机械设计发明双人健身机说明书.docx

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机械设计发明双人健身机说明书

第一章概述............................................................................................2

1.1设计背景...................................................................................................2

1.2本设计的独特优势及分析.....................................................................2

第二章作品说明书..................................................................................................3

2.1作品简介.....................................................................................................4

2.1.1作品结构.................................................................................................................4

2.1.2作品使用方法..........................................................................................................4

第三章参数计算.....................................................................................................5

3.1传送系统属性..........................................................................................5

3.2传送速度的计算.........................................................................................6

第四章作品的成本计算及其推广.....................................................................11

4.1成本计算............................................................................................................11

4.2作品的推广.........................................................................................................11

结束语.......................................................................................................................12

参考文献...................................................................................................................12

第一章概述

1.1、设计背景

随着当今社会的飞速发展，经济生活也在不断提升。

人们为了跟上时代的发展，人们都在通过各种途径充实自己的知识，只为自己能够拥有更好的工作条件。

每天都在不断地忙碌，使得人们没有时间到运动场做运动，有些地方甚至没有提供运动的场所。

家庭成员之间、朋友之间的交流也在不断地减少。

而长期不运动或者亲属之间的不交流会导致许许多多的的家庭问题，朋友之间缺少沟通会导致亲友之间的亲密感慢慢变淡，久而久之就会成为见面只打招呼的熟人。

当前市场上可供双人同时运动和交流的室内机械设计几乎没有，更多的机械设计产品只针对单人运动而设计。

而这一届的全国大学生机械创新设计大赛的主题“幸福生活――今天和明天”。

内容为“休闲娱乐机和家庭用机械的设计和制作”为我们设计小组提供了一个创想的空间。

想要拥有一个幸福的家庭生活，家庭成员之间就要有一个交流的空间和媒介，而家庭休闲娱乐运动的器材可以用跑步机，但是跑步机是单人运动机械，还需要电动，而又有什么可以代替电动呢？

对了！

用自行车带动代替电动。

既可以双人一起运动，又可以交流。

由此，一项创新设计发明的大概轮廓初现我们的脑海。

用改装的自行车带动跑步机的双人健身机应运而生了。

1.2本设计的独特优势分析

总结以往跑步机的不足，经过多方面的改进与完善，我们的设计形成了自己独特的优势。

（1）满足双人同时跑步运动

该跑步机通过自行车传动跑步机，能满足双人同时运动，避免了停电条件下无法使用跑步机以及安全、节能问题。

（2）实现边运动边交流

该设计的独特之处在于实现两人运动锻炼交流两不误，使两人间默契得以加强，促进家庭和谐生活。

（3）坡度设计

该跑步机设计角度为15度斜角，可以轻松增加运动量，可满足不同需求运动量。

（4）性价比高

该健身器的竞争优势还在于性价比非常高，超低的价格，优良的品质。

第二章作品说明书

2.1作品简介

2.1.1、作品结构

作品结构图如下：

此双人健身机，展开长190cm收起长116cm宽60cm高116cm总质量为：

30kg。

主要由机械式跑步机、传送带、自行车等部分组成。

跑步机可以单独运动，传送带可以实现双人运动，即自行车带动机械式跑步机，使跑步机的运动更加的平稳。

2.1.2作品使用方法：

双人健身机的突出特点是健身不受环境限制，简单易学，男女老少皆宜，对人体肌肉、骨骼以及改善人的心脏血管机能等都有良好的效果。

目前，市场上双人健身机比较少，双人健身机的特点是自行车运动通过传送带带动跑步机使人以不同的速度被动的跑步或走动，科学性和指导性比较强。

1、在确认跑步机安装好以后才能使用，即使在家中练习跑步机，也要穿运动装和

2、运动鞋进行练习，不要光脚练习

3、跑步前请热身3到5分钟，如关节运动、慢走

4、在练习的过程中，最好每15分钟就补充一定的水分，但不可太多，不要在跑步机上进行倒走练习。

5、训练强度不宜过大，不一定非要练得大汗淋淋，这样的效果并不见得就好，患有心脏疾病或高血压的朋友更不宜大运动量使用跑步机，室内空气要保持畅通，空调不宜开得过高。

6、如果是为了减脂而练习跑步机，可在练习期间配合腹部力量训练，如仰卧起坐等

7、双人健身机为室内健身器材，请勿室外使用，若在阳台使用，务必防雨防暴晒，摆放场所要干净平整。

7、锻炼时不能穿太长，太宽松的衣服，以免衣服挂到跑步机上造成安全事故。

建议穿有胶底的跑步鞋或健身鞋锻炼。

8、当你使用双人健身机进行双人锻炼时，请勿站在跑带上启动。

启动前你可以站在跑带两边的修饰边上，等跑带开始运动之后再在跑带上运动，启动速度不宜过大，不要试图跳上快速运动的跑带上，以免造成安全事故。

9、双人健身机在使用时，请勿让小孩和宠物靠近，以免发生意外，未成年人及老人运动时需有成年人在旁陪护。

10、速度不宜过快，健身时间不宜过晚。

11、健身后要有适当的放松活动。

12、健身活动不要在饭后进行。

13、妇女在经期，孕期、产后两个月尽量不要进行健身跑。

15、少年儿童健身最好有成年人进行指导，严格控制运动量，避免过度疲劳，影响发育。

第三章参数计算

3.1传送系统属性

1、此双人健身机，展开长190cm收起长116cm宽60cm高116cm总质量为：

30kg

大齿轮的直径D1=18cm飞轮的直径D2=7cm大齿轮与飞轮的中心距为L1=37cm

链条长度的计算：

L=37*2+3.14*9/2+3.14*3.5/2=93.6cm

3、皮带轮的直径D3=14cm跑步机滚筒的直径D4=4cm皮带轮与跑步机滚筒轴的中心距为L2=57cm

4、皮带长度的计算：

L传=57*2+3.14*14/2+3.14*4/2=142.2cm

取大齿轮为主动轮1，飞轮为从动轮1，皮带轮为主动轮2，跑步机滚筒为从动轮2

3.2传送速度的计算

线速度的计算：

由线速度V=3.14*d*n有

V主=V从=n主/n从=d从/d主

d主1=0.18md从1=0.07m

d主1/d从1=0.18/0.07=2.57

自行车的转速有三个档位

低速条件下n主=40r/min

中速条件下n主=56r/min

高速条件下n主=70r/min

由n主/n从=d从/d主得n从=n主*d主1/d从

低速条件下n主=40r/min

n从=40*2.57=103r/min

中速条件下n主=56r/min

n从=56*2.57=144r/min

高速条件下n主=70r/min

n从=70*2.57=180r/min

因为皮带轮是和飞轮是共轴同心的所以皮带轮的n主2=n从

同理可得

低速条件下n从2=361r/min

中速条件下n从2=504r/min

高速条件下n从2=630r/min

计算跑带的线速度V

由V=3.14*d*n可得

低速条件下V=3.14*4*361/（60*100）=0.75m/s

中速条件下V=3.14*4*504/（60*100）=1.06m/s

高速条件下V=3.14*4*630/（60*100）=1.32m/s

计算皮带的线速度V1

由于皮带和跑带在同一条轴上运动，只是运动方向相反而已，所以

V1=V即

低速条件下V=V1=0.75m/s

中速条件下V=V1=1.06m/s

高速条件下V=V1=1.32m/s

因为皮带的功率为P=F*V

假设皮带的预紧力为30N硬橡胶与皮带的摩擦系数为0.2皮带与皮带轮的摩擦系数为0.4

硬橡胶与皮带的摩擦力f1=µ*FN=0.2*30=6N

皮带与皮带轮的摩擦力f2=µ*FN=0.4*30=12N

由W=F*S有

在低速条件下W=F*S=（12+6）*45.2=813.6J

由P=W/t得

P=W/t=813.6/60=18W

在中速条件下W=F*S=（12+6）*63.3=1139.4J

由P=W/t得

P=W/t=1139.4/60=19W

在高速条件下W=F*S=（12+6）*79.1=1423.8J

由P=W/t得

P=W/t=1423.8/60=23.73W

皮带的转距

假设飞轮的功率为100W转速为180r/min

M=9550*P/N=9550*0.1/180=5.3N/m

M=D*（F1-F2）/2

F1-F2=2M/D

F1-F2=2*5.3/（14x10-2）=75.5N

式中M为飞轮的转矩（N/m），P为飞轮的额定功率，N为额定转速（r/min），D为皮带轮直径（cm），EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为紧边张力，EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为松边张力

皮带的有效力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

Fe=F1-F2=75.5N

低速条件下张紧侧皮带的张力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

F1=Fe（eµθ/（eµθ-1）+wgv2/g

=75.5*（2.7180.4*3.14/（2.7180.4*3.14-1））+0.3*0.7562

=105.8N

式中EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为皮带与皮带轮的摩擦系数，EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为皮带与皮带轮接触部分的中心角，w为皮带的重量（kg/m），v为皮带速度（m/s）。

低速条件下松弛侧皮带的张力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

F2=Fe（1/（eµθ-1））+wgv2/g

=75.5*（1/（2.7180.4*3.14-1））+0.3*0.7562

=30.4N

同理在中速条件下F1=106NF2=30.5N

高速条件下F1=106.2NF2=30.7N

皮带的传递功率p

P=Fev/1002=（75.5*1.32）/1002=99.5w

皮带的极限速度EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

硬橡胶与跑带的摩擦力f1=µ*FN=0.2*30=6N

由W=F*S有

在低速条件下W=F*S=（6*2）*45.2=542.4J

由P=W/t得

P=W/t=542.4/60=9.04W

在中速条件下W=F*S=（6*2）*63.3=759.6J

由P=W/t得

P=W/t=759.6/60=12.66W

在高速条件下W=F*S=（6*2）*79.1=949.2J

由P=W/t得

P=W/t=949.2/60=15.82W

跑带的转矩

M=9550*P/N=9550*0.099/630=1.5N/m

M=D*（F1-F2）/2

F1-F2=2M/D

F1-F2=2*1.5/（4x10-2）=75N

式中M为跑步机滚筒轴的转矩（N/m），P为跑步机滚筒轴的额定功率，N为额定转速（r/min），D为跑步机滚筒轴直径（cm），EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为紧边张力，EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为松边张力

跑带的有效力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

Fe=F1-F2=75N

低速条件下张紧侧皮带的张力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

F1=Fe（eµθ/（eµθ-1）+wgv2/g

=75*（2.7180.2*3.14/（2.7180.2*3.14-1））+0.7*0.7562

=161.6N

式中EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为皮带与跑步机滚筒的摩擦系数，EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT为皮带与跑步机滚筒接触部分的中心角，w为皮带的重量（kg/m），v为皮带速度（m/s）。

低速条件下松弛侧皮带的张力EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

F2=Fe（1/（eµθ-1））+wgv2/g

=75*（1/（2.7180.2*3.14-1））+0.7*0.7562

=86.6N

同理在中速条件下F1=162NF2=87N

高速条件下F1=162.4NF2=87.4N

跑带的传递功率p

P=Fev/1002=（75*1.32）/1002=98.8w

跑带的极限速度EMBEDEquation.DSMT4\*MERGEFORMAT

第四章作品的成本计算及其推广

4.1成本计算

1.自动喷漆3瓶计30元

2.吸汗带2卷计20元

3.40*60胶垫计18元

4.双人健身机结构加工费与材料费计400元

5.走步机一个230元

6.自行车改装及备件共140元

7.旧自行车一辆70元

总计：

908元

4.2作品的推广

该作品属于双人使用或单人使用自行车也可以单人使用跑步机进行运动，健身机重心低，运动起来不会出现晃动，外形美观，性能稳定，安全可靠，跑步机与自行车可以拆开，各自搬运。

且性价比低，具有很强的市场推广价值。

该作品最为突出的设想是把一般运动机只能一个人单独使用改成双人运动的同时，人与人之间可以通过双人健身机这个媒介进行交流沟通，增进感情。

是各种宅男宅女们和运动爱好者在家中寻求运动的良品健身机机。

结束语

我从小酷爱机械设计，做过很多机械模型，于是，我和我的同学很乐意参加此次设计比赛。

设计是一件很费脑筋的事，尤其是创新设计。

这些天，我和队友天天到图书馆查阅资料，并且从网上搜索了很多有关跑步机的资料。

经过对资料的研究，我们发现以往的跑步机存在一些可以改进的地方，有的不能两人同时运动，有的功能单一等。

对于以上一些问题，我们加以改正，增加了自己独特的设计：

就是一台健身机可以同时使用，或是单人使用自行车部分健身或跑步机运动。

为了使健身机满足多人使用，我们独特设计的双人健身机适合各年龄阶段人群使用。

对于参数的计算，特别是功率、转数的计算，我们也费了很大的心思，查阅了很多相关资料，设计过程很辛苦，但结果令人欣慰。

经过大家共同努力，克服重重难关，终于完成了本次的设计。

由于设计时间有限，尚有一点不足之处，比如，自行车部分拆装起来不方便。

若是能把自行车设计成可折叠的结构会更加方便，易于携带。

我相信随着科技的发展，社会的进步，产品优化更新，该产品会更加完善。

参考文献：

《机械设计基础》黄华梁、彭文生编著、高等教育出版社2002

《机械制图》刘力编著，高等教育出版社2000

《工程力学》刘锋、禹奇才编著、华南理工大学出版社2000

《工程材料力学性能》束德林，机械工业出版社2007