便携式踏步机结构与加工工艺设计(编辑修改稿)

便携式踏步机结构与加工工艺设计(编辑修改稿)内容摘要：

脚 是 以一定的频率对踏板进行踩踏，左脚踩踏左边踏板时，左踏板受到斜向下的压力，左踏板将会以一定的圆弧斜向下运动。 由于左右踏板通过机构连接，左踏板斜向下运动时，对左边连杆产生一个拉力，左边连杆拉动中间的过渡杆，然后过渡杆绕中心轴转动，带动右边连杆，右连杆斜向上带动右边踏板斜向上运动，从而实现踏步机的踏步功能。 循环阶梯式踏步机主要是让使用者做类似于爬楼梯的训练运动，此类踏步机工作原理的特征主要是在构型上拥有若干环接的阶梯，当使用者踩踏在踏板上时，利用重心带动踏板，如此可以让使用者真正地做爬楼梯的运动，但是整体构型相 对于其他类别要来的大，因此较不适合在空间不大的家庭使用， 不过此类最大的特色是作爬梯运动时，抬起的一脚会与踏板分开，因此可以真正模拟爬楼梯运动，此类踏步机可供专业的健身训练使用，缺点是循环阶梯式踏步机不同于前述几款，它是属于重击方式的踩踏运动，因此对于机械零件会有输送带型、凸轮型等二型。 踏步机的运动部位主要着重於使用者的腿部，利用不同的机构设计来达到踏步、爬梯、走路等不同需求的运动方式，这些运动方式皆利用下肢抬起踩下的摆动来完成，两脚交互动作形成一个运动週期，将运动过程中脚踝的运动轨跡投影到矢状面上，会 因不同的运动而有不同的描绘路径。 液压原理的定义：在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。 液压机械装置一般由动力、执行、控制和辅助四部分组成。 液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局便携式踏步机结构与加工工艺设计 第 12 页 共 45 页 灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小，已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。 小的液压装置，如用于地震救助的订书机大小的混凝土钢筋切断仪 、微型机器人等；大的液压装置如运载火箭发射架液压系统等，都少不了液压机械设备。 踏步机的结构设计 本次设计的扭腰踏 步机主要由 踏步机、中间连接架、扭腰机组成。 其中主要的构件有 机械连杆、电子显示屏、 轴承 、底座、踏板、活塞杆、活塞缸、扭腰 弹簧 等，电子显示屏计时计数 ,扭腰 机 同时也可以提供扭腰 锻炼要不 的功能，能够满足健身者 多功能的要求。 在踏板上考虑了人体的美学以及舒适性，设计了防滑的装置。 踏步机结构精良，踏步机底座踏板下面配有两根油压杆，可以消除运动时膝盖关节的摩擦，并且更加的有益于筋骨的伸展，同时也具备可以调整健身者所需要的运动强度，让健身者在不知不觉中燃烧脂肪，特别锻炼腰、腹腿等部位，可以达到很好的健身作用。 踏步机还设计了变位孔 ， 能 满足 各种身高不一的健身者 的要求，踏步机油压杆的设计能够满足不同年龄群体的需求，由于有油压杆可以任意的调节脚踏板的缓冲力能够有效减 小膝盖的摩擦，能够让健身者舒适的达到锻炼身体的目的。 踏步机的基本尺寸设计 踏 步机 在 设计过程中 因为是给人类使用 的贴身舒适健身器材，所以 必须考虑到使用者的感受及舒适，因而在基本尺寸设计时需参照 GB/T 1000088 中国成年人人体尺 寸。 踏步机设计的是站立式的运动方式，成年人的站立运动靠大腿肌肉，臀部肌肉。 小腿肌肉发力。 因此应该考虑到人体徒不的大小情况。 如图 36所示成年人的人体尺寸。 华北科技学院毕业设计（论文） 第 13 页 共 45 页 图 36 查取数据可得： 身高 H :1754mm 前臂长 L2: 253mm 上臂长 L1: 333mm 大腿长 L3: 496mm 小腿长 L4: 396mm 脚掌长： 250mm 脚掌宽： 100mm 综合上述数据可以就可以设计出踏步机的大概基本尺寸。 便携式踏步机结构与加工工艺设计 第 14 页 共 45 页 踏步机踏板的设计 踏步机踏板是安装在踏步机踏杆上的一个用于人们脚掌踩踏的部件。 踏板起着支撑作用以及保护作用。 它必须符合人体脚掌的大小。 而且还得能够承受人体的重量，而不至于破裂。 如图 37 是踏板的三维图 图 37 踏板 三维图 如图 所示 ， 踏板为该踏步机 中人体切身能感受到接触到 的主要零部件， 因此踏板采用了人体美学，进行了人体舒适感调查。 在 踏步机 的 两 边 各有一 个 踏板，采用左右踩踏的方式进行踏步运动， 踏步机踏板主要由橡胶注塑成 ， 在踏板表面 上有 设计了 许多防滑的小 突起结构 ， 能够 保证健身者在踏步过程中， 不会打滑。 综合考虑之下，初步选定踏板尺寸长 250mm,宽 100mm。 如图 38 华北科技学院毕业设计（论文） 第 15 页 共 45 页 图 38 踏板尺寸图 踏步机踏杆的设计 踏步机踏杆（也叫踏步机支撑杆）， 是作为支撑整个人体重量的关键部件。 在支撑人体的同时，他还有个作用，那就是塑造完美的臀型，通过踏杆的角度倾斜，使使用者在运动的时候上下提臀的同时，能够以一个三角的角度关系，将力集中在臀部，使臀部更加上翘。 获得令人羡慕的好身材。 这种角度在设计的时候是结合踏杆的轴进行设计，踏杆与轴相连，以一定角度倾斜踏杆支撑部分则是水平放置，在运动的时候，会有一个外狐线的运动。 初步拟定角度为 20 度。 如图 39 是踏步机踏杆的三维图 便携式踏步机结构与加工工艺设计 第 16 页 共 45 页 图 39踏杆三维图 踏步机踏杆是作为支撑整个人体重量的关键部件，强度十分关键，所以在对踏杆经行设计的时候，应该充分考虑到人体的重量以及脚掌大小。 作为踏杆的材料选择，通过前文对各种材料的调查与考核，特选择金属材料。 在踏板上有定位孔，能和踏板相互配合。 综上所述，踏步机踏杆的初步设计就成型了。 整体选择由方形钢和铁圆管焊接而成。 长度总共为 370mm，方形钢长度 330mm，宽度 50mm。 铁圆管直径 35mm，长度 100mm。 初 步方案如图 310 所示： 图 310踏步机踏杆尺寸图 华北科技学院毕业设计（论文） 第 17 页 共 45 页 通过上文中对于人体的尺寸以及重量标准， 那么 当体重为 75Kg 的人在踏步机上踏步 运动 时 : M=75Kg， G=Mg=750N 单个踏杆平均所受的力为 375N. 因此 该踏杆强度 符合设计的要求，能够保证健身运动的顺利进行。 踏步机 传动 机构设计 现在市场上的 踏步机 中，其传动 机构的 方式五花八门，百家争鸣 ，但 是 对于 绝 大多数 的 踏步机而言， 都无疑 暴露出了 他们其中 的 不足。 例如，其中 一部分机构不能提供均匀的阻力，另外一部分机构能够提供均匀等大的阻力。 并且 在使用的过程中 还 产生 了比较 令人烦躁 的噪音。 因此，踏步机 传动机构 的 创新改良 设计成为 了当务之急。 踏步机 的传动 机构主要用来连接左右 踏杆 ， 在 人们使用踏步机进行踏步运动时，左脚和 右脚以一定的 节奏 对踏板进行 交互 踩踏 运动。 当 左脚踩踏左边踏板 的 时 候 ，左踏板会 受到斜向下的压力。 此时， 左踏板将会以一定的圆弧斜向下运动。 由于左右踏板 连接在踏杆上面，踏杆 通过 传动机构 连接，左踏板斜向下运动时，对左边 踏杆 产生一个拉力，左边 踏杆 拉动中间的过渡杆，然后过 绳子和滑轮绕 中心轴转动，带动右边 踏杆 ，右 便踏杆 斜向上带动右边踏板斜向上运动，从而实现踏步机的踏步功能。 要实现踏步机正常的踏步运动，能够提供以下几类方案供选择： 方案一： 对踏步机踏板底下的液压缸进行改进，将液压缸的活塞杆上套上一个弹簧，当左右踏板以不同的频率踩踏时，由于踏板底下弹簧的作用，被踩下的踏板能够瞬间恢复原样，从而实现踏步的功能。 方案二： 通过对踏步机踏板底下的油压缸进行改进，用一根油管将左右两个液压缸连同，当其中的一个踏板被踩踏下时，踏板下面的液压油缸将液压油压至另一只油缸，油缸的活塞杆将会斜向上运动，对另一边的踏板产生推力，从而实现踏步的功能。 方案三： 通过机构来实现踏步机运动的功能。 踏步机左右踏 板通过钢丝绳连接，钢丝绳绕在一个固定的滑轮上，当左边踏板被踩下时，左踏板给钢丝绳一个拉力，导致左便携式踏步机结构与加工工艺设计 第 18 页 共 45 页 边钢丝绳缩短，右边钢丝绳伸长，左边的拉力传递到右边，对右边踏板产生一个斜向下的拉力，导致右踏板斜向上运动，从而实现踏步的功能。 方案四： 利用机械连杆机构实现踏步的功能，该连杆机构主要由两根连杆、一个连杆架、过渡杆组成，该机构主要通过钢丝绳机构演变而来，将钢丝绳机构的定滑轮替换成连杆架、过渡杆，将其中的钢丝绳替换成连杆，当左右踏板以不同的频率运动时，左右连杆将传递拉力，导致另外一边的踏板以相反方向运动，从而实现踏步 机踏步功能。 踏步机连杆机构最优方案选择 : 综上所述，液压缸弹簧装置、液压缸联通机构、滑轮机构、机械连杆机构均能实现踏步机运动的功能。 但并不一定都能完全满足踏步机设计的需求，必须综合考虑其优、缺点，选择其最优的方案作为两踏板之间的连接机构。 连杆机构优缺点分析表 综合 通过上表的分析半段，以及 两踏板连接的作用考虑。 第一 ，必须能够提供均匀阻力，以便减少膝盖的摩擦。 第二 ，必须具备能够调节踏板踩踏的幅度。 第三，能消除噪音。 从上述两方面考虑，方案 三 ， 滑轮 机构为最佳方案。 名称 优点 缺点 液压缸弹簧装置 瞬间弹力、踏板恢复快 踏板幅度不大、不能提供均匀阻力 液压缸联通机构 能提供均匀阻力 密封性不好，容易失效 滑轮机构 能提供均匀阻力 ，结构简单 得网上购买 机械连杆机构 能提供均匀阻力、能消除噪音 机构复杂 华北科技学院毕业设计（论文） 第 19 页 共 45 页 本次设计了一 种卧式的滑轮机构作为踏步 机的传动机构。 滑轮的左右 两端分别用刚绳连接左右踏 板的前端从而使左右踏板构 成左下右上、左上右下的运 动状态。 使用时，健身者以 双脚分别直接踏于两踏板带 动液压杆作拉伸、压缩动作， 滑轮置于主座架下面，绳索 左右与支撑踏板的支撑杆 （踏杆）相连。 因为滑轮的 绳索左右分别与两踏板连 接，踏步运动中左右两脚的动作因而受到了互相牵制。 滑轮的绳索在左右滑动中会有稍小的角度，可以提供两踏板作适度的左右扭转动作，使踏步的动作从单一的上下踩踏动作变化为带动大腿及胯部活动下肢的扭摆踏步运动。 从而使令健身者必 须施加更大力量才能驱动液压杆达到极限值动作。 在滑轮与液压杆的配合下，健身者就可以更多的丰富受到锻炼的 肌肉群，并且犹如于真实环境下锻炼身体。 由此可以得到，卧式踏步机符合人体的运动学，使用后不会产生不良的反效果。 不仅可营造出正常运动环境，而且使健身者获得更多的锻炼目标。 并且解决了原有芯轴磨损过快的问题，从而达到本次设计的目的。 滑轮机构 ： 滑轮是变形杠杆机械，用途十分很广。 根据考察，其实在我国早在很久以前的春秋战国时期的墨家学派的墨子所著的代表著作《墨经》中就有关于滑轮的记载，这是全世界最早关于机关术的记 载，是机械的雏形。 滑轮周边有槽，能够绕轴转动的小轮，由可绕中心轴转动有沟槽的圆盘和 跨过圆盘的钢索锁所组成的。 滑轮系统包括滑轮、旋钮及绳索。 当旋转旋钮将滑轮远离两凸耳方向移动式同时会将绳索拉紧，使得当一组液压与支撑杆机构的踏板支撑杆被踩下时，会随之将外的宁一组液压与支撑杆机构的踏板支撑便携式踏步机结构与加工工艺设计 第 20 页 共 45 页 杆拉起，如此就可以使俩踏板动作行程拉短，当旋转旋钮将滑轮往靠近俩凸耳方向移动时，绳索会变松。 得当。