【文章內(nèi)容簡介】 腳 是 以一定的頻率對踏板進(jìn)行踩踏，左腳踩踏左邊踏板時，左踏板受到斜向下的壓力，左踏板將會以一定的圓弧斜向下運動。由于左右踏板通過機(jī)構(gòu)連接，左踏板斜向下運動時，對左邊連桿產(chǎn)生一個拉力，左邊連桿拉動中間的過渡桿，然后過渡桿繞中心軸轉(zhuǎn)動，帶動右邊連桿，右連桿斜向上帶動右邊踏板斜向上運動，從而實現(xiàn)踏步機(jī)的踏步功能。 循環(huán)階梯式踏步機(jī)主要是讓使用者做類似于爬樓梯的訓(xùn)練運動，此類踏步機(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，利用重心帶動踏板，如此可以讓使用者真正地做爬樓梯的運動，但是整體構(gòu)型相 對于其他類別要來的大，因此較不適合在空間不大的家庭使用， 不過此類最大的特色是作爬梯運動時，抬起的一腳會與踏板分開，因此可以真正模擬爬樓梯運動，此類踏步機(jī)可供專業(yè)的健身訓(xùn)練使用，缺點是循環(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\動，因此對于機(jī)械零件會有輸送帶型、凸輪型等二型。 踏步機(jī)的運動部位主要著重於使用者的腿部，利用不同的機(jī)構(gòu)設(shè)計來達(dá)到踏步、爬梯、走路等不同需求的運動方式，這些運動方式皆利用下肢抬起踩下的擺動來完成，兩腳交互動作形成一個運動週期，將運動過程中腳踝的運動軌跡投影到矢狀面上，會 因不同的運動而有不同的描繪路徑。 液壓原理的定義：在一定的機(jī)械、電子系統(tǒng)內(nèi)，依靠液體介質(zhì)的靜壓力，完成能量的積壓、傳遞、放大，實現(xiàn)機(jī)械功能的輕巧化、科學(xué)化、最大化。液壓機(jī)械裝置一般由動力、執(zhí)行、控制和輔助四部分組成。液壓機(jī)械具有重量輕、功率大、結(jié)構(gòu)簡單、布局便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計 第 12 頁 共 45 頁 靈活、控制方便等特點，速度、扭矩、功率均可做無級調(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)、自動化生產(chǎn)、運輸、礦山、建筑、航空等領(lǐng)域。小的液壓裝置，如用于地震救助的訂書機(jī)大小的混凝土鋼筋切斷儀 、微型機(jī)器人等；大的液壓裝置如運載火箭發(fā)射架液壓系統(tǒng)等，都少不了液壓機(jī)械設(shè)備。 踏步機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本次設(shè)計的扭腰踏 步機(jī)主要由 踏步機(jī)、中間連接架、扭腰機(jī)組成。其中主要的構(gòu)件有 機(jī)械連桿、電子顯示屏、 軸承 、底座、踏板、活塞桿、活塞缸、扭腰 彈簧 等，電子顯示屏計時計數(shù) ,扭腰 機(jī) 同時也可以提供扭腰 鍛煉要不 的功能，能夠滿足健身者 多功能的要求 。 在踏板上考慮了人體的美學(xué)以及舒適性，設(shè)計了防滑的裝置 。 踏步機(jī)結(jié)構(gòu)精良，踏步機(jī)底座踏板下面配有兩根油壓桿，可以消除運動時膝蓋關(guān)節(jié)的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同時也具備可以調(diào)整健身者所需要的運動強(qiáng)度，讓健身者在不知不覺中燃燒脂肪，特別鍛煉腰、腹腿等部位，可以達(dá)到很好的健身作用。 踏步機(jī)還設(shè)計了變位孔 ， 能 滿足 各種身高不一的健身者 的要求，踏步機(jī)油壓桿的設(shè)計能夠滿足不同年齡群體的需求，由于有油壓桿可以任意的調(diào)節(jié)腳踏板的緩沖力能夠有效減 小膝蓋的摩擦，能夠讓健身者舒適的達(dá)到鍛煉身體的目的。 踏步機(jī)的基本尺寸設(shè)計 踏 步機(jī) 在 設(shè)計過程中 因為是給人類使用 的貼身舒適健身器材，所以 必須考慮到使用者的感受及舒適，因而在基本尺寸設(shè)計時需參照 GB/T 1000088 中國成年人人體尺 寸。踏步機(jī)設(shè)計的是站立式的運動方式，成年人的站立運動靠大腿肌肉，臀部肌肉。小腿肌肉發(fā)力。因此應(yīng)該考慮到人體徒不的大小情況。 如圖 36所示成年人的人體尺寸。 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 13 頁 共 45 頁 圖 36 查取數(shù)據(jù)可得： 身高 H :1754mm 前臂長 L2: 253mm 上臂長 L1: 333mm 大腿長 L3: 496mm 小腿長 L4: 396mm 腳掌長： 250mm 腳掌寬： 100mm 綜合上述數(shù)據(jù)可以就可以設(shè)計出踏步機(jī)的大概基本尺寸。 便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計 第 14 頁 共 45 頁 踏步機(jī)踏板的設(shè)計 踏步機(jī)踏板是安裝在踏步機(jī)踏桿上的一個用于人們腳掌踩踏的部件。踏板起著支撐作用以及保護(hù)作用。它必須符合人體腳掌的大小。而且還得能夠承受人體的重量，而不至于破裂。 如圖 37 是踏板的三維圖 圖 37 踏板 三維圖 如圖 所示 ， 踏板為該踏步機(jī) 中人體切身能感受到接觸到 的主要零部件， 因此踏板采用了人體美學(xué)，進(jìn)行了人體舒適感調(diào)查。在 踏步機(jī) 的 兩 邊 各有一 個 踏板，采用左右踩踏的方式進(jìn)行踏步運動， 踏步機(jī)踏板主要由橡膠注塑成 ， 在踏板表面 上有 設(shè)計了 許多防滑的小 突起結(jié)構(gòu) ， 能夠 保證健身者在踏步過程中， 不會打滑。 綜合考慮之下，初步選定踏板尺寸長 250mm,寬 100mm。如圖 38 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 45 頁 圖 38 踏板尺寸圖 踏步機(jī)踏桿的設(shè)計 踏步機(jī)踏桿（也叫踏步機(jī)支撐桿）， 是作為支撐整個人體重量的關(guān)鍵部件 。在支撐人體的同時，他還有個作用，那就是塑造完美的臀型，通過踏桿的角度傾斜，使使用者在運動的時候上下提臀的同時，能夠以一個三角的角度關(guān)系，將力集中在臀部，使臀部更加上翹。獲得令人羨慕的好身材。這種角度在設(shè)計的時候是結(jié)合踏桿的軸進(jìn)行設(shè)計，踏桿與軸相連，以一定角度傾斜踏桿支撐部分則是水平放置，在運動的時候，會有一個外狐線的運動。 初步擬定角度為 20 度。 如圖 39 是踏步機(jī)踏桿的三維圖 便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計 第 16 頁 共 45 頁 圖 39踏桿三維圖 踏步機(jī)踏桿是作為支撐整個人體重量的關(guān)鍵部件，強(qiáng)度十分關(guān)鍵，所以在對踏桿經(jīng)行設(shè)計的時候，應(yīng)該充分考慮到人體的重量以及腳掌大小。作為踏桿的材料選擇，通過前文對各種材料的調(diào)查與考核，特選擇金屬材料。在踏板上有定位孔，能和踏板相互配合。 綜上所述，踏步機(jī)踏桿的初步設(shè)計就成型了。整體選擇由方形鋼和鐵圓管焊接而成。長度總共為 370mm，方形鋼長度 330mm，寬度 50mm。鐵圓管直徑 35mm，長度 100mm。 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（論文） 第 17 頁 共 45 頁 通過上文中對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 運動 時 : M=75Kg， G=Mg=750N 單個踏桿平均所受的力為 375N. 因此 該踏桿強(qiáng)度 符合設(shè)計的要求，能夠保證健身運動的順利進(jìn)行。 踏步機(jī) 傳動 機(jī)構(gòu)設(shè)計 現(xiàn)在市場上的 踏步機(jī) 中，其傳動 機(jī)構(gòu)的 方式五花八門，百家爭鳴 ，但 是 對于 絕 大多數(shù) 的 踏步機(jī)而言， 都無疑 暴露出了 他們其中 的 不足。例如，其中 一部分機(jī)構(gòu)不能提供均勻的阻力，另外一部分機(jī)構(gòu)能夠提供均勻等大的阻力 。并且 在使用的過程中 還 產(chǎn)生 了比較 令人煩躁 的噪音。因此，踏步機(jī) 傳動機(jī)構(gòu) 的 創(chuàng)新改良 設(shè)計成為 了當(dāng)務(wù)之急。 踏步機(jī) 的傳動 機(jī)構(gòu)主要用來連接左右 踏桿 ， 在 人們使用踏步機(jī)進(jìn)行踏步運動時，左腳和 右腳以一定的 節(jié)奏 對踏板進(jìn)行 交互 踩踏 運動。當(dāng) 左腳踩踏左邊踏板 的 時 候 ，左踏板會 受到斜向下的壓力 。此時， 左踏板將會以一定的圓弧斜向下運動。由于左右踏板 連接在踏桿上面，踏桿 通過 傳動機(jī)構(gòu) 連接，左踏板斜向下運動時，對左邊 踏桿 產(chǎn)生一個拉力，左邊 踏桿 拉動中間的過渡桿，然后過 繩子和滑輪繞 中心軸轉(zhuǎn)動，帶動右邊 踏桿 ，右 便踏桿 斜向上帶動右邊踏板斜向上運動，從而實現(xiàn)踏步機(jī)的踏步功能。 要實現(xiàn)踏步機(jī)正常的踏步運動，能夠提供以下幾類方案供選擇： 方案一： 對踏步機(jī)踏板底下的液壓缸進(jìn)行改進(jìn)，將液壓缸的活塞桿上套上一個彈簧，當(dāng)左右踏板以不同的頻率踩踏時，由于踏板底下彈簧的作用，被踩下的踏板能夠瞬間恢復(fù)原樣，從而實現(xiàn)踏步的功能。 方案二： 通過對踏步機(jī)踏板底下的油壓缸進(jìn)行改進(jìn)，用一根油管將左右兩個液壓缸連同，當(dāng)其中的一個踏板被踩踏下時，踏板下面的液壓油缸將液壓油壓至另一只油缸，油缸的活塞桿將會斜向上運動，對另一邊的踏板產(chǎn)生推力，從而實現(xiàn)踏步的功能。 方案三： 通過機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)踏步機(jī)運動的功能。踏步機(jī)左右踏 板通過鋼絲繩連接，鋼絲繩繞在一個固定的滑輪上，當(dāng)左邊踏板被踩下時，左踏板給鋼絲繩一個拉力，導(dǎo)致左便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計 第 18 頁 共 45 頁 邊鋼絲繩縮短，右邊鋼絲繩伸長，左邊的拉力傳遞到右邊，對右邊踏板產(chǎn)生一個斜向下的拉力，導(dǎo)致右踏板斜向上運動，從而實現(xiàn)踏步的功能。 方案四： 利用機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)踏步的功能，該連桿機(jī)構(gòu)主要由兩根連桿、一個連桿架、過渡桿組成，該機(jī)構(gòu)主要通過鋼絲繩機(jī)構(gòu)演變而來，將鋼絲繩機(jī)構(gòu)的定滑輪替換成連桿架、過渡桿，將其中的鋼絲繩替換成連桿，當(dāng)左右踏板以不同的頻率運動時，左右連桿將傳遞拉力，導(dǎo)致另外一邊的踏板以相反方向運動，從而實現(xiàn)踏步 機(jī)踏步功能。 踏步機(jī)連桿機(jī)構(gòu)最優(yōu)方案選擇 : 綜上所述，液壓缸彈簧裝置、液壓缸聯(lián)通機(jī)構(gòu)、滑輪機(jī)構(gòu)、機(jī)械連桿機(jī)構(gòu)均能實現(xiàn)踏步機(jī)運動的功能。但并不一定都能完全滿足踏步機(jī)設(shè)計的需求，必須綜合考慮其優(yōu)、缺點，選擇其最優(yōu)的方案作為兩踏板之間的連接機(jī)構(gòu) 。 連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點分析表 綜合 通過上表的分析半段，以及 兩踏板連接的作用考慮 。第一 ，必須能夠提供均勻阻力，以便減少膝蓋的摩擦。 第二 ，必須具備能夠調(diào)節(jié)踏板踩踏的幅度。 第三，能消除噪音。 從上述兩方面考慮，方案 三 ， 滑輪 機(jī)構(gòu)為最佳方案。 名稱 優(yōu)點 缺點 液壓缸彈簧裝置 瞬間彈力、踏板恢復(fù)快 踏板幅度不大、不能提供均勻阻力 液壓缸聯(lián)通機(jī)構(gòu) 能提供均勻阻力 密封性不好，容易失效 滑輪機(jī)構(gòu) 能提供均勻阻力 ，結(jié)構(gòu)簡單 得網(wǎng)上購買 機(jī)械連桿機(jī)構(gòu) 能提供均勻阻力、能消除噪音 機(jī)構(gòu)復(fù)雜 華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 45 頁 本次設(shè)計了一 種臥式的滑輪機(jī)構(gòu)作為踏步 機(jī)的傳動機(jī)構(gòu)?；喌淖笥?兩端分別用剛繩連接左右踏 板的前端從而使左右踏板構(gòu) 成左下右上、左上右下的運 動狀態(tài)。使用時，健身者以 雙腳分別直接踏于兩踏板帶 動液壓桿作拉伸、壓縮動作， 滑輪置于主座架下面，繩索 左右與支撐踏板的支撐桿 （踏桿）相連。因為滑輪的 繩索左右分別與兩踏板連 接，踏步運動中左右兩腳的動作因而受到了互相牽制?；喌睦K索在左右滑動中會有稍小的角度，可以提供兩踏板作適度的左右扭轉(zhuǎn)動作，使踏步的動作從單一的上下踩踏動作變化為帶動大腿及胯部活動下肢的扭擺踏步運動。從而使令健身者必 須施加更大力量才能驅(qū)動液壓桿達(dá)到極限值動作。在滑輪與液壓桿的配合下，健身者就可以更多的豐富受到鍛煉的 肌肉群，并且猶如于真實環(huán)境下鍛煉身體。由此可以得到，臥式踏步機(jī)符合人體的運動學(xué)，使用后不會產(chǎn)生不良的反效果。不僅可營造出正常運動環(huán)境，而且使健身者獲得更多的鍛煉目標(biāo)。并且解決了原有芯軸磨損過快的問題，從而達(dá)到本次設(shè)計的目的。 滑輪機(jī)構(gòu) ： 滑輪是變形杠桿機(jī)械，用途十分很廣。根據(jù)考察，其實在我國早在很久以前的春秋戰(zhàn)國時期的墨家學(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?；喼苓呌胁?，能夠繞軸轉(zhuǎn)動的小輪，由可繞中心軸轉(zhuǎn)動有溝槽的圓盤和 跨過圓盤的鋼索鎖所組成的?；喯到y(tǒng)包括滑輪、旋鈕及繩索。當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕將滑輪遠(yuǎn)離兩凸耳方向移動式同時會將繩索拉緊，使得當(dāng)一組液壓與支撐桿機(jī)構(gòu)的踏板支撐桿被踩下時，會隨之將外的寧一組液壓與支撐桿機(jī)構(gòu)的踏板支撐便攜式踏步機(jī)結(jié)構(gòu)與加工工藝設(shè)計 第 20 頁 共 45 頁 桿拉起，如此就可以使倆踏板動作行程拉短，當(dāng)旋轉(zhuǎn)旋鈕將滑輪往靠近倆凸耳方向移動時，繩索會變松。得當(dāng)