机械按摩椅的设计.docx

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机械按摩椅的设计

毕业综合项目成果

题目机械按摩椅设计

学院

专业机械制造与自动化

班级XXXXX

学号XXXXX

姓名XXXXX

指导教师XXXXXX

摘要2

关键词2

引言2

1产品创新简介3

2机械按摩椅总体设计3

2.1传动装置设计3

2.2总体尺寸设计5

3链条传动设计6

3.1链传动的主要参数6

3.2链传动计算8

3.3链轮的选用8

4轴的设计1.0....

4.1轴的设计方法.10...

4.2各轴的结构设计1.0..

4.3各轴尺寸、强度计算1.2..

5齿轮的设计.1.7....

5.1齿轮的基本参数和啮合要求17.

5.2齿轮的尺寸和强度计算18..

6按摩椅按摩器，整体外观功能设计1.9.

6.1按摩椅按摩器设计1.9..

6.2椅面和踏板设计22..

结论25.…

谢辞25....

参考文献25....

附件26....

机械按摩椅设计

摘要：

本次设计是对按摩椅的一种复古创新的设计。

所设计的按摩椅是通过人工慢运动输入动力而进行按摩的机械按摩椅。

在设计上，首先确定按摩椅的动力传输方式，其次对按摩椅的总体尺寸及部零件空间布置尺寸的设计；再对传动链、

各传动轴、齿轮的结构设计和强度计算，以及对按摩椅外观、踏板的设计。

所设计的按摩椅符合人体工程学，具有中医穴位按摩的功能；在生活上，机械按摩椅给国民带来慢运动、按摩放松的休闲方式。

关键词：

脚踏式按摩慢运动

引言

在社会不断发展的今天，人们对生活质量的要求也随之增高。

消费者在经过

长时间压抑的工作及长时间的不运动，都需要稍微适当运动来放松身体来达到身体血液循环平衡、供氧充足。

在选择放松方式时，消费者有很多选择。

例如消费者可以在自己的办公室、房间来回走动放松或采取按摩椅来放松。

按摩椅在市场上均为电动按摩椅（价格昂贵，有一定的电磁波辐射），一般采用振动、挤压按摩。

如果在按摩时，再加上消费者自身的运动而且是慢运动，那是一件锦上添花、完美的事。

消费者不仅可以得到按摩放松，而且更难得的是可以通过自身慢运动得到通筋活血，减肥收脂的功效。

而这款按摩椅便是会受到消费者青睐的“机械按摩椅”。

“机械按摩椅”实现了通过自身慢运动而获得按摩放松，实现了科学环保的设计理念。

这是按摩椅设计史上一大壮举之一!

1产品创新简介

机械按摩椅是一款通过人工踩踏踏板，驱动链轮，带动链条，驱动齿轮等一系列复杂的传动构成的按摩椅。

机械按摩椅最大的特点便是消费者用自己的脚踩踏踏板（类似于骑自行车），便能获得按摩放松。

而其它的按摩椅则是通过通电，用电机驱动来完成实现按摩。

这就体现了机械按摩椅的节能环保的科学设计理念。

在工作之余，在家闲暇之余，消费者都可以使用所设计的机械按摩椅。

该机械按摩椅与普通单个沙发椅一般大小，可以在室内占据合理的空间；使用机械按摩椅时，按摩椅上的按摩器能准确地进行轻捶、揉压背部穴位，来达到通筋活血的功效。

再之，消费者在踩踏踏板转动则是一种慢运动。

对于爱美女性而言，便具有减肥收脂美腿的功效。

而踏板、椅面都设有小型按摩球，也起到挤压穴位按摩的作用。

相信，机械按摩椅能造福于广大消费者，在市场上占有一定的份额。

2机械按摩椅总体设计

2.1传动装置设计

机械按摩椅输入功率P:

50~100w，输入转速n:

15~60r/min.

机械按摩椅是一款纯机械传动的按摩椅。

无配电机，实现了科学环保的设计理念。

机械按摩椅的机械传动机构主要由链条传动、齿轮传动、曲柄滑块三大传动机构组成。

链条传动采用单排滚子链作为传动介质，其中有两张紧轮作为导向、张紧链条作用；齿轮传动则是采用圆柱直齿齿轮，有两对外啮合齿轮，分别位于链轮的两侧，在传动中起到了平衡传输功率的作用；曲柄滑块机构则是由曲轴、连杆、滑块构成，起到实现按摩作用

三大传动机构空间布置及功能实现:

链轮1装在踏轴1上，链轮2装在踏轴2上，链轮1链轮2由单排滚子链连接；踏齿轮2分别布置在踏轴2上，在链轮2的两侧，对称布置，踏齿轮3分别布置在与踏齿轮2相对应的位置踏轴3上，分别与对应的踏齿轮2想啮合；曲柄滑块机构有两组，对称布置在踏轴3上，两踏齿轮3之间。

传动装置图如

图1。

图1传动机构图

柄滑块工作一一按摩器2工作。

三维效果图如图2

图2三维传动机构图

2.2总体尺寸设计

机械按摩椅尺寸设计要求：

按摩椅总体尺寸大小要合理，经济科学，以最适宜的量，发挥最大的作用。

机械按摩椅尺寸设计方案：

根据一般的家庭椅子、沙发、及电动按摩椅的外观结构尺寸，调查发现，长

为500~1200mm，宽为400~700mm，高（椅面离地高度）为500~750mm。

机械按摩椅根据自身的结构特点，以及综合因素，合理的设计尺寸如下：

长

为500mm，宽为650mm，高为600mm，前支座离椅端面距离为400mm，踏轴1离椅面为320mm.总体尺寸示意如图3。

图3总体尺寸图

3链条传动设计

3.1链传动的主要参数

a•链的节距和排数

链节距越大，贝U链的零件尺寸越大，承载能力越强，但传动时的不平稳性、动载荷和噪声也越大。

链的排数越多，则其承载能力增强，传动的轴向尺寸也越大。

因此，选择链条时应在满足承载能力要求的前提下，尽量选用较小节距的单排链，当在高速大功率时，可选用小节距的多排链。

b.链轮齿数和传动比

为保证传动平稳，减少冲击和动载荷，小链轮齿数Z1不宜过小（一般应大

于17），通常按表1选取。

大链论齿数Z2=iZl,Z2不宜过多，齿数过多除了会增大传动尺寸和重量外，还会出现跳齿和脱链等现象，通常在Z1V120.小链轮齿

数要求如表1。

表1小链轮齿数

链速v/（m/s）

0.6〜3

3〜8

>8

Z1

17

21

35

滚子链的传动比i（i=Z2/z1）不宜大于7，—般推荐i=2~3.5，只有在低速时i才可取大些。

i过大，链条在小链轮上的包角减小，啮合的轮齿数减少，从而加速轮齿的磨损。

c.中心距和链节数

如果中心距过小，则链条在小链轮上的包角较小，会导致磨损的加剧，且易产生跳齿、脱链等现象。

同时链条的绕转次数增多，加剧了疲劳磨损，从而影响链条的寿命。

若中心距过大，则链传动的结构过大，且由于链条松边的垂直度大而产生抖动

3.2链传动计算

传递功率P=100w=0.1kw,转速ni=60r/min。

传动比ii2=ni/n2=60/40=1.5。

初步估计链速v0.6m/s,由《机械设计基础》表9.9查得小链轮zi=19,

Z2=ii*zi=28。

A确定链节数

初定中心距a0=90p。

Lp=2a0/p+（zi+Z2）/2+p（z2-zi）2/（39.5a0）2=180+23.5+102/（9039.5）=2

03.5=204节。

B根据计算功率确定链型号

查表得工况系数KA=1，主动轮系数Kz=1.52,链排系数Kp=1。

Pc=KAKzP/Kp=1.0X1.52X0.1=0.152kw。

根据Pc=0.152kw,ni=60r/min,从机械传动手册查表得取用08A型号链。

节距p=12.7mm。

验算链速V=zipni/（60X1000）=19X12.7X60/（60X1000）=0.24m/s<0.6m/s。

故符合范围。

最大中心距a=a0=90p=1143mm。

3.3链轮的选用

链轮已标准化，无需设计计算，选用即可。

根据轴的设计尺寸，及链的型号，节距，两个链轮分别选用:

链轮1如表2

表2链轮1参数表

Z

d

di

L

B

P

19

22

40

36

7.85

12.7

链轮2如表3

表3链轮2参数表

Z

d

di

L

B

P

28

28

45

36

7.85

12.7

链轮链条效果如图4

图4链条链轮装配图

4轴的设计

4.1轴的设计方法

轴的设计步骤：

（1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。

（2）按扭转强度估算出轴的最小直径。

（3）设计轴的结构。

（4）按弯扭合成进行轴的强度校核。

（5）修改轴的结构再进行校核计算。

（6）绘制轴的零件图。

需要指出的是：

（1）一般情况下设计轴时不必进行轴的刚度、振动、稳定

性等校核。

如需要进行轴的刚度校核时，也只作轴的弯曲刚度校核。

（2）对用于

重要场合的轴、高速转动的轴应采用疲劳强度校核计算方法进行轴的强度校核。

4.2各轴的结构设计

在机械按摩椅中，有三根主要运动轴，即踏轴1、踏轴2、踏轴3。

这三轴

分别起到动力传输、驱动按摩器的作用。

踏轴1的结构设计：

踏轴1是阶梯轴，是输入功率第一接收轴，并带动链条运作。

踏轴1上装

有齿数为19的链轮1，深沟球轴承，及踏板的连杆。

因此踏轴1的结构设计如

图5踏轴1

踏轴1的c段安装19齿的链轮，采用平键周向定位，卡环轴向定位，在c区平键两侧设有卡环槽。

b、d区是安装轴承，采用轴肩定位（b、d的直径小于c的直径），基轴制过盈配合。

a、e区是安装踏板连杆，两轴端有铣扁，各轴端铣两面，用于周向定位，传递转矩，采用卡环、轴肩定位，轴两端设有卡环槽。

踏轴2的结构设计：

踏轴2是阶梯轴，是输入功率第二接收轴，驱动齿轮和按摩器1运转。

踏轴2装有齿数为28的链轮2，按摩器1，齿轮，轴承。

因此踏轴2的结构设计如图6。

图6踏轴2

踏轴2的d段安装28齿的链轮，采用平键周向定位，卡环轴向定位，在d区平键两侧设有卡环槽。

c、e段是安装按摩器1，c、e段各铣两面用于周向定位，传递转矩，基轴制过盈配合，采用轴肩轴向定位。

b、f段是安装齿轮，采

踏轴3的结构设计：

踏轴3是曲轴，是输入功率第三接收轴，驱动按摩器2运作。

踏轴3装有

按摩器2、齿轮、轴承。

因此踏轴2的结构设计如图7。

h

图7踏轴3

踏轴3的c、d段安装按摩器的连杆。

采用双轴肩轴向定位，基轴制的间隙配合。

b、e段是安装齿轮，采用平键周向定位，轴肩，套筒轴向定位。

a、f段

是安装轴承，轴肩轴向定位，基轴制过盈配合。

4.3各轴尺寸、强度计算

踏轴1的尺寸、强度计算：

输入功率P=70~100w,n=60r/min。

由于中小功率选用材料45调质钢，由《机械设计基础》表14.7查得强度极

限犯=650MPa。

按脉动循环处理【3ob】=70MPa。

由《机械设计基础》表14.1查得c=107〜118,

dC3p/n=107~11830.1/60mm=12.7mm。

由于轴两端铣扁的存在，直径加大3%~5%，取直径为d13~14.7mm。

a、e段装踏板连杆，取da=de=13mm，La=Le=25mm。

b、d段是装

轴承，考虑轴承的选用，取db=dd=17mm，Lb=Ld=18mm。

c段是安装19齿的链轮，考虑链轮的选用，取dc=22mm,Lc=56mm。

踏轴1全长为142mm。

套用自行车踏轴最小直径d12mm，故踏轴1的强度符合要求，无需进行强度校核计算。

踏轴2的尺寸、强度计算：

输入p=0.1kw,n=40r/min.中小功率，材料选用45调质钢。

由《机械设计基础》表14.7查得强度极限Sb=650MPa,按脉动处理。

【紅】=70MPa,由表14.1查得c=107〜118odC3p/n=107~11830.1/40mm=14.5〜16mmo

由于考虑到轴承选用安装，取最小轴径da=dg=17mm;考虑到b,f段是安装齿轮，取db=df=20mm；考虑到c，e段是安装按摩器1，取dc=de=24mm，考虑到d段是安装链轮，取dd=28mm。

确定轴长

考虑到轴承的选用安装，齿轮用套筒轴向定位，取La=Lg=32mm，

Lb=Lf=28mm。

考虑到按摩器1的安装，及与箱体的安装，取Lc=Le=121mm。

考虑到链轮2的安装，取Ld=58mm。

踏轴2全长为420mm。

踏轴2的强度计算：

已知主动轮即踏齿轮2的圆周力Ft1=Ft2=420N，径向力Fr1=Fr2=120N，轴向力Fa=60N，L1=L3=50mm，L2=320mm，轴的受力图如图8，H水平面受力图如图9

图8轴的受力图

H水平面

1

尸1!

L1BL2（

-L3'

FHA

图9H水平面受力图

400

400

FhA=[Ft2L3+Ft1（L2+L3）]/（L1+L2+L3）=Ft1（L2+2L3）/（L1+L2+L3）=420

/400=420N

Fhd=[FtiLi+Ft2（L2+Li）]/（Li+L2+L3）=Fti（L2+2Li）/（L1+L2+L3）=420

/400=420N。

Mhb=FhaLi=42050=21000Nmm,

Mhc=FHdL3=42050=21000Nmm。

H面弯矩图如图10。

图10H面弯矩图

V平面力系

V平面受力图如图11。

Fa1

Fa2

Fr?

FVA

I'I

B

L2

f

-L3

'FVD

图11V平面受力图

FvA=[Fri（L2+L3）-（Fad/2）2]/（L1+L2+L3）=[120（300+50）+12050-60

80]/400=108N,

Fvd=[Fr1L1+Fr2（L1+L2）+Fad]/（L1+L2+L3）=120+60X80/400=132N

Mvb=FvaL1=108X50=5400Nmm,

Mvc=FvdL3=132X50=6600Nmm。

V面弯矩图如图12。

图12V面弯矩图

M=.MhMv。

Mb=JMHbmVb=J（42050）2（10850）2=21683Nmm,

Mc=■mHcmVc=、（42050）2（13250）2=22013Nmm。

图13总弯矩图

T=9.55X106P/n=9.5X106X0.1/60=15916Nmm,

MeB=..216832（0.615916）2=23692.8Nmm,

Mec=,220132（0.615916）2=23995.1Nmm。

总弯矩图如图13。

故MeC面为危险横截面。

故校核EeC=MeC/W=23995.1/（0.1X403）MPa=23955=3.7492MPa

而【S-ib】=70MPa,§ec【&ib】的条件，设计轴有足够的强度，并有一定的裕量。

踏轴3的尺寸、强度计算：

第三踏轴因载荷于第二踏轴相近，高出不多，只需将最小轴径加大3%，即

可。

d=17X（1+3%）=17.51。

由于轴承的选用安装，取da=df=20mm；考虑到齿轮的安装，取db=de=24mm;考虑到齿轮的轴向定位，取dh=di=28mm;考虑到连杆的安装，取dc=dd=18mm。

考虑到轴承的选用安装，齿轮用套筒轴向定位，取La=Lf=33mm，Lb=Le=26mm;考虑到齿轮的轴向定位，取Lh=Li=9mm;考虑到连杆的安装和运作，取Lc=Ld=24mm。

踏轴3全长为420mm。

由于踏轴3受到的负载不大，与踏轴2相近，无需进行强度计算。

5齿轮的设计

5.1齿轮的基本参数和啮合要求

标准直齿圆柱齿轮的基本参数有5个：

z、m、a、ha*、c*，其中ha*称为齿高系数，c*称为顶隙系数。

我国规定的标准值ha*=1，c*=0.25。

两渐开线直齿圆柱齿轮的正确啮合条件：

m1=m2=m；

a1=a2=a。

即两齿轮的模数和压力角分别相等。

5.2齿轮的尺寸和强度计算

在机械按摩椅结构设计中，有两组渐开线直齿圆柱齿轮，分别为踏齿轮2，

踏齿轮3，各两个，总共4个。

踏齿轮2与踏齿轮3相啮合（外啮合），来完成动力传输工作。

踏齿轮2是外啮合中的主动轮，齿轮啮合是起到减速的作用，故踏齿轮2的齿数要少于踏齿轮3。

确定m=2，i=2，a=20°。

踏齿轮2的设计

m=2,a=2°°

zi=4°。

d=mz=80。

bi=30mm，

ha*=1,ha=ha*m=2mm，

da=d+2ha=80+4=84mm。

踏齿轮3的设计：

m=2,z2=80。

d=mz=2X80=160mm，

a=20°，

b2=28，

ha*=1,ha=ha*m=2mm。

da=d+2ha=160+4=164。

由于踏齿轮2为主动轮，齿数少，踏齿轮2的轮齿啮合的次数踏齿轮3的大，故踏齿轮2的轮齿磨损比踏齿轮3的要大，故踏齿轮2的齿宽设计比踏齿轮3大2mm，即踏齿轮2的齿宽bi=30mm，踏齿轮3的宽b2=28。

踏齿轮2、踏齿轮3都采用平键来传递扭矩。

踏齿轮2是采用6X6xiOmm的平键，踏齿轮3是采用8X7X14mm的平键。

6按摩椅按摩器，整体外观功能设计

6.1按摩椅按摩器设计

在机械按摩椅的设计中，主要有两组类别的按摩器，即按摩器1，按摩器2o这两按摩器在机械按摩椅功能实现的过程中，起着非常重要的作用。

按摩器1

对人体的背腰部的穴位能进行挤压、刮压的按摩，促进人体的血液循环。

按摩器2对人体的背部有捶背的功能，能使紧张的人体瞬间得到放松。

按摩器1的设计：

按摩器1主要针对人体背腰部的穴位进行设计的，因此，按摩器1上的按

摩小球起着关键性的作用。

按摩器1随着踏轴2的转动而转动，按摩小球便能对人体背腰部穴位进行挤压、刮压的按摩。

按摩器1的设计图如图14，图15，

图16

*

图14按摩器1的按摩小球

图15按摩器1装配

图16按摩器1尺寸

按摩器1全长200mm，按摩小球直径为10mm，按摩小球离开椅面能有

5~7mm,能更好的按摩

按摩器2的设计：

按摩器2主要是针对人体的背部按摩（即捶背按摩）进行设计的。

按摩器2的工作头部分是仿生学的产物，是模仿人的手拳头进行设计的。

按摩器2工作时，仿佛就是人的手给人体背部舒服的捶背，使人体得到一定的放松，使人精神抖擞，工作效率更佳。

按摩器2是曲柄滑块机构的一部分，随曲轴的转动而上、下地作往复运动，来完成实现捶背按摩。

按摩器2的设计图如图17,图18，图19。

图19按摩器2尺寸

按摩器2的全长257mm，由拳头工作头、长方体块、圆柱杆、圆柱滑块组

成。

长方体块规格为28X28X65mm，圆柱杆底径为15mm，高44mm;圆柱滑块上有直径为6mm的圆柱销来连接连杆的，有两直径为6mm通孔，在滑块端面对称布置，是用于连接导轨，起导向作用，使滑块能上下作往复运动。

6.2椅面和踏板设计

椅面的设计是决定人体对机械按摩椅的感知程度。

故椅面设计是机械按摩椅

设计中的重要部分之一。

假设椅面是一般的椅面，比如是平的，那么按摩器发挥

的效果不能完全的体现出来，人也不能感受到此款按摩椅带来的乐趣。

故椅面设计要有独特的一面，要符合人体工程学，要把机械按摩椅的价值体现出来。

椅面的设计：

椅面与人体的背部接触，要有留一定的空间，来让按摩椅更好的工作，并能让人更佳体验按摩。

故将椅面设计成V字形，让人体的背部能更

好嵌在椅面，同时按摩器也能更好地进行按摩工作。

为了增加按摩的效果，将椅面分成两块区域，即背部区域，腰部区域。

背部区域布置有直径为10mm的按

摩小球，腰部区域布置有直径为5mm的按摩小球。

因此，由于按摩小球的存在，这些小球将能挤压刺激背、腰部穴位，能增进人体血液循环；在椅面的上端设有一个凹陷的枕头，能容放人体头部。

在枕头下方（即椅面长550mm处）设有

两个打通的长方形按摩器2工作区域，并对称布置；在椅面长251mm处也设有打通的长方形按摩器1工作区域，并对称布置。

设计效果图如图20，图21o

图20椅面

图21椅面整体设计

踏板设计：

踏板是人的脚板第一接触者，也是功率输入的第一受力者。

人的脚踩踏踏板，才能驱动按摩椅工作。

故踏板必须有一定的强度，并有良好的外观。

故踏板的设计采用人体工程学。

模仿人的脚板设计，并在它表面上设置有按摩小球。

当人在踩踏踏板时，小球便会刺激人的脚板神经，仿佛就是行走在布有小鹅卵石的小溪中，亲近自然。

踏板长280mmX宽（足弓处）96mmX厚30mm，踏板足弓处设有直径为10mm销轴通孔，按摩小球直径为8mm。

踏板设计效果图如图22，图23。

图22踏板图23装配

结论

通过这次对机械按摩椅的设计，更深刻的全面的了解了机械传动机构的原理和设计方法，也充分的意识到对产品创新带来的乐趣。

这次设计，让我在较短的时间内基本掌握了轴、链传动、齿轮的设计方法，及如何把握整体尺寸的设计方法。

同时，在计算机软件应用方面也有很大的提高。

这些都更好地锻炼了自己的自学能力，学会如何收集资料和运用资料，也很大提高了自己的独立思考和动手学习能力，将会给以后的工作有很大的帮助。

谢辞

在这次毕业设计中，我要衷心地感谢我的指导老师。

老师对我精心的指导，使我才能更好更快地完成我的毕业设计。

从中，我学会了机械传动原理和设计方法，也体会到了做人的成功在于在不断坚持努力，才能到达胜利的顶峰。

祝老师们身体健康，万事如意。

通过本次设计，我的学习能力有了质的提高，对人生意义也有了一定的领悟。

参考文献

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3〜14.

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5〜16.

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3〜18.

附件