家用多功能電動跑步機設計含開題及11張CAD圖

家用多功能電動跑步機設計含開題及11張CAD圖,家用,多功能,電動,跑步,設計,開題,11,十一,cad XX設計(XXX)開題報告 系（部）： XXX 專業(yè)班級： XXX 姓名 學號 指導 教師 職稱 學歷 講師 課題名稱 家用多功能電動跑步機設計 畢業(yè)設計（論文）類型（劃√） 工程設計 應用研究 開發(fā)研究 基礎研究 其他 √ 一、 本課題的研究目的和意義： 跑步機是家庭及健身房常備的器材，而且是當今家庭健身器材中最簡單的一種，是家庭健身器的最佳選擇。 跑步機，其主要系在扶手架適當位置處設一樞桿，復使該樞桿向機體前下方延伸，并使其另端樞結在跑步框架的適當位置處，在跑步框架前端底部設有一貼地滑輪，因此，當跑步框架由后方被舉起遂行折收作業(yè)時，該貼地滑輪將有助于使用者的施力，具有折收省力，撐持穩(wěn)固的特點。世界第一臺跑步機誕生于1875年，發(fā)明人是美國東部農村的一位機械師這臺機器其實是一臺便攜式農機設備。人機工程學是本世紀 50 年代發(fā)展起來的一門新興學科，它由人體科學、工程技術、環(huán)境科學、安全科學和社會科學等交叉而形成。人機工程學研究人和機器及環(huán)境的相互作用，把人的因素作為產品設計的重要條件和原則，使設計出的機器操作簡便、省力、安全、可靠高效、舒適。當前，人機工程學的研究和應用越來越廣泛。電動跑步機的設計應符合人體的尺寸，這是很容易理解的。但是由于受人的年齡、性別、種族、地區(qū)等因素的影響，人的身材大小各不相同，在對人群進行統(tǒng)計性的人體尺寸測量時，各種身材的人頻數分布狀態(tài)（出現率）用百分位數表示。在國標GB10000 中分別給出了不同年齡段第1、5、10、50、90、95、99 百分位的人體尺寸，在跑步機設計中，常用的是18~60 歲年齡組的第5 百分位數和第95 百分位數，它考慮了絕大多數的使用者群體。 隨著人們生活水平的提高，人們對身體越來越關愛，更多地進行體育鍛煉。健身器材作為進行健身活動的重要工具之一，越來越受到人們的喜愛。跑步是最方便、最簡單的有氧健身鍛煉方式，它可以促進人體血液循環(huán)，增強心肺功能，發(fā)展肌肉力量，在慢跑時更能消耗人體脂肪;在健身運動中，跑步最受人們的喜愛，跑步機成為人們最受歡迎的健身器材。 二、 文獻綜述（國內外研究情況及其發(fā)展）： 早的古埃及的黃金扶手器材到當前多種多樣的坐具，跑步機經歷了一個漫長的發(fā)展歷程，從重象征性、裝飾性向重實用性、舒適性發(fā)展。發(fā)展至當代，雖然各種跑步機在設計風格方面的界限已經不那麼分明，但我們仍可以將其歸結為以下幾種：即波普及后現代主義風格；簡約設計風格；有機現代主義風格：高技術派設計風格。跑步機的名稱始見于唐代，而跑步機的形象則要上溯到漢魏時傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在跑步機上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動地再現了南北朝時期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當時的坐具已具備了跑步機、凳子的形狀，但因其時沒有器材、凳的稱謂，人們還習慣稱之為“胡床”，在寺廟內，常用于坐禪，故又稱禪床。唐代以后，跑步機的使用逐漸增多， 跑步機設計子的名稱也被廣泛使用，才從品類中分離出來。 跑步機價格較為廉價，已然普遍到各家各戶，隨著“時尚、運動、健康、綠色、環(huán)?！崩砟畹纳钊肴诵模懿綑C類產品的設計、材料、工藝、款式也跟隨市場需求，新材料、精加工、巧構思、高品質和高附加值的跑步機精品不斷涌現。跑步機不但成為人們的代步交通工具，而且進入運動、休閑、娛樂、時尚領域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。跑步機發(fā)展，在使用功能上說變化已很少了，現代跑步機的主要發(fā)展在于機架的造型行變化，表面的處理如烤漆、商標的變化使其外觀更美；對自機上的每一個零件進行精雕細琢的改進，使其更合理、美觀；對跑步機的材料上的選用與開發(fā)。由此致使跑步機功能上的變化也沒有很大的改變。 三、 本課題的主要研究內容（提綱）和成果形式： 摘 要 Abstract 目 錄 第1章 緒論 1.1 跑步機市場調查 1.2 種類分析 1.3 跑步機的設計分析 第2章 人體工程學與跑步機設計 2.1 設計原則 2.2 人機工程設計設計 2.3 影響跑步機性能的人體因素 2.4 跑步機設計結構要素分析 2.5人機動態(tài)特性分析 第3章 總體機械結構設計 3.1跑步機的構成 3.2 跑步機方案設計 3.3 同步帶的概述 3.4 同步帶傳動計算 3.5 帶傳動的張緊裝置的選擇 3.6 軸的設計 3.7 軸的校核 3.8 鍵的校核 3.9 軸承的校核 結 論 參考文獻 致 謝 四、 擬解決的關鍵問題： 設計一種家用多功能電動跑步機，根據目前市場上現有的跑步機，在其原有功能上 進行改進，具備液晶顯示，計時距離，心跳，血壓等功能。 技術指標： 1.要求具備計時，速度，血壓，心跳等功能； 2.增加體重測量，定時提醒，音樂等功能； 3.外形設計宜人； 要求：機械裝配圖1張，零件圖2.5張，光盤1張（包括跑步機機械零件實體文件， 裝配文件，說明書電子版），畢業(yè)設計說明書。 四、 研究思路、方法和步驟： 研究思路: 首先，擬定跑步機的設計功能有哪些，確定跑步機的整體結構 跑步機的整體構成由以下幾大模塊： 1.機身 在行駛中，機身的造型對整個行駛的效率有著很大的影響，因為機身的造型直接影響到的是行進的阻力。此處設計的陸跑步機的機體造型也已達到最小阻力，可以針對各種造型在水中行進時所受的阻力進行分析，核定最佳造型設計以達到最佳運動效率。 2.傳動系統(tǒng) 進行核算。 3.導向機構 正常直線行駛時，導向機構應不構成阻力，設計的導向機構應簡單便捷為好。 目前跑步機設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。分析以上性能需求目前跑步 通過機械設計我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關系進而計算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進行核算。 3.導向機構 正常直線行駛時，導向機構應不構成阻力，設計的導向機構應簡單便捷為好。 目前跑步機設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。 目前跑步機設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。分析以上性能需求目前跑步機設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。分析以上性能需求工作機構類型選擇帶傳動,屬于定傳動比勻速轉動機構。帶傳動具有結構簡單，成本低廉 能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞，具有過載保護作用。 研究方法: 1.在學校圖書館查閱相關資料，采用比較研究法。 通過書籍和網絡查找最新的發(fā)展動向，盡量在保證原來參數的基礎上，采用最新的一些結構，這樣才能使設計具有實用性和時代性，采用追蹤研究法。 2.通過老師的指導采用行動研究法。 通過老師的指導，可以便捷地設計步驟。 3. 通過瀏覽因特網上的相關資料采用調查法。 4.用相關的繪圖軟件畫出零件圖和裝配圖采用個案研究法。 研究步驟： 1.收集相關資料，并對相關理論知識進行復習。 2. 設計裝配圖和零件圖，計算系統(tǒng)主要參數。 3.對CAD圖紙進行想象分析，理解大致結構。（Auto CAD軟件） 4.繪制裝配圖和零件圖。 5.編寫說明書和設計論文。 五、 本課題的進度安排： 起訖日期 工作內容 2014.11．20-12．20 收集資料，編寫開題報告 2014.12．21-2015.1.1 學習軟件 2015.1.1-1.10 確定總體方案 2015.1.10-2.20 設計零件，繪制草圖 2015.2.20-3.1 設計裝配圖 2015.3.1-3.15 生成工程圖 2015.3.15-4.1 編寫畢業(yè)論文 六、 參考文獻： [1]丁玉蘭《人機工程學第三版》 [M] 北京理工出版社, 2005 [2] 鄒慧君主編《機械原理》[M] 北京高等教育出版社1999 [3] 申永勝主編《機械原理教程》[M]北京、清華大學出版社1999 [4] 張偉社主編《機械原理》[M]西北工業(yè)大學出版社2001 [5] 鄒慧君主編《機械原理課程設計手冊》[M] 高等教育出版社1998 [6] 趙松年主編《現代機械創(chuàng)新產品分析與設計》[M] 2000 [7] 楊家軍主編《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計》[M] 華中理工大學出版社2000 [8] 張春林主編《機械創(chuàng)新設計》[M] 機械工業(yè)出版社1999 [9] 機械設計手冊編委會《機械設計手冊新版2，3卷》[M] 機械工業(yè)出版社，2004 [10]卜炎主編《機械傳動裝置設計手冊（上冊）》[M] 機械工業(yè)出版社1999 [11]何燦群《人體工學與藝術設計》[M] 長沙湖南大學出版社，2004 [12]阮寶湘/郡祥華《工業(yè)設計人體工程》 [M]北京機械工業(yè)出版社 2005.05 [13] 王三明主編《機械原理與設計課程設計》[M] 北京機械工業(yè)出版社，2005 [14].閆衛(wèi)．工業(yè)產品造型設計程序與實例.機械工業(yè)出版社，[M] 2003.2，第一版 [15]. 沈法，王慶斌，楊足，丁熊．計算機輔助產品造型設計表現技法.人民郵電出版社，[M] 2002.9，第一版 七、 指導老師意見： 隨著人們生活水平的提高，人們對身體越來越關愛，更多地進行體育鍛煉。健身器材作為進行健身活動的重要工具之一，越來越受到人們的喜愛。跑步是最方便、最簡單的有氧健身鍛煉方式，它可以促進人體血液循環(huán)，增強心肺功能，發(fā)展肌肉力量，在慢跑時更能消耗人體脂肪;在健身運動中，跑步最受人們的喜愛，跑步機成為人們最受歡迎的健身器材。 機械專業(yè)本科生的畢業(yè)設計選題應該貫徹學以致用的原則，所以該生設計一款家庭使用的多功能跑步機，在市場跑步機的基礎上，增加一些實用的功能。 該生畢業(yè)論文選題符合所學專業(yè)方向和專業(yè)要求,研究內容切合社會經濟發(fā)展實際；研究計劃切實可行；同意開題。 指導老師（簽名）： 年 月 日 八、 系（部）意見： 系（部）主任（簽名）： 年 月 日 注：本表可續(xù)頁 家用多功能電動跑步機設計 摘 要 跑步機是家庭日常生活經常用到的器材，它具有結構簡單、可靠性高等優(yōu)點，已廣泛用于各場所和家庭。根據人體工程學而設計的跑步機，符合一般人的健身要求，這樣的設計科學合理。 本題目是休閑娛樂類跑步機, 跑步機為主要設計對象，并駕駛，動力由共同提供，并且使用壽命長，容易維修，可在路面長時間行駛，安全性能高的跑步機。 跑步機在現今市場上依舊比較少見，其原因主要在于其市面已有結構設計部分不合理，使用的穩(wěn)定性不高。至此導致市面上多為跑步機較為少見。此次課題設計，力求設計出優(yōu)于市面原有的產品，完善跑步機的缺點，真正意義上的讓跑步機推廣出來。 關鍵詞：跑步機，跑步機，健身，機械設計 V Abstract The treadmill is family often used in daily life of equipment, it has the advantages of simple structure, high reliability, has been widely used in various places and families. The treadmill is designed according to human body engineering, accords with the general fitness requirements, this design is scientific and reasonable. This topic is entertainment treadmill, running as the main design object, and driving, power is to provide, and long service life, easy to repair, be on the road a long time running, high safety performance. Running on a treadmill on the market today is still relatively rare, the main reason is that the market has been part of the structural design is unreasonable, the stability is not high. This leads to the market for the treadmill is rare. This topic design, and strive to design better than the market existing products, improve treadmill shortcomings, the true sense of the extended out to the treadmill. Key Words:,treadmill, treadmills, fitness, mechanical design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 跑步機市場調查 1 1.1.1 前言 1 1.1.2 跑步機的發(fā)展史 1 1.2 種類分析 3 1.3 跑步機的設計分析 3 第2章 人體工程學與跑步機設計 7 2.1 設計原則 7 2.2 人機工程設計設計 8 2.3 影響跑步機性能的人體因素 9 2.4 跑步機設計結構要素分析 11 2.5人一機動態(tài)特性分析 12 第3章 總體機械結構設計 13 3.1跑步機的構成 13 3.2 跑步機方案設計 13 3.3 同步帶的概述 14 3.3.1同步帶介紹 14 3.3.2同步帶的特點 15 3.3.3同步帶傳動的主要失效形式 15 3.3.4 同步帶傳動的設計準則 17 3.3.5同步帶分類 17 3.4 同步帶傳動計算 18 3.4.1 同步帶計算選型 18 3.4.2 同步帶的主要參數（結構部分） 21 3.4.3 同步帶的設計 23 3.4.4 同步帶輪的設計 23 3.5 帶傳動的張緊裝置的選擇 24 3.6 軸的設計 26 3.6.1帶輪上力的計算 26 3.6.2材料 26 3.6.3計算軸的最小直徑 26 3.6.4軸的結構設計 26 3.7 軸的校核 27 3.8 鍵的校核 27 3.9 軸承的校核 28 結 論 30 參考文獻 32 致 謝 33 第1章 緒論 1.1 跑步機市場調查 1.1.1 前言 跑步機的設計涉及到功能、造型、材料、結構、技術、藝術等多方面要素，有深厚的理論基礎和廣泛的應用實踐價值，更是一個國家家具設計水平的最好體現。跑步機不僅僅用于供人休息，除了提供座位之外，還可以掛放衣物和包之類的東西。跑步機是人類坐姿活動不可缺少的家具，根據實用性質的不同，跑步機包括多種形態(tài)，而且由于材料、結構等的差別，又可以形成許多不同的形式。 1.1.2 跑步機的發(fā)展史 早的古埃及的黃金扶手器材到當前多種多樣的坐具，跑步機經歷了一個漫長的發(fā)展歷程，從重象征性、裝飾性向重實用性、舒適性發(fā)展。發(fā)展至當代，雖然各種跑步機在設計風格方面的界限已經不那麼分明，但我們仍可以將其歸結為以下幾種：即波普及后現代主義風格；簡約設計風格；有機現代主義風格：高技術派設計風格。 跑步機的名稱始見于唐代，而跑步機的形象則要上溯到漢魏時傳入北方的胡床。敦煌285窟壁畫就有兩人分坐在跑步機上的圖象；257窟壁畫中有坐方凳和交叉腿長凳的婦女；龍門蓮花洞石雕中有坐圓凳婦女。這此圖象生動地再現了南北朝時期器材、凳在仕宦貴族家庭中的使用情況。盡管當時的坐具已具備了跑步機、凳子的形狀，但因其時沒有器材、凳的稱謂，人們還習慣稱之為“胡床”，在寺廟內，常用于坐禪，故又稱禪床。唐代以后，跑步機的使用逐漸增多， 跑步機設計子的名稱也被廣泛使用，才從床的品類中分離出來。因此，論及器材、凳的起源，必須從漢魏時的胡床談起。高承《事物紀原》引《風俗通》稱：“漢靈帝好胡服，景師作胡床，此蓋其始也，今交器材是也”?！逗鬂h書。五行志一》：“漢靈帝好胡服、胡帳、胡床、胡坐、胡飯……，京都貴戚皆竟為之?！边@兩段記載可證，我國古代跑步機的出現當在漢靈帝時期（168-189年）。胡床在魏晉南北朝至隋唐時期使用較廣，有錢、有勢人家不僅居室必備，就是出行時還要由侍從扛著胡床跟隨左右以備臨時休息之用。胡床在當時家具品類中是等級較高的品種，通常只有家中男主人或貴客才有資格享用。在方人雅士中還多有褒詞及生動描述。如南朝梁庾肩吾《詠胡床詩》曰： 傳名乃外域，入用信中京。 足欹形已正，文斜體自平。 臨堂對遠客，命旅誓出征。 何如淄館下，淹流奉盛明。 胡床因其形態(tài)特點又有“交床”和“繩床”之稱。隋朝稱“交床”，是因為隋高祖意在忌“胡”字，器物涉“胡”字者，咸令改之。宋。陶《清異錄》云：“胡床施轉關以交足，穿繃帶以容坐，轉縮須臾，重不數斤。相傳明皇行幸頻多，從臣扈駕，欲息無以寄身，遂創(chuàng)意如此，當時稱‘逍遙坐’”。胡床開始并無靠背，形如今天所見的馬扎兒。唐代始有靠背。這種逍遙坐很可能就是帶靠背的胡床。胡床最早出現于漢代，比唐明皇早幾百年，要說為唐明皇創(chuàng)意顯然不妥。所以這里所說的創(chuàng)意，應指增加了靠背。胡床在唐宋時期盛行，宋代尤甚，不過宋時稱胡床者漸少，而稱其為交器材的逐漸增多了。 帶靠背的胡床始自唐明皇，還可以從唐代《濟瀆廟北海壇祭器雜物銘。碑陰》的記載中得到印證，文中記有：“繩床十，內四跑步機”。從這段記載可知在唐代貞元元年已有了跑步機的名稱。這里所說的“繩床十，內四跑步機”是指在十件繩床中有四件是可以倚靠的跑步機，顯然是為了與另外六件無靠背繩床相區(qū)別?？梢姡懿綑C的名稱雖已出現，在日常生活中可是常見家具，但它還未完全從床概念中分離出來。在唐代的典籍中，把跑步機稱為床的仍很普遍。唐代著名詩人杜甫在《少年行。七絕》中寫道： 馬上誰家白面郎，臨街下馬坐人床。 不通姓名粗豪甚，指點銀瓶索酒嘗。 五代至宋，高型坐具空前普及，跑步機的形式也多起來，出現靠背器材、扶手器材、圈器材等。同時根據尊卑等級的不同，跑步機的形制、質料和功能也有所區(qū)別。五代至兩宋時期的家具大體保留著唐代遺風，只是高型家具較前更加普及了。高型家具的使用在民間形成時尚，居家必備高型桌器材，這從當時的繪畫中可見一斑。如宋代張擇端《清明上河圖》中的市肆小店，無不陳放各式高型家具。宋代《會昌九老圖》中描繪的圈器材也是前代沒有品種。在近年發(fā)掘的宋代墓葬中還有以石、陶制作的家具模型或在墓室墻壁用磚砌成或雕成各式家具，其中表現墓主夫婦對坐在跑步機上的場面最為普遍。如河南方城出土的石器材殘件、河北井徑縣柿莊七號宋墓墓室磚雕桌器材、柿莊二號墓墓室壁畫《對坐圖》中的桌器材、洛陽澗西宋墓墓室的磚雕家具等。這說明跑步機等高型坐具不僅在人們日常生活中普遍使用，還被人微言輕殉葬用器。 1.2 種類分析 跑步機價格較為廉價，已然普遍到各家各戶，隨著“時尚、運動、健康、綠色、環(huán)保”理念的深入人心，跑步機類產品的設計、材料、工藝、款式也跟隨市場需求，新材料、精加工、巧構思、高品質和高附加值的跑步機精品不斷涌現。跑步機不但成為人們的代步交通工具，而且進入運動、休閑、娛樂、時尚領域，并融入更多的科技、文化元素，成為所有家庭的必備用具。跑步機發(fā)展，在使用功能上說變化已很少了，現代跑步機的主要發(fā)展在于機架的造型行變化，表面的處理如烤漆、商標的變化使其外觀更美；對自機上的每一個零件進行精雕細琢的改進，使其更合理、美觀；對跑步機的材料上的選用與開發(fā)。由此致使跑步機功能上的變化也沒有很大的改變。 1.3 跑步機的設計分析 1.3.1設計流程 跑步機是對人們活動起輔助作用的工具，首先必須能夠承受人們活動帶來的各種力量和沖擊。設計師在設計初期就應該考慮到跑步機對外部沖擊的承受力，否則就不能充分體現跑步機的實用功能。因此設計師應在充分了解跑步機構造的基礎上進行設計，以達到既美觀又實用的目的。為實現這個目的構筑了如下的設計流程。 1概念化階段 概念化階段是整體設計的理念和宗旨，是保證今后具體設計得以順利進行的前提條件。對跑步機設計概念化進行設定的過程，涉及跑步機相關的功能性、構造和材料以及形狀等問題。對于“某種設計為什么應該采取那樣的形狀或構造？”“為什么應該用那樣的材料生產？”等問題，概念化階段都要做出總體的說明。設計的概念化要充分反映設計師的理念和價值，發(fā)揮他們的創(chuàng)造性，所以它不應是其他人的意見，而應該是設計師自己的想法。 2體化階段 具體化階段是按照在概念化階段設定的設計方案，解決家具的構造、功能和美觀問題并創(chuàng)造出其基本形狀。在這個階段要畫很多草圖、圖樣，做出模型，還要選擇材料，討論跑步機的構造以及其他一些細節(jié)問題等。跑步機設計的具體化階段就是創(chuàng)造出產品形狀的過程，簡單地講就是做出跑步機造型的外觀圖樣，并對其進行論證。 3整體外觀階段 跑步機設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產品的外觀、跑步機的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現這一目標，我們以在具體化階段提出的產品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現自頂向下的設計方式而做出的基本模型。跑步機設計的關鍵是將重點放在符合整體的外觀和核心架構的設計上。產品的外觀、跑步機的造型以及穩(wěn)定的構造應該既反映設計師的精湛設計，又能實現人們對舒適的要求，這就是設計家具的重點。為實現這一目標，我們以在具體化階段提出的產品外觀為基準做出了如下的骨架模型?？梢哉f這是為實現自頂向下的設計方式而做出的基本模型。 從這個骨架模型中，我們不僅可以看到體現著產品概念的外觀，還可以獲得產品各種配件位置和連接的信息，如核心架構（Core），傾斜度(Tilt)，底座（Base），扶手（ArmRest）等。這可以由設計師在設計產品并做出草圖的同時，從3個角度，即曲面（Surface），曲線（Curve），基準面（DatumPlane）來表現。這種骨架模型是與上面提到的三個階段中對家具設計的內容相聯系的，用于設計師很少接觸的筋（Rib），凸臺（Boss），體格構造等的設計中。當然這對于沒有相關基本知識的設計師來說幾乎是不可能的事情，但只要是在內部開發(fā)過2個以上模型產品的設計師，都可以親自完成模型各部分器具設計。 4計檢驗階段 通過以上各階段步驟完成的產品設計并不是完美的。尤其是跑步機與人體結構有著密切的關系，可以說人們對產品設 跑步機設計合理性和適用性的評判是很重要的。因此應該對設計進行檢驗。對于跑步機的設計來說，跑步機的大腿——底座（Base）部分能否穩(wěn)定地支撐人體體重是很重要的。當然除此之外對Back，即支撐人體背部的器材背部分和ArmRest，即扶手部分的檢驗也是很必要的。 對跑步機底座（Base）的說明通過以上一系列說明，我們可以了解設計師對產品零部件進行親自設計的整個過程。當然比起專門的零部件設計者來說，他們的設計可能還存在著不足，但是這拓展了設計師的工作領域，重要的是創(chuàng)造產品的設計師通過參與產品的整個開發(fā)過程，可以開發(fā)出更具親和力，符合人體工程學的產品。 1.3.2 設計要素 1實用性 實用性就是泛指滿足人們生活需求開始與發(fā)展的?，F代家具不但要可靠、適用、安全，更重要的是滿足它的使用功能與舒適度。無論是靜負荷類家具或動負荷類家具，都應根據人體工效學的基本法則，結合人體的生理和心理的需求，設計出合理的家具尺度的和空間分割距離，給消費者創(chuàng)造一種最大限度的舒適和方便以及安全感、視覺美感等，最終回歸到最佳實用效果的目的上來?，F代家具賦予人們的美感是，通過人們的視覺、觸覺感官來體會與感應的。而家具的實用性程度，則是通過人們的反復使用、接觸與鑒別驗證的?，F代家具設計師水平的高低，只有通過努力探索、長期實踐與不斷總結，才能使自己的設計作品逐步達到日臻完善的設計追求目的。 2 藝術性 現代家具已不單純是簡單的日用消費品，家具產品作為一種文化現象發(fā)展到今天，它已經是現代人類生活中調劑居室環(huán)境的藝術品、裝飾品、是融藝術與實用于一體的一代全新消費品。同時也是直接影響到室內陳設藝術效果和現代居室文化品味的重要樂章和主旋律。為此，現代家具設計師就必須從這一高度來認真研究與分析家具設計的要素中的藝術性問題。家具設計過程中，不可或缺地要靈活借用實用美術設計中的一些基本做法，其中如產品外觀形體穩(wěn)定的均衡；線型的諧和與靈氣；裝飾紋樣的生動與形象逼真；五金輔件的格調的選擇；都需要設計師在實踐工作中，不斷提高自己的實用美術學科修養(yǎng)水平，才能適應當前中國國內市場國際化的激烈競爭態(tài)勢。沒有好的產品設計，便沒有較多市場份額的占有。 3 工藝性 誠如以上所述，當前，我國家具工業(yè)產品的科技制造含量已經發(fā)生了巨大變化，幾代構造特點的不同工藝構造款式的家具，都在不同的陳設環(huán)境與商場中頻煩亮相、爭奇斗妍。發(fā)展最為突出的是板式家具，或稱實木家具。70年代跑步機設計 宣傳比較多的KD型家具，今天已經發(fā)展到具有國際先進水平的RTA型家具。筆者可以斷言，板塊構成，實木裝飾型的新一代板式家具將會在我國家具工業(yè)產品系列中，長期占有一席之地，其發(fā)展前景也是舉足輕重的。 早在1995年的《家具》雜志編委年會上，業(yè)內著名學者專家就曾針對中國國內家具業(yè)發(fā)展趨勢，明確提出了今后我國家具工業(yè)新產品設計開發(fā)目標應本著“板式家具高檔化，實木家具藝術化，現代家具時裝化，設計手法個性化”的設計理論導向和真知灼見。姑且不論上述論點正確與否，但有一點勿庸置辯，現代家具，無論其工藝構成特點與含量如何，企業(yè)為適應國內市場國際化的竟爭需要，愈來愈趨向多品種、小批量、短周期的設計與生產方式。為便于家具實現工業(yè)化生產，又要兼顧到這類產品的工藝特殊性，形勢迫使我們家具設計師在完成造型設計的同時，還必須把握與駕馭產品工藝設計一環(huán)的工作。先迸的技術設備是實現造型工藝的具體手段，由于科技的發(fā)展，給復雜的造型工藝提供了可靠保證，設計師匠心獨造和綜合技術，可以創(chuàng)造出新的造型表現形式，傳統(tǒng)的加工方式，技術與造型的關系是同等的，現代家具設計師，則必須是家具工業(yè)生產領域內先進設備與高工藝水平加工技藝的熟知者與掌握者。從事專業(yè)設計的工程技術人員，應該是具有新型結構工藝制造學方面的復合型人材，方能挑起歷史賦予我們的重任。 4 經濟性 現代家具設計中，經濟性設計亦應是設計師不容忽視的一個重要設計環(huán)節(jié)，這其中也包涵了工藝性設計的外延與內涵，諸如加工手段與方法、材料的選擇與構成,工藝程序排列等等。板式家具設計中的單塊構件下料法(配料法)與零部件綜合下料法，前后兩者對比，后一種方法可節(jié)約原料8-10%。其中，同樣也包括人造板材類型的選擇與應用；裝飾貼在材料的應用方法與成本節(jié)約問題。 舉一例，毗鄰的兩家工廠設計一種雷同的巴洛克風格的休閑器材，由于其中一家工廠不注重研究產品設計中的經濟性沒計內容和方法，忽視了物耗成本這一價值規(guī)律，結果是兩家工廠的材料利用率相差3-5%。誠然，這其中不乏含有設計師水平高低之別?，F代家具設計師只有在設計實踐中，將實用性、藝術性、工藝性、經濟性(目標成本法則)有機地結合與靈活運用，才能實現不斷推出好的產品,奉獻給廣大消費者 第2章 人體工程學與跑步機設計 2.1 設計原則 跑步機的設計尺寸是根據人體尺寸來設計的,各個部分的定位均參照人體尺寸。人體的主要尺寸:國標GB10000-1988給出身高、體重、上臂長、前臂長、大腿長、小腿長共六項主要尺寸數據。 下表是我國成年人人體主要尺寸和坐姿人人體尺寸(摘自GB10000-1988《中國成年人人體尺寸》): 主要尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 百分位數 5 50 95 5 50 95 身高 1583 1678 1775 1484 1570 1659 體重∕kg 48 59 75 42 52 66 上臂長 289 313 338 262 284 308 前臂長 216 237 258 193 213 234 大腿長 428 465 505 402 438 476 小腿長 338 369 403 313 344 376 坐姿尺寸 男(18～60歲) 女(15～55歲) 坐高 858 908 958 809 855 901 坐姿頸椎 615 657 701 579 617 657 坐姿眼高 749 798 847 695 739 783 坐姿肩高 557 598 641 518 556 594 坐姿肘高 228 263 298 215 251 284 坐姿大腿 112 130 151 113 130 151 坐姿膝高 456 493 532 424 458 493 小腿加足 383 413 448 342 382 405 坐深 421 457 494 401 433 469 臀膝距 515 554 595 496 529 570 坐姿下肢 921 992 1063 851 912 975 表 我國成年人人體主要尺寸和坐姿人體尺寸 設計要點： 1. 座的形式與尺度及其功用有關 2. 座材的尺度必須參照人體測量學數據確定 3. 身體的主要重量應由臀部坐骨結節(jié)承擔 4. 座材前緣處，大腿與跑步機之間壓力應盡量減小 5. 腰椎下部應提供支承，設置適當的靠背以降低背部緊張度 6. 器材墊必須有足夠的墊料和適當的硬度，使其有助于體重壓力均勻地分布于坐骨結節(jié)區(qū)域 組成跑步機的功能是供人騎行，就發(fā)揮跑步機的功能作用而言，把人看作跑步機的組成部分是完全合理的。因此，人在騎機時組成了人一機系統(tǒng)，該人一機系統(tǒng)中的人一機界面關系可由圖1-1來進行分析。 2.2 人機工程設計設計 1、人與支撐部件的關系 支撐部件主要有機架、前叉、鞍座等，是跑步機的構架。支撐部分將其他零部件固定在相互間正確的位置上，保證跑步機的整體性，實現跑步機的功能。從人機關系來看，鞍座、機把和機架等的位置和大小，以及它們間的相互關系，與騎機人的位置和肌肉的動作有著性的設計參數。 2、人與動力接受部件關系 　　動力接受部件主要是腳蹬和曲柄。動力是靠騎機人的雙腳踩在腳蹬上，下肢運動的力使曲柄轉動而產生的。為了使人省力和有舒適感，必須在騎跑步機人的體格和體力與跑步機元件的尺寸關系上下功夫，即研究人體下肢肌肉的收縮運動與曲柄轉動之間的能量轉換問題。 3、人與傳動部件關系 　　傳動部件主要是滾珠、鏈條和帶輪。人的作用力是通過鏈條和帶輪傳動而帶動后輪轉動，從而使跑步機前移。傳動部分的設計關鍵是要有較高的傳動效率和可靠性，且有易操縱的變速機構。保證較高的傳動效率，才能使人用一定的肌力而獲得較大的輸出功率。 4、人與工作部件關系 　　工作部件就是機輪，即機圈、輪胎等。絕大部分輪胎是充氣的，少數是實心的。機輪一方面把騎機人的肌肉力量，有效地轉換為同地面接觸而向前運動的力；另一方面將騎機人的握力轉換為與接地部分所產生的剎機阻力。在設計跑步機的各部分尺寸、機閘及變速器等時，應該著眼于騎機人一動力一傳動一工作的連貫性，才可能設計出同騎機人手的大小或握力相適應的閘把、剎機力適當的機閘，才不會發(fā)生剎機阻力不夠而造成失誤現象。 2.3 影響跑步機性能的人體因素 影響跑步機性能的人體因素很多，如圖1-2 所示。現主要分析下述幾點： 1．人的體格因素 以身高 H 為基本因素，其他身體的能力與 H 成比例，并有與H2、 H3成比例的特性。如手　　臂、腿、氣管等的長度與身高成比例，從而以骨關節(jié)為中心所產生的力矩、步幅等，都取決于H的大小。肌肉、大動脈、骨骼的截面積以及肺泡的表面積等都可看成與 H2成比例。肺活量、血液量、心臟容量等都可看成與 H3成比例。體格對出力性能的影響，從理論上講，彈跳能力與H成比例，速度能力與 H2成比例，作功能力和 H3成比例。但實際上因每個人身體素質不同，常有20％以上的偏差。 2．人的下肢肌力 跑步機騎行的原動力，主要是騎機人的下肢肌力。人騎機時，骨骼肌肉內部的化學能轉換為肌肉收縮的機械能。跑步機腳蹬的轉動就是通過腿肌收縮出力而完成的，一般說腿肌長的人比腿肌短的人有利。肌肉收縮時產生的力，一般與肌肉的截面積成比例，約為每平方厘米40--50N ，通過一定訓練的人可提高到65N 。 圖1-2 影響跑步機性能的人體因素 3．人的輸出功率 人輸出的功率隨著騎機人的體格、體力、騎機姿勢、持續(xù)時間和速比等的變化而變化。一般成年男人的最大輸出功率約為 0.7 馬力（ 0.51 kw ) ，能持續(xù) 10s左右。如果持續(xù)時間長，其值要小得多，持續(xù) lh ，大約只有 1.0-0.7馬力（0.07-0.15kw）。 4．人的腳踏速度 跑步機運動是很有節(jié)奏的，其節(jié)奏常常與人的心臟節(jié)律保持一定關系。健康人的心臟跳動為70 次／min ，一般腳踏以 60r/min 節(jié)奏轉動較為合適。設計時以這一常用速度來確定相關設計參數。 5．人的平衡機能 騎機人本身的平衡機能是影響跑步機性能的重要因素，如果缺少平衡機能，哪怕是運動性能很好的跑步機也不能平穩(wěn)行駛；若人有很好的平衡機能，卻可掩蓋跑步機設計上的某些缺陷。 6．人的手和握力 影響剎機性能的人的因素主要是人的手和握力，男性和女性，成年人和兒童，手的大小和握力都不相同。據試驗，為了長時間施閘而不致使手有疼痛的感覺，希望只用最大握力的10％左右便能得到必要的減速度。 7 ．人的疲勞 人體疲勞和疼痛是對騎機出力性能的不利因素，其產生原因有人體因素，也有跑步機結構因素。疲勞和疼痛一般是由于部分肌肉負擔過大，騎機姿勢不合適，以及體重對鞍座的體壓分體不合適等引起的。此外，影響出力因素還有人的最大攝氧量。 2.4 跑步機設計結構要素分析 影響跑步機性能的因素除了上述人的因素外，還有許多機械因素，如圖1-3所示。為了獲得跑步機較佳的性能，必須把人的因素與機械因素有機地結合起來，以使人一機協(xié)調。為此，著重分析與人體相關的結構要素。 1．速比 大小帶輪的齒數比，與帶輪直徑比相一致，一般控制在2.3-4.0的范圍內。利用速比關系可取得騎行時所必要的功率和必要的速度。速比要合適，如果太小，無論人的肌力有多大，由于不能充分提高轉速，所以就得不到大的輸出功率。也由于速比小，在限定的曲柄轉速下，得不到必要的騎行速度（后輪轉速）。速比過大時，要求的踏力也大，容易使人疲勞。為了保持不疲倦的持續(xù)騎行，希望肌肉的負擔約為最大肌力的10% ，按此選擇速比和曲柄轉速，可得到比較好的效果。 2．曲柄長度 傳統(tǒng)的跑步機設計，一般從杠桿原理考慮比較多，對人研究少，認為曲柄越長越有力。曲柄 過長后，為了不使腳蹬碰到前泥板，不得不加大中軸至前軸的距離（前心距）。這樣勢必加長機架，影響了正確的坐機姿勢，使人感到臀部痛。若能按人的身長或下肢長來考慮曲柄長度，則可使人省力和舒適。通常曲柄長度的基準，取人體身長的 1／10 ，也相當于大腿骨長的 1／2 。 4 ．鞍座位置 鞍座裝得過低，騎行時雙腳始終呈彎曲狀態(tài)，腿部肌肉得不到放松，時間長了就會感到疲軟 無力；鞍座裝得過高，騎行時腿部的肌肉拉得過緊，腳趾部分用力過多，雙腳也容易疲勞。騎機時適當的用力部位是腳掌。設計或校正鞍座位置高低最常用的方法，是使手臂的腋窩部位中心緊靠鞍座中部，使手的中指能觸到裝配帶輪的中軸心為宜。人體各部尺寸都有一定的聯系，只要腋窩中心至中指的長度確定下來，鞍座高度便可大致確定。行駛較快的機，鞍座位置要向前移動，行駛較慢的機，鞍座位置要向后移動，否則都不利于騎行，如圖1-4 ( b ）、（ c ）所示。 5 ．機閘 設計時，閘把開擋、力率和閘把力要與人手的大小和握力相適應。靈敏度高的機閘，隨著閘把上力的增大，剎機力也按比例地增加。如果閘把力到達某一程度不發(fā)生剎機作用，繼而又驟然生效，說明這種機閘設計不良。在緊急情況下操縱時，理想的施閘力和減速度見表1-1 。 表1-1 理想的施閘力和減速度 閘把施閘力/N 相對握力% 減速度 說明 60 350 500 10 70 100 0.1g 0.6g 0.8g 控制下坡速度 全剎機 緊急全剎機 注：g=9.8m/s2 2.5人一機動態(tài)特性分析 　　 1 ．動態(tài)穩(wěn)定性 　　 跑步機的穩(wěn)定是行駛過程中的穩(wěn)定，是一種動態(tài)平衡的穩(wěn)定性。動態(tài)穩(wěn)定性影響到跑步機騎行中的動作，包括直進穩(wěn)定性和前后左右方向的穩(wěn)定性，見圖 1-5(a）。顯然，穩(wěn)定性對安全行駛是必不可少的特性。 　　 2．力學特性 　　 跑步機行駛在平地上轉彎的條件是側向力（與離心力平衡）與跑步機總重量（人和機的重量）的合力作用線要通過輪胎與地面的接觸點。這當然與騎機人有關，但更重要的是跑步機的造型要有適合這種力學特征的結構形式。 人體和機身向內傾的角度相等。即騎機人身體的中心線和機子的中心線一致時，跑步機就可以轉彎，即所謂中傾旋轉，見圖1-5(b) ；騎機人的傾斜角比機子的傾斜角大時，此時的轉彎即所謂內傾旋轉，見圖（c）；騎機人的傾斜角比機子的傾斜角小時，此時的轉彎即所謂外傾旋轉。 第3章 總體機械結構設計 3.1跑步機的構成 跑步機的整體構成由以下幾大模塊： (1).機身 在行駛中，機身的造型對整個行駛的效率有著很大的影響，因為機身的造型直接影響到的是行進的阻力。此處設計的水陸跑步機的機體造型也已達到最小阻力位佳，通過流體力學，我們可以針對各種造型在水中行進時所受的阻力進行分析，核定最佳造型設計以達到最佳運動效率。 (2).傳動系統(tǒng) 通過機械設計我們可以比較確切的分析各種傳動系統(tǒng)的傳動關系進而計算出總傳動系統(tǒng)的傳動效率進行核算。 (4).導向機構 正常直線行駛時，導向機構應不構成阻力，設計的導向機構應簡單便捷為好。 3.2 跑步機方案設計 目前跑步機設計各式各樣，這里的設計主要從傳動系統(tǒng)方面來結合設計。分析以上性能需求 工作機構類型選擇帶傳動,屬于定傳動比勻速轉動機構。帶傳動具有結構簡單，成本低廉 能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞，具有過載保護作用 3.3 同步帶的概述 3.3.1同步帶介紹 同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 同步帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖3.1 同步帶傳動 同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。 同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達1:10。允許線速度可達50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。 本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 3.3.2同步帶的特點 　(1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； 　　(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； 　　(3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯； 　　(4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低； 　　(5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦； 　　(6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。 3.3.3同步帶傳動的主要失效形式 在同步帶傳動中常見的失效形式有如下幾種： (1)、同步帶的承載繩斷裂破壞 同步帶在運轉過程中承載繩斷裂損壞是常見的失效形式。失效原因是帶在傳遞動力過程中，在承載繩作用有過大的拉力，而使承載繩被拉斷。此外當選用的主動撈輪直徑過小，使承載繩在進入和退出帶掄中承受較大的周期性的彎曲疲勞應力作用，也會產生彎曲疲勞折斷(見圖3-2)。 圖3.2 同步帶承載繩斷裂損壞 (2)、同步帶的爬齒和跳齒 根據對帶爬齒和跳齒現象的分析，帶的爬齒和眺齒是由于幾何和力學兩種因素所引起。因此為避免產生爬齒和跳齒，可采用以下一些措施： 1、控制同步帶所傳遞的圓周力，使它小于或等于由帶型號所決定的許用圓周力。 2、控制帶與帶輪間的節(jié)距差值，使它位于允許的節(jié)距誤差范圍內。 3、適當增大帶安裝時的初拉力開。，使帶齒不易從輪齒槽中滑出。 4、提高同步帶基體材料的硬度，減少帶的彈性變形，可以減少爬齒現象的產生。 (3)、帶齒的剪切破壞 帶齒在與帶輪齒嚙合傳力過程中，在剪切和擠壓應力作用下帶齒表面產生裂紋此裂紋逐漸向齒根部擴展，并沿承線繩表面延件，直至整個帶齒與帶基體脫離，這就是帶齒的剪切脫落（見圖3-3）。造成帶齒剪切脫落的原因大致有如下幾個： 1、同步帶與帶輪問有較大的節(jié)距差，使帶齒無法完全進入輪齒槽，從而產生不完全嚙合狀態(tài)，而使帶齒在較小的接觸面積上承受過大的載荷，從而產生應力集中，導致帶齒剪切損壞。 2、帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數過少，使嚙合帶齒承受過大的載荷，而產生剪切破壞。 3、同步帶的基體材料強度差。 為減少帶齒被剪切，首先應嚴格控制帶與帶輪間的節(jié)距誤差，保證帶齒與輪齒能正確嚙合；其次應使帶與帶輪在圍齒區(qū)內的嚙合齒數等于或大于6，此外在選材上應采用有較高勿切韌擠壓強度的材料作為帶的基體材料。 圖3.3 帶齒的剪切破壞 (4)、帶齒的磨損 帶齒的磨損（見圖3-4）包括帶齒工作面及帶齒齒頂因角處和齒谷底部的廓損。造成磨損的原因是過大的張緊力和忻齒和輪齒間的嚙合干涉。因此減少帶齒的磨損，應在安裝時合理的調整帶的張緊力；在帶齒齒形設計時，選用較大的帶齒齒頂圓角半徑，以減少嚙合時輪齒的擠壓和刮削；此外應提高同步帶帶齒材料的耐磨性。 圖3.4 帶齒磨損 (5)、同步帶帶背的龜裂(圖3-5) 同步帶在運轉一段時期后，有時在帶背會產生龜裂現象，而使帶失效。同步帶帶背產 生龜裂的原因如下， 1、帶基體材料的老化所引起； 2、帶長期工作在道低的溫度下，使帶背基體材料產生龜裂。 圖3.5 同步帶帶背龜裂 防止帶背龜裂的方法是改進帶基體材料的材質，提向材料的耐寒、耐熱性和抗老化性能，此外盡量避免同步帶在低溫和高溫條件下工作。 3.3.4 同步帶傳動的設計準則 據對同步帶傳動失效形式的分析，可知如同步帶與帶輪材料有較高的機械性能，制造工藝合理，帶、輪的尺寸控制嚴格，安裝調試也正確，那么許多失效形式均可避免。因此，在正常工作條件下，同步帶傳動的主要失效形式為如下三種； (1)同步帶的承載繩疲勞拉斷； (2同步帶的打滑和跳齒； (3)同步帶帶齒的磨損。 因此，同步帶傳動的設計淮則是同步帶在不打滑情況下，具有較高的抗拉強度，保證承線繩不被拉斷。此外，在灰塵、雜質較多的工作條件下應對帶齒進行耐磨性計算。 3.3.5同步帶分類 同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。 梯形齒同步帶 梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。 　　梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數制。我國采用節(jié)距制，并根據ISO 5296制訂了同步帶傳動相應標準GB/T 11361～11362-1989和GB/T 11616-1989。 弧齒同步帶 弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。 　　弧齒同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。 3.4 同步帶傳動計算 3.4.1 同步帶計算選型 設計功率是根據需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下： 式中 ——需要傳遞的名義功率 ——工作情況系數，按表2工作情況系數選取=1.7； 表3-3.工作情況系數 確定帶的型號和節(jié)距 可根據同步帶傳動的設計功率Pd'和小帶輪轉速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4 表3-4 選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm 選擇小帶輪齒數z1，z2 可根據同步帶的最小許用齒數確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數14。 實際齒數應該大于這個數據 初步取值z1=34故大帶輪齒數為：z2=i×z1=1×z1=34。 故z1=34，z2=34。 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 驗證帶速v 由公式v=πd1n1/60000計算得， s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩 根據《機械設計基礎》得 所以有： 現在選取軸間間距為取224mm 10、同步帶帶長及其齒數確定 =() = =719.7mm 11、帶輪嚙合齒數計算 有在本次設計中傳動比為1，所以嚙合齒數為帶輪齒數的一半，即=17。 12、基本額定功率的計算 查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以同步帶的基準額定功率為 ==0.21KW 表3-5 基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量 13、計算作用在軸上力 = =71.6N 3.4.2 同步帶的主要參數（結構部分） 1、同步帶的節(jié)線長度 同步帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要 參數。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內（見表3-6）。 表3-6 帶節(jié)線長度表 2、帶的節(jié)距Pb 如圖3-4所示，同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表3-5。 3、帶的齒根寬度 一個帶齒兩側齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。 圖3.7 帶的標準尺寸 表3-7 梯形齒標準同步帶的齒形尺寸 4、帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關t齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設計時應選適當的數值。 5、帶齒齒頂圓角半徑八 帶齒齒項圓角半徑八的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時， 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。 6、齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現象。 3.4.3 同步帶的設計 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。 表3-8 同步帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖3.8 同步帶 3.4.4 同步帶輪的設計 同步帶輪的設計的基本要求 1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。 2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。 3、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數量與切齒了作員，從而可提高生產率，降低制造成本。 4、具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產生爬齒和跳齒現象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。 同步帶輪的設計結果 同步帶輪用梯形齒，其圖形如圖4-4。 圖3.9 同步帶輪 3.5 帶傳動的張緊裝置的選擇 傳動中心不可變時，采用張緊輪 傳動中心可調時，采用滑軌+螺旋或者浮動軸。 ?? 表3-1張緊裝置 本跑步機中心距是可調的： a=a0+(Le- Le0)/2 =150-1.48 =148.52mm 則a1=153.52mm a2=140.52mm 范圍在140.52---153.52之間，則通過螺栓的前后移動來調節(jié)電機的前后移動，從而實現帶的調緊和放松。 3.6 軸的設計 3.6.1帶輪上力的計算 軸上傳遞的功率=X0.96X0.97X0.97=30.63 w 轉矩=9550000=9550000x30.63/150=1950110N.mm 3.6.2材料 可選軸的材料為45鋼，調質處理。 3.6.3計算軸的最小直徑 查《機械設計》表15-3可取=120， 由于軸的直徑小于100mm，且由3個鍵槽，故將軸徑增加15%，即 d=x(1+0.15)=7.066x1.05=8.1259 mm 將軸徑圓整為標準直徑，取d=10 mm 3.6.4軸的結構設計 1、軸結構 2、根據軸向定位的要求，確定軸的各段直徑和長度。 （1）、根據飛輪內徑可得d67=30 mm，根據飛輪的寬度可得出L67=20 mm，右側采用軸肩定為，取d78=38 mm，L78=11 mm。 （2）、初選深溝球軸承D6204，其尺寸為dxDxB=20x47x14,故d45=d910=20 mm，根據裝配關系取L45=L910=15 mm 。 （3）、5處為一定位軸肩，故取d56=d89=25 mm，根據裝配關系，計算得L56=L89=383 mm 。 （4）、3處為一定位軸肩，故取d23=d910=16 mm，根據裝配關系，計算得L23=L910=33 mm。 （5）、1處為軸的最小直徑d=10 mm，攻螺紋，與螺母配合，選擇螺母為 GB/T 6172.1。通過查《機械設計手冊》的螺母厚度m=5 mm，由于采用雙螺母預緊，故取L12=L1213=19 mm。 （6）、4處為一定位軸肩，所以取d34=d1011=18 mm，根據裝配關系計算得出，L34=L1011=40 mm。 至此已經確定了軸的各段長度和直徑。 3.7 軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度。驗算傾角時，若支撐類型相同則只需驗算支反力最大支撐處傾角；當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時，則齒輪處傾角不必驗算。驗算撓度時，要求驗算受力最大的齒輪處，但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度（誤差<%3）. 當軸的各段直徑相差不大，計算精度要求不高時，可看做等直徑，采用平均直徑進行計算，計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度，花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算。彎曲剛度驗算；的剛度時可采用平均直徑或當量直徑。一般將軸化為集中載荷下的簡支梁，其撓度和傾角計算公式見【5】表7-15.分別求出各載荷作用下所產生的撓度和傾角，然后疊加，注意方向符號，在同一平面上進行代數疊加，不在同一平面上進行向量疊加。 ：通過受力分析， 最大撓度： 查【1】表3-12許用撓度； 。 3.8 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼，由【4】表6-2查的許用擠壓應力,取其中間值，。鍵的工作長度，鍵與輪榖鍵槽的接觸高度。由【4】式（6-1）可得 可見連接的擠壓強度足夠了，鍵的標記為： 3.9 軸承的校核 ⑴、軸軸承的校核 Ⅰ軸選用的是深溝球軸承6206，其基本額定負荷為19.5KN, 由于該軸的轉速是定值，所以齒輪越小越靠近軸承，對軸承的要求越高。根據設計要求，應該對Ⅰ軸未端的滾子軸承進行校核。 ②軸傳遞的轉矩 ∴ 受力 根據受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為: 在水平面： 在水平面： ∴ ④因軸承在運轉中有中等沖擊載荷，又由于不受軸向力，【4】表13-6查得載荷系數，取，則有： ⑤軸承的壽命計算:所以按軸承的受力大小計算壽命 故該軸承6206能滿足要求。 ⑵、其他軸的軸承校核同上，均符合要求。 圖3-2 UG跑步機整體設計圖 結 論 經過幾個月的努力，并且在指導老師和同學的幫助下完成了此次跑步機的畢業(yè)設計，從最開始查找各種關于本次畢業(yè)設計的資料到確定總體方案，機械傳動部件的選型，最后到撰寫說明書，這是一個學習的過程，更是一個實踐的過程。在大學四年當中，我接觸和吸收了大量機械知識，通過此次的畢業(yè)設計設計，讓我能有機會把學到的理論知識用到實踐中。在今后的學習生活中，這次畢業(yè)設計的經歷將起到重要幫助作用，通過設計使我更加接近生產實際，鍛煉了將理論運用于實際的分析和解決實際問題的能力，鞏固、加深了有關機械設計方面的知識。 通過這次的畢業(yè)設計，我對機電一體化系統(tǒng)設計方案的擬定有了一定的認識，機械傳動部件的選用原則，機械傳動部件設計計算方案的原理等方面都有了一定的認識。此次設計，我認為最重要的事情就是讓我明白了，無論做什么事情，要想做好，必須態(tài)度端正；要善于學習，時刻學習；做事要嚴謹、認真，細致、不怕吃苦，還要有創(chuàng)新精神。 33 參考文獻 [1]丁玉蘭《人機工程學第三版》 北京理工出版社, 2005 [2] 鄒慧君主編《機械原理》 北京高等教育出版社1999 [3] 申永勝主編《機械原理教程》 北京、清華大學出版社1999 [4] 張偉社主編《機械原理》 西北工業(yè)大學出版社2001 [5] 鄒慧君主編《機械原理課程設計手冊》 高等教育出版社1998 [6] 趙松年主編《現代機械創(chuàng)新產品分析與設計》 2000 [7] 楊家軍主編《機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計》 華中理工大學出版社2000 [8] 張春林主編《機械創(chuàng)新設計》 機械工業(yè)出版社1999 [9] 機械設計手冊編委會《機械設計手冊新版2，3卷》 機械工業(yè)出版社，2004 [10]卜炎主編《機械傳動裝置設計手冊（上冊）》 機械工業(yè)出版社1999 [11]何燦群《人體工學與藝術設計》 長沙湖南大學出版社，2004 [12]阮寶湘/郡祥華《工業(yè)設計人體工