毕业设计论文行走储能健身一体化的健骑机设计.docx

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1、广州大学本科毕业论文（设计）课题名称行走储能-健身一体化的健骑机设计学院机械与电气工程学院专业机械设计制造及其自动化班级名称机械184学生姓名学号指导教师完成日期202X年4月24日行走-储能-健身一体化的健骑机设计摘要目前市面上不少健身设备均为固定式的设备，但这些传统的固定式健身设备难以满足健身多元化等要求。健骑机作为最主要的健身设备之一，其占地面积大、灵活性差等问题也渐渐难以满足当代人民的健身需求。为此，本论文针对目前现有健骑机进行功能分析，设计了一种行走、储能和健身一体化的健骑机。本次设计利用了齿轮传动和链轮传动。在健身过程中，推拉杆的运动会通过牵引绳牵引与齿轮同轴配合的绕绳盘转动，再带

2、动链轮转动，进而实现驱动健骑机行走的目的。利用后轮转动设计了发电装置。并且根据人体工程学设计了一套适合人体持续健身的可调节的健身装置。采用平面涡卷弹簧实现牵引绳的绕绳。并且利用前叉与健身装置的较接点，设计了一套简单创新的转向装置。最后采用超声波模块和单片机，设计了一套趣味性十足的控制系统。本文还对所设计的结构及装置的重要零部件进行了力学分析、并用Simu1ation进行强度校核与分析，以确保零件尺寸和强度等均符合实际要求。关键词健骑机；行走；储能；转向机构；单片机ABSTRACTAtpresent,manyfitnessequipmentonthemarketarefixedequipment

3、,butthesetraditiona1fixedfitnessequipmentaredifficu1ttomeettherequirementsoffitnessdiversification.Asoneofthemostimportantfitnessequipment,Jianqimachinecoversa1argeareaandhaspoorf1exibi1ity,whichisgradua11ydifficu1ttomeetthefitnessneedsofcontemporarypeop1e.Therefore,thisthesisana1yzesthefunctionofth

4、eexistinghea1thridingmachine,anddesignsahea1thridingmachineintegratingwa1king,energystorageandfitness.Thisdesignusesgeartransmissionandsprockettransmission.Intheprocessoffitness,themovementofpush-pu11rodwi11pu11theropewindingdisccoaxia11ymatchedwiththegearthroughthetractionrope,andthendrivethesprock

5、ettorotate,soastorea1izethepurposeofdrivingthehea1thridingmachinetowa1k.Thepowergenerationdeviceisdesignedbyusingtherotationoftherearwhee1.Anadjustab1efitnessdevicesuitab1eforcontinuousfitnessofhumanbodyisdesignedaccordingtoergonomics.Thep1anescro11springisusedtorea1izethewindingofthetractionrope.As

6、imp1eandinnovativesteeringdeviceisdesignedbyusingthehingepointbetweenthefrontforkandthefitnessdevice.Fina11y,aninterestingcontro1systemisdesignedbyusingu1trasonicmodu1eandsing1echipmicrocomputer.Thisthesisa1somakesamechanica1ana1ysisofthedesignedstructureandimportantpartsofthedevice,andusesSimu1atio

7、ntocheckandana1yzethestrength,soastoensurethatthesizeandstrengthofthepartsmeettheactua1requirements.KEYWORDSJianqimachine;wa1k;Energystorage;steeringmechanism;sing1e-chipmicrocomput目录1前言111选题背景及研究意义11.2 国内外研究现状11.3 本文研究内容42总体方案设计62.1 需求分析62.2 总功能与子功能分析62.3 子功能运动方案选型及评价72.4 一体化健骑机的三种行走装置初步设计方案82.4.1

8、齿轮链轮传动装置92.4.2 曲柄摇杆传动装置102.4.3 牵引绳传动装置103结构设计123.1 行走装置的设计123.1.1 计算行走装置的初始动力参数123.1.2 齿轮传动的设计153.1.3 链传动的设计193.1.4 接触型平面涡卷弹簧的设计233.1.5 轴的设计253.1.6 电动机的设计323.1.7 控制系统333.2 健身装置的设计34321健身部分的设计343.2.2转向部分的设计373.3 储能装置的设计37331发电装置的设计373.3.2蓄电池的选用384关键零件的分析与校核394.1 行走装置的分析与校核394.1.1 主动齿轮轴的校核391.画图分析法394

9、.1.2主动链轮轴的校核424.2健身装置的分析与校核444.2.1 支承杆的校核454.2.2 连杆的校核474.2.3 推拉杆的校核495结论545.1 研究内容总结545.2 创新之处545.3 存在问题以及改进方向54致谢56参考文献57附录5911选题背景及研究意义随着人民生活质量水平的提高，健身行业快速发展，人民对身体健康的重视程度也越来越高，对健身娱乐的需求也在不断增长，对健身器材的创新和研发要求越来越迫切。健骑机是一种作用于人体腿部及胸部肌群，使全身80%的肌肉和关节同时运动的一种寓健于乐的健身器材。其健身过程是人跨骑在座位上，等待人体坐稳后，双手把住扶手，脚部放在踏板上，通过

10、连杆施力来克服身体自重，伸展身体至直立,再放松至坐姿。该健身器材能增强上下肢的肌肉和胸部肌肉，增强人体心肺功能。但是目前市面上存在的健骑机是不能行走的，其只能在固定的区域实现健身，缺少趣味性，使人容易疲劳。而现有技术的自行车，可以作为代步工具，也可实现户外健身运动，但是锻炼部位单一。同时，大部分现有的健身设备不能将人健身时所消耗的能量有效利用起来，造成一定程度上的能源浪费。所以设计一款可移动式的健骑机完成储能、健身和行走的功能符合当下社会发展过程中人民对健康、快乐并舒适的需求。1.2 国内外研究现状近年来，随着世界各国对健康的需求愈发重视，人们对健身设备的多元化以及健身环境的多元化需求不断增加

11、。传统的固定式健身设备占地面积较大，不可移动性，造成很多人不再满足于简单的在固定场合健身，现在日渐趋向于户外运动。在户外运动不仅可以享受自然，还可以进行互动式健身模式。而健骑机作为使用最广泛和健身部位最多之一的健身设备正成为新时代下人民对健康追求的新潮流。相对的，传统式的固定式健骑机因为其的不可移动性，导致人们健身的诸多不便。而传统的自行车也只能完成腿部的健身运动，健身部位的多元性和多方面也不能完成。因国外对健骑机的研究极少，下面针对国外对健身设备如自行车等的创新来进行论述，并针对这些创新点来进行比较。国外对自行车的创新设计从三个方面进行创新改进，以满足人们对健身的趣味性和多元性的要求。1 .

12、无链条设计无链条自行车利用的是轴传动替代链条，不会存在因为链传动的多边形效应在受到冲击载荷等原因时，而发生掉链、断链等问题。在日本，无链条自行车品牌有“丸石”、“袋鼠、kasakata等。这些公司所生产的无链条自行车是正成为日本大部分人群短距离出行的重要交通工具。鼓，重量更大，传动损耗也更大，同时也会占用掉后下叉的结构。图1-2“袋鼠”无链条自行车无链条自行车与链条带动的自行车相比，其更加的省力，也更为耐用和更加灵便，因为其没有牙盘、链罩等零件，所以可以在骑行中减少阻力、骑行更加方便。但缺点也较为明显，因为无链条自行车采用传动轴机构，只能使用变速箱或变速花图1-1无链条自行车M2 .行走式设计

13、荷兰机械工程师BrUin设计了一款可“走路自行车”，名叫“1opif1t”。图1-31OPifh”行走式自行车I网图1-41opifitv驱动部分其运动形式类似于固定式跑步机，人站在在履带上，在需要前行时轻踩履带，就可以触发电机带动履带工作。该自行车的工作原理是通过在20英寸的后轮上加载250W的无刷马达来提供动力。当人体在履带山行走时，内置的传感器会接受信号并反馈给控制系统，控制系统再触发电机带动履带工作。3 .蹬地式设计德国设计师于2012年设计了一款无踏板无车座，驾驶者需要通过奔跑加速，之后将双脚放置在后车轮轴杆上，便能使自行车行驶起来的自行车。名叫“F1iz”o人们通过背带将身体系在自

14、行车上，之后双脚着地快速用力前行，该自行车即可行走。当速度变慢时，继续用双脚蹬地加速即可。其优点是舒适环保、且车身因为没有链轮等部件，车体重量更轻。能做到增强人体腿部肌肉的功能。缺点是在上坡等情况下所需力会更大，且因磨损，不便于长期骑行。图1-5F1iZ自行车【总的来说，在国外如荷兰、美国、英国，健身车如自行车等仍受到广泛的青睐，在将来依旧会是颇受欢迎的健身器材，故国外对健身设备的运动方式和车身设计等有很大的创新思考并愿意付出实践。可见在健身行业内，对健身设备的创新设计具备较大的发展潜力。在国内，对行走式的健骑机设计有如下两个方面的设计，分别是两轮式和三轮式。两轮式健骑驱动式健身自行车，包括车

15、架和回拉箱，车架右部转动连接有后轮，后轮转动轴上设有双槽飞轮,回拉箱内设有发条弹簧,发条弹簧末端连接回拉钢丝绳。两轮式健骑机的优点是结构简单，车体较为轻便。缺点是两轮式的健骑机对平衡性要求较高，且该两轮式的转向装置较复杂，维修较难。三轮式移动健骑机的设计,包括车架、设置于车架前端左右两侧的主动前轮与从动前轮、设置于车架后端的转向后轮、座位底座、安装在座位底座上的座位、联接杆、车把、车把轴、推拉杆、设置于推拉杆与主动前轮之间的传动系统。该传动系统由双链轮搭配组成。图1-7三轮式健骑机网该款健骑机的优点是因为设计时设置了前后三个车轮，平衡性好,年龄偏老的亦可使用。缺点是该款健骑机的传动装置设置较为复杂。链轮竖直布置，对链的传动容易发生松动。因为传动部分设置在人体健身部位，故其安全性较差，且该款健骑机尺寸较大，车体的重量也较重。且因为是依靠牵引绳的牵引来驱动后轮转向，故当紧急时刻转向时存在一定的安全隐患。根据以上人们对健身设备的多元化需求的创新设计，我们可以得知目前的各类固定式健身设备不再满足于当下人们的生活方式。设计一款能将能量利用起来，并实现行走和健身功能的健骑机是符合人们对健康多元化以及响应健康低碳的需求的。市场发展潜力巨大。但每种的设计也存在一定的优缺点，我把他们的优缺点进行比较