毕业设计（论文）-多功能高位下拉健身器材设计.docx

学科分类号一本科毕业设计（论文）题目：多功能高位下拉健身器材院（系）：智能制造学院专业年级：22专升本机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：2024年4月广东理工学院本科毕业设计（论文）多功能高位下拉健身器材Highpositionpull-downfitnessequipment学生姓名:指导教师2024年4月April2024摘要随着我国人民对身体健康越来越看重，投入到健身中的人越来越多，人们越来越重视身体各个部位的锻炼与强化。腰背躯干是身体最重要的部分之一，高位下拉和静态划船能够很好的锻炼到我们腰背的肌肉组织。本论文的研究是将高位下拉健身器材和静态划船健身器材是两种不一样的健身器材，通过设计把两者整合成一台健身器械,从而达到节省成本和多功能的实现。本次设计的意义是为了实现一机多用，功能实用，节省空间，节约成本，降低价格。本次结构设计是将多种健身器械相同的部位统一使用，不同的部位通过机械设计进行有效结合。通过此次多功能产品的设计，将会为健身器器械市场带来一个可观的改变，在以后健身器械的发展上能够取得更好的成绩。关键词：高位下拉；功能实用；健身器材AbstractWiththeincreasingimportanceplacedonphysicalhealthbytheChinesepeople,moreandmorepeopleareengagedinfitness,andpeoplearepayingmoreandmoreattentiontoexercisingandstrengtheningvariouspartsofthebody.Thewaist,back,andtrunkareoneofthemostimportantpartsofthebody.Highpositionpull-downandstaticrowingcaneffectivelyexercisethemuscletissueinourwaistandback.Theresearchofthispaperaimstointegratehigh-altitudepull-downfitnessequipmentandstaticrowingfitnessequipmentastwodifferenttypesoffitnessequipmentthroughdesign,inordertoachievecostsavingsandmultifunctionalimplementation.Thesignificanceofthisdesignistoachievemulti-purpose,practicalfunctions,spacesaving,costsaving,andpricereduction.Thisstructuraldesignaimstounifytheuseofthesamepartsofmultiplefitnessequipment,andeffectivelycombinedifferentpartsthroughmechanicaldesign.Throughthedesignofthismultifunctionalproduct,itwillbringaconsiderablechangetothefitnessequipmentmarketandachievebetterresultsinthedevelopmentoffitnessequipmentinthefuture.Keywords：Pull-down；functional；fitnessequipment目录第1章绪论21.l研究背景21.2健身器材的国内外现状31.3研究内容4第2章现今体育健身器械的特点及方案的确定52.1方案的确定与分析52.2设计要求52. 3整体结构6第3章多功能高位下拉健身器材的设计过程93.1设计材料的选定93. 2底座的设计123. 3支架的设计133. 4配重的设计153. 5滑轮的设计173. 6其他零件的设计193. 7标准件的选定203. 8配合公差的设计203. 9装配21第4章支架的建模与有限元分析223.1 有限元软件介绍223.2 支架的建模与有限元分析223.3 支架模型的载荷和边界条件244. 4计算求解及结果24参考文献26致谢27第1章绪论1.1 研究背景疫情的爆发对全球造成了巨大冲击，改变了人们的生活方式和日常习惯。在疫情的冲击下，人们对身体健康的关注度日益增加，人们意识到要通过运动健身来强化自身的免疫力。随着人们生活水平的提高，健身运动也逐渐成为一种流行的生活方式。高位下拉健身器材作为一种专门用于锻炼背部和肩部肌肉的器械，受到了越来越多健身爱好者的青睐。这种器材具有简单易用、效果明显等特点，逐渐成为健身房的常见设备之一。静态划船健身器材是一种常见的健身器材，模拟划船运动，可以全面锻炼人体各个部位的肌肉，提高心肺功能和增强体能。健康的身体是工作和生活的重要基础,近些年人们的健康意识不断增强，健身人群数量不断增加.为了能够更好满足人们家庭健身需求,让人们足不出户便可以实现多种健身训练。高位下拉健身器材的科学研究支持：许多科学研究表明，高位下拉锻炼可以有效强化上半身的肌肉群，改善体态，预防慢性病等。这些研究结果为高位下拉健身器材的开发和推广提供了科学依据和支持。高位下拉健身器材的科学研究支持：许多科学研究表明，高位下拉锻炼可以有效强化上半身的肌肉群，改善体态，预防慢性病等。这些研究结果为高位下拉健身器材的开发和推广提供了科学依据和支持。静态划船健身器材的科学研究支持：许多科学研究表明，划船运动可以有效提高心肺功能、增强耐力和力量，改善身体形态，减少脂肪堆积等。静态划船健身器材的研发和推广也得到了科学研究的支持，为用户提供科学、有效的健身方案。高位下拉健身器材和静态划船健身器材相同的研究背景主要有以下两个方面：1 .健康意识的提升：随着人们对健康意识的不断提升，越来越多的人开始关注自己的健康状况，主动选择锻炼来保持身体健康。这两种健身器材因其全面锻炼效果和适合各个年龄阶段的特点，受到了越来越多健身爱好者的青睐。2 .健身市场的需求：随着健身市场的不断扩大，人们对于健身器材的需求也在不断增加。高位下拉健身器材和静态划船作为一种功能性强、效果明显的器材，受到了健身房和个人用户的青睐，成为市场上的热门产品。12健身器材的国内外现状近些年来,随着我国经济的迅速发展,人民生活水平和文化素质在显著提高。关爱生命、运动有益健康已经成为人们的共识。崇尚健身,参与各项丰富多彩的体育活动已经形成代表新世纪潮流和崭新的社会风尚。因此“更高、更快、更强”为宗旨的竞技体育和强身健体丰富人们精神文化生活为目的群众体育的发展,对健身器材制造业的兴起起了极大的推动作用.据不完全统计,到2004年,健身器材整机生产企业和工业总产值分别增加到上百家和70多亿元.尽管我国健身器材制造业内外销市场趋旺,产品质量较稳定,但从产品的整体分析，目前我国的健身器材与美国、德国、意大利为代表的发达国家一流产品相比仍有差距.我国的健身器材制造业要想健康、快速、持续的发展，以满足消费者的社会需求,就必须加大科技投入，自主开发和研制新产品，强化自主知识产权的保护意识,提高产品质量,为此强化标准化建设，乃是我国健身器材产业发展的重中之重。为使我国生产的健身器材在不远的将来成为世界名牌我们要重塑中国制造.健身器材生产企业必须自重、自醒、自立、自强.企业为了自身的生存和发展,就必须降低成本,提高效益,增强市场竞争力，以质量创品牌，以质量增效益，以质量求发展,扎根民族沃土,创造世界名牌。争取在将来的几年时间在我国树立起一批具有国际竞争力的企业名牌,让广大老百姓用上满意的健身器材，只有这样才能使我国的健身器材产业健康持续的发展。目前，健身器材领域的研究正在不断发展和进步，主要体现在以下几个方面：创新设计：健身器材的设计不断创新，不仅注重功能性和实用性，还注重美观性和便携性。例如，一些健身器材结合了智能科技，可以通过手机APP实时监控运动数据、提供个性化的训练计划，提升用户的健身体验和效果。2.研究人体运动机理：健身器材的研究也倾向于深入探讨人体运动的生理和生物力学特性，以便更好地设计适合不同人群的训练方案和器材，促进人们的健康和健身效果。总的来说，健身器材的研究现状主要体现在创新设计、健身器材与健康管理的结合以及对人体运动机理的深入研究等方面。这些研究成果的不断积累和应用，将为人们提供更科学、更有效的健身器材和健身方案，帮助他们更好地达到健康和健身的目标。综合运用所学机械知识，本次毕业设计的课题是多功能高位下拉健身器材，可以对机械制造设计有一个综合的了解。机械制造设计是当今社会发展的重要工业之一，制造业始于二十世纪三十年代，由于各种工业发展都离不开这一技术，应用十分广泛，成为各行各业不可缺少的技术之一，由于各种工艺的不断开发与应用，加上新兴技术的不断成熟与完善，极大地促进了各行各业的开发与制造，我国3D设计发展迅速，特别是近二十年来，应用越来越广泛，各种生产制造都离不开，我国的3D设计技术急需发展，尽管近几年该技术发展迅速，同时随着生产率的提高对3D设计的要求也越来越高。经过机械设计的相关了解进行一个设计，题目是多功能高位下拉健身器材，材料为钢材，板材，钢管。钢材具有很高的强度和耐用性，在经受重复的使用和重压下不易变形或损坏，适合健身器材所需的高强度和长期使用，强度和韧度足够。而且钢材具有很好的可塑性和加工性，可以根据设计要求进行成型和加工，制作出各种形状和尺寸的健身器材，加工工艺成熟，产品贴近生活。结合各种加工工艺，以3D设计为引导，对产品的安全性，成本的控制，材料的运用，对其他产品的生产设计都能有所理解。本作品具有以下特点：1：每个作品只能进行单人锻炼。2：使用方便，使用方便能够满足用户顺利操作和锻炼调节。3：安全性好，工作平稳，安全系数值取稍大。4：锻炼功能组合合理，符合大众健身的需要。5：制造加工方便，性价比高。6：结构紧凑，拼装设计，便于包装，运输。第2章总体设计方案确定2. 1方案的确定与分析体育健身器材创新设计是一个贴近生活实际的主题，为了确定方案做了很多市场调查,并在网上收集了许多相关的信息,此外,我还采访了许多教练和健身爱好者，最后在老师指导下,仔细考虑后确定了最终设计思路：因为大多数的设备在目前市场上功能很多很复杂，一些产品的甚至含有18种功能,许多功能被闲置,而且由于设计的复杂性,工作经常出现故障,维修困难,随着人民生活水平的提高,越来越多的人意识到公众的健康,在学校,社区开设了一些健身房,但由于中国人民的消费水平仍不能满足每个人到健身房消费，健身设备虽然超出了普通民众的消费水平,但仍然比去健身房更能负担得起,相比较也更方便，因为他们没有足够的时间去健身房,而健身设备他们是负担得起，由此可见，健身器材是有足够多的消费人群的。同时，由于中国人口众多，人们住房面积有限，人们没有足够的使用空间,所以在设计时明确定义了自己的设计方向，要求结构紧凑，占地面积小，安全性能较高,可以满足人们各种各样的肌肉锻炼,增加锻炼多功能性一方面,另一方面也注重在锻炼的同时使人更舒适、方便。在功能上也进行了优化选择,删除一些不常用的功能,提高设备利用率,节省资源,满足人们的健身需求。设计出一个多功能的健身器材,其提供的锻炼是单一的,但是却提供了许多其他功能。与此同时,根据调查,现在人们主要锻炼的方向为锻炼胸部,肱二头肌,三头肌，腿部肌肉,所以设计出这么一个多功能健身机，其可以提供三种类型的锻炼:锻炼腿部,胸部，和手臂的拉杆运动。三个功能集成,将使设备整体协调,，看起来相对美观（运动机构分别安置在工具的在顶部，中间,和下部），这样人们就可以锻炼胸大肌，腹直肌,二头肌,三头肌,斜方肌,三角肌,背阔肌等肌肉。3. 2设计要求根据健身器械的要求，作品应满足一下要求：（1）只能提供单人锻炼，但为多功能器械。（2）安全可靠，工作平稳，无噪声。（3）锻炼量可调节，每级五kg,操作方便。（4）相对市场上的健身器材，设计更合理，生产制造也更方便。（5）外型美观，采用拼装结构，便于包装运输。（6）利用合理的选材，保证足够稳定的受力的同时，降低成本（控制在2000元之内）。2.3整体结构（1）锻炼机构的组成锻炼机构的组成结构：由底座、立柱、支架、操纵机构、上部支架、配重、导向机构、配件、机架为整个机构提供一个有效组合的平台,手臂锻炼机构通过拉手操作配重的上下移动，以达到锻炼效果。结合考虑现在市场上的健身器械,很多单人使用的健身器材,但由于一些生产厂家为了降低成本，而降低产品的强度要求,因此一旦产品出现破损,会带来维修困难,和使用时间降低的问题。所以在材料的选择上下了很大功夫,为避免这种情况发生。（2）锻炼机构的传动方案的选择方案一:采用带传动方式定义:带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦和啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带轮。传动原理：以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力。优点：1 .有过载保护作用，过载时带在带轮上打滑，可以防止其它器件损坏。2 .传动带具有良好的弹性，能缓冲吸振，尤其是V带没有接头，传动较平稳，噪声小。3 .运行平稳无噪音。4 .适于远距离传动（a=15m）5 .制造、安装精度要求不高缺点：6 .有弹性滑动使传动比i不恒定7 .张紧力较大（与合传动相比）轴上压力较大8 .结构尺寸较大、不紧凑4）打滑，使带寿命较短9 .带与带轮间会产生摩擦放电现象，不适宜高温、易燃、易爆的场合。方案二:采用链传动方式定义:链传动也是一种挠性传动。它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。工作原理：靠两轮间的链条（中间挠性元件）合来传递动力和运动。优点：1 .平均传动比准确，无滑动。2 .结构紧凑，轴上压力Q小。3 .传动效率高n=98机4 .承载能力高P=100KWo5 .可传递远距离传动"5-6m,可用于温度高、环境恶劣的场合.缺点：1 .瞬时传动比不恒定。2 .传动不平稳。3 .传动时有噪音、冲击。方案三：采用绳传动方式定义:靠紧绕在槽轮上的绳索与滑轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。绳传动由绳轮和作为挠性曳引元件的绳共同构成。工作原理:靠紧绕在滑轮上的绳索滑槽轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。优点：1 .成本和体积远低于链和带，与齿轮传动比，抗拉强度高。2 .结构极简单，成本极低，尤其是传递超大功率时更显优越。3 .低噪声、无空回、高刚度、小惯量、传动平稳和维护费用较低。缺点：1 .钢丝打滑，不防水方案四:采用齿轮传动方式定义:利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。工作原理:即一对相同模数（齿的形体）的齿轮相互啮合将动力由甲轴传送给乙轴，以完成动力传递。优点：2 .传动效率高。3 .传动比稳定。4 .精度高、工作可靠。5 .齿轮传动可以在高功率、高精度、高速度以及精密位置控制要求高的场合进行运行输送。缺点：1 .成本较高。2 .有些许的噪音。3 .还要进行定期检查和润滑。比较方案一、方案二、方案三和方案四，健身器为室内型器材，要求运行平稳且无噪声和冲击,有过载保护和缓冲吸振的作用。综上所述,初步确定方案三较为合理，即采用绳传动的方案。第3章多功能高位下拉健身器材的设计想把一款实用的并且大众能接受的健身产品设计并生产出来很不容易，需要做好大量的市场调研，调研产品针对的消费人群的需求，并且根据其切身实际的需求，设计出贴近人心的产品，设计好该产品的设计规划，画出前期设计图，拿出看得见的效果展示，并且反复的修正，选择材料，进行制造，并且检验质量。可以看得出来，一款优秀的健身产品的成型是一个长久而艰巨的任务，并且还要考虑，如何让人们接受它，提高他在消费人群心中的性价比。3.1 设计材料的选定选择合适的材料是重中之重，他是这款产品质量的保证，使他更安全并且能使用的更长久。由此可见，他的重要性，并且要为此付出很多的时间，根据不同的场合又要对制造材料进行选择，不能有一点大意。选择过于优秀的制造材料又会增加它的成本，加工时的难度也会增加（产品材料的强度和硬度的影响）。针对健身产品本身来考虑，很多要选择板材和兴才进行焊接，这就要求它需要有足够好的焊接性能。来进行材料的选择，这款产品要经过考虑在满足它的性能的前提下选购其配用产品，以此来降低它的成本，为此对市场上的常用钢材型号、性能特性进行了调研：45钢：优质碳素结构钢,是最常用中碳调质钢。主要特征:最常用中碳调质钢,综合力学性能良好,淬透性低,水淬时易生裂纹。小型件宜采用调质处理,大型件宜采用正火处理。应用举例:主要用于制造强度高的运动件,如透平机叶轮、压缩机活塞。轴、齿轮、齿条、蜗杆等。焊接件注意煌前预热,焊后消除应力退火。Q235：最常用的碳素结构钢。主要特征:具有高的塑性、韧性和焊接性能、冷冲压性能，以及一定的强度、好的冷弯性能。应用举例:广泛用般要求的零件和焊接结构。如受力不大的拉杆、连杆、销、轴、螺钉、螺母、套圈、支架、机座、建筑结构、桥梁等。40Cr：使用最广泛的钢种之一,属合金结构钢。主要特征:经调质处理后,具有良好的综合力学性能、低温冲击韧度及低的缺口敏感性,淬透性良好,油冷时可得到较高的疲劳强度，水冷时复杂形状的零件易产生裂纹,冷弯，塑性中等，回火或调质后切削加工性好,但焊接性不好,易产生裂纹,焊前应预热到10015(C,一般在调质状态下使用，还可以进行碳氨共渗和高频表面淬火处理。HT150：灰铸铁。主要特征：齿轮箱体,机床床身，箱体,液压缸,泵体，阀体,飞轮,气缸盖,带轮,轴承盖等。35钢：各种标准件、紧固件的常用材料主要特征:强度适当,塑性较好,冷塑性高,焊接性尚可。冷态下可局部徽粗和拉丝。淬透性低,正火或调质后使用应用举例:适于制造小截面零件,可承受较大载荷的零件,如曲轴、杠杆、连杆、钩环等,各种标准件、紧固件。0Crl8Ni9:最常用的不锈钢主要特征：具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能，冲压弯曲等热加工性好，无热处理硬化现象，无磁性。通过调研发现，很多健身器材在选择配重时，会选择HTl50铸造，但结合到实际情况，铸铁相对脆弱，使用中会发生裂开的情况。所以选择改变所涉及的产品的配重方法，选择用30mm厚的冷轧钢板，材料标记为：丝生这类钢主要保证GB/7699-1988力学性能。故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首。数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275Mpa,若牌号后面标注字母A、B、C、D,则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。若在牌号后面标注字母“F”则为沸腾钢，标注“b”为半镇静钢，不标注“F”或“b”者为镇静钢。例如Q235AF表示屈服点为235MPa的A级沸腾钢，Q235-C表示屈服点为235MPa的C级镇静钢。碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。通常Ql95、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等。用于桥梁、建筑等结构和制造普通钾钉、螺钉、螺母等零件。Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。如表3.1所示。牌号Q235(GB/T700-2006碳素结构钢）等级ABCD脱氧方法FxZFsZZTZ化学成分CWO.22W0.20Wo.17Wo.17SiW0.35W0.35Wo.350.35MnW1.40<1.40Wl.40Wl.40P<0.045W0.045Wo.040W0.035S0.050W0.045Wo.040W0.035屈服强度厚度或直径<16二235MFa>1640二225MPa>4060孑215MPa>60100二215MPa>100150>195MPa>150200二185MPa抗拉强度370*v500MPa断后伸长率厚度或直径<40>26%>4060>25%>60"100>24%>100150多22%>150200>21%冲击试/潟度七200-20冲击功J27表3.1Q235材料性质利用钢板气割后加工的方式得到，这样可以有一个很大的优势：就是可以提高产品的韧性，避免了之前提到的裂开的情况，为了节约成本，并且考虑到加工配重的表面质量及尺寸公差要求不高，所以选择了作废的钢材（加工去掉铁锈和粗糙部分，按设计形状进行加工，再刷漆覆盖），成功地利用了低成本的废料，节省成本的同时利于环境发展。其它仍然使用30mm厚的钢板。5）选择导管的时候，因为它对精度的要求要高一些，例如：直线精度过低会影响机械运动，使用不方便，表面不能刷漆，运动时会接触到配种，产生摩擦，掉漆不美观还会造成生锈，因此在这里选择了不锈钢管，材料牌号为ICrl8Ni9,表面烤漆。因为配重在器械运动中会有噪音产生，通过一个简单的办法，并且会使他的维修更方便;就是在配重的下方做出四个相互对称的圆孔，安装进橡胶制成的橡胶圆柱，既能减少噪音，又能留出空间方便后期的维护。4 .2底座的设计在计设底座的时候，他的承受能力也要考虑到，因为右立柱，支架，导向装置,及上支架配重等都要安装在他身上，会安装的合理对称，因此它的受力不会很复杂。其上安装的部分就是他的受力。在此把安全系数取为3,健身器材的底座安全系数通常为3是因为它是一种工程安全的设计标准。安全系数是用来衡量材料承受力与实际应力之间的比较，它是确保工程结构在超负荷情况下不会发生失效的一个重要指标。由于所有钢管的受力不能低于5000N,其上所有部分加上个人的重量远小于这个数量,所以可以说明它是安全的,还要承受他两边的拉力，不过这个力较小，螺栓可以承受。底座设计成方形，可以使它更稳重安全，在运输上也更加方便。如图3.2所示。图3.2底座三维图因为选择的材料都属于低碳钢，这就保证了其良好的焊接性，使设计的要求得到保证，加工都是以型材焊接，可以降低公差的影响，可以在生产的时候校准检验，其他部分和底座进行安装，可以进行焊接，不过会产生运输时的麻烦，所以选择螺栓连接来进行其他部分连接。底座的主要数据：总宽度；40mm总长度；1700Imn总高度：4Onim如图3.3所示：技术要求1 .所有表面粗糙度为图3.3底座二维数据图2 .所有表面打磨毛刺后喷漆3.3支架的设计整体支架是主要结构，在本产品很重要，支架能让使用它的人用起来更舒适，同时还要考虑到它的外观，这也是要考虑到的地方，还要中和市场调研的结果，做出性人化的设计,满足使用者的不同要求。它在产品设计中很重要,包括座椅的舒适性，实用性，还要满足大部分人的身体结构，详见图纸，效果图如下图3.4所示。图3.4支架3D效果图通过冷弯方管焊接的方法对支架进行加工，滑轮夹座安装在支架上，打磨表面并进行检验，表面烤漆，设计运动支架的时候，安装了很多方便手扶的位置，这样做可以使产品有更多的优点，能够提高使用者的使用区域增加使用方式，增加舒适性，让使用者锻炼腿部的时候减少了阻碍，适用于更多的不同身高的使用者，考虑了不同的使用者的体重问题，可以保证产品的安全性。让这款产品更安全，更舒适，将他的实用性美观性都得到了提高，能正满足大部分的锻炼者。支架的主要数据：总高度；200Onlln总长度；170OmIn座高：450mm如图3.5所示。图3.5支架二维数据图设计滑轮装配的过程中，仍然使用冷弯方钢用于滑轮的安装网，标记为Q235GB/76991988将底板和支架进行焊死。是产品安全性在一次提高，运动中的晃动也可以减少。将一根水平的杆焊接在指甲上，是让手动杆可以运动到极限位置。见上方效果图；设计支架的部分。3.4配重的设计还有一个很重要的地方就是产品的配重，通过调研结果对产品提出了几个要求。1.使用者在使用该产品时，配种会因为机械运动，随锻炼着产生运动并且造成与其他部位的撞击，所以，在为产品的配种进行设计的时候，通过了解，其他产品都是通过对这一部分用橡胶来进行包裹处理的。本次设计过程中发现了这样做的一个缺陷,就是会造成产品成本的提高，尤其针对这款产品而言，并且它更容易损坏，不方便后期的维修，因为橡胶很容易老化变形，并且承受不了过大的撞击，这也使产品更容易损坏，橡胶损坏后，之前的问题又随之出现，这也就是这款产品的整体寿命被减少，噪音对于使用者来说也会有很大的麻烦，维修时又会成为阻碍，使用者使用时，他在滑竿上上下运动，设计时滑杆选用ICrI8Ni9不锈钢管材，它的价格很贵，为了降低不必要的成本，又能保护产品的滑杆，所以又对配种的孔进行了加工。（1）很多厂商在制作配重时大多会选则五公斤的配重，又了解到使用者使用的锻炼范围不会超过六十五公斤，也就是说是十三块配重，结合整个产品来讲，这个数量是可以接受的，所以也选择了这样的配置来组成这款产品。（2）在前期的调研中，了解到大多数此类产品的损坏，都是因为选择的材料太脆，而破裂损坏的，也就是市场上最常见的用HnO5（恢口铸铁）铸造加工的，它的特点就是韧性的不够，比较脆弱（据计算：配重的厚度只有30mm并且在配重的中心开了一条深12mm的槽）这也就是他们容易损坏的根本原因，也就是这种产品的损坏的主要原因之一。（3）面对这种情况，在设计中对此进行了改善：（4）考虑到后期维修中会遇到的的问题，放弃了用橡胶处理的这种常见办法，通过在配重的下方，安装四个020深12的孔，利用高度为17的橡皮圆柱安装于这些孔中，顺利的解决了该产品的维修养护难题。如图3.6和图3.7所示：图3.6此为第一块配重图3.7此为一般配重位于第一块配重下面。配重块的主要数据：宽度：150mm,长度：30011un,厚度：3011un,如图3.8所示。图3.8配重块二维图2 .通过在使用者使用时发现，配重会因为运动，损坏滑杆。考虑到这些问题，将长度适中的塑料管，将其加热到适当温度，把导管内部翻出来，这样来解决所发现的问题。3 .在材料的选择上，用之前提到的废弃的板材来代替铸铁，板材的强度足够适用于本产品，韧性也能达到要求。对于配种的设计过程中，认真的做了第一块配重的设计（配重重最上方的那一块）,因为配重是要被吊杆吊起来的，便通过一销将其相互连接，也就是吊杆与配种的连接关系，我选择用螺钉在配重中找到准确位置，来防止吊杆的过度旋转，让使用者在使用中能够更方便的选择所需的配重。见图中两侧的通孔配合那个导杆链接，并按之前将塑料管反过来的处理。塑料管也可以选择废料，只要是尺寸合适的，他的配合公差能够和导管相同。在设计生产配重的过程当中，可以利用气割的方法，割掉相应尺寸的一部分，对其表面进行打磨后，用铳床将相应的地方铳平（按之前提到的选择用废弃的钢材，由于它的表面会很粗糙，在下料时，就要留够足够的余料）之后对其钻孔，倒角之后在进行喷砂处理，之后表面喷漆，就可以完成处理。之后在专孔处钻孔，将橡胶安装在他上边。3.5滑轮的设计滑轮在这款产品中主要是作为钢绳的导向，并且使他们的摩擦得以减少，因为它不会在使用中承受过大的力，可以通过铸造来获取，方便制造，冷冲压后焊接也可以作为他的获取办法，滑轮能够承受六千五百牛的里就足够在这台产品中发挥作用，并且足够安全稳定，因为他不会承受高于此的力，并且一般的材料都不会低于这个受力，所以可以忽略这里的强度问题，又因为在使用过程中，他始终是在此作旋转运动，因此在设计的过程中我在此处设计了一处轴承，他会与滑轮夹坐产生配合，三者相互关系，这样就解决了它的中心孔的易磨损的问题。同时能减少它在使用中因旋转而产生的摩擦，这也就延长了它的寿命，保证运作的安全和要求。滑轮的三维效果图。为了在他的装配中表示，没有在此全部表出。如图3.9所示。045图3.9滑轮三维图图3.10滑轮二维数据图配重块的主要数据：最大半径：30mm最小半径：27.5mm滑轮孔半径：15mn,如图3.10所示。通过把上边的两个部分组装在一起就可以完成这部分的组装。这种设计在大规模的生产中能够大大的提高生产效率，并且间接的降低制造成本，在生产过正中可以选择用冲压工艺，选择使用落料来形成加工成品，并且在此基础上，在材料中加加入轴承，使用螺栓或者钾钉将其连接在一起，这种制造方式可以体现出很多的优点：选择的材料能够最大程度的保证材料所要求的足够的强度，并且节约了材料的使用，对其进行加工时也会更加简单快捷方便，能够降低制造的成本和时间，准确度也会因加工而有所提高，制造过程中效率会大大提高，针对小规模生产时会有不合适的地方，因为小规模生产磨具的费用成本就占了很大比重，生产过程中的大体工艺方法有，下料，成型，冲孔等。这样又一次降低了成本，提升了效率，对未来的生产制造有了很大的帮助。在设计钢丝绳的过程中：通过查阅机械设计手册就可以了解到？它的公称直径O=Ca（公式中C为选择系数，S为最大静压载荷）由此可知，选择系数的计算公式为:（其中n为安全系数，k为折断系数,。为钢丝绳的充满系数）其中0的算法为3=钢丝绳的断面面积绳毛面积通过查阅机械设计手册,将钢丝绳的抗拉强度选为167MP取安全系数值为6级,k-0.82,0=0.46代入公式的c=0.110通过查阅机械设计手册C取0.14代入D=其中max=1300N算的b=2.9取整D=3,由此将钢丝绳选择使用钢芯钢丝绳(GdT8918T998),标记为3NaT6c21S+IW16708Z5.39钢丝绳的直径为3mm,滑轮是安装在滑轮座里面间隙只有2mm单面间隙为1mm,这样既可以保证钢丝绳不会卡在滑轮座里面，保证钢丝绳在使用过程中的可靠度。3.6其他零件的设计在设计其他部分的时候，像是手握部分，使用者座椅，这些可以在市场上寻找制作，他们不需要太多的硬性要求不像其他部分需要很高的精度,例如手握部分,座椅，由市场上购买定做就可以，能够满足之前调研的市场需求使用者的要求,看起来美观,使用起来舒适，用螺丝等配件来将其固定在要求的位置组装成品。握杆主要尺寸数据：握杆宽度：70cm握杆长度：90cm如图3.11所示。拉手主要尺寸数据:拉手长度：91cm如图3.12所示。Ja迎91(图3.12拉手设计图3.7标准件的选定在产品的组装生产中还会使用大量的标准件，本产品的生产过程中使用了比如螺丝，螺母，垫圈等。立柱与底座的联结采用m30的螺栓，下面校核它的强度：1六;3其中在实际中Fa(max)=15KN螺栓的材料为Q235,0=235MP,d=30m11,所以立柱取M30的是完全的。这里取30是完全可以的。轴承的选择不能过小，不然会松动滑落，造成危险或者产品的损坏，根据机械设计手册进行选择即可。使用者使用过程中容易碰撞到膝部，为了防止这种情况的发生,本设计选择了有橡胶包裹的螺钉。3.8配合公差的设计还有个部分组成连接的地方需要注意的，对产品的整体有很大的影响，连接组合的适配，这些都会影响产品成型后是否平稳安全，是否运动顺畅使用顺利，包括噪音磨损产品寿命的影响，都是对产品是否使用安全的影响因素，所以各部分各产品部件的公差就相当重要，在这里要进行下说明。剪辑配合要运用在有摩擦，使用中会缠上运动的地方，由于该产品属于健身器材，对精度的要求并不会很高，在组合中要流出大量的间隙保证彼此的配合，保证产品在使用中更安全顺利，外观整体性更好，不会产生噪音或自我磨损的情况，保证使用者的安全和足够的适用范围。其中有运动关系的地方一律采用间隙配合，主要是因为力量型的健身器械运动精度要求不是很高，在周围联结出采用大间隙配合，保证锻炼过程中阻力小，减少对销的摩擦，且便于装配。3. 9装配因为本产品的大部分材料属于板材管材，管材的制作中需要处理表面，焊接时要注意准确的，材料的使用率高，不会废弃过多，组装生产中有很多麻烦，管材的制作中如果公差不合适会使产品的准确度就,产品质量降低,所以在装配过程中要很注意,对装配人的要求很严格，在装配的过程中，底座和立柱是要首先组合在一起的，之后在其上将支架，配重，导杆等注意安装，安装支架的过程中，要注意钢丝绳的长度受力运动中是否有影响，还有组装过程中使用的螺丝等固定材料,要适配并能保证质量,防止引起脱落损坏而造成整体的损坏，扶手座椅等安装是放在最后的，在产品基本成型后的附加物。还有需要注意的是在安装过程中各部分的组装顺序，因为各部分彼此衔接，很容易因为组装顺序的不同而造成一些零件的无法安装或者重复安装。如图313所示咒图3.13装配图第4章支架的建模与有限元分析3.1 有限元软件介绍本文基于ANSYSWorkbenchl9.0软件平台，在不同工况条件下对支架结构模型进行了CAE有限元分析，通过结构的最大等效应力、最大等效应变和总变形量的结果来验证结构的安全性。ANSYSWorkbench仿真平台集结构、热、流体、电磁和声场等分析于一体，能够方便地进行多物理耦合场分析，广泛运用与机械、船舶、汽车、石油化工、航空航天、国防、电子、土木工程和生物医药等领域，是通过二十多个技术协会认证的标准通用分析软件2。同时它也是一个创新、开放的CAE平台，它集成了设计与分析所需的各种工具，具有无与伦比的性能以及高度的开放性、灵活性和友好的用户界面，与多种CAD软件有良好的接口，并具有比较高效的网格划分功能。软件主要包括3个部分:前处理模块，分析计算模块和后处理模块。在本次分析中主要用到该软件的分析计算和后处理两个模块。3.2 支架的建模与有限元分析（1）支架的几何模型图4.1所示。02500750OCOO0001000M图4.1支架的几何模型（2）支架的网格模型根据有限元一般分析流程，几何建模完成之后，接下来就是对几何模型进行网格划分，Workbench平台对几何模型进行划分的平台有两个：一个是集成在Workbench平台上的高度自动化网格划分工具一Meshing网格划分平台，另一个是高级专业几何网格划分工具ICEMCFD网格划分工具21。本次结构静力学分析,我们选择Meshing网格划分平台，单位制我们选择mm、NsTonne、MPa、Secondo网格划分设置如下：双击Mode1（模型）进入Mechanical操作环境模块,此模块中包含赋予材料属性、网格划分、施加载荷和边界条件、求解模型及后处理设