南宫NG·28(中国)官方网站毕业设计（论文）露天健身器材的创新设计（全套图纸）1、露天健身器材的创新设计全套图纸，加153893706内容摘要露天健身器材是各居民小区最常见的运动健身器械。经过市场调查得知如今小区中运功最多的人群为中老年人，因此本次设计的重点也是针对于中老年人身体健康状况来设计。 本次设计的创新点是在以往设计的基础上对常见的健身器如：扭腰器，上肢牵引器，举推器进行某些部位的优化及改进，使其更加接近锻炼者的身体特点，并能对锻炼中常出现的某些事故进行有效的避免。健身器械主要由起固定作用的立柱，工作的旋转机构，及手扶机构组成。设计时应尽量减少棱角及伸出，以免勾挂，划伤。器材的尺寸方面应根据人群的平均身高，体重来设计，元件间的间隙以不造成儿童身体损害为标准。据调查有
2、60以上的人不留意健身器材的适应年龄，有50以上的人不能分清儿童器械和成年人器械，种种原因造成锻炼时的意外伤害。5岁以下儿童应该在监护下方能使用健身器械，使用前确认该器械是否牢固、变形等，还应标注高血压、心脏病患者要遵从医生建议使用健身器械，发觉不适时应该及时停止锻炼。一人仅限使用一个位置，其他人应该在安全距离以外，并不得在这些器械附近嬉戏打闹等等，来防患于未然。关键词： 露天健身器材 中老年人群 创新要点 布置规范abstractthe open-air fitness equipment is various inhabitants plot most common movement
5、.1.1专家的意见 1 1.2小区健身场所存在的隐患 3 121 数量不足是一大遗憾3 122公共健身器材遭遇不和谐之音 4 123 分析总结 5 2 .不同年龄段的健身要点6 3常见健身器材及其作用7 3.1扭腰器7 311 草图说明7 312 扭腰器7 32 踏步器8 33 臂力锻炼器：9 331 弹簧拉力器10 3322 机构的拉力与压力分析12 333 弹簧推力器13 4力的校核13 41 弹簧力的校核13 411 弹簧的选择13 412 圆柱螺旋弹簧的设计14 4121 圆柱螺旋弹簧14 4122 压缩弹簧特性线 弹簧的选择16 441 弹簧的选择结果17 5扭转盘力的校核18 6杆件力的校核1961 杆件变形的基本形式19 62 轴向拉伸或压缩时的变形20 7健身器表面涂料的选择21 71健身器表面涂料的作用22 7.1. 1 表面喷漆的选择22 8健身器材的可行性分析23结论 23 致谢23露天健身器材前言近几年在全国城乡的街头巷尾，广大居民在家门口的大众健身器材上热火朝天地锻炼，已经成了都市里一道美丽的风景。因此也出现了许多功能各异的室外健身器械，如太空漫步机、单杠、双杠等健身器械。这些室外健身器械的投入使用，大大丰富了社区文化生活。现今随着人们健康观念的转变和经济条件的好
7、转，健身器行业前景广阔，在非典时期看看广场上户外器械旁成堆的锻炼人群（大多数是中老年人和儿童）就不得而知了。有些项目比较疲软，走进大商场仅跑步机就不下几十种牌子在降价打折，其原因主要是一些厂商不注重创新。基于以上原因我把本次机械创新设计的目标锁定在了中老年人和儿童健身器材的创新上，在市场现有的健身器械上进行了创新还自己设计了几种市场上没有的新产品，希望在自己的努力下能取得一些成果。第届体博会期间，健身器械室外健身器械的安全通用要求国家强制性标准正式发布。据了解，这是国家体育总局起草制定的第一部体育用品产品标准。该标准已经于年月日起正式实施。因此本次设计将在国标基准下计划并进行。1. 市场调查1
8、1小区健身应注意的问题广大居民在家门口的大众健身器材上热火朝天地锻炼，已经成了都市里一道美丽的风景。但不少喜欢健身的人士并不清楚自己适合哪种健身器材，也不了解具体的使用方法，更有甚者，许多儿童使用一些为设计的器材，造成了安全隐患。为此我专门看了记者采访健身器材的设计专家丁春雷和北京市体育局群体处的颜纳新的有关问答。11.1 专家的意见 小区健身器材主要为设计，大多不适合儿童使用。 丁春雷介绍说，户外健身器并不是简单的健身玩具，每套器材都有自己的安全规定这些健身器材主要为设计，大多不适合儿童使用。颜纳新说，北京市在2001年就颁布了北京市全民健身工程管理暂行规定实施细则，对儿童正确使
9、用健身器的安全问题进行了规定：未满12周岁的儿童在使用健身器材时必须有监护人陪同，否则出现意外责任自负。 另外，由于孩子们自我保护意识差，在游戏过程中常常精力不集中，所以儿童器械场地应该弹性较好、缓冲力强，例如沙地或者塑胶地面。如果小区健身环境没有满足这样的设计要求，那么家长就更应注意孩子的运动安全。据丁春雷介绍，发达国家在安装户外健身器时，一般都会参照儿童的使用规格，另做一套与健身器功能相同的产品，以保证安全。要掌握各种器械的特点，锻炼应循序渐进户外健身器的主要设计对象是中老年人。颜纳新说，如果能每天抽出30分钟在运动量相对比较大的健身器上锻炼一下，中年人普遍存在的骨质疏松就有可能得到一
10、定改善。具体说来，“划船器”能让脊背在体前屈和体后伸的过程中最大范围地活动，同时有效增强脊柱各个关节的弹性和韧性，缓解腰背酸痛。但在练习时要注意动作的连贯性，每一个蹬伸动作间不要出现停顿，而且动作一定要到位，否则相关的肌肉无法得到充分锻炼。“健骑器”可使全身80的肌肉和关节同时参加运动，在锻炼全身肌肉和关节之外，还可以有效地提高协调能力。据统计，社区健身器材中最受老年人欢迎的是“太空漫步机”和“上肢牵引器”。老年人身体没有那么柔软，不适宜玩扭动幅度太大的健身器械，“太空漫步机”的活动式踏板设计将漫步、慢跑、静止自行车运动的锻炼效果集于一身，类似于我们自然跨步的动作，对关节不会产生大的冲击，
11、能充分锻炼腿部和臀部肌肉群，还能增强手脚协调能力，提高心血管的耐受力，但容易头晕的老年人要谨慎使用。“上肢牵引器”的慢速牵拉动作能让肩周肌肉得到放松，作为一种辅助治疗手段，对中老年人常见的肩周炎很有帮助，是小区健身器械中最受老年人欢迎的一种。颜纳新提醒老年朋友，训练中要注意循序渐进，最好能隔一天练习一次。每次练习的次数应该参考使用说明，根据个体的年龄、性别、身体状况和病情轻重做出调整，否则容易拉伤上臂肌肉。另外，腰粗的老年人可以适当练练“扭腰器”，但要注意转体速度不能过快，用力不能过猛，若能配合腹式呼吸，运动效果更佳。万一在运动过程中发生腹痛，可以放慢扭腰动作的幅度和节奏，症状严重时应立即停止
12、运动。运动前应仔细阅读使用说明，掌握好运动量。丁春雷强调说，许多人喜欢结伴边聊天边锻炼，在健身器上一呆就是两三个小时，一不留神就将有助于健身的有氧运动做成了剧烈的无氧运动，不但健身效果不好，还容易造成运动损伤。所以健身一定要掌握好运动时间和运动量，“适可而止”很重要。运动前锻炼者一定要仔细阅读小区里的健身警示牌和每一套健身器上的使用说明，了解器材的运动量和正确操作方法。违规操作不仅易造成运动损伤，还会降低器材的使用寿命，增加运动风险。另外，户外健身器的使用年限一般在46年之间，所以如果自己所在小区的健身乐园建成时间较久，使用前还要注意检查一下各个器材能否正常运转。目前小区的健身器材大多安装在水
13、泥地面上，材质以金属为主，老年人骨质较为疏松，健身时要注意避免摔倒或撞到器械上，造成不必要的损伤。去年，在全国十运会正在如火如荼地进行时，能看到在成都的许多公园广场、小区绿地、社区空地都可见到人们热火朝天锻炼的场景。随着生活水平的提高，越来越多的成都市民加入到各种健身活动中。健身器材的安全、卫生、维护等问题，也受到越来越多市民的关注。12 小区健身场所存在的隐患121 数量不足是一大遗憾 在4月份的某天傍晚，市郊小区里，一位老大妈告诉调查者，自从搬到这里居住后，她每天晚上都要在这里锻炼上半个小时，原因一是小区的环境相当不错，二是有很多老年人聚集在此，三是小区里集体锻炼很简单很奏效。 我观察到小
14、区场地里的其他器材也没空着。小孩、老年人都在使用，大家对这里的器材都很满意，不足的就是有个别器材坏了却没人来维修。还有人说，要是在自己居住的小区安装这些健身器材就好了，用不着天天跑这么远。 其实，在调查中发现，抱有这种心态的市民还不少，他们都希望，社区里都能安装上基本的健身器材。 随着健康意识的增强，人们对居住地健身器材的期望也日益增强。大家都希望能够在居住的小区找到健身器材，开展健身活动。 在另外的一处小区内，我只看见两三副健身器材。这能够满足十几幢高楼住户的健身需要吗？在进行了口头问卷调查后，居民们普遍反映：“自从搬进此小区入住以后，对小区其他方面都还满意，就是健身器材数量少，品种单一，早
15、晚使用的时候有点挤，希望有关部门重视一下”。采访中我还发现，尽管小区里的健身器材有限，人们对这些设施的使用还是不够充分。老年人与小孩成了这些公共健身器材的“主顾”，无论哪一个小区，无论是早上还是晚间，光顾健身器材的市民中几乎没有年轻人。在调查采访中我了解到，相对于小区的健身场地，健身房是年轻人光顾最多的地方。一位年轻的女士说：“选择健身中心，主要是因为这里有比较时尚的设备，还有较好的健身教练进行指导，当然，这里的活动强度也更适合青年人。” 事实上，这些都不是根本的理由，根本的原因在于，青年人的健身意识还不强，他们还没有像老人们那样意识到健身的重要性。 122公共健身器材遭遇不和谐之音 采访中我
16、发现一个奇怪的现象：一边是市民渴望小区内有足够的健身器材，而一边却是不但不能充分利用这些健身器材，甚至有些市民还故意损坏这些公共健身设施。采访中，我看到了这些现象 现象一：健身器械成晒衣架 。现象二：卫生情况令人忧 。市区一些小区的健身器材的卫生状况确实令人担忧。在许多老小区，器材都已经是“历经风霜”：“肋木”、“转体训练器”、“摸高横梁”等多处油漆脱落、锈迹斑斑；而“滚筒”的扶手处由于汗渍太多，已经全部生锈了，手摸上去就是一片锈痕。 “早晨和晚上是两个锻炼高峰期，我希望健身器材每天早晚清洗一次。”一位锻炼者如是说。许多市民呼吁：“公共设施需要大家一起爱护，希望各位在锻炼后都能随手用纸将器材擦
17、一下，这样会更卫生。” 现象三： 器材无人维修 。据住在成都市区某小区的群众介绍，小区里的健身器械非常受欢迎。“现在这里越来越挤了，甚至到晚上12点，还有人在这里舒展舒展腿脚。”在健身器械处看到，这里立有告示牌，表明器械的功能、使用方法、注意事项等。 尽管小区居民都比较注意爱护这些公共器械，但可能因为老化的缘故，这些器材中有5件已经损坏。有台“太空漫步机”甚至已经坏了两个多月也不见人来维修。现象四：健身变成“伤身” 。经调查发现，社区中比较普遍的公共健身器械有健身车、健步机、太空漫步机、太极柔推器、转腰器等。由于各种原因，有一些市民在使用器械健身的时候受到意外伤害。 在一次采访中我看到一个小朋
18、友跑到一台漫步机上“踩飞轮、荡秋千”，突然儿子双脚滑空，从漫步机上摔了下来，后来到医院花了近百元医疗费。家长称：孩子摔伤，健身器械的厂家和社区管理者都有一定的责任，因为没有人教他们如何正确使用这些器械。锻炼者不懂得如何使用“漫步机”，也没有看到旁边有任何提示性的标识。虽然一些社区、公园的公共健身器械，虽然有标注器械的功能、注意事项，却没有任何关于器械使用方面的说明文字，也没有标注该器械的适用人群，一些初次到活动场所锻炼的人“看见别人怎么使用，自己就试着怎么来”。就像摔伤的那位小朋友，不懂得规范使用漫步机，两腿都站在机上向同一个方向前后摆动，就像是“荡秋千”，身体没有重心，结果失去平衡，脱手了自
19、然就会摔伤身体。 有了标识，如果健身者不留意也等于零。我在学校附近的小区发现，这里设置的公共健身器械种类比较多，布置也比较规范，一些器械机架上还标注使用注意事项，如健身者应该如何根据身体状况选择健身器材，5岁以下儿童应该在监护下方能使用健身器械，使用前确认该器械是否牢固、变形等，还标注高血压、心脏病患者要遵从医生建议使用健身器械，发觉不适时应该及时停止 ，锻炼时，一人仅限使用一个位置，其他人应该在安全距离以外，并不得在这些器械附近嬉戏打闹等。但是据周围的群众反映，很多市民在使用这些公共健身器械的时候，缺乏安全意识，没有先看这些标识，不规范使用器械，锻炼前也没有先进行热身，而是一接触器械就猛
20、烈运动，造成身体拉伤或是扭伤等隐患。 公共体育器械面对的是各类社会群体，但是严格上说，有一些器械只适合成年人使用，一些器械却是只适合儿童使用。如果成年人使用儿童器械，则器械容易损坏；如果儿童使用成年人器械，则有出现意外的危险。我从正在健身的市民当中选择10个人做调查，有7个人称自己在健身的时候从不留意健身器械的适应年龄，有6个人不知道哪一个是儿童用器械，也不知道哪一个是成年人用器械，认为“既然安装在这里，就是随便什么人都可以使用的”。据了解，个别市民在使用公共健身器械的时候不是以锻炼身体为目的，而更像是在泄私愤，以破坏器械为乐；健身器械是露天放置的，雨水、沙尘很容易侵入轴承里面，润滑油在轴承内
21、部无法封存，轴承经常出问题，器械滚动突然很快，或是突然卡住等。这些受人为或是自然影响已经损坏的器械没有得到及时的维修或更换，也容易让以后一些安全意识比较差的健身者出现意外。 123 分析总结 公共健身器械需要共同维护 。体育基础设施建设是开展全民健身活动的基础，社区、公园公共健身器械时这个基础中的基础。我从网上了解到，从2002年至今，成都市全市已安装了500多条全民健身路径，其中在人群比较密集的社区、小区、公园、街道安装了300多条，极大地方便了群众就近开展健身活动。 但是，越来越多的公共体育设施也给相关部门提出各种问题来。调查中，不少人认为当前体育健身器械最大的问题是维护和修复问题。按照规
22、定，健身器械的维修应由使用单位如社区等负责，但是，个别社区常以资金缺乏为借口不进行维修。此外，对这些公用健身器械缺乏长期有效的管理，也是这些器械损坏严重的一个重要原因 。至于安全问题，据一些经常在社区健身的居民分析，健身器械伤人事故的主要原因是器械在设计时没有考虑到公园内健身的游人数量大、使用频率高、器械超负荷使用的情况，所以制作材料的强度不够，部件设计不合理，危及人身安全。由于经费紧张，相关管理部门对器械日常的检查和保养不够及时，加上一些市民安全意识薄弱，继续使用已经损坏的器械，造成安全隐患。而一些有特殊要求的器械，现场没有指导性标识，让市民不知道如何正确使用器械，出现不规范行为，难免会有意
23、外事故出现。为了减少健身器械伤人问题，每处健身场所都应设立警示牌，标注器械的使用方式，要求未成年人必须在成年人的指导下使用，否则后果自负。 2 .不同年龄段的健身要点由于健身器材大多在人群比较聚集的地方出现，因此在设计的时候要从各个年龄层次来考虑，有主有次，能适应不同年龄层次的需要。以下为各个年龄层次的健身调研：16岁以下 这个年龄段正是少年儿童的生长发育阶段，健身锻炼的强度不要过大，以免损伤身体。可以进行一些诸如单杠、吊环、体操、标枪等运动项目的锻炼，以促进身体的健康成长。17-18岁 这个阶段应通过肌肉强化训练取得正常体力。可以每间隔一天进行一次大约半个小时左右的负重训练，使主要肌肉群得到
24、锻炼。还可以经常进行有氧健身操、慢跑、骑自行车等方面的运动，以使心血管系统得到锻炼。 29-38岁 为了使各个关节保持一定的柔韧性，要多做些伸展方面的运动，同时还要注意心血管系统方面的锻炼。久坐办公室的人更要多做些伸展运动，例如，在做仰卧起坐时，要尽量将两膝提拉到，坚持30秒钟，或两腿分别上举，要尽量举高，并坚持一定的时间。 39-49岁 这个年龄段的力会逐渐开始下降，肌肉逐渐萎缩。可以每3天进行一次锻炼，内容包括：25分钟左右的心血管系统方面的锻炼，中等强度；15分钟左右的器械练习，要小重量、多次数，为防止意外，最好采用健身器械；10分钟左右的伸展运动，尤其是要注意活动各关节和那些易
25、于萎缩的肌肉。 50岁以后 各部位的机能开始明显地退化，要根据每个人的自身情况，多做一些舒展和平缓的健身活动。如散步、打太极拳、舞剑，漫步等运动，能起到强身健体、延年益寿的目的。3常见健身器材及其作用常见的露天健身器材有：扭腰器、举推器、压腿器，拉力器，踏步器，太空漫步机，健骑器，上身牵引器等。在此只提到与本次设计有关的器械。3.1扭腰器腰背痛是一种在中老年人群中常见多发病。据统计，有不同程度腰背病患者，约占人口以上。本次设计的腰背器是治疗这种疾病的非常简单有效的器具。名称：扭腰器适合人群：中老年人（注意：儿童不宜使用）。主要功能：:锻炼腰腹部灵活性和柔韧性 ,增强腰部力量。扭
26、转过程中拉长脊椎 ，使脊柱得以舒展,且使周围肌纤维活动范围加大,且使周围肌纤维活动范围加大 ,增强其柔韧性 ,从而避免硬伤害。对防止腰椎间盘突出有一定效果。311 草图说明 （ 图3.1）产品名称：腰部器。产品规格：钢管喷塑，塑料封帽。动作要领：背部紧贴滑转轮，俩手紧抓扶手或用胳膊肘关节紧勾扶手，吸气时扭转，呼气时回复。收腹挺胸 ,转动髋关节 ,膝关节伸直 ,运动过程中肌肉不要松弛 ,要保持张力。感觉腰部微热、舒服为好。设计创新点：它克服了现有的各种器无法对自身腰背部进行强力的缺陷，而且不用电，安全可靠，效果好。使用时，人站着，可对腰背部进行，从而达到自我保健治疗的目的。同
27、时具有腰，背部及中枢神经系统的功能。注意事项：儿童必须在有监护人的陪同下才能使用。使用说明牌：产品的使用说明牌挂置于机器显著的位置，可以方便运动时从不同角度进行师范参考，以使运动正规化，从而使您达到预期的运动目标。图 3.1312 扭腰器 （图3.2）名称：扭腰器主要功能：可同时活动腰部和臂部，把扭转盘的运动转化为人自身的运动。产品规格：钢管喷塑，塑料封帽。动作要领：可同时满足两人运动。1：双手紧抓转盘，然后转动转盘，身体随着手臂的运动而动，从而达到运动上半身的目的。老年人运动幅度不要太大，以免拉伤臂部肌肉。 注意事项：儿童必须在有监护人的陪同下才能使用。设计创新点：不同机构可以实现相同的
28、功能 。可同时供两人运动。使用说明牌：产品的使用说明牌挂置于机器显著的位置，可以方便运动时从不同角度进行师范参考，以使运动正规化，从而使您达到预期的运动目标。特别提示 ：老年人动作不要过大 ,以免扭伤脊柱 ;可适当增加动作幅度 ;避免肌肉收紧时闭气 ,因为老年人肌肉收缩时闭气容易引起血压上升。转体速度不能过快，用力不能过猛，若能配合腹式呼吸，运动效果更佳。万一在运动过程中发生腹痛，可以放慢扭腰动作的幅度和节奏，症状严重时应立即停止运动。图 3.2锻炼方法：（参照实体图）（1） （如图3.2左侧）脚站于地面，双手紧握上部的扭转盘，同时扭动腰部，从而带动全身扭动。（2） （如图3.2右侧）脚站在下
29、方的转盘上，双手紧握胸前的杆件，利用脚部的摩擦力将转盘的转动转化为腰部的转动。图3.1与图3.2的比较：图3.1可在运动腰部的同时对腰背部进行。图3.2则只起扭腰的目的，但其运动幅度较一大。32 踏步器：（如图3.3）主要功能：腰部运动。通过活动锻炼腰部两侧的肌肉群，增强腰、髋、膝关节的活动能力。图 3.3 踏步机锻炼方法及动作要领：利用左右扭转踏步的方式，来让运动平常比较难训练到的地方，比如说臀部外侧及大腿内侧.，也可以同时听音乐，或和周围人聊天。运动时双手紧握扶手，肩部与下踩的下肢作反方向扭动，形似“扭秧歌”动作。（扶手可以借助外界）与以往设计相比：使用寿命更长！人性化，质量更好。33
30、 臂力锻炼器：331 弹簧拉力器 （如图3.4）名称：弹簧拉力器主要功能：锻炼背肌、三角肌厦大腿肌群,是一种全身运动。注意事项：避免一次运动量过大造成肌肉拉伤。产品规格：钢管喷塑，塑料封帽。车架润饰处理： 独有的双层粉体烤漆程序使运动颜色鲜艳，易于辨认，防水防热防静电。同时经润饰处理的金属架不易起毛摩擦和油漆脱落。雨水即可冲洗干净。 使用方法：锻炼者立姿。双手紧握把手，将把柄向下拉，到合适位置时减少力，由于弹簧作用，把手将自动上升。弹簧拉力器的几种练法：（立姿） 1、头后飞鸟扩胸，锻炼肩背 侧握拉把，直臂头后飞鸟。 2、推举三角肌 一手正握拉把置于大腿弯，拉住拉力器，另一手正握拉把胸前推举。
31、3、耸肩斜方肌 拉力器一端置于地面，用脚踩住拉把。另一端双手正（并）握拉住耸肩，或单手侧握拉把耸肩，或单手侧握拉把耸肩。4、划船上背 一足踩拉把撑墙脚（固定），双手正（并）握另一拉把做划船练习。5、腿屈伸股四头肌 一足踩拉把固定，另一足套住拉把，双手交叉托住膝弯固定膝关节，小腿做屈伸动作（90度）。 图 3.4弹簧拉力器332 双向推胸训练器（附加压腿功能）（图3.5）产品名称：双向推胸训练器。 适用人群： 15到65岁的一般人群钢质选择：使用硬质钢材。动作要领：（实现功能时）双手紧握扶手，脚站于地，双手做拉伸运动，由于此器械后面有弹簧，推开后有一定的回复，主要借助人的外力来推开。（实现压腿功
32、能时）双手紧握扶手，双脚站于扶手下方的横杠上，腰腿部自然的形成一角度，运动时南宫28，臀部向下压，从而达到压腿的目的。锻炼肌肉群：三角肌、胸大肌、肱三头肌 图 3.5 双向推胸训练器车架润饰处理： 独有的双层粉体烤漆程序使运动颜色鲜艳，易于辨认，防水防热防静电。同时经润饰处理的金属架不易起毛摩擦和油漆脱落。雨水即可冲洗干净。 使用说明牌：产品的使用说明牌挂置于机器显著的位置，可以方便运动时从不同角度进行师范参考，以使运动正规化，从而使您达到预期的运动目标。使用注意事项： 锻炼时，一人仅限使用一个位置，其他人应该在安全距离以外，并不得在这些器械附近嬉戏打闹。3321 自由度的分析该机构在平面内的自由度分
33、析如下图所示：图 3.6 自由度的分析 b为a的俯视图，由草图可知此机构中由有两个活动机构，2；包含两个转动副，l=4；没有高副，h，所以由公式可得：lh*-*机构的自由度于原动件数相等，所以此机构的运动可以实现。333 弹簧推力器（图3.7）产品名称：弹簧推力器钢质选择片：使用硬质钢材。车架润饰处理：独有的双层粉体烤漆程序使运动车架拥有象轿车般的高贵气质，同时经润饰处理的金属车架不易起毛摩擦和油漆脱落。 使用说明牌：产品的使用说明牌挂置于机器显著的位置，可以方便运动时从不同角度进行师范参考，以使运动正规化，从而使您达到预期的运动目标。 锻炼肌肉：三角肌、胸大肌、肱三头肌 使用注意事项： 锻炼
34、时，一人仅限使用一个位置，其他人应该在安全距离以外，并不得在这些器械附近嬉戏打闹。长宽高： 115x98x190（厘米）图 3.7弹簧推力器4 力的校核41 弹簧力的校核411 弹簧的选择要了解拉力器就要更多的了解一些弹簧得专业知识。常用弹簧得种类分：圆柱形螺旋拉伸弹簧，圆柱形螺旋压缩弹簧，锥形螺旋压缩弹簧，圆柱形螺旋扭转弹簧，环形弹簧与蝶形弹簧，盘形弹簧，板弹簧。臂力锻炼器中则需用到圆柱形螺旋弹簧。412 圆柱螺旋弹簧的设计 在拉力器和推力器中均用到圆柱螺旋弹簧，以下对其做详细介绍：4121 圆柱螺旋弹簧圆柱螺旋弹簧得设计是金属丝按螺旋线卷绕而成，制造简单，应用广泛。根据它得功用可分为:压缩
35、弹簧、拉伸弹簧、扭转弹簧。图分别如4.1所示：拉伸弹簧压缩弹簧扭转弹簧图4.1圆柱螺旋弹簧4122 压缩弹簧特性线：弹簧的自由高度;b、f1：最小工作载荷，即预先承受的载荷，弹簧压缩量为1; c、f2：工作时承受的最大工作载荷，弹簧压缩量为2;图 4.2 压缩弹簧特性线图d、h：弹簧的工作行程，h=21;e、flim：弹簧的工作极限，弹簧相应的压缩变形量为lim.一般地：f1（0.10.5）f2 f20.8flim413 拉伸弹簧弹性线）a、螺旋弹簧地卷绕方式有冷卷法和热卷法两种。弹簧丝直径d8mm时用冷卷法，d0.8时用热卷法。冷卷地弹簧多用于冷
36、拉、经过热处理地优质碳素弹簧钢丝，卷成后一般不再经淬火处理。热卷弹簧卷成后须经热处理。b、按卷绕方式不同，拉伸弹簧分为无预应力和有预应力两种南宫28，图b为无预应力拉伸弹簧地弹性线图，与压缩通航地特性线图相同。图c为有预应力拉伸弹簧地特性线图。有预应力拉伸弹簧在卷绕后各圈互相并紧，各圈间有一定压紧力，因而产生一定的预应力。即在自由状态下弹簧已承受了一定的初拉力f0，相应变形为2，总变形量02。图 4.3拉伸弹簧弹性线 弹簧强度计算a、强度校核公式：b、弹簧丝直径的计算公式： 式中：弹簧的许用扭矩剪应力(mpa)；f2最大工作载荷（n）； d弹簧丝直径（mm），其值应圆整为系列值；d2弹簧圈中径（
37、mm）；c弹簧指数；k弹簧的曲度系数；43 弹簧刚度计算1、弹簧的工作圈数： 式中：g弹簧材料的剪切弹性模量； h工作行程； 若n15，则取n为整数圈； 若n15，则为0.5圈的倍数。2、弹簧刚度的计算：3、刚度越大，不易变形；刚度越小，较易变形。44 弹簧的选择户外健身器长期受到日晒雨淋，又由于健身者的不正确使用，长期受力不均，力的变化范围也比较大，因此在选择时，所选的材料不仅要防锈，耐磨擦，还应在温度变化范围较大时也应该能适应。弹簧在工作时强度的确定，许用应力的大小都应该按照健身者所给的力来确定，因此在对弹簧的选择时可以按照下表（表4.1）来进行：表4.1：选择弹簧时的参数45 弹簧的选择
38、结果类别：钢丝材料：60si2mn许用剪切应力：480剪切弹性模量 ：8000推荐硬度范围（hrc） ：4550推荐推使用温度（） ：40200实例：已知健身拉力器的压缩部位由组碳素弹簧钢丝卷绕的圆柱形螺旋压缩弹簧，工作时承受的载荷f21200n（类载荷），要求弹簧内径d150mm。试计算弹簧指数和弹簧丝直径d。解：本题给出了弹簧内径d1的限制条件，需要用试算法来确定弹簧指数c。因碳素弹簧丝的许用应力与弹簧丝直径d有关，故应采取试算法求弹簧丝直径d。按经验取d=6mm，则 取c=9查表，b1350mpa,k=1.16，则0.5b=675mpadd，且它们较接近，因此计算结果安全南宫28、适用5 扭转盘
39、力的校核（图5.1）如图5.1所示为转向轴ab，在工作时发生扭转变形，这类变形形式是大小相等，方向相反，作用面都垂至于杆轴的两个力偶引起的，表现为杆件的任意两个横截面发生绕轴线 m m 外力偶矩要求截面n-n上的内力系，必须求内力偶矩t,由平衡方程求出x0,求出 t- m 0 tm由于内力偶矩的数值与外力有关，外力的数值又与人的因素有直接的关系，所以主要要求出外力所给的扭转力。对于环形闭口壁截面的和s分别是： 图5.1扭转盘的受力分析 ， s2 = 截面的周长 应力2实心轴的最大剪应力应为51 mpa maxtw51000000图 5.2扭转盘图5.3扭转盘受力分析6
40、杆件力的校核61 杆件变形的基本形式材料力学上将长度远大于横截面尺寸的构件，称为杆件。杆件分为曲杆和直杆，杆件变形的基本形式主要有以下四种：（a）拉伸或压缩；（b）剪切；（c）扭转；（d）弯曲。如扭转盘根部的杆件的变形形式为扭转变形，连接扭转盘杆件上面的杆件为压缩变形。杆件选择的结果： 材料名称：45钢材料结构：中空杆状s（pa）： 353b（pa）： 59862 轴向拉伸或压缩时的变形衡量材料力学性能的指标主要有：比例极限（或弹性极限）p，屈服极限s，强度极限b，弹性模量，延伸率和端面收缩率等，表6.1给出了几种材料在常温静载下的数值，此值可在整个力的校核过程中直接引用。表 6.1 ：几种材
41、料在常温静载下的s，b数值材料名称牌号s（pa）b（pa）优质碳素结构钢 8合金结构刚20gr40gr539785 834 981灰铸铁ht15-33 拉 98.1274压 637杆件横截面上的应力为： pa杆件的变形为：lleaplea 由此公式可看出：当应力不超过比例极限时，杆件的伸长与拉力p和杆件的原长度l成正比，与横截面面积a成反比。以上结果同样可以用于轴向压缩的情况，只要把轴向拉力变为压力就可以了。下表（表6.2）为几种常见材料的e和值：表 6.2： 几种常见材料的e和值：材料名称e（gpa）碳 钢合金钢灰铸铁铜及其合金铝合金678
42、.515772.612870 0.240.280.250.300.230.270.310.420.33注：e弹性模量 泊松比 （e，都为固定值）例 如图6.1所示在以上所设计的健身器上都有简单的托架。bc杆为圆钢，横截面直径为40。bd杆为8号槽钢。若=160mpa，e=200pa，试校核该托架的强度。设p=60kn。（单位为：） 图6.1托架强度校核解：三角形bcd三边的长度比为bc：cd：bd=3：4：5，由此求出bd=0.4，并根据b点的平衡方程，求得bc杆的轴力为n1和bd杆的轴力n2分别为：1=45 (拉) 275（压）bc杆截面的面积1=0.001256（平方米）。bd杆为8号槽钢
43、，根据型钢表（材料力学400页）查得得截面面积为20.00102（平方米）。于是bc和bd杆的应力分别为：1110..0012563.58 mpa 2220..0010273.5 mpa两杆都满足强度要求。7 健身器表面涂料的选择一般来说，涂料的重要性首先体现在其具有的优良保护作用上，目前，几乎所以工业产品都离不开涂料的保护。随着现代工业的发展，对涂料的要求也越来越高，并发展了诸如绝缘涂料、导电涂料、示温涂料、可剥涂料等具有特殊作用的涂料品种。由于健身器放在户外长期经受日晒雨淋，为弥补这点及改善昼夜温差大的缺陷于是此种油漆要金属附着性好，有防锈功能；
44、还具有耐油、碱、盐水腐蚀、适用温度范围宽、使用寿命长等特点。71健身器表面涂料的作用（a）保护作用物件暴露在大气之中,受到氧气、水分盐分等的侵蚀,造成锈蚀、风化等破坏现象。在物件表面涂以涂料,形成一定的保护膜,能够阻止或延迟这些破坏现象的发生和发展,使各种材料的寿命得以延长。(b)装饰作用物件涂上涂料,可得到五光十色、绚丽多彩的外观,起到美化人类生活环境的作用，同时便于人们辨认。(c) 特殊功能作用主要有电绝缘、导电、防静电、防腐等功能。7.1. 1 表面喷漆的选择表面油漆选择色抗静电粉体，是因为它是以多种纳米粉体为基体，通过表面活性处理导电因子的掺杂处理，使该基体表面形成牢固的导电层，所以不
45、仅具有持久的导电性，而且耐酸、碱和气体的腐蚀，从而使该粉体添加到相关材料上能起到良好的抗静电作用，可广泛应用于工业及民用产品中。a.产品特点：方科学合理,使抗静电性能更稳定、更持久：当本粉体在聚合物材料中添加后，它的隧道效应所形成的导电通道，可使制品抗静电性能不减退、不老化色浅、无毒性、无味、安全性好。b.色浅、无毒性、无味、安全性好。 c.具有颜料的高力性能。 d耐高温、耐化学侵蚀，可改善某些制品的物理性能。 e相容性好，结合力强，在熔融树脂体系中易均匀分散，与化纤纺织品结合牢固，耐洗。f技术指标外观 浅色粉体 比表面积(m2/g) 15 体电阻 (欧.厘米) 103 水悬浮液ph值 6.0
46、-8.0 耐热性 () 400 干燥失重105,1hr () 1.1 灼烧失重1000,1hr () 2.2g添加量：建议在2-7%之间，此值根据产品的不同可灵活调整。8 .健身器材的可行性分析 本此机械设计的要点主要是在市场上现存的健身器材的基础上加以改进的，对现存健身器材的生产与发展空间进行了详细的市场调查。也对材料及重要的机构或零件进行了力的校核。根据市场的发展现状与空间得知健身器材的发展空间很广阔。因此本次设计有一定的可行性。9.结论本文基于传统健身器健身的基础上创新设计了几种新型的健身器。其中健身器的重要部位进行了力的校核和分析，并对机构进行了可行性分析，着重对健身器的功能和创新点进
47、行了描述。本次设计的针对对象为中老年人，因此，其他人群特别是儿童在使用时的安全问题一定要加以注意。致谢在整个毕业设计过程中，我遇到了许多的困难。在学习画实体图时，由于以前并没有这方面的学习加上对制图软件的掌握有限，过程中困难重重，本专业及外专业的同学一直在旁边指导。还有我的室友们在我做毕业设计的过程中在我的生活上给予了许多的特别照顾。我特别要感谢的是我的指导老师李宏穆教授，在我对论文题目选择，对机构的计算等方面老师给出了宝贵的意见，并在日常能督促鼓励我，给了我很大的感动。 在此，向为毕业设计而辛劳的所有指导老师说声：谢谢你们！由于本人的专水平有限，因此编制的论文质量也有限，但以上种种都是自己认真完成的，希望老师们予以肯定。参 考 文 献1 刘鸿文，材料力学第三版上册，高等教育出版社，19912 扬可桢，程光蕴机械设计基础第四版，高等教育出版社，1999
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