機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法結(jié)課報(bào)告_多功能跑步機(jī)

1、 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法結(jié)課報(bào)告 設(shè)計(jì)題目： 多功能跑步器 學(xué)生姓名： 潘峰 胡聿珩 楊水 學(xué) 號(hào)：班 級(jí)：120314任課教師：xxx 2015 年 9 月 23 日1. 運(yùn)用機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法課程所學(xué)的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技法，以及機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的創(chuàng)新知識(shí)，針對(duì)某一你所熟悉的產(chǎn)品、設(shè)備或零件，提出你在上述某一方面的具體的創(chuàng)新與改進(jìn)措施。2. 設(shè)計(jì)課題在主題框架內(nèi)可自行確定，課題可以是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外觀設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)等；3. 每個(gè)課題可一人一題，也可兩人或三人一題，但需要有較明確的分工；一擬定設(shè)計(jì)任務(wù)書（設(shè)計(jì)原由，設(shè)計(jì)技術(shù)條件，設(shè)計(jì)內(nèi)容，設(shè)計(jì)對(duì)象說明）現(xiàn)在由于快節(jié)奏的生活

2、方式和不良的生活習(xí)慣，致使大多數(shù)人的身體處于亞健康甚至低于亞健康的水平，長此以往必將影響國家的可持續(xù)發(fā)展，為此普及全民運(yùn)動(dòng)的理念顯得尤為重要。跑步是國際流行的有氧健身運(yùn)動(dòng)，被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評(píng)價(jià)，對(duì)于提高使用者的心肺功能、肌體耐力以及脂肪消耗都具有非常好的效果。此課題的目的就在于運(yùn)用巧妙而簡單的設(shè)計(jì)，來實(shí)現(xiàn)健身的多樣性和便捷性，降低大眾健身運(yùn)動(dòng)的門檻，實(shí)現(xiàn)足不出戶便可健身，使全民都能參與其中，并感受到其中的樂趣。此新型便攜式跑步機(jī)便是響應(yīng)這一理念而生。二功能原理與工作原理分析功能原理：利用與腳接觸的運(yùn)動(dòng)部分的往復(fù)運(yùn)動(dòng)模擬出跑步的效果。工作原理：通過一定的控制方式，使機(jī)構(gòu)在不同的條件下完成

3、特定的運(yùn)動(dòng)方式，最終形成循環(huán)往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)跑步過程的模擬。三國內(nèi)外同類產(chǎn)品現(xiàn)狀電動(dòng)跑步機(jī)主要由機(jī)架、電動(dòng)機(jī)、可調(diào)電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成，其特征在于框架與支架垂直連接，前軸與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動(dòng)皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電動(dòng)機(jī)、可調(diào)電源,安裝在框架的前端，控制傳感器裝在電動(dòng)機(jī)上，速度傳感器安裝在緊靠在從動(dòng)皮帶輪的框架上，皮帶調(diào)節(jié)螺栓一端連接在電動(dòng)機(jī)外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架前端的孔板上，跑步機(jī)扶手架安裝于支架的頂端，儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動(dòng)方式采用帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)

4、級(jí)為一級(jí)。 四機(jī)構(gòu)方案評(píng)價(jià)評(píng)價(jià)指標(biāo)具體項(xiàng)目機(jī) 構(gòu) 方 案 評(píng) 價(jià)123A運(yùn)動(dòng)性能1. 運(yùn)動(dòng)規(guī)律、軌跡2. 運(yùn)轉(zhuǎn)速度、運(yùn)轉(zhuǎn)程度直線往復(fù)型運(yùn)轉(zhuǎn)程度好直線往復(fù)型運(yùn)轉(zhuǎn)程度好循環(huán)往復(fù)型運(yùn)轉(zhuǎn)程度一般B工作性能1. 效率高低2. 使用范圍效率高、適用于直線傳動(dòng)效率高、適用于直線傳動(dòng)效率一般、適用于往復(fù)傳動(dòng)C動(dòng)力性能1. 承載能力2. 傳力特性3. 振動(dòng)噪聲傳力平穩(wěn)，正常潤滑下無噪聲傳力平穩(wěn)，正常潤滑下無噪聲承載能力強(qiáng)，傳力不平穩(wěn)有脈沖，有較小噪聲D經(jīng)濟(jì)性1. 加工難易2. 維護(hù)方便性3. 能耗大小短齒條加工簡單，維護(hù)方便，能耗較大長齒條加工較復(fù)雜，維護(hù)方便，能耗小加工簡單，維護(hù)較麻煩，能耗較大E結(jié)構(gòu)緊湊1.

5、 尺寸2. 重量3. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜性尺寸小，較重，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，不便安放電機(jī)等尺寸小，較輕便攜，結(jié)構(gòu)簡單，便于安放其他零件尺寸小，較重，結(jié)構(gòu)簡單，便于安放其他零件五三種方案的機(jī)構(gòu)（結(jié)構(gòu)）構(gòu)型（要求繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖或示意圖；）結(jié)構(gòu) 1 利用短齒條和多齒輪嚙合的方式傳動(dòng)（圖中為與上齒條嚙合情況），且保證段齒條長度至少大于兩齒輪中心距，以保證傳動(dòng)的連續(xù)性，使用短齒條可是生產(chǎn)成本降低，易于批量生產(chǎn)。結(jié)構(gòu) 2 利用長齒條與單齒輪嚙合的方式傳動(dòng)（圖中為與上齒條嚙合情況），齒條可運(yùn)動(dòng)超出主體箱，運(yùn)動(dòng)行程由踏板控制。運(yùn)動(dòng)過程中齒條始終與齒輪嚙合，且齒條的有效嚙合長度較其運(yùn)動(dòng)范圍較短，以免出現(xiàn)超程后卡死的情況。結(jié)構(gòu)

6、 3 選用鏈輪的傳動(dòng)方式，利用鏈輪循環(huán)往復(fù)的特點(diǎn)，踏板被下壓后由鏈條帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)，踏板升起后由彈簧將其拉回原位，其特點(diǎn)是回程速度快，但是不具規(guī)律性。六確定最佳方案并闡述所選方案功能及工作原理由上邊可知，結(jié)構(gòu)2為最優(yōu)結(jié)構(gòu)方式，不僅便于生產(chǎn)制造，還便于攜帶與收藏。且能耗相對(duì)較小，利用率高。同時(shí)緊湊的結(jié)構(gòu)也便于電機(jī)與線板等的布置與連接?，F(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)分析如下：此模型包括“固定部分”、“運(yùn)動(dòng)部分”和“控制部分”此三大部分組成。固定部分由主體、齒輪、電機(jī)（在建模中為了提高效率，電機(jī)及輔助件部分并未進(jìn)行展開設(shè)計(jì)，而只是對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行探索）等組成，固定于地面之上，以此來為系統(tǒng)提供穩(wěn)恒的動(dòng)力輸出；運(yùn)動(dòng)部分為踏板盒，相對(duì)

7、固定于主體之上，可實(shí)現(xiàn)前后方的直線運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成了往復(fù)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)；控制部分是指由彈簧連接的伸展與壓縮，來實(shí)現(xiàn)雙排齒條與齒輪的嚙合條件的變換，進(jìn)而完成對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的調(diào)控，達(dá)到了簡易條件下人工智能的效果。工作原理：先將人的跑步過程抽象，得到如下的兩點(diǎn)假設(shè)。假設(shè) 1 人在跑步過程中時(shí)刻一只腳撐地（前腳剛落地且后腳即將離地的時(shí)刻相對(duì)較短，在此往復(fù)循環(huán)運(yùn)分析中可忽略）。假設(shè) 2 彈簧被壓縮過程十分短暫，不會(huì)對(duì)速度造成明顯的波動(dòng)，或產(chǎn)生的波動(dòng)遠(yuǎn)小于人的感知?，F(xiàn)對(duì)跑步機(jī)運(yùn)行過程進(jìn)行分析如下，在奔跑中的某一刻左腳剛落下且右腳剛提起，此時(shí)左邊彈簧被壓縮，齒輪與下齒條脫離且迅速與上齒條嚙合，齒條的運(yùn)動(dòng)方向與之前相反，開

8、始隨左腳向后運(yùn)動(dòng)；當(dāng)右腳提起時(shí)，彈簧被釋放，使齒輪與上齒條脫離而與下齒條進(jìn)行嚙合，同理右腳的運(yùn)動(dòng)部分方向?qū)⒎聪颉Ｓ纱藢?shí)現(xiàn)了所要求的回復(fù)運(yùn)動(dòng)。由上述分析可知，僅用彈簧的伸縮性便完成了對(duì)運(yùn)動(dòng)的控制。從某種意義上來說，用彈簧實(shí)現(xiàn)了PLC的功能，體現(xiàn)了現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡單、便捷、高效的發(fā)展理念。七結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（另附圖紙）(包括所承擔(dān)工作所起的作用； 3D建模的零件名稱，數(shù)量，將相應(yīng)的圖剪貼在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中；完成工作所遇到的問題及解決方法)此設(shè)計(jì)作品系本人獨(dú)立完成。建模零件包括，主體箱、踏板墊、踏板芯、上齒條、下齒條、齒輪及彈簧。對(duì)于循環(huán)往復(fù)運(yùn)動(dòng)模型的建立是此機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)，再利用雙齒條變換嚙合后，此問題被迎刃而解。

9、此外，在仿真中，彈簧的畫法也是難點(diǎn)，在搜尋資料后，此問題也一并解決。所建模零件圖如下：齒輪齒條（上）齒條（下）踏板墊踏板芯主體彈簧裝配體八本項(xiàng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單巧妙，化繁為簡，抓住跑步過程中的唯一變量雙腳進(jìn)行探索，巧妙的將單向直線運(yùn)動(dòng)進(jìn)行“對(duì)稱布置”后實(shí)現(xiàn)了往復(fù)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)、執(zhí)行、“伺服機(jī)構(gòu)”一應(yīng)俱全。尤其是設(shè)計(jì)中，利用彈簧可以貯存彈性勢能的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)了雙排齒條與齒輪嚙合形式的選擇控制，從某種意義上來說，實(shí)現(xiàn)了PLC的功能，體現(xiàn)了現(xiàn)代創(chuàng)新設(shè)計(jì)簡單、便捷、高效的發(fā)展理念。九本項(xiàng)設(shè)計(jì)的應(yīng)用和發(fā)展前景通過生活中的見聞，我深刻的了解到現(xiàn)代人的缺乏運(yùn)動(dòng)以及它的危害性，因此此設(shè)計(jì)旨在降低健身

10、運(yùn)動(dòng)的客觀條件，享受隨時(shí)隨地的健身效果。即便是陰雨天，或者室內(nèi)面積較小，依然可以充分享受運(yùn)動(dòng)健身所帶來的充實(shí)和健康。另外，飯后可在低速下進(jìn)行散步，一來加快血液循環(huán)，而來有助于食物的消化。同理也可用于久病臥床后的康復(fù)理療過程，伴隨使用可加快復(fù)原的進(jìn)度。由于結(jié)構(gòu)巧妙，使得其占地面積小，具有便攜性。材料用量少，制造工藝要求不高，大大的降低了生產(chǎn)成本，并且實(shí)用性高，適用范圍廣，這些都是好的產(chǎn)品所具有的客觀因素，在具備了這些因素之后，可以預(yù)見此新型便捷式的跑步機(jī)必將收大眾的青睞，得到推廣。十完成此次機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法結(jié)課報(bào)告的收獲和體會(huì)沿著簡約設(shè)計(jì)的方向并且結(jié)合自身的觀察，決定了以便攜式的跑步機(jī)作為設(shè)計(jì)課

11、題。通過對(duì)跑步過程中人雙腿運(yùn)動(dòng)的基本變量的分析，終于發(fā)現(xiàn)這種利用齒輪齒條由單向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行對(duì)稱布置后向往復(fù)對(duì)稱方向運(yùn)動(dòng)變化的結(jié)構(gòu)，又利用彈簧伸縮的特點(diǎn)完成了對(duì)變換嚙合的控制。用彈簧以小博大，來作為伺服控制部分，這是作為設(shè)計(jì)者得我最得意的部分之一了。由于時(shí)間倉促，加上設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的不足，導(dǎo)致了作品不能被深度的挖掘，因此只進(jìn)行了主體部分的設(shè)計(jì)。即便是只進(jìn)行了主體設(shè)計(jì)，也是對(duì)設(shè)計(jì)過程很苦惱，有時(shí)候一個(gè)小小的變動(dòng)，需要重頭到尾的修改好多個(gè)參數(shù)，從零件圖到子裝配體，再到總的裝配體，一個(gè)個(gè)的尋找，一個(gè)個(gè)的校正，實(shí)在是很繁瑣，有時(shí)候就是一個(gè)很細(xì)微不足道的地方，稍微優(yōu)化一下，就可能導(dǎo)致一場“災(zāi)難”。單單是從這些我們就可想而知，如果完成一次完整的設(shè)計(jì)，是需要耗費(fèi)多少時(shí)間和精力的。 通過大學(xué)本科對(duì)機(jī)械知識(shí)的初步學(xué)習(xí)，使我認(rèn)識(shí)到再復(fù)雜的機(jī)構(gòu)設(shè)備系統(tǒng)，都是由一些最簡單基本的運(yùn)動(dòng)形式復(fù)合而成，因此抓住問題的本質(zhì)，以最簡單速效的辦