【正文】 學(xué)院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計(jì) 專(zhuān) 題 題 目： 姓 名： 譚辛佑 學(xué) 號(hào)： 20xx02024313 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 機(jī)制 B123 班 院 部： 機(jī)電工程學(xué)院 指導(dǎo)教師： 韓紅利 20xx 年 6 月 14 日 摘 要 踏步機(jī) （ stair steppers） ,是一種 常見(jiàn) 的 健身器材，同時(shí)又是最具 有 實(shí)用性 的健身器 材 。并且運(yùn)用 CAD 軟件將踏步機(jī)的關(guān)鍵零部件、結(jié)構(gòu)圖表示出來(lái)。經(jīng)常進(jìn)行重復(fù)的踏步運(yùn)動(dòng)容易使人產(chǎn)生厭倦，因此， 該設(shè)計(jì) 使踏步機(jī)的功能多樣化。在使用過(guò)程中， 機(jī)械連接 摩擦極易產(chǎn)生噪音。不過(guò)， 體形較胖的人或者身體較為瘦弱的人剛開(kāi)始接觸踏步機(jī)的時(shí)候可能會(huì)出現(xiàn)疲勞。 甚至一些踏步機(jī)還開(kāi)發(fā)了愈多的 創(chuàng)新設(shè)計(jì)， 例如 將橢圓機(jī)的動(dòng)作模式和標(biāo)準(zhǔn)踏步機(jī)的動(dòng)作模式結(jié)合在一起；還有些踏步機(jī)則將踏步運(yùn)動(dòng)和跑步機(jī)的傳送帶結(jié)合在一起，或者添加了像橢圓機(jī)那樣的上肢鍛煉扶手，以便加強(qiáng)上半身的鍛煉力度。 Icon、雙超 Kpower 舒華 SHSS、艾威 所以他的價(jià)格也相對(duì)便宜 ，產(chǎn)品種類(lèi)從迷你踏步機(jī)到配置有 電腦 控件的全尺寸踏步機(jī)一應(yīng)俱全；它 采用液壓阻尼缸來(lái)控制運(yùn)動(dòng)的頻幅。除了具有燃燒熱量、跑步機(jī)什么牌子的好提高心率和有氧呼吸能力以外，踏步機(jī)還能夠幫助健身者對(duì)小腿、腿腱、股四頭肌和臀部肌肉進(jìn)行塑型。有些踏步機(jī)還采用了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，將橢圓機(jī)的動(dòng)作模式和標(biāo)準(zhǔn)踏步機(jī)的動(dòng)作模式結(jié)合在一起；還有些踏步機(jī)則將踏步運(yùn)動(dòng)和跑步機(jī)的傳送帶結(jié)合在一起，或者添加了像橢圓機(jī)那樣的上肢鍛煉扶手，以便加強(qiáng)上半身的鍛煉力度，設(shè)計(jì)更加科學(xué)合理。 絕 大多數(shù) 的 企華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè) 共 45 頁(yè) 業(yè) 缺乏自主研發(fā) 能力。經(jīng)常進(jìn)行重復(fù)的踏步運(yùn)動(dòng)容易使人產(chǎn)生厭倦，因此，應(yīng)該使踏步機(jī)的功能多樣化。采用液壓油桿連接踏板與底座，通過(guò)液壓油桿提供緩沖力，能夠很好的消除運(yùn) 動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的噪音。 然而現(xiàn)當(dāng)代的快節(jié)奏生活應(yīng)接不暇 ,很多人沒(méi)有很多的空余時(shí)間甚至沒(méi)有時(shí)間去參加 各類(lèi)鍛煉身體的活動(dòng) ,因此 科學(xué)家們 想 出了 能讓自己足不出戶(hù) 并且不耗費(fèi)太多時(shí)間 就能達(dá)到強(qiáng)身建體的 方法 ,然后數(shù)不勝數(shù)的 健身器材 如雨后春筍 ,快速蔓延，而這 其中踏步機(jī)就是 在這眾多春筍中拔出的佼佼者 。它可以調(diào)節(jié)人的心情，促進(jìn)血液循環(huán)，增強(qiáng)心肺功能，發(fā)展肌肉力量，保持體型健美。 考慮到以上因素，踏步機(jī)腳踏板的材料比較適合選擇 硬度較高的塑料板 或者一種高分子合成樹(shù)脂。包括 純金屬 、合金、金屬材料 金屬間化合物 和特種金屬材料等。盡管高分子材料因普遍具有許多金屬和無(wú)機(jī)材料所無(wú)法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展，但目前已大規(guī)模生產(chǎn)的還是只能在尋常條件下使用的高分子物質(zhì)，即所謂的通用高分子，它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn)。然后 根據(jù)踏步機(jī)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為兩大類(lèi)材料，中碳鋼，踏步機(jī)的主體結(jié)構(gòu)（扶手、連桿、底座、 踏桿 、 活塞桿 ）主要用中碳鋼制造，由于中碳鋼材料具有較好的強(qiáng)度、剛度、塑性、韌性等特性，這些都能夠滿(mǎn)足踏步機(jī)踏步的需求。 ，便于加工。 缺點(diǎn)：因?yàn)樽鵁o(wú)法充分鍛煉到身體不太適合大眾。并且有手扶的裝置。且扶手處結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，沒(méi)有可伸縮性。 缺點(diǎn)：功能不夠完善，有噪音，沒(méi)扶手。當(dāng)人們?cè)诮?jīng)行鍛煉身體的時(shí)候，可以模仿腿部攀爬樓梯的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到鍛煉身體，有氧運(yùn)動(dòng)的目的。他在舒適方面，適合老人，適合小孩。 缺點(diǎn)：沒(méi)有缺點(diǎn)。相對(duì)的來(lái)說(shuō)，方案四的設(shè)計(jì)就充分考慮到了以上出現(xiàn)的種種問(wèn)題，結(jié)構(gòu)完善，功能齊全。 循環(huán)階梯式踏步機(jī)主要是讓使用者做類(lèi)似于爬樓梯的訓(xùn)練運(yùn)動(dòng)，此類(lèi)踏步機(jī)工作原理的特征主要是在構(gòu)型上擁有若干環(huán)接的階梯，當(dāng)使用者踩踏在踏板上時(shí)，利用重心帶動(dòng)踏板，如此可以讓使用者真正地做爬樓梯的運(yùn)動(dòng)，但是整體構(gòu)型相 對(duì)于其他類(lèi)別要來(lái)的大，因此較不適合在空間不大的家庭使用， 不過(guò)此類(lèi)最大的特色是作爬梯運(yùn)動(dòng)時(shí)，抬起的一腳會(huì)與踏板分開(kāi)，因此可以真正模擬爬樓梯運(yùn)動(dòng)，此類(lèi)踏步機(jī)可供專(zhuān)業(yè)的健身訓(xùn)練使用，缺點(diǎn)是循環(huán)階梯式踏步機(jī)不同于前述幾款，它是屬于重?fù)舴绞降牟忍み\(yùn)動(dòng)，因此對(duì)于機(jī)械零件會(huì)有輸送帶型、凸輪型等二型。液壓機(jī)械具有重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、布局便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 45 頁(yè) 靈活、控制方便等特點(diǎn)，速度、扭矩、功率均可做無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，快速性能好，工作平穩(wěn)、噪音小，已經(jīng)廣泛應(yīng)用到醫(yī)療、科技、軍事、工業(yè)、自動(dòng)化生產(chǎn)、運(yùn)輸、礦山、建筑、航空等領(lǐng)域。 在踏板上考慮了人體的美學(xué)以及舒適性，設(shè)計(jì)了防滑的裝置 。踏步機(jī)設(shè)計(jì)的是站立式的運(yùn)動(dòng)方式，成年人的站立運(yùn)動(dòng)靠大腿肌肉，臀部肌肉。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 36 查取數(shù)據(jù)可得： 身高 H :1754mm 前臂長(zhǎng) L2: 253mm 上臂長(zhǎng) L1: 333mm 大腿長(zhǎng) L3: 496mm 小腿長(zhǎng) L4: 396mm 腳掌長(zhǎng)： 250mm 腳掌寬： 100mm 綜合上述數(shù)據(jù)可以就可以設(shè)計(jì)出踏步機(jī)的大概基本尺寸。而且還得能夠承受人體的重量，而不至于破裂。如圖 38 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 38 踏板尺寸圖 踏步機(jī)踏桿的設(shè)計(jì) 踏步機(jī)踏桿（也叫踏步機(jī)支撐桿）， 是作為支撐整個(gè)人體重量的關(guān)鍵部件 。 初步擬定角度為 20 度。 綜上所述，踏步機(jī)踏桿的初步設(shè)計(jì)就成型了。 初 步方案如圖 310 所示： 圖 310踏步機(jī)踏桿尺寸圖 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁(yè) 共 45 頁(yè) 通過(guò)上文中對(duì)于人體的尺寸以及重量標(biāo)準(zhǔn)， 那么 當(dāng)體重為 75Kg 的人在踏步機(jī)上踏步 運(yùn)動(dòng) 時(shí) : M=75Kg， G=Mg=750N 單個(gè)踏桿平均所受的力為 375N. 因此 該踏桿強(qiáng)度 符合設(shè)計(jì)的要求，能夠保證健身運(yùn)動(dòng)的順利進(jìn)行。因此，踏步機(jī) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 的 創(chuàng)新改良 設(shè)計(jì)成為 了當(dāng)務(wù)之急。由于左右踏板 連接在踏桿上面，踏桿 通過(guò) 傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 連接，左踏板斜向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)左邊 踏桿 產(chǎn)生一個(gè)拉力，左邊 踏桿 拉動(dòng)中間的過(guò)渡桿，然后過(guò) 繩子和滑輪繞 中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)右邊 踏桿 ，右 便踏桿 斜向上帶動(dòng)右邊踏板斜向上運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)踏步機(jī)的踏步功能。踏步機(jī)左右踏 板通過(guò)鋼絲繩連接，鋼絲繩繞在一個(gè)固定的滑輪上，當(dāng)左邊踏板被踩下時(shí)，左踏板給鋼絲繩一個(gè)拉力，導(dǎo)致左便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 共 45 頁(yè) 邊鋼絲繩縮短，右邊鋼絲繩伸長(zhǎng)，左邊的拉力傳遞到右邊，對(duì)右邊踏板產(chǎn)生一個(gè)斜向下的拉力，導(dǎo)致右踏板斜向上運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)踏步的功能。 連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)分析表 綜合 通過(guò)上表的分析半段，以及 兩踏板連接的作用考慮 。 從上述兩方面考慮，方案 三 ， 滑輪 機(jī)構(gòu)為最佳方案。因?yàn)榛喌?繩索左右分別與兩踏板連 接，踏步運(yùn)動(dòng)中左右兩腳的動(dòng)作因而受到了互相牽制。由此可以得到，臥式踏步機(jī)符合人體的運(yùn)動(dòng)學(xué)，使用后不會(huì)產(chǎn)生不良的反效果。根據(jù)考察，其實(shí)在我國(guó)早在很久以前的春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的墨家學(xué)派的墨子所著的代表著作《墨經(jīng)》中就有關(guān)于滑輪的記載，這是全世界最早關(guān)于機(jī)關(guān)術(shù)的記 載，是機(jī)械的雛形。得當(dāng)其中的一組液壓與支撐桿機(jī)構(gòu)的踏板支撐桿（踏桿）被使用者踩下時(shí)，必須先使繩索拉緊后才會(huì)將另外的一組踏步與支撐桿機(jī)構(gòu)的踏板支撐桿（踏桿）拉起，所以使得兩踏板的動(dòng)作行程變長(zhǎng)，進(jìn)而可依使用者的身材或習(xí)慣來(lái)加以調(diào)整動(dòng)行程。市場(chǎng)上的化理論機(jī)構(gòu)，型號(hào)不宜，大小不同。結(jié)合整個(gè)踏步機(jī)的整體布局，滑輪屬于臥式半懸空，所以重量不能過(guò)大。 如圖 312 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁(yè) 共 45 頁(yè) 圖 312 滑輪尺寸圖 踏步機(jī)液壓 阻尼器的設(shè)計(jì) 液壓 阻尼 缸 （液壓缸） 是將液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)?機(jī)械能 的、做直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)（或擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)）的液壓 執(zhí)行元件 。緩沖裝置與排氣裝置視具體應(yīng)用場(chǎng)合而定，其他裝置則必不可少。它對(duì)尺寸以及強(qiáng)度等要求特別高。 （ II）：液壓缸不全伸時(shí) n EJlK ? ?22 ? ?2446125 ??????? ??? ? 安全系數(shù) 150 6m a x ??? PPn KK 塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算 液壓缸初始撓度值?0的計(jì)算 ? ?? ?0 1 2 1 2 1 22 2? ? ?△ △ l lal Gl lpl Cos 式中：△ 1—— 活塞桿與導(dǎo)向套的配合間隙； ?△ △ 2—— 活塞與缸筒的配合間隙； ?△ l1—— 活塞桿頭部銷(xiāo)孔至導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離； l1= 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 25 頁(yè) 共 45 頁(yè) l2—— 缸底尾部銷(xiāo)軸孔至導(dǎo)向套中點(diǎn)的距離； l2= l—— 活塞桿全伸時(shí)，液壓缸兩端銷(xiāo)孔間的距離； l= a—— 活塞桿全伸時(shí)，導(dǎo)抽套滑動(dòng)面前端到活塞滑動(dòng)面末端的距離； a= G—— 油缸自重； G= ?—— 液壓缸與水平面的交角； ?52?? P—— 油缸最大推力； P=1500N ? ?? ?0 1 2 1 2 1 22 2? ? ?△ △ l lal Gl lpl Cos ? ? ?52131 5 0 02 2 5 013472 2 8 9 2 C o s?? ????? ???? ?? ? 液壓缸最大撓度?max的計(jì)算 根據(jù)J J2 15?，l l1 2?時(shí)的最大撓度值計(jì)算公式可得： ? ?ma x ????? ??? ?01122 1 2lKtKt l l 式中： 3611m a x1 1300 ??????? JEPK 3621m a x2 1300 ??????? JEPK ? ? ? ? 3111 ??????? ?tglKtgt ? ? ? ? 3222 ??????? ?tglKtgt 3311 ?? ????tK 便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 共 45 頁(yè) 3322 ?? ????tK 2122110m a xlltKtK ???????