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划船机的设计
毕业设计报告（论文）
报告（论文）题目：
划船机的设计
作者所在系部：
机电工程学院
作者所在专业：
机械设计制造及其自动化
摘要
本文所研究的主要对象是划船机，划船机又名划船器、划船健身器，是一种在陆地上模拟划船运动的健身装置，划船机的出现使划船运动从水上搬到了陆地上，解决了只能在水上进行划船运动的问题，大大推动了划船运动的发展，并且由于划船机的独特造型和功能，其渐渐地成为了健身大众的新宠，在市场上受到了人们的青睐，成为了全球最受欢迎的十大健身器材之一。
本文对划船运动的运动形式、划船机的研究现状、划船机发展过程、以及发展过程中所面临的问题进行了一系列系统的研究。
在此研究的基础上，设计出了一款新型划船健身装置，该划船健身装置既可以形象模拟划船运动，又可以实现划船过程中划船机的移动，同时还可以改变划船机移动过程中的方向，本设计的划船机，不但可以当做一款健身器材，还可以用于日常较近距离交通工具，所以本设计增加了划船运动的趣味性，将会促进划船运动的推广与普及，吸收更多的健身爱好者投身于划船运动之中。
关键词：
划船机划船运动新型划船健身装置
Abstract
ThemainpointthisarticletriestoresearchisRowingmachine,ithastwoothernames,MachineforrowingandRowingmachineforexercise,Thisisanexercisemachinesimulatingrowingmotionontheland.Theappearanceofrowingmachinetransmitstherowingmotiontothelandfromthewater,whichmakestheproblemthatwecouldonlyexerciseinrowingmotiononthewaterresolvedandpromotesthedevelopmentofrowingmotion.Becauseofitsuniqueshapeandfunction,Rowingmotionhasattractedalargeamountofpeoplewhoparticipateinexercisenotonlyintheexercisefieldbutalsointheexercisemarket,andithasbecomeoneofthemostpopulartenexercises.Thisarticlecarriedoutaseriesofresearcheronthemovementsformsofrowingmotion,thepresentsituationofresearchinrowingmachine,thedevelopmentsofrowingmachineandtheproblemsinthedevelopmentprocessofrowingmachine.Onthebasisofthisresearch,anewrowingmachineexercisedevicewasborn,notonlycoulditsimulatestherowingmotionvividly,butalsoitcouldmovesintherowingmotionanditcouldchangesthedirectionsofthemovingofrowingmachine.Inaddition,thisrowingmachinecouldbeusedasadeviceforexerciseandalsocouldbeusedasadailyvehicle.Sothisdesigncouldincreasetheincreasetheinterestofrowingmotion,promotethepopularizationofrowingmotionandabsorbmoreexerciseenthusiaststojoininginrowingmotion.
Keywords:
RowingmachineRowingmotionnewrowingmachineexercisedevice
1.1.2划船机研究现状......................................................................2
1.1.3划船机研究方向......................................................................4
1.3设计思路...............................................................................................5
1.3.1本设计灵感来源......................................................................6
1.3.2本设计总体思路......................................................................6
2.1.1人体的平均尺寸..................................................................7
2.1.2本设计结构简图..................................................................8
2.1.3本设计运动简图..................................................................8
2.1.4本设计传动原理..................................................................9
2.2极限位置.............................................................................................10
2.2.1推桨阶段极限位置................................................................11
2.2.2拉桨阶段极限位置................................................................11
2.3设计尺寸.............................................................................................11
2.3.1机体零件设计尺寸................................................................12
2.3.2其他零件设计尺寸................................................................12
2.3.3链与链轮设计尺寸................................................................16
2.3.4本设计最终装配图................................................................19
第3章其他方案.........................................................................................20
3.1备选方案...........................................................................................20
3.2改进方案...........................................................................................20
第1章 前言
1.1 课题背景：
划船机，又名划船器，是一种模拟划船运动的健身装置，划船机将划船运动从水上搬到了陆地，从而打破了“无水不划船”的僵局。
划船运动可以使上肢、下肢、腰腹部、背部肌肉完成完整的收缩与伸展运动，达到全身肌肉的锻炼效果，又由于划船机的独特功能和构造，其渐渐地成为了健身大众的新宠，在市场上受到了人们的喜爱，名列于全球最受欢迎的十大健身器材。
划船运动从水上搬到了陆地上以后，划船机结构样式不断更新，这些结构已经可以越来越精确的模拟划船运动，但是现有的划船健身装置不论是家用、健身房用、还是大众健身广场上的，都是固定的，使用该类健身装置健身只能在固定的场合才能进行。
针对此种问题，需要设计出新型的划船健身装置，以增加划船运动的趣味性，促进划船运动的推广和普及，于是本课题应运而生。
1.1.1 划船运动的形式：
（1）若以推桨阶段为动力阶段：
入水阶段：
上肢已将握把拉至胸前，大臂与小臂呈一定角度，躯干适度后仰，下肢两腿完全蹬直，并与滑轨呈一定角度。
推桨阶段：
肩部放松，手臂用力前推，握把被向前推动，船桨向后拨水，船则向前划动，躯干适度前倾，待躯干到达前倾前倾极限位置，手臂呈伸直状态时缓慢屈膝。
出水阶段：
手臂保持伸直，肩部保持放松，躯干保持前倾，适度屈膝，大腿小腿呈一定角度。
拉桨阶段：
上肢将握把拉向胸前，躯干从前倾状态逐步向后仰状态过渡，下肢逐渐蹬直。
（2）若以拉桨阶段为动力阶段：
入水阶段：
手臂保持伸直，肩部保持放松，躯干保持前倾，适度曲膝，大腿与小腿呈一定角度。
拉桨阶段：
上肢将握把向后拉，船桨向前拨水，船向则后划动，躯干在拉桨过程中逐步后仰，下肢缓慢蹬直。
出水阶段：
上肢已将握把拉至胸前，大臂与小臂呈一定角度，躯干适度后仰，下肢两腿完全蹬直，并与滑轨呈一定角度。
推桨阶段：
肩部放松，手臂用力前推，握把被向前推动，躯干适度前倾，待躯干到达前倾前倾极限位置，手臂呈伸直状态时缓慢屈膝。
总结：
两个不同动力阶段的划船方式的区别为：
推桨阶段为动力阶段时人正对前进方向，桨向后拨水，船相对水面向前运动；以拉桨阶段为动力阶段时人背对前进方向，桨向前拨水，船相对水面向后运动。
1.1.2 划船机研究现状：
（1）重力划船机：
所采用的结构为四杆机构，在一定程度上模仿了划船运动的动作要领，将划船运动从水上搬到了陆地，使用过程中存在较强烈冲击且运动过程中负荷不可以调节，因此该类划船机既不适合老年人使用，也不适合体重较大的但肌肉力量较小的人使用。
另一缺点为笨重，常用螺栓螺母固定在地面上。
图1-1重力划船机
（2）摇摆划船机：
较有效地模仿了划船运动的动作要领，座椅在划船运动中可以随身体前后滑动，消除了冲击。
调节轨道与地面夹角可以调节自身体重在轨道上的分力，拉杆在摆杆上的位置可以调节，通过调节轨道与地面倾角和拉杆在摆杆上位置调节划船运动过程中的负荷，该划船机的缺点是体积较大，会占用较大的室内空间。
图1-2摇摆划船机
（3）拉杆划船机：
将摇摆划船机的两摇杆简化为带横杆的拉杆，结构因此大大简化，坐垫在轨道上可以往返滑动，因此能更有效地模拟划船运动，滑轨与地面的倾角可调，从而也可调节人体自重在滑轨上的分力，拉杆为液压杆，拉杆在摇杆上的位置也可调节，通过调节拉杆在摇杆上的位置以及滑轨与地面倾角可以方便地调节划船运动中的负载，结构更为简单，使用更加方便，对室内空间的占用大大减少。
图1-3拉式划船机
（4）磁阻划船机：
用拉绳和握把取代拉杆，轨道与地面有一定倾角，座位可滑动，通过调节风箱磁阻调节运动过程中拉力，通过调节轨道倾角调节体重在轨道上分力，且轨道可折叠，减少了对空间的占用，其造型新颖，外观独特，吸引了大批健身爱好者前来尝试，但是相比其他划船机其价格相对较高。
图1-4磁阻划船机
（5）水阻划船机：
水阻划船机是新出现的一种划船机，使用时通过短时间内利用水的阻力和飞轮转速的变化来锻炼几乎全身的肌肉，对腿部、腰部、上肢、胸部、背部肌肉增强有更明显的作用，打造真实划水的视觉、声音和感觉效果，让模拟划水运动的体验更为逼真。
图1-5水阻划船机
1.1.3 划船机研究方向：
（1）研究划船运动前后人们生理特征的变化情况，如心率、血乳酸、血尿指数、血液中的含氧量等等，研究的主要目的是寻求实用、有效的生化指标，以对人们的健身锻炼进行科学的指导。
（2）研究从事于划船运动的运动员的运动情况，如划船运动次数、划船运动持续时间、划船运动时间间隔等等，研究目的是帮助划船运动员在划船比赛中取得好成绩。
（3）研究划船健身装置的结构与功能，以实现划船健身装置结构、外观的改进与创新，达到扩大健身效果和健身范围和吸引更多健身爱好者的目的，促进划船运动的推广与普及。
1.1.4 划船机使用情况：
（1）家用划船机：
摇摆划船机、拉式划船机，因其价格中等又可较为精确的模拟划船运动，是中等收入家庭常用的健身器械；水阻划船机、磁阻划船机，价格相对较高，但能更为形象的模拟划船运动，是较高收入又追求生活质量家庭的不错健身选择。
（2）健身房用划船机：
磁阻划船机，磁阻划船机价格较高，但其样式新颖，造型独特；水阻划船机，打造出了真实划水的视觉听觉与感觉体验，可更形象的模拟划船运动，所以这两种划船机是健身房用来吸引健身大众的不错选择。
（3）健身广场用划船机：
重力划船机，较为笨重，成本低廉，常用螺栓螺母固定在地面上，虽然健身广场上的划船机造型有不同样式，但大多均为重力式，虽然也出现了摇摆式划船机，但造型原理与家用摇摆式划船机均有很大不同。
1.2 课题意义：
水上划船运动是在划艇上进行的，是可以自由移动的，而且方向是可以灵活变换的，划船机的出现使划船运动从水上搬到了陆地，打破了空间的限制，虽然划船机结构样式不断创新，已经可以越来越精确地模拟划船运动，但是划船机一般都是固定在固定位置的，长时间在固定的场所进行固定的运动是极其乏味的，使用空间的限制会阻碍划船运动的推广与普及，因此本课题研究的最终目的是设计出一款新型划船健身装置，可以在模拟划船运动的同时自由移动，并可灵活变换前进方向，打破只能在固定场所进行划船运动的限制，以增加划船运动的趣味性，促进划船运动的推广与普及。
1.3 本文研究内容：
本文研究的主要内容是设计一款新型的可移动的划船机，解决现有的划船机只能在固定位置使用的问题，能够形象模拟划船运动，且该结构要能灵活改变移动方向，以增加划船运动的趣味性，吸引更多的健身爱好者投身于划船运动,促进划船运动的推广与普及。
1.3.1 本设计灵感来源：
本设计的灵感来源于水上自行车，水上自行车是自行车基础上的改良结构，气囊冲入足量空气使该结构浮于水面上，脚蹬踏板，通过链传动带动后轮，后轮设计成了扇叶型，扇叶部分没入水中，扇叶拨水实现水上自行车的划动。
该结构特意设计成双座位结构，以增加该项目的趣味性，方向的变换是通过一人蹬车另一人不蹬实现的，只有一人蹬车时该结构会向不蹬车一人的方向转动，双人灵活配合方可实现该结构在水面上的灵活移动。
旅游季节，该项目是海边一道靓丽的风景，吸引了大批游客，情侣们更是对其情有独钟。
水上自行车结构见图1-7。
图1-7水上自行车
1.3.2 本设计整体思路：
水阻划船机与磁阻划船机均为拉绳式结构，重力式划船机、摇摆式划船机、拉杆式划船机均为连杆结构，但重力式划船机过于笨重，摇摆式划船机结构过于复杂，只有拉杆式划船机结构既简单又可形象模拟划船运动。
因此本设计在拉杆式划船机原理的基础上通过结构的改进与综合，运用摇杆滑块机构并运用链传动模拟划船运动。
第2章设计内容
2.1设计简图：
因为本设计中零件大多数为杆件，因此运用结构简图与运动简图描述本设计结构和运动原理，比较简单形象，更容易被人理解。
2.1.1人体的平均尺寸：
本设计所根据的标准是国内人体平均尺寸，人体平均尺寸见表2-1，根据该尺寸标准来设计这一款新型的可移动划船机，划船运动过程中使用者处于两个极限位置时人体结构简图见图2-5，依据人体平均尺寸和极限位置时人体形态，以及两个极限位置之间的距离关系，得到了本设计的结构简图。
图2-1划船运动极限位置人体简图
表2-1人体各部位平均尺寸
部位名称
大臂
小臂
躯干
大腿
小腿
脚宽
尺寸/cm
20
30
50
40
50
9
2.1.2本设计结构简图：
依据划船运动时两个极限位置的人体形态和人体平均尺寸参数，得到了本设计的结构简图，如图2-1。
使用该机构时，人坐在坐垫上，脚蹬脚踏杆，手扶车把横杆，因坐垫固定于座架上，固将随坐架一起滑动，手推车把横杆，车把竖杆绕其与斜杆连接点在一定角度内转动，该角度范围可由上肢控制，并通过拉杆带动座架在座杆上左右移动，座杆两侧有凹槽，凹槽的两个端点用来限定座架移动时左右极限位置，坐杆特意设计呈与水平面呈一定角度的状态，以让使用者的重力在坐杆方向上有一定分力，以此模拟划船运动过程中推桨阶段的水阻力。
图2-2结构简图
2.1.3本设计运动简图：
本设计的主要结构为摇杆滑块结构，该结构由车把竖杆、拉杆以及座架构成，其运动简图见图2-2，其中摇杆在一定角度范围内作往复摆动，使用该划船机时摇杆摆动的角度范围可由使用者上肢滑动范围控制，坐杆与水平面呈一定角度，可以让划船机使用者的自身体重沿着座杆方向上有一定分力，以此来形象模拟划船运动过程中推桨阶段的阻力，因为划船运动过程拉桨阶段躯干部分会有适度后仰，达到极限位置时后仰角度达到最大，所以在设计时，后支撑杆向车把方向有一定倾斜角度，用来防止后仰时人体重心超过后轮中心，以增加划船运动过程中的使用安全系数。
图2-3机构运动简图
2.1.4 本设计传动原理：
使用本结构模拟划船运动时，人坐于座垫上，拉桨阶段时上肢向后拉动车把横杆，车把竖杆便会推动拉杆，拉杆带动坐架沿坐杆方向向后滑动，同时双脚蹬脚蹬杆带动链轮转动，链轮通过链带动后轮转动，到达拉桨阶段极限位置时，上肢大臂近乎与躯干贴合，下肢蹬直大腿小腿近似呈一条直线，继续划船运动进入推桨阶段，上肢推动车把横杆向前移动，车把竖杆便拉动拉杆，拉杆带动坐架沿坐杆方向向前滑动，双脚分别勾住左右踏杆上套环，下肢由蹬踏运动变为回勾运动，双脚勾动踏环继续运动，整个过程中脚部运动先为蹬踏运动后变为回勾运动，目的是保证链轮的连续回转运动，从而保持前进过程中动力的持续性，保证该移动划船机移动的持续性，后轮为主动轮，前轮为从动轮。
通过车把的左右摇动实现该结构前进方向的灵活变换，应用轮结构保证运动过程的平稳性，加入轮胎结构以削弱运动过程中的震动，运动过程中脚部前半周与后半周的运动范围见图2-4。
图2-4运动过程简图
2.2运动过程极限位置：
划船运动的运动过程有两个主要阶段，即推桨阶段和回桨阶段，出水阶段为推桨阶段的极限位置，入水阶段为回桨阶段的极限位置，因在前进过程中需要使用者正对前进方向，所以本设计采用以推桨阶段为动力阶段划船运动形式进行设计，因此推桨阶段成为划船运动的动力提供阶段，此过程上肢用力向前推桨，桨拨动水面，水面给船的反作用力推动船向前滑动。
回桨阶段为划船运动的动力准备阶段，在推桨阶段结束，桨出水面后，上肢向后拉桨，桨的拨水端移动到最前方，为下一次推桨阶段做准备。
2.2.1运动过程极限位置1：
小臂向内拉动车把横杆向着躯干方向移动，车把竖杆推动拉杆向右下方向移动，下肢用力蹬脚踏杆，到达极限位置时大臂近乎与躯干贴合，躯干呈适度后仰状态，座架移动到右下极限位置，大腿与小腿近乎呈一条直线，脚踏杆移动到左下极限位置，此过程模拟划船运动回桨阶段，极限位置1人体形态与划船机运动形态见图2-5。
图2-5极限位置1
2.2.2运动过程极限位置2：
上肢向外推动车把横杆，车把竖杆拖动拉杆向左上方向移动，躯干从适度后仰状态向适度前倾状态过渡，脚部拖动脚踏杆从左下极限位置向右上极限位置过渡，到达极限位置时，大臂小臂近乎呈一条直线状态，躯干适度前倾或呈竖直状态，大腿近乎与坐杆平行，大腿与小腿呈一定角度，脚踏杆运动到右上极限位置。
此过程模拟划船运动推桨阶段，极限位置2划船机运动形态与人体形态见图2-6。
图2-6极限位置2
图2-3与图2-4中的虚线为人体结构简图，虚线靠近中间位置的点在图2-3中表示大腿小腿连接处关节，在图2-4中表示大臂小臂连接处关节。
2.3设计尺寸：
由于不同国家的人之间人体尺寸有很大差异，同一国家不同区域的人人体尺寸也有很大不同，所以在进行划船机设计时不可能满足所有消费者的需求，只能仿照一般健身器材的标准将划船机设计成大众型的，所以本设计过程参考了国内的平均人体尺寸。
2.3.1机身零件尺寸设计：
依据划船运动过程中人体结构简图，以及划船运动过程中出水阶段与入水阶段的两个极限位置，绘制出了划船机总体样式，并得到各主要部分的尺寸，总体样式见图2-3和图2-4，各部分名称已在图2-1中详细列出，各部分尺寸见下表：
表2-2划船机主要零件尺寸
各部分名称
各部分尺寸/cm
车把横杆
28
车把竖杆
65
前杆
40
拉杆
50
斜杆
32
坐杆
28
后杆
64
中支撑杆
54
后支撑杆
40
前轮
36
后轮
36
脚踏杆
12
2.3.2其他零件尺寸设计:
（1）座杆的设计：
坐杆的设计如图2-5所示，坐杆的作用：
两端分别与中支撑杆和后支撑杆连接，并相对水平面有一定倾角，以使得人体重力在坐杆方向有一定分力；安装坐架并使坐架沿杆方向滑动。
所以座杆两侧面设计有凹槽，用来固定坐架并实现坐架在坐杆上的滑动，凹槽的长度由划船运动过程中推桨阶段和拉桨阶段两个极限位置之间的距离决定，前端两个螺纹孔用来实现坐杆与中支撑杆的连接，后端螺纹孔用来完成坐杆与后支撑杆的连接，坐杆中部的凹槽用来防止拉杆拖动座架运动过程中拉杆与坐杆相撞，同时可限制拉杆向两侧运动，使其只能沿车把竖杆拖动其时的方向前后滑动。
图2-5座杆的设计
（2）座架的设计：
坐架结构见图2-6，其作用为固定座位，与座杆配合，并与拉杆形成连接。
座架上端设计的两个凸台，用来安放座位，凸台中部设计两个半圆形的凸起结
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