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1、编号： 全国三维数字化创新大赛设计文档作品名称： 划船健身器 组员姓名： 吕惠康、罗运刚、邱纪旭、王勋指导教师： 黄小能 2009 年 6 月 22 日摘 要划船运动是一项锻炼全身肌肉的运动，划船时，每一个屈伸的划臂动作，都能使约90%的伸肌得到锻炼，因此它对平时几乎不参与任何运动的伸肌来说，实在是受益无穷。市场上也有划船机出售，经过观察，其提供阻力的机构是单向气压缸，运动的能量都转化为了气压缸的内能。经过思考，去掉了单向气压缸，而采用连杆、飞轮与链轮，链条相结合传动机构，把运动产生的能量通过发电机储存起来，设计了一种机械式储能划船机。划船运动分为四个过程：入水、划水、出水、回桨。划船时手掌握
2、船桨划动的运动轨迹近似一个倾斜的扁长椭圆，近似符合四杆机构的轨迹特征；并且四杆机构具有急回特性，符合划水慢，回程快划船运动时间特性，因此采用四杆机构作为原动机构。划船时只有划水阶段克服阻力做功，为运动推程；回桨阶段不克服阻力做功，为运动回程。这一特点正如自行车的棘轮机构，正向踩踏时，克服阻力前进，映射为划水；反向踩踏时，调整踏板位置，不做功也没有阻力，映射为回桨。采用发电机阻矩来提供运动阻力，运动时手的拉力经过传动机构克服发电机的阻矩做功。传动机构包含：棘轮、飞轮、自行车变速装置，它们的作用分别是：区分推程与回程，降低发电机转速波动，改变传动比产生不同阻力的运动效果。关键词：椭圆轨迹；四杆机构
3、；发电储能目录1. 设计思路简介 .12 制作流程 .23. 产品调查及功能介绍与分析 .33.1 划船机使用分析 .33.2 市场上的产品分析 .43.3 结构分析与创新 .44.设计及计算 .64.1 四杆机构设计 .64.2 飞轮设计 .84.2.1 机械变速稳定运转状态的描述.84.2.2 周期性速度波动的调节原理.95.方案制定及零件绘制 .105.1 机架的基本尺寸.105.2 链条的标准参数.115.3 链轮的标准参数.126.零件装配 .156.1 链条的装配.156.2 滑座的装配.157.产品外观修饰与动画 .167.1 渲染.167.2 动画的制作.167.2.1 动画制
4、作的功能简介 .167.2.2 创建动画在流程 .168.机构运动仿真 .178.1 链条与链轮的仿真.178.2 升降机构与滑座机构的运动仿真.178.3 四连杆运动仿真.178.4 火柴人运动仿真.188.4.1 火柴人自由度分析.188.4.2 火柴人仿真实现.189.总结 .21参考文献 .22附件 .2311. 设计思路简介划船运动是一项锻炼全身肌肉的运动，划船时，每一个屈伸的划臂动作，都能使约90%的伸肌得到锻炼，为此此我们想设计一种比较有创意的划船机。如图 1-1 所示，从划船运动的特征出发，采用逆向思维的方式层层剖析，逐步确定划船机的各部分机构。划船运动的特征轨迹特征 ：类似椭
5、圆时间特征 ：急回特性过程特征 ：入水 、 划水 、 出水 、 回桨阻力特征 ：划水 ： 大阻力 ， 推程回桨 ： 无阻力 ， 回程四杆机构附加杆轨迹类似椭圆四杆机构有急回特性自行车棘轮的单向特性区分 ：划水 、 回桨 。发电机提供阻力矩链轮链条连接四杆机构 :作为原动机构图 1-11. 划船运动分为四个过程：入水、划水、出水、回桨。划船时手掌握船桨划动的运动轨迹近似一个倾斜的扁长椭圆，近似符合四杆机构的轨迹特征；并且四杆机构具有急回特性，符合划水慢，回程快划船运动时间特性，因此采用四杆机构作为原动机构。2. 划船时只有划水阶段克服阻力做功，为运动推程；回桨阶段不克服阻力做功，为运动回程。这谢
6、特点正如自行车的棘轮机构，正向踩踏时，克服阻力前进，映射为划水；反向踩踏时，调整踏板位置，不做功也没有阻力，映射为回桨。3. 采用发电机阻矩来提供运动阻力，运动时手的拉力经过传动机构克服发电机的阻矩做功。传动机构包含：棘轮、飞轮、自行车变速装置，它们的作用分别是：区分推程与回程，降低发电机转速波动，改变传动比产生不同阻力的运动效果。4. 传动机构的进一步介绍：2自行车棘轮是一种单向运动机构，其原理如图 1-2，使用划船机时手施力直接作用于往复摆动的摇杆，使用棘轮机构可以区分推程与回程，过滤掉不想要的另一个方向的力。而预期方向的力通过链轮带动阻力机构，达到锻炼的目的。图 1-2飞轮的转动惯量比较
7、大的圆盘类零件，可以存储和释放动能，安装在发电机转轴上，可以降低发电机的转速波动。自行车的变速装置通过改变链条啮合不同齿数的链轮改变传动比，改变阻力机构的转速，从而改变阻力矩，达到不同的锻炼强度。2. 制作流程为了将作品做得有条不紊，高效率;我们将整个施实过程严格按照如下图 1-3 执行。按 设 计 思 路 对各 个 机 构 进 行原 理 上 的 设计 、 计 算现 有 产品 调 查 机 构研 究 方案制定 绘制零件 组装零件机构动画装配图渲染机构运动仿真整 理 论 文3图 1-33.产品调查及功能介绍与分析3.1 划船机使用分析划船时，每一个屈伸的划臂动作，都能使约 90%的肌肉得到锻炼，因
8、此它对平时几乎不参与任何运动的伸肌来说，实在是受益无穷。同时对锻炼背部肌肉也有明显效果，能让脊背在体前屈和体后伸当中有更大的活动范围，使脊柱的各个关节得到锻炼。这不但能提高肌肉的弹性，也能增强其韧性。模拟划船的自然动作，适用于健身房和家庭运动，锻炼手腿腰等部位肌肉组织，有效地的锻炼伸展肌群，对腰背的锻炼尤为明显，能缓解背部酸痛症状。同时大大提高腰痛肌群的生理流活性，划船器适用于平时不大活动的人群，特别适合长期坐在电脑前工作的白领阶层。在不同健身器材下进行最大运动测试，划船器能以较低的心跳率、较高的摄氧量与产生较高的能量消耗，并能促进体适能，更能运用全身的肌肉达到塑身的效果。划船模拟图如下图 3
9、-1（a ）、 3-1（a）所示。3-1(a) 3-1(b)43.2 市场上的产品分析划船机一是种健身器材，如今市场上也有较多的产品销售，一般的产品采用单向气压缸;按气压缸的数量，可分为单气压缸划船机，双气压缸划船机。按滑座的不同可分为：四轮滑杆划船机，四轮滑轨划船机，如表 3-1 所示：表 3-1产品例举 机构分析说明双气压缸、滑杆划船机，高度不可调。 滑座采用四轮滑杆式；此划船机采用双气压缸的装置，可以承受较大的拉压力，结构的使用寿命较长。而采用四轮滑杆会因为摩擦的原因使主导杆上表面产生花纹，从而影响健身器的美观；此外大部分的划船机上部会有一个用于显示运动量的显示器，可供运动者了解运动的相
10、关情况。单气压、滑轨划船机，高度不可调，手柄运动轨迹为圆弧;滑座采用四轮双导轨式；使轨道有受力较大，容易使轨道扩大变形。单气压缸结构简单，产的空间，易于搬运，存放；3.3 结构分析与创新 通过仔细分析现有产品的优缺点，然后再进行机构的研究与创新。机构分析创5新设计想法如下表 3-2 表所示。表 3-2名称参考结构图 说明 机构创新说明 创新机构效果图单向气压缸通过调节气压缸与长杆的位置，相应调节阻力的大小。采用连杆可实现椭圆运动规律，让运动者达到最佳的运动效果。此外，还可以将运动产生的能量通过链条的传递到发电机，将能量储存起来。滑座滑座又叫座板。座板下有四个可以灵活转动的轮子。不能有松动或过度磨损,更不能因轮子有差异而造成滑行困难。滑座的使用,可使运动员腰背和腿部力量得到充分地发挥。滑座在运动的滑动
