"/item/0Cr18Ni9/_blank"機械性能，沖壓彎曲等熱加工性好，無熱處理硬化現(xiàn)象，無磁性。通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，很多健身器材在選擇配重時，會選擇HT150鑄造，但結(jié)合到實際情況，鑄鐵相對脆弱，使用中會發(fā)生裂開的情況。所以選擇改變所涉及的產(chǎn)品的配重方法，選擇用30mm厚的冷軋鋼板[8]，材料標記為：這類鋼主要保證力學性能。故其牌號體現(xiàn)其力學性能，用Q+數(shù)字表示其中“Q”為屈服點“屈”字的漢語拼音字首。數(shù)字表示屈服點數(shù)值，例如Q275表示屈服點為275Mpa，若牌號后面標注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號后面標注字母“F”則為沸騰鋼，標注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標注“F”或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235—AF表示屈服點為235MPa的A級沸騰鋼，Q235—C表示屈服點為235MPa的C級鎮(zhèn)靜鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的質(zhì)量分數(shù)低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等。用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通鉚釘、螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分數(shù)稍高，強度較高，塑性、韌性較好，可進行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡單機械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。如表3.1所示。表3.1Q235材料性質(zhì)利用鋼板氣割后加工的方式得到，這樣可以有一個很大的優(yōu)勢：就是可以提高產(chǎn)品的韌性，避免了之前提到的裂開的情況，為了節(jié)約成本，并且考慮到加工配重的表面質(zhì)量及尺寸公差要求不高，所以選擇了作廢的鋼材（加工去掉鐵銹和粗糙部分，按設(shè)計形狀進行加工，再刷漆覆蓋），成功地利用了低成本的廢料，節(jié)省成本的同時利于環(huán)境發(fā)展。其它仍然使用30mm厚的鋼板[9]。5）選擇導(dǎo)管的時候，因為它對精度的要求要高一些，例如：直線精度過低會影響機械運動，使用不方便，表面不能刷漆，運動時會接觸到配種，產(chǎn)生摩擦，掉漆不美觀還會造成生銹，因此在這里選擇了不銹鋼管，材料牌號為1Cr18Ni9，表面烤漆。因為配重在器械運動中會有噪音產(chǎn)生，通過一個簡單的辦法，并且會使他的維修更方便;就是在配重的下方做出四個相互對稱的圓孔，安裝進橡膠制成的橡膠圓柱，既能減少噪音，又能留出空間方便后期的維護。3.2底座的設(shè)計在計設(shè)底座的時候，他的承受能力也要考慮到，因為右立柱，支架，導(dǎo)向裝置，及上支架配重等都要安裝在他身上，會安裝的合理對稱，因此它的受力不會很復(fù)雜。其上安裝的部分就是他的受力。在此把安全系數(shù)取為3，健身器材的底座安全系數(shù)通常為3是因為它是一種工程安全的設(shè)計標準。安全系數(shù)是用來衡量材料承受力與實際應(yīng)力之間的比較，它是確保工程結(jié)構(gòu)在超負荷情況下不會發(fā)生失效的一個重要指標。由于所有鋼管的受力不能低于5000N，其上所有部分加上個人的重量遠小于這個數(shù)量，所以可以說明它是安全的，還要承受他兩邊的拉力，不過這個力較小，螺栓可以承受。底座設(shè)計成方形，可以使它更穩(wěn)重安全，在運輸上也更加方便。如圖3.2所示。圖3.2底座三維圖因為選擇的材料都屬于低碳鋼，這就保證了其良好的焊接性，使設(shè)計的要求得到保證，加工都是以型材焊接，可以降低公差的影響，可以在生產(chǎn)的時候校準檢驗，其他部分和底座進行安裝，可以進行焊接，不過會產(chǎn)生運輸時的麻煩，所以選擇螺栓連接來進行其他部分連接。底座的主要數(shù)據(jù)：總寬度；40mm總長度;1700mm總高度：40mm如圖3.3所示：圖3.3底座二維數(shù)據(jù)圖3.3支架的設(shè)計整體支架是主要結(jié)構(gòu)，在本產(chǎn)品很重要，支架能讓使用它的人用起來更舒適，同時還要考慮到它的外觀，這也是要考慮到的地方，還要中和市場調(diào)研的結(jié)果[5]，做出性人化的設(shè)計，滿足使用者的不同要求。它在產(chǎn)品設(shè)計中很重要，包括座椅的舒適性，實用性，還要滿足大部分人的身體結(jié)構(gòu)，詳見圖紙，效果圖如下圖3.4所示。圖3.4支架3D效果圖通過冷彎方管焊接的方法對支架進行加工，滑輪夾座安裝在支架上，打磨表面并進行檢驗，表面烤漆，設(shè)計運動支架的時候，安裝了很多方便手扶的位置，這樣做可以使產(chǎn)品有更多的優(yōu)點，能夠提高使用者的使用區(qū)域增加使用方式，增加舒適性，讓使用者鍛煉腿部的時候減少了阻礙，適用于更多的不同身高的使用者，考慮了不同的使用者的體重問題，可以保證產(chǎn)品的安全性。讓這款產(chǎn)品更安全，更舒適，將他的實用性美觀性都得到了提高，能正滿足大部分的鍛煉者。支架的主要數(shù)據(jù)：總高度；2000mm總長度;1700mm座高：450mm如圖3.5所示。圖3.5支架二維數(shù)據(jù)圖設(shè)計滑輪裝配的過程中，仍然使用冷彎方鋼用于滑輪的安裝[10]，標記為將底板和支架進行焊死。是產(chǎn)品安全性在一次提高，運動中的晃動也可以減少。將一根水平的桿焊接在指甲上，是讓手動桿可以運動到極限位置。見上方效果圖;設(shè)計支架的部分。3.4配重的設(shè)計還有一個很重要的地方就是產(chǎn)品的配重，通過調(diào)研結(jié)果對產(chǎn)品提出了幾個要求。1.使用者在使用該產(chǎn)品時，配種會因為機械運動，隨鍛煉著產(chǎn)生運動并且造成與其他部位的撞擊，所以，在為產(chǎn)品的配種進行設(shè)計的時候，通過了解，其他產(chǎn)品都是通過對這一部分用橡膠來進行包裹處理的。本次設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)了這樣做的一個缺陷，就是會造成產(chǎn)品成本的提高，尤其針對這款產(chǎn)品而言，并且它更容易損壞，不方便后期的維修，因為橡膠很容易老化變形，并且承受不了過大的撞擊，這也使產(chǎn)品更容易損壞，橡膠損壞后，之前的問題又隨之出現(xiàn)，這也就是這款產(chǎn)品的整體壽命被減少，噪音對于使用者來說也會有很大的麻煩，維修時又會成為阻礙，使用者使用時，他在滑竿上上下運動，設(shè)計時滑桿選用1Cr18Ni9不銹鋼管材，它的價格很貴，為了降低不必要的成本，又能保護產(chǎn)品的滑桿，所以又對配種的孔進行了加工。（1）很多廠商在制作配重時大多會選則五公斤的配重，又了解到使用者使用的鍛煉范圍不會超過六十五公斤，也就是說是十三塊配重，結(jié)合整個產(chǎn)品來講，這個數(shù)量是可以接受的，所以也選擇了這樣的配置來組成這款產(chǎn)品。（2）在前期的調(diào)研中，了解到大多數(shù)此類產(chǎn)品的損壞，都是因為選擇的材料太脆，而破裂損壞的，也就是市場上最常見的用HT105(恢口鑄鐵)鑄造加工的，它的特點就是韌性的不夠，比較脆弱（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）這也就是他們?nèi)菀讚p壞的根本原因，也就是這種產(chǎn)品的損壞的主要原因之一。（3）面對這種情況，在設(shè)計中對此進行了改善：（4）考慮到后期維修中會遇到的的問題，放棄了用橡膠處理的這種常見辦法，通過在配重的下方，安裝四個￠20深12的孔，利用高度為17的橡皮圓柱安裝于這些孔中，順利的解決了該產(chǎn)品的維修養(yǎng)護難題。如圖3.6和圖3.7所示：圖3.6此為第一塊配重圖3.7此為一般配重位于第一塊配重下面。配重塊的主要數(shù)據(jù)：寬度：150mm，長度：300mm，厚度：30mm，如圖3.8所示。圖3.8配重塊二維圖2.通過在使用者使用時發(fā)現(xiàn)，配重會因為運動，損壞滑桿?？紤]到這些問題，將長度適中的塑料管，將其加熱到適當溫度，把導(dǎo)管內(nèi)部翻出來，這樣來解決所發(fā)現(xiàn)的問題[6]。3.在材料的選擇上，用之前提到的廢棄的板材來代替鑄鐵，板材的強度足夠適用于本產(chǎn)品，韌性也能達到要求。對于配種的設(shè)計過程中，認真的做了第一塊配重的設(shè)計（配重重最上方的那一塊），因為配重是要被吊桿吊起來的，便通過一銷將其相互連接，也就是吊桿與配種的連接關(guān)系，我選擇用螺釘在配重中找到準確位置，來防止吊桿的過度旋轉(zhuǎn)，讓使用者在使用中能夠更方便的選擇所需的配重。見圖中兩側(cè)的通孔配合那個導(dǎo)桿鏈接，并按之前將塑料管反過來的處理。塑料管也可以選擇廢料，只要是尺寸合適的，他的配合公差能夠和導(dǎo)管相同[7]。在設(shè)計生產(chǎn)配重的過程當中，可以利用氣割的方法，割掉相應(yīng)尺寸的一部分，對其表面進行打磨后，用銑床將相應(yīng)的地方銑平（按之前提到的選擇用廢棄的鋼材，由于它的表面會很粗糙，在下料時，就要留夠足夠的余料）之后對其鉆孔，倒角之后在進行噴砂處理，之后表面噴漆，就可以完成處理。之后在?？滋庛@孔，將橡膠安裝在他上邊。3.5滑輪的設(shè)計滑輪在這款產(chǎn)品中主要是作為鋼繩的導(dǎo)向，并且使他們的摩擦得以減少，因為它不會在使用中承受過大的力，可以通過鑄造來獲取，方便制造，冷沖壓后焊接也可以作為他的獲取辦法，滑輪能夠承受六千五百牛的里就足夠在這臺產(chǎn)品中發(fā)揮作用，并且足夠安全穩(wěn)定，因為他不會承受高于此的力，并且一般的材料都不會低于這個受力，所以可以忽略這里的強度問題，又因為在使用過程中，他始終是在此作旋轉(zhuǎn)運動，因此在設(shè)計的過程中我在此處設(shè)計了一處軸承，他會與滑輪夾坐產(chǎn)生配合，三者相互關(guān)系，這樣就解決了它的中心孔的易磨損的問題。同時能減少它在使用中因旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的摩擦，這也就延長了它的壽命，保證運作的安全和要求?；喌娜S效果圖。為了在他的裝配中表示，沒有在此全部表出。如圖3.9所示。圖3.9滑輪三維圖圖3.10滑輪二維數(shù)據(jù)圖配重塊的主要數(shù)據(jù)：最大半徑：30mm最小半徑：27.5mm滑輪孔半徑：15mm，如圖3.10所示。通過把上邊的兩個部分組裝在一起就可以完成這部分的組裝。這種設(shè)計在大規(guī)模的生產(chǎn)中能夠大大的提高生產(chǎn)效率，并且間接的降低制造成本，在生產(chǎn)過正中可以選擇用沖壓工藝，選擇使用落料來形成加工成品，并且在此基礎(chǔ)上，在材料中加加入軸承，使用螺栓或者鉚釘將其連接在一起，這種制造方式可以體現(xiàn)出很多的優(yōu)點：選擇的材料能夠最大程度的保證材料所要求的足夠的強度，并且節(jié)約了材料的使用，對其進行加工時也會更加簡單快捷方便，能夠降低制造的成本和時間，準確度也會因加工而有所提高，制造過程中效率會大大提高，針對小規(guī)模生產(chǎn)時會有不合適的地方，因為小規(guī)模生產(chǎn)磨具的費用成本就占了很大比重，生產(chǎn)過程中的大體工藝方法有，下料，成型，沖孔等。這樣又一次降低了成本，提升了效率，對未來的生產(chǎn)制造有了很大的幫助。在設(shè)計鋼絲繩的過程中：通過查閱機械設(shè)計手冊就可以了解到[4]，它的公稱直徑（公式中C為選擇系數(shù)，S為最大靜壓載荷）由此可知，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)）其中的算法為通過查閱機械設(shè)計手冊，將鋼絲繩的抗拉強度選為167MP取安全系數(shù)值為6級，k-0.82,=0.46代入公式的c=0.110通過查閱機械設(shè)計手冊c取0.14代入其中max=1300N算的b=2.9取整D=3，由此將鋼絲繩選擇使用鋼芯鋼絲繩（Gd/T8918-1998）,標記為3NaT6c21S+IW16708Z5.39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。3.6其他零件的設(shè)計在設(shè)計其他部分的時候，像是手握部分，使用者座椅，這些可以在市場上尋找制作，他們不需要太多的硬性要求不像其他部分需要很高的精度，例如手握部分，座椅，由市場上購買定做就可以，能夠滿足之前調(diào)研的市場需求使用者的要求，看起來美觀，使用起來舒適，用螺絲等配件來將其固定在要求的位置組裝成品。握桿主要尺寸數(shù)據(jù)：握桿寬度：70cm握桿長度：90cm如圖3.11所示。圖3.11握桿設(shè)計圖拉手主要尺寸數(shù)據(jù)：拉手長度：91cm如圖3.12所示。圖3.12拉手設(shè)計圖3.7標準件的選定在產(chǎn)品的組裝生產(chǎn)中還會使用大量的標準件，本產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中使用了比如螺絲，螺母，墊圈等。立柱與底座的聯(lián)結(jié)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。軸承的選擇不能過小，不然會松動滑落，造成危險或者產(chǎn)品的損壞，根據(jù)機械設(shè)計手冊進行選擇即可。使用者使用過程中容易碰撞到膝部，為了防止這種情況的發(fā)生，本設(shè)計選擇了有橡膠包裹的螺釘。3.8配合公差的設(shè)計還有個部分組成連接的地方需要注意的，對產(chǎn)品的整體有很大的影響，連接組合的適配，這些都會影響產(chǎn)品成型后是否平穩(wěn)安全，是否運動順暢使用順利，包括噪音磨損產(chǎn)品壽命的影響，都是對產(chǎn)品是否使用安全的影響因素，所以各部分各產(chǎn)品部件的公差就相當重要，在這里要進行下說明。剪輯配合要運用在有摩擦，使用中會纏上運動的地方，由于該產(chǎn)品屬于健身器材，對精度的要求并不會很高，在組合中要流出大量的間隙保證彼此的配合，保證產(chǎn)品在使用中更安全順利，外觀整體性更好，不會產(chǎn)生噪音或自我磨損的情況，保證使用者的安全和足夠的適用范圍。其中有運動關(guān)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(jié)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。3.9裝配因為本產(chǎn)品的大部分材料屬于板材管材，管材的制作中需要處理表面，焊接時要注意準確的，材料的使用率高，不會廢棄過多，組裝生產(chǎn)中有很多麻煩，管材的制作中如果公差不合適會使產(chǎn)品的準確度就，產(chǎn)品質(zhì)量降低，所以在裝配過程中要很注意，對裝配人的要求很嚴格，在裝配的過程中，底座和立柱是要首先組合在一起的，之后在其上將支架，配重，導(dǎo)桿等注意安裝，安裝支架的過程中，要注意鋼絲繩的長度受力運動中是否有影響，還有組裝過程中使用的螺絲等固定材料，要適配并能保證質(zhì)量，防止引起脫落損壞而造成整體的損壞，扶手座椅等安裝是放在最后的，在產(chǎn)品基本成型后的附加物。還有需要注意的是在安裝過程中各部分的組裝順序，因為各部分彼此銜接，很容易因為組裝順序的不同而造成一些零件的無法安裝或者重復(fù)安裝。如圖3.13所示[13]。圖3.13裝配圖第4章支架的建模與有限元分析4.1有限元軟件介紹本文基于ANSYSWorkbench19.0軟件平臺，在不同工況條件下對支架結(jié)構(gòu)模型進行了CAE有限元分析，通過結(jié)構(gòu)的最大等效應(yīng)力、最大等效應(yīng)變和總變形量的結(jié)果來驗證結(jié)構(gòu)的安全性。ANSYSWorkbench仿真平臺集結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁和聲場等分析于一體，能夠方便地進行多物理耦合場分析，廣泛運用與機械、船舶、汽車、石油化工、航空航天、國防、電子、土木工程和生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，是通過二十多個技術(shù)協(xié)會認證的標準通用分析軟件2。同時它也是一個創(chuàng)新、開放的CAE平臺，它集成了設(shè)計與分析所需的各種工具，具有無與倫比的性能以及高度的開放性、靈活性和友好的用戶界面，與多種CAD軟件有良好的接口，并具有比較高效的網(wǎng)格劃分功能。軟件主要包括3個部分:前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。在本次分析中主要用到該軟件的分析計算和后處理兩個模塊。4.2支架的建模與有限元分析（1）支架的幾何模型圖4.1所示。圖4.1支架的幾何模型（2）支架的網(wǎng)格模型根據(jù)有限元一般分析流程，幾何建模完成之后，接下來就是對幾何模型進行網(wǎng)格劃分，Workbench平臺對幾何模型進行劃分的平臺有兩個:一個是集成在Workbench平臺上的高度自動化網(wǎng)格劃分工具--Meshing網(wǎng)格劃分平臺，另一個是高級專業(yè)幾何網(wǎng)格劃分工具ICEMCFD網(wǎng)格劃分工具21。本次結(jié)構(gòu)靜力學分析,我們選擇Meshing網(wǎng)格劃分平臺,單位制我們選擇mm、N、Tonne、MPa、Second。網(wǎng)格劃分設(shè)置如下:雙擊Model(模型)進入Mechanical操作環(huán)境模塊,此模塊中包含賦予材料屬性、網(wǎng)格劃分、施加載荷和邊界條件、求解模型及后處理設(shè)置。對于該同步器模型，結(jié)構(gòu)稍微復(fù)雜，六面體網(wǎng)格很難劃分,因此采用四面體網(wǎng)格。Mesh平臺的物理場參照類型(PhysicsPreference)有四種情況，分別是Mechanical(結(jié)構(gòu)類型)、Electromagnetics(電磁場)、CFD(計算流體場)和Explicit(顯示動力學)。對于以上三種幾何模型的靜力學分析，在劃分網(wǎng)格時PhysicsPreference均默認為Mechanical.支架的網(wǎng)格模型如圖4.2所示。圖4.2支架的網(wǎng)格模型4.3支架模型的載荷和邊界條件健身器材底部固定，根據(jù)使用場景對座位處添加750N垂向載荷，靠背處以及手推位置填加200N水平載荷及邊界條件設(shè)置如圖4.3所示。圖4.3支架模型的載荷和邊界條件4.4計算求解及結(jié)果所有設(shè)置完成之后就是對模型進行求解，計算完成之后我們選擇查看模型的等效應(yīng)力(Equivalent(Von-Mises)stress)和總的變形量(TotalDeformation)。求解流程圖、位移變形圖和等效應(yīng)力云圖分別如圖4.4、圖4.5和圖4.6所示。圖4.4求解過程圖4.5位移變形圖圖4.6等效應(yīng)力圖總變形量為3.7043mm，發(fā)生于手推位置，最大等效應(yīng)力為22.295MPa，遠小