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脚踏摆动式健身踏板车毕业论文

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）

第1章绪论

随着我们国家经济的发展，人们生活水平不断提高，在物质生活得到满足的前提下，人们开始追求更高的生活质量，通过不同的方式使生活变的更加丰富多彩。

由于这样或那样的原因，健身器材越来越受人们所青睐。

我们随处可以感受到人们对健身的重视，不管是老年人，中年人还是儿童都会选择一定的方式来健身。

选择什么样的健身方式和选择什么样健身器材也是值得人们所考虑的问题。

健身器材起源于20世纪70年代初的美国和加拿大，它的发明是一个很让人认可的事，将人们的运动由室外转向室内，这是一个创举。

我们不用为每天刮风下雨影响锻炼效果而在意，这样就使得跑步机成为健身器材中最受欢迎的设备。

经过30年的工业创新，使的美国及加拿大的产品成为全球健身器材产品的领跑者，人们意识到了健身器材工业是一个朝阳产业，而且越来越为广大使用者接受。

我国到了90年代末才出现了一些厂家生产健身器材，这是我国健身器材工业的开始。

现在大多数的健身器材都是固定在某个场所，如健身俱乐部，体育场馆和家庭等。

这样的健身器材虽然能够达到一定的健身目的，但是很难提升人们健身的乐趣。

怎样才能让人们既达到了健身的目的，又对健身产生乐趣。

一种新型的健身器材—脚踏摆动健身踏板车的产生可以为我们解决这些问题。

它的使用场合很广，如在上学的路上，在上班的路上都可以健身，健身变得方便和具有乐趣。

在健身的同时可以享受大自然的美丽，给人们在身体上和精神上的享受。

脚踏摆动式健身踏板车在许多方面优越于现有的运动健身器材，使其更具有市场，会越来越受人所青睐。

脚踏摆动式三轮健身踏板车设计为自拟课题，具有创新的设计，要综合考虑机械运动原理、机械设计学和人因工程学方面的知识。

这次设计对我来说是一次很好的锻炼机会，通过老师的指点，同学的帮助，对课题的内容进行了探索和设计，现将设计过程和内容阐述于下。

第2章健身器材的现状与发展

2.1健身器材的产生与发展过程

2.1.1健身器材的产生

健身器材起源于20世纪70年代初的美国和加拿大，它的发明是一个很让人认可的事，将人们的运动由室外转向室内，这是一个创举。

我们不用为每天刮风下雨影响锻炼效果而在意，这样就使得跑步机成为健身器材中最受欢迎的设备。

经过30年的工业创新，使的美国及加拿大的产品成为全球健身器材产品的领跑者，人们意识到了健身器材工业是一个朝阳产业，而且越来越为广大使用者接受。

我国到了90年代末才出现了一些厂家生产健身器材，这是我国健身器材工业的开始。

2.1.2健身器材的发展

健身器材从当初单一的跑步机、室内自行车等发展到现在的多功能健身车、健身椅等等，容入越来越多的科学技术与科学的健身方法，使得健身越来越有成效。

健身器材同时也向室外发展，我们可以在居民小区里看到一些健身器材，那些健身器材小巧，使用方便，适合大众化的健身需求。

作为一种室外健身器材，脚踏摆动式健身踏板车有它独特的优势，那就是能够移动健身，能够在上班的路上、上学的路上，在公园休闲时体验健身。

2.2脚踏摆动式三轮健身踏板车的特点

脚踏摆动式健身踏板车具有传统踏板车的小巧，灵活，可以折叠等等特点，正得到越来越多的健身爱好者的喜爱。

它又有独特的设计，那就是具有动力装置，使踏板车得到了改进与发展，健身者通过脚踩踏板，使动力通过动力装置传递给车轮，从而使得车子前进。

它能够达到时速20公里，动力装置由棘轮和齿轮机构组合而成，由于单一的基本机构往往由于其本身所固有的局限性而无法满足多方面的要求，采用组合机构，既发挥了各基本结构的特长，又避免各机构的局限性，形成一种新的机构系统。

在脚踏摆动式健身踏板车启动的时候，由于棘轮存在较大的空程，齿轮转速越小，空程影响越明显，所以只有当车子获得一定的初速度后才能踩动踏板，而在静止状态下直接踩动踏板将不能获得理想效果。

2.3脚踏摆动式三轮健身踏板车的组成

脚踏摆动式健身踏板车主要包括以下5部分的内容：

1.车架

2.折叠装置

3.动力装置

4.车轮

5.其他装置

下面就脚踏摆动式健身踏板车方案的可行性进行分析，对健身车5个部分的设计进行计算和说明。

第3章脚踏摆动式三轮健身踏板车的设计计算与说明

3.1脚踏摆动式三轮健身踏板车可行性分析

脚踏摆动式健身踏板车采用脚踩踏板使不完全齿轮摆动，不完全齿轮带动齿轮棘轮组合件，传递给齿轮机构，再通过链条把动力传递到车轮，实现整个动力的传递。

如踏板车要求时速达到20公里，那么后轮的线速度为[1]。

（3.1）

后轮的转速（选择直径为300的轮子）

（3.2）

取不完全齿轮的转速

（3.3）

齿轮总的传动比为35.4,齿轮传动为二级齿轮增速机构，传动比分别为3.3和4.3。

链传动的传动比为2.5。

也就是说只要使两个齿轮每秒转过60度就可以保证踏板车有20km）

----轴的直径（mm）

----轴传递的转矩（N.mm）

----轴的抗扭剖面系数

，其中实心圆轴

=

；

----许用扭剪应力（MPa），见下表

C----计算常数，取决于轴的材料及受载情况，见下表

轴的材料

Q235、20

45

4OCr、35SiMn

C

158~135

118~106

106~97

12~20

30~40

40~52

强度计算常数表

（注：

当轴受弯矩很小或只受转矩时，C取最小值。

）

输入轴如图3-8所示，

3-8输入轴结构图

输出轴如图3-9所示，

图3-9输出轴结构图

4.键的校核

在静连接中，普通平键连接的主要失效形式[12]联接工作面上的压溃。

实践表明，压溃一般发生在较弱的轮毂键槽的工作表面。

除非有严重过载，一般不会发生键被剪断的现象。

键的示意图如图3-10所示

图3-10键结构图

假设载荷沿工作面均匀分布，则普通平键联接的挤压强度条件为

式中

----键的挤压应力（MPa）

T----轴传递的转矩（N.mm）

----轴的直径（mm）

）,则以小时数表示的轴承寿命

为

由于在轴承样本中列出的额定载荷值C仅适用于一般工作温度，如果轴承在温度高于1200C的环境下工作时，轴承的额定动载荷值有所降低，故引用温度系数

予以修正，

可查表：

工作温度0C

120

125

150

200

250

300

350

温度系数

1

0.95

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

温度系数参数表

进行上述修正后，寿命计算公式为

如果载荷P和转速n已知，预期轴承寿命

已取定，则所选轴承应能承受的额定动载荷

可按下式计算

以上两式是设计计算时用到的，由此可确定轴承的寿命和尺寸型号。

踏板车采用深沟球轴承。

6.踏板车辅助结构的说明

通过踏板的上下运动来控制摆杆的来回摆动，摆杆的来回摆动控制摆杆支撑杆的上下运动以实现左右两踏板的上下控制。

摆杆机构如图3-11：

图3-11摆杆机构

踏板机构如图3-12

1、踏板2、不完全齿轮

图3-12踏板机构示意图

在图中可以比较清楚的看出摆杆与踏板以及过渡摆杆所组成的四杆机构的模型。

最初在设计时由于摆杆是直立地连接在踏板和轴之间，当踩动踏板时产生了无法实现摆杆摆动的问题，也就无法实现摆动变转动，而且考虑到摆杆的支点将在轴上，将对轴的强度带来不小的影响。

后来经过老师的指点，采用四杆机构把原先直立的摆杆换到水平位置，通过过渡摆杆把踏板与摆杆相连接，这样不仅解决了摆动变转动的问题，同时，摆杆通过轴的支撑靠一个轴承来完成，由于摆杆摆动过程中所产生的轴向力很小，故可以选用深沟球轴承，只要使轴承定位，摆杆便能固定于轴承上通过轴承实现摆动。

为了能使轴承安装顺利，在安装轴承的一侧，轴的前半部分用间隙配合，轴的后半部分采用过渡配合，摆动变转动的目的最终完成。

轴承支架与轴的配合说明：

轴承支架与轴的配合如图3-13

图3-13轴承支架与轴的配合说明

轴承支架的材料为尼龙，能够大大降低车子本身的重量，主要完成对轴承的安装与定位。

在定位轴承时，利用轴承支架上的小孔边缘对轴承的外圈定位，利用轴套定位轴承的内圈。

支架通过螺栓螺母连接安装于车架上。

为了能够使轴上的齿轮能够顺利啮合，在安装的时候需要不断校正轴承支架的位置。

第4章脚踏摆动式三轮健身踏板车安装测试说明

4.1齿轮组安装说明

经过几个月来的努力，在老师和同学的帮助下，终于完成了踏板车理论上的设计，为了能够让设计更贴近实际，使理论能够比较符合实际中的制作，需对安装进行必要的说明。

首先各部分安装零件应达到图纸上的要求，为了能够达到安装要求，在钻车架上的孔时，要求每个孔都与车架两边缘测量距离，以保证孔位置的准确度，才不会因为钻孔时造成的偏差使后面的齿轮没有相互啮合，并在钻孔时就要把轴和齿轮放入，注意齿轮与齿轮之间是否有啮合，并依次钻其他孔，安装完成后看看齿轮是否能够顺滑的转动，再用螺栓、螺母通过轴支架锁紧于车架上，如此完成齿轮组的安装。

4.2踏板车的测试

踏板车安装完成后，可以对踏板车进行测试。

测试时使踏板车离开地面一段距离，处于空载状态下，试摆动踏板，看看齿轮相对传动是否顺畅，在转动过程中是否有干涉现象发生。

再把车放于地面，通过单脚蹬地推动车身前进，待车子达到一定的速度后将两脚一左一右放在踏板上，轻轻摆动上身，利用身体重心的前后摆动踩动踏板，从而控制车子前进的速度，在此过程中看看是否能达到轻松的踩动踏板，能否达到时速20km的速度，结构是否紧凑。

结论

本论文所取得的成果

在这次毕业设计里我深入的接触了一个产品设计的全过程，综合使用所学的知识，从接触该课题开始，我进行了一系列的相关工作，查阅了相关的资料，在设计过程中克服了许多困难，也取得了一定的成果。

本次的设计中，主要的部分为棘轮与不完全齿轮机构的传动设计，摆杆的摆动问题。

采用两级齿轮传动，第一级是不完全齿轮和齿轮棘轮组合件的啮合，考虑大齿轮只是做摆动，为了节省材料，大齿轮做成不完全齿轮，还有要控制只在一个方向上的传动，就要利用棘轮的单向运动作用来控制，所以要制造一个齿轮棘轮组合件，同时拥有齿轮和棘轮的功用；第二级传动要考虑使踏板在下去的时候来带动后轮前进，所以要加一个惰轮，来改变传递的方向，以达到要求。

摆杆的作用就是使左右两踏板互相控制。

在动力传递方面，由于是齿轮增速机构，需要比较大了动力才能推动，使用者可以先用一脚蹬地，待车子获得一定的速度后再用两脚一左一右踩动来传递动力，这样也可以减小棘轮机构的空程影响，同时起到省力的效果。

由于本课题为一个创新课题，综合运用所学的知识，对课题设计取得了一定的成果的同时，由于我对相关知识的掌握不是很扎实，难免会有在一些方面设计不是很很合理，使设计的产品与现实还存在一定很大的差距，望老师能给予批评与指导，学生将不胜感激。

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致谢

在这次毕业设计即将结束之际，我要感谢我的指导老师张慧鹏老师和董芬老师以及我的同学，感谢他们曾经给过我的帮助，在我毕业设计遇到困难时，是他们给我指点了迷津，让我能够顺利地完成本次毕业设计。

在这次毕业设计中，我设计的内容为脚踏摆动式三轮健身踏板车，作为一个新课题，我得到了指导老师很大的帮助，在老师的指点下，我完成了一个新产品的设计，如果没有老师的指导，我想我很难完成此课题。

在毕业设计期间，指导老师的指导工作和对同学的关心使我终身难忘。

毕业设计的过程也是学习的过程，如果说上课是在学习理论知识的话，那么毕业设计是在学习怎么运用学过的知识指导我们实践，在实践中学习、体会。

设计过程中，同学之间的交流也对我的设计有不少帮助，在与同学的交流过程中，能够学到自己还不是很懂的东西，在此，我也要感谢他们给我的帮助，他们使我的毕业设计变的更加完善。

我认为这次的毕业设计工作对我个人来说是一次很大的挑战，对我所学的知识，对我的个人能力都是很大的挑战。