【正文】 第 1章 緒論 1 第 1 章 緒 論 隨著我們國家經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平不斷提高 ，在物質(zhì)生活得到滿足的前提下，人們開始追求更高的生活質(zhì)量，通過不同的方式使生活變的更加豐富多彩。 由于這樣或那樣的原因， 健身 器材 越來越受人們所青睞 。 我們隨處可以感受到人們對健身的重視，不管是老年人，中年人還是兒童都會選擇一定的方式來健身。 選擇什么樣的健身方式和選擇什么樣健身器材也是值得人們所考慮的問題。 健身器材起源于 20世紀 70年代初的美國和加拿大，它的發(fā)明是一個很讓人認可的事，將人們的運動由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個創(chuàng)舉。 我們不用為每天刮風下雨影響 鍛煉效果而在意，這樣就使得跑步機成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備 。經(jīng)過 30 年的工業(yè)創(chuàng)新，使的美國及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者， 人們意識到了健身器材工業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大使用者接受。 我國到了 90 年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材，這是我國健身器材工業(yè)的開始。 現(xiàn)在大多數(shù)的健身器材都是固定在某個場所，如健身俱樂部，體 育場館和家庭等。這樣的健身器材雖然能夠達到一定的健身目的，但是 很難提升人們健身的樂趣。怎樣 才能讓人們既達到了健身的目的，又對健身產(chǎn)生樂趣。一種新型的健身器材 — 腳踏擺動健身踏板車的產(chǎn)生可以為我們解決這些問題。它的使用場 合很廣，如在上學(xué)的 路上，在上班的路上都可以健身，健身變得方便和具有樂趣。在健身的同 時可以享受大自然的美麗，給人們在身體上和精神上的享受。 腳踏擺動式健身踏板車在許多方面優(yōu)越于現(xiàn)有的運動健身器材，使其更具有市場，會越來越受人所青睞。 腳踏 擺動式三輪 健身踏板車設(shè)計為 自擬 課題，具有創(chuàng)新的設(shè)計， 要綜合考慮機械運動原理、機械設(shè)計學(xué) 和人因工程學(xué)方面的知識 。這次設(shè)計對我來說是一次很好的鍛煉機會，通過老師的指點，同學(xué)的幫助，對課題的內(nèi)容進行了探索和設(shè)計，現(xiàn)將設(shè)計過程和內(nèi)容闡述于下。 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 第 2 章 健身器材的現(xiàn)狀與發(fā)展 健身器材的產(chǎn)生與發(fā)展過程 健身器材的產(chǎn)生 健身器材起源于 20 世紀 70年代初的美國和加拿大，它的發(fā)明是一個很讓人認可的事，將人們的運動由室外轉(zhuǎn)向室內(nèi)，這是一個創(chuàng)舉。 我們不用為每天刮風下雨影響鍛煉效果而在意，這樣就使得跑步機成為健身器材中最受歡迎的設(shè)備 。經(jīng)過 30 年的工業(yè)創(chuàng)新，使的美國及加拿大的產(chǎn)品成為全球健身器材產(chǎn)品的領(lǐng)跑者， 人們意識到了健身器材工業(yè)是一個朝陽產(chǎn)業(yè)，而且越來越為廣大使用者接受。 我國到了 90 年代末才出現(xiàn)了一些廠家生產(chǎn)健身器材 ，這是我國健身器材工業(yè)的開始。 健身器材的發(fā)展 健身器材從當初單一的跑步機、室內(nèi)自行車等發(fā)展到現(xiàn)在的多功能健身車、健身椅等等 ，容入 越來越多的科學(xué)技術(shù)與科學(xué)的健身方法，使得健身越來越有成效。健身器材同時也向室外發(fā)展，我們可以在居民小區(qū)里看到一 些健身器材，那些健身器材小巧，使用方便，適合大眾化的健身需求。作 為一種室外健身器材，腳踏擺動式健身踏板車有它獨特的優(yōu)勢，那就是能夠移動健身，能夠在上班的路上、上學(xué)的路上，在公園休閑時體驗健身。 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車的特點 腳踏擺動式健身踏板車具有傳統(tǒng)踏 板車的小巧，靈活，可以折疊等等特點，正得到越來越多的健身愛好者的喜愛。它又有獨特的設(shè)計，那就是具有動力裝置，使踏板車得到了改進與發(fā)展，健身者通過腳踩踏板，使動力通過動力裝置傳遞給車輪，從而使得車子前進。它能夠達到時速 20 公里，動力裝置由棘輪和齒輪機構(gòu)組合而成，由于單一的基本機構(gòu)往往由于其本身所固有的局限性而無法滿足多方面的要求，采用組合機構(gòu)，既發(fā)揮了各基本結(jié)構(gòu)的特長，又避免各機構(gòu)的局限性，形成一種新的機構(gòu)系統(tǒng)。在腳踏擺動式健身踏板車啟動的時候，由于棘輪存在較大的空程，齒輪轉(zhuǎn)速越小，空程影響越明顯，所以只有當 車子獲得一定的初速度后才能踩動踏板，而在靜止狀態(tài)下直接踩動踏板將不能獲得理想效果。 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車的組成 腳踏擺動式健身踏板車主要包括以下 5 部分的內(nèi)容： 1. 車架第 3章 腳踏擺動式三輪健身踏板車的設(shè)計計算與說明 3 2. 折疊裝置 3. 動力裝置 4. 車輪 5. 其他裝置 下面就腳踏擺動式健身踏板車方案的可行性進行分析，對健身車 5 個部分的設(shè)計進行計算和說明。 運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 第 3 章 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車的設(shè)計計算與說明 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車可行性分析 腳踏擺動式 健身踏板車采用腳踩踏板使 不完全齒輪 擺動， 不完全齒輪 帶動 齒輪棘輪組合件 ， 傳遞給齒輪機構(gòu) ， 再 通過鏈條把動力傳遞到車輪，實現(xiàn)整個動力的傳遞。如踏板車要求時速達到 20公里，那么后輪的線速度為 [1]。 2 0 / 5 . 5 6 /v r k m h m s?? ? ? ? （ ） 后輪 的 轉(zhuǎn)速 （選擇直徑為 300 的輪子） / 2 5 . 5 6 / ( 2 3 . 1 4 0 . 1 5 ) 5 . 9 /n v r r s?? ? ? ? ? （ ） 取 不完全齒輪的轉(zhuǎn)速 4 /n r s? 4/ 5 . 9 / 0 . 1 6 7 3 5 . 4i n n? ? ?總 （ ） 齒輪總的傳動比為 ,齒輪傳動為二級齒輪增速 機構(gòu)，傳動比分別 為 和 。鏈傳動的傳動比為 。 也就是說只要使兩個 齒輪 每秒轉(zhuǎn)過 60度就可以保證踏板車有 20km/h的速度。動力傳遞方面， 取踏板車和人的總重量為 80kg，與地面的摩檫系數(shù)取 。 后輪傳遞提供的功率 [2]。 0 . 1 8 0 1 0 5 . 5 6 0 . 4 4 8P F V m g k w?? ? ? ? ? ? ? （ ） 其余各軸所傳遞的功率分別為 1 / 0 . 9 5 0 . 4 4 8 / 0 . 9 5 0 . 4 6 8P P k w? ? ? （ ） 21 / 0 . 9 2 0 . 4 4 8 / 0 . 9 2 0 . 5 1P P k w? ? ? （ ） 32 / 0 . 9 2 0 . 4 4 8 / 0 . 9 2 0 . 5 5 4P P k w? ? ? （ ） 人只要提供 的功率就可以是踏板車運動。 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車 的原理 大自然離我們有多遠，我們離健康就有多遠。身處城市，我們的運動健身空間被壓縮。但是空間少了并不意味著放棄運動健身。我們需要一種運動健身器械，它應(yīng)滿足： ，時尚且平易近人 讓人們使用的時候既能接受，又能具有實用價值。 。這就需要它老少兼宜安全 并且具有 容易上手使用 的特點 。 它應(yīng)當保證一定的運動量， 并且在此基礎(chǔ)上有 一種高效的運動健身效率。 這就是 設(shè)計 “腳踏擺動健身車 ”的原始動機。 第 3章 腳踏擺動式三輪健身踏板車的設(shè)計計算與說明 5 腳踏健身踏板車的動力傳遞部分由棘輪和 齒輪機構(gòu)組合而成，通過 不完全齒輪 的來回擺動帶動 齒輪 棘輪 組合件 的 擺動 ，再帶動 齒輪增速機構(gòu) ，最后通過鏈傳動把動力傳遞給后輪，實現(xiàn)后輪驅(qū)動 。在使用過程中首先需要使用者單腳蹬地，使車子獲得一定的速度后將兩腳一 左一右 放在踏板上，輕輕擺動上身，通過重心的移動來踩動踏板。由于棘輪機構(gòu)存在一定的空程，速度越小空程影響就越明顯，所以只有當車子獲得一定的初速度后才能踩動踏板，而在靜止狀態(tài)下直接踩動踏板將不能獲得理想的效果。運動原理圖如圖 31所示： 不完全齒輪 齒輪棘輪組合件 大齒輪 惰輪 小齒輪 大鏈輪 小鏈輪 圖 31 運動原理圖 按照圖中標出的箭頭方向，可以看出動力傳遞的方向，最后通過鏈輪把動力傳遞給后輪，實現(xiàn)后輪驅(qū)動。 腳踏擺動式 三輪 健身踏板車各部分的設(shè)計說明與計算 腳踏擺動式健身踏板車是一個機構(gòu)的組合體，它由各個功能不同的機構(gòu)按照一定的組合來共同完成踏板車的功能，現(xiàn)將各部分的功能說明如下 [3]。 車架的設(shè)計與計算 車架需要安裝軸及齒輪等幾乎全部的零部件，它的尺寸將影響車子的主要重量，設(shè)計合理的車架形狀能夠 使得車子變的輕巧，美觀等，除此之外，其強度也需要滿足它的使用者。在參考有關(guān)踏板車的資料后，決定采用類似 T型截面的鑄鐵梁結(jié)構(gòu)的材料制成車架，結(jié)構(gòu)簡單，通過校核其強度來滿足使用要求。鑄鐵雖然屬于脆性材料，不具備好的抗拉強度，但具備較好的塑性，抗壓強度較好，在使用過程中車架主要承受抗壓，所以在承受壓力時不易變形，保證齒輪傳動的穩(wěn)定。設(shè)計時主要考慮其抗壓和抗拉強度是否滿足使用要求， 此外，為了使踏板車設(shè)計更加美觀與小巧，對車架的寬度在滿足能夠安裝齒輪，齒輪運城學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 運動過程中不相互干涉后進行縮小，以便使得車子的重量進一步縮小。 車架平面圖如圖 32 所示： 圖 32 車架結(jié)構(gòu)圖 折疊裝置設(shè)計 折疊裝置 和制動裝置 是腳踏擺動式健身踏板車不可缺少的兩個結(jié)構(gòu)。折疊裝置的設(shè)計，能夠使得車子在不用時所占的空間更小，方便存放。而制動裝置的設(shè)計，能為使用者帶來方便與安全，這兩個部分使得踏板車的設(shè)計更加的合理。首先來說折疊裝置。通過有關(guān)資料