机械原理课程设计划船健身器.docx

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机械原理课程设计划船健身器

机械原理课程设计

----划船器

机械原理课程设计

----划船器

应用背景：

按照全民健身计划的目标，到2005年，全国经常参加体育锻炼的人数要达到总人口的37%以上；直辖市及经济发达省会城市100%的社区、其他城市80%的社区和25%的农村乡镇建有公益性体育健身设施

到2010年，全国经常参加体育锻炼的人数达到总人口的40%左右；国民体质有明显的增强；体育锻炼场所有较大增加，以满足广大人民群众的健身需求。

由数据可以看出，社区健身器材有很大的市场空间，也具有很高的经济效益和社会效益

设计思路：

以现有机构健身原理为基础，通过机构变换和拓扑变换创造新的机构来实现同样的功能

主要要求：

通过拉动拉杆达到两个位置的变换

为适应各年龄段人群使用，要求传力特性要好，方便使用

要求设计机构经济实惠

现有机构：

自由度：

F=3n-2pl-ph

=3*5-2*7=1

自由度计算：

F=3n-2Pl-Ph=3x4-2x5-1=1

高副低代：

评价：

加入凸轮机构，使结构紧凑

凸轮易磨损，长时间使用容易运动不顺畅

凸轮造价高，可以做成偏心圆轮，降低成本

自由度：

F=3n-2Pl-Ph=3x5-2x7=1

评价：

机构自由度不变，用曲柄滑块机构代替部分连杆

可以用滑块的极限位置约束整个机构的极限位置，省去了位置控制部件

滑枕滑动摩擦大，易磨损，同时运动过程中易卡死

自由度F=3n-2pl-ph=3*6-2*8=2

评价：

机构有两个自由度，在锻炼上身肌肉的同时也能锻炼腿部力量。

机构较复杂，运动不够稳定。

创新设计4

拓扑变换：

自由度计算：

F=3n-2Pl-Ph=3x5-2x7=1

评价：

利用拓扑变换设计出了新的机构，

利用平行四边形机构使座椅的移动更平稳

座椅构件中间无支撑，刚度差，易产生弯曲变形

自由度计算：

F=3n-2Pl-Ph=3x6-2x8=2

评价：

结合设计3和4的设计思路，增加了新的功能，同时锻炼上身和腿部肌肉。

利用杆组结构，摩擦小，运动平稳。

设计较长的座位，可适应不同年龄的人群使用。

缺点：

两个自由度，需要手脚协调配合。

经过比较，选择方案5为最终设计方案。

尺寸设计：

根据设计机构用途，根据人体工程学原理，为适应更广泛的人群使用，设计机构尺寸如下：

右极限位置

左极限位置

运动分析：

（mathematica5.0软件）

建立坐标系：

运动分析方程建立：

程序设计框图：

程序运算：

8点运动位置曲线：

8点速度、加速度曲线：

5点运动位置，速度，加速度曲线：

仿真：

Inventor仿真：

Flash仿真：

总结体会：

在近半个学期的机械原理课程设计的过程中，我组三名成员积极思考互相配合，取长补短。

在设计的过程中，我们既有分工又有合作，例如：

在前期选材的过程中，我们各抒己见，分头选材。

然后把选到的题目放在一起讨论，从中选取了这个生活中的健身器作为我们的题目。

本题目是生活中常见的机械原理应用，同时为我们提供了一个应用机械原理课程所学的知识设计机构的平台。

选定机构后，我们对生活中现有的实际机构进行分析，画机构简图、计算自由度、绘制拓扑图等。

再了解了现有机构机构组成、运动原理之后，我们一起讨论设计方案。

我们以现有机构为基础，从机构变化（运用凸轮和滑块）、高副低代、拓扑演变、功能拓展等几个方面入手思考，设计了4种新的方案，并对设计出的方案进行评价，最终确定出我们要设计的最终方案5。

在此期间，我们将书本上的知识联系实际，从设计的过程中遇到矛盾、解决问题的过程中更深入的理解了书本的知识，更正了一些学习过程中的错误理解。

在应用知识、理论联系实际的过程中，培养了我们设计思考的能力、拓宽了我们的思路。

设计方案确定后，我们进行具体的尺寸设计。

我的思路是以现有机构的尺寸为参考，再联系要设计机构适用的人群特点和机构运动要求，我们首先拟定一组尺寸。

用拟定的尺寸进行仿真，在仿真的过程中发现尺寸的不合理处，并进行修改。

在尺寸大体满足各种要求的基础上，我们对机构个点进行运动分析，建立坐标系，列出各点运动方程，并应用mathematica软件求解方程，绘制出各点的位置曲线、速度曲线和加速度曲线，并应用这些曲线对拟定的尺寸进行细微的调整，确定最后尺寸。

在此期间，我们三人分工合作，在一起讨论拟定尺寸后，一人进行flash仿真，一人用inventor仿真、一人用mathematic进行运动分析。

最后，我们共同完善设计方案。

绘制机构简图，设计限位机构、座位等，制作说明书等等。

看着一段时期以来，通过我们的努力，最终设计出的健身器材，我们无比喜悦，同时对机械原理这门知识产生了更加浓厚的兴趣。