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1、 一种新型家用健身娱乐型甩干车研究报告作者：亚云启、陈启召指导老师：龚健一种新型家用健身娱乐型甩干车一 项目背景随着全民健身热的兴起，家庭健身意识正在不断增强，很多家庭把健身器械购回家里，进行健身锻炼，以期达到健康身体，陶冶情操和家庭和谐享受的目的。因此，人们也越来越关心市场上各种各样的健身器械，着意进行比较和选择，挑选适合自己的家庭成员健身健美的产品，建立起自己的家庭健身俱乐部。其实，人们对自己拥有的健身器械的要求并不很高，总的来说有三点：一是效果明显；二是价格合理；三是在健身过程中尽量用最短的时间达到最大的娱乐性。近几年，市场上流行的健身器材种类很多，但流行不一定受欢迎。有的健身器材功能单
2、一，虽价格较低，但一般消费者认为并不划算；另外一些健身器材功能较多，但结构复杂，使用空间大，价格较高，大多数消费者又接受不了。所以真正能进入家庭的产品并不是很多。目前的健身器材的研发方向大多没有考虑如何将人们健身所产生的能量充分利用。造成生物能的浪费，随着能源危机问题的不断突出，节能减排已经成为一个世界范围内被广泛研究的课题。此次设计研究的目的就是为了研发出一种与现在市场上出现的健身器械不同的一部集娱乐、健身、实用为一体的多功能健身车。这种健身车包含健身、娱乐、实用三个方面的功能。二 新型家用健身娱乐型甩衣车结构介绍本作品基于腿部肌肉训练为主，装置如图所示2（1）所示，作品由健身部分、甩衣机部
3、分、以及摇篮部分三个部分组成。（1） 健身部分健身部分基于机械齿轮传动原理，通过脚蹬器带动与脚蹬器同轴的齿轮通过齿轮啮合传动带动下一级齿轮作用，进而将带动与下一级齿轮同轴的锥齿轮，再通过锥齿轮的相互啮合改变能量的传递方向最终将能量传递给甩干机，进而驱动甩干机运动，因为甩干机运动时相当于一个负载，人需要通过脚蹬器来驱动这样的一个负载进而达到健身的目的。（2） 甩干部分健身中通过消耗生物能产生的机械能通过机械传动最终将能量传递到甩衣机部分，甩衣机部分通过运用圆周运动离心原理，将所要甩干衣物中的水分脱去，最终达到甩干衣物的效果。(3) 娱乐部分本作品有两座位，即如图所示座位1和2.座位。两座位之间有
4、挂式摇船（摇摆机原理）。而摇船基于目前比较流行的摇摆机原理即通过动力驱动曲柄滑块机构，这种机构是把人驱动齿轮圆周旋转运动转变为左右往复平动。在运动方向的转换过程中，在机构运一种使人体能在平躺状态下使下肢模拟鱼类左右摇摆的健康器械，它能够改善人体脊椎、关节等部位的运动状况，促进血液循环，这种器械目前在世界许多国家都广泛应用。本作品在设计时充分考虑到目前所倡导的和谐社会的思想，更适用刚有小孩的家庭。本作品希望通过夫妇共同劳作，共同照顾小孩，共同健身来提高夫妻之间的默契度，进而提高家庭成员之间的和谐度。在与摇船连接的是座位2的传动机构，此传动机构采取简单的偏心轮结构，通过偏心轮的运动通过连杆来带动摇
5、船的左右摆动。在满足孩子的娱乐功能的同时，也能够使坐在座位2的人也达到了健身的效果。这种健身娱乐甩干机适用于有1-5岁（在这年龄区间的小孩的体型在人体运动学中的功率输出的范围之内）小孩的家庭。三、作品结构设计计算（1）甩衣机计算甩衣机采取转轴正传原理带动甩衣筐里的衣物做离心运动，通过查阅有关资料可知甩衣机一般转速达到1000rad/min，最终大约17rad/s，对甩衣机主轴进行校核: 按弯扭合成应力校核轴的强度。设计轴的尺寸公式 通过查阅机械设计手册可得A0=110，人的所传递的功率为大约为60-70w，故可得到d。通过计算最终将轴d取48mm。（2）齿轮传递效率的计算及齿面强度校核本作品运
6、用机构普通直齿轮和锥齿轮的两种齿轮相互作用，因为齿轮传动效率一般达到98%左右，故传动效率P=0.98的齿轮传动级数次方。最终计算得到齿轮传动效率为87.3%。 齿面接触疲劳强度校核采用软齿面，小齿轮40 调质，齿面硬度为270HBS，大齿轮用45号钢调质齿面硬度为245HBS。因，SH1=1.1， SH2=1.1 ，因：， SF=1.3 （3）按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造。取载荷系数K=1.3，齿宽系数 小齿轮上的转矩： T9550P/ n=95502.099/255.6=78.4Nm 确定中心距u=i=7.33模数 取法向模数m3.5 确定中心矩a=m(z1+z2)/2=3.5（
7、110+15）/2218.75mm齿宽b=mm =45mm, =43mm(4) 摇船主要设计参数：(1)摆动频率：238士O25HZ(2)水平摆幅：37 cm(3)垂直高度：212 cm(4)水平摆角：11。四 综述 此款新型家用型甩衣车将健身与娱乐以及家庭实用三者联系在一起，抛弃了单一的功能设计优化的设计思想，从人们对未来生活以及社会大主题出发，从节能与和谐的角度在充分达到家庭健身娱乐的同时又充分的利用人体的生物能。在未来的发展空间很大。五作品结论与未来展望本作品目前仍然是纯机械机器。这样可能就限制了该作品的使用范围，并且此作品的设计初衷是有1-5岁小孩的三口之家而设计，这样如何将现代的一些
8、声光影像功能融入此作品之中也是本作品的下一步研发方向，并且虽然目前三口之家很多，但在其适用性仍然有其局限性，需要近一步深化开发。本人就以上问题对该作品做以下展望：（1）作品可以在座位2的脚蹬器安装发电装置和蓄电装置，这样可以将人体健身所消耗的生物能转化为能量级更高的电能，并通过化学能储存下来。这部分电可以用作支持摇船的声光表演功能，因此在近一步深化作品时可在摇船上加装电子娱乐系统。（2）将甩衣机和单筒式洗衣机整合，通过用电力驱动洗衣机，将衣服洗干净后将湿衣服放入动甩干机中进行脱水，这样将减少用电量。符合节能减排的时代主题。（3）将摇船装置原理换为其他换成其他原理，例如采用电磁式摇摆机原理近一步克服传统机构在运动方向的转换过程中，在机构运动的死点处不可避免地存在着换向冲击力，同时这个换向力还会使滑块产生交替倾斜，从而产生扣声和脚台声等异声等缺点。希望达到产品的近一步深化开发的要求。参考文献1鲍俊瑶，摇摆机振动、噪声机理的实验分析研究，合肥工业大学硕士论文，20042机械设计手册齿轮和轴的校核3孙桓 陈作模 葛文杰 机械原理 高等教育出版社4张健滔，基于振动力量训练的新型健身器材开发研究，论文，20055陈燕萍 新型电磁式摇摆机的开发研究 合肥工业大学硕士学位论文 2005附图