137 单人多功能健身机结构设计(含全套说明书和CAD图纸)

学校代码：10410

序号：050407

本科毕业设计

题目：单人多功能健身机

学院：工学院

姓名：辜建勇

学号：20050407

专业：机械设计制造及自动化

年级：机制051

指导教师：文建萍

二OO九年五月

摘要

全民健身，利国利民，随着社会的发展人们开始越来越重视自己的身体健康，但在现在的中国由于生活水平层次不齐，所以并不是所以的人都能够消费得起天天到健身房进行健身锻炼的，所以设计一款适合广大人民的需要，同时在普遍情况下能够承受的单人或多人健身的健身机是具有广阔的市场空间的，但现在的市场上的健身器械虽大部分是单人式多功能的组合健身器械，但由于其不和市场的标价从而使得健身器械到现在为止依然不能进入普通人家，为此设计一款价廉，且功能符合需要，实用的健身器械是我设计的主题，其中要注意避免像市场上的单人健身器械的利用率低的问题，同时满足人们的需要，除此之外还要求外型美观，安全耐用，工作平稳，便于维护，制造加工方便，成本较低最为重要。

为此，我专门走访了许多的健身房和一些健身专柜进行实地考察，同时上网收集资料，了解广大健身教练和用户的感受，同时调查他们的需要，总结各方面的要求，设计了该款但人多功能健身机。

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。

由于我在学校学习的基础知识水平有限，所以在设计中难免有许多的不足之处，恳请各位老师给与批评指正。

辜建勇

2009年5月7日星期四

Abstract

All-people body-building,is beneficial to the country,beneficial to the people,develops the people along with the society to start to take own health more and more,but in present's China,because the living standard level is uneven,therefore is not therefore the human can expend result in arrive at the gymnasium to carry on the fitness exercise daily,therefore designs one section to suit the general populace's need The belt massager which in the universal practice meanwhile can withstand the single who or the multi-people fitness has the broad market space,although but in present's market's fitness instrument majority is the single type multi-purpose combination fitness instrument,but because its disagreement market marked price,thus enables the fitness instrument until now still to enter ordinary others,for this reason designs section of moderately-priced,and the function meets the need,the practical fitness instrument is I Design subject,must pay attention avoids likely in the market single fitness instrument's use factor low question,simultaneously meets people's needs,in addition also requests the outlook to be artistic,safe durable,the work is steady,is advantageous for the maintenance,the manufacture processing is convenient,the cost is low importantly.

Therefore,I have visited many gymnasia and some fitness special counter specially carry in-the-spot investigation,simultaneously accesses the net the collection material,understood that the general fitness training and user's feeling,simultaneously investigates their need, summarizes various aspects request,has designed this section,but person multi-purpose belt massagers.this work has following characteristic:

1:Each work can only carry on the single to exercise.2:The easy to operate,the easy to operate can satisfy the user to operate and the exercise adjustment smoothly.3:The security is good,the work is steady,the security coefficient value takes slightly in a big way.4:The exercise function combination is reasonable,meets the need which the populace fitness.5: The manufacture processing is convenient,the performance-to-price ratio is high.6:The structure is compact,the assembling design,is advantageous for the packing,the

transportation.because I am limited in the school study's elementary knowledge level, therefore has many deficiencies unavoidably in the design,requests earnestly fellow teachers

to give the criticism to point out mistakes.

Gu Jian brave on May7,2009Thursday

目录

第一节：现今体育健身器械的特点及方案的确定…………………………………….

1.1方案的确定………………………………………………………………..

1.2设计要求…………………………………………………………………

1.3整体结构……………………………………………………………….

第二节：单人多功能健身机的设计过程……………………………………………

2.1设计材料的选定……………………………………………………..

2.2:底座的设计………………………………………………………….

2.3支架的设计…………………………………………………………

2.4配重的设计…………………………………………………………

2.5滑轮的设计…………………………………………………………

2.6其他零件的设计……………………………………………………

2.7标准件的选定………………………………………………………

2.8配合公差的设计…………………………………………………..

2.9装配………………………………………………………………..

第三节：设计总结………………………………………………………………….

参考文献………………………………………………………………………

第一节：现今体育健身器械的特点及方案的确定

1.1方案的确定与分析

体育健身器械的创新设计是一门实践性的课题，我在确定方案的时候做了许多的市场调查，并在网上收集了许多相关的资料，除此之外，我还走访了许多的健身教练及健身爱好者，最后在老师的知道下，经过我仔细的思考最终确定了这次设计的思路：由于目前市场上的健身器械大多是但人多功能健身器械，好多一味追求功能的齐全有的产品甚至包含了十八种功能，这样就造成了许多功能的闲置，而由于设计复杂，工作时常出现故障，维修困难，随着人们生活水平的提高，大众健身的意识越来越强，高校，社区纷纷开设了健身房，但由于目前中国人们的消费水平还不满足人人到健身房消费，虽然健身器械看起来还是有点超出普通人的消费水平，但依然比去健身房实惠，而且能更加方便，所以以后的产品针对的人是大部分的白领，及以上够消费的人群。他们由于时间的原因，去健身房不大适合时间安排，而且他们也消费得起，同时由于中国人口众多，人均房屋面积底下，同时造成房价暴涨，现在的让人们普遍住在商品房里面，所以空间有限，所以我在设计的时候明确了自己设计的方向，要求作品结构紧凑，相对占地较小，安全性能高，能满足人们对多种肌肉的锻炼，一方面增加锻炼的多功能性，另一方面也让人们舒适锻炼，方便锻炼。为此在功能上进行优化选择，将一些不常用的功能删除，器械的使用率，节约资源，以符合人们健身的需求。

我设计的是一项多功能的单人健身机，他虽然只提供单人健身锻炼但是他提供了多项功能，同时据我的调查，现在人们锻炼普遍锻炼的肌肉是，胸肌，肱二头肌，肱三头肌，以及腿大肌，我设计的单人多功能健身机可以提供一下三种锻炼：腿部锻炼，做手向前的锻炼，以及人站立手拉拉杆的锻炼。这三种功能集成起来，就会使得器械整体比较协调，而且看起来特别美观（锻炼的机构分别在器械的上面，中间，和下面），这样就可以锻炼的多块肌肉如：胸大肌，退大肌，趾长肌，股直肌，肱二头肌，肱三头肌，斜方肌，三角肌，背阔肌等肌肉。三维效果

1.2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）设计合理，解决目前市场上健身机械的设计不足，并便于生产制造。

5）外型美观，采用拼装结构，便于包装运输。

6）选材合理，经济性能好，造价控制在2000元范围内。

1.3整体结构

健身机的组成结构：

1）底座

2）立柱

3）支架

4）操纵机构

5）上部支架

6）配重

7）导向机构

8）配件

虽然单人多功能健身机由上面这几部分组成，但在具体装配过程中依然可能会有些许的变动，因为它涉及得到零件的配合关系，以及当地的地理环境。

同时结合市场以及健身房里的健身器械，虽大部分都属于单人多功能型的，但由于某些体育公司为了谋求利益使得器械的强度达不到应有的强度要求，由此一旦器械坏了，将造成器械维修麻烦和器械的使用寿命不高等。所以在我的设计中非常注意材料的选择，只有注意了这方面才能有效地提高器械的性价比。

第二节：单人多功能健身机的设计过程

设计一台新健身器械并投放市场并没有看到的那么简单，他需要你提前做好市场调查，了解健身爱好者的需要，然后根据需要，提出健身机的设计要求，然后到提出设计方案，画草图，做出预览，然后修改，选材，加工，验证。由此可见，设计一台健身器械并不是一朝一夕能够完成的事情，除此之外，设计一台健身器械讲究的是人们接受它，同时它上面的互换性要好。

2.1设计材料的选定

选定材料至关重要，材料的选定决定了一台健身机的使用性能，安全性能和它的寿命。所以说，选材是一件很慎重的事情，也是一件很花时间的事情，什么场所用什么材料都是一个非常严格的问题，绝对不能有半点马虎。材料选的太好以来造成太大的浪费，二来给加工带来了一些麻烦(一般好的材料强度较高，硬度也相应提高了，这样对机械加工都是不利的)。尤其是对健身器械来说，大部分的刚才都是选用型材及板材的焊接，这样一来就要求材料有良好的焊接性能。选材料，我们是在考虑满足性能要求的情况下同时尽可能买周边的材料，这样可以减少运输成本，降低成本。

这里我根据同学对南昌市钢材市场调查选择了一下一些钢材:

1)空心方管，标记分别为：J50X2.5-GB/T6782-2002

J45X2-GB/T6782-2002J200X4-GB/T6782-2002

J50X30X2.5-GB/T6782-2002

2）无缝钢管￠40(GB/T17395-1998)材料为Q235（屈服强度235MP）

3)板材都为Q235

4)在调查中发现大部分的健身器械的配重都是用HT105铸造的，而在实际过程中，由于铸铁较脆，很容易开裂而破坏。所以我放弃了使用铸铁来做配重的想法，于是我决定

使用30mm厚的冷轧钢板，材料标记为：

235

/6991988

Q

GB T

通过钢板气割后加工就可以得到，使用这种材料有一个很大的好处：它的韧性特别好，在锻炼的过程中不容易坏掉，用来加工配重的表面质量及尺寸公差要求不是很高，可以使用废弃了的钢板（经过去除表面毛刺及去除表面的锈迹，然后再加工出要求的形状，再喷上油漆就行了），这样可以节约成本，使得废弃的东西得以再生，符合当今环保节约的需要，是符合当今形势发展的。其余大部分的钢板采用30mm厚的。

5）导管的选定，由于导管要求的精度较高一点，如：直线精度不高会造成运动的不方便，给运动员带来不便，同时表面喷漆不可行，因为他要与配重摩擦，很容易掉漆后生锈，所以我们采用不锈钢管，材料牌号为1Cr18Ni9，表面烤漆。

7）由于配重在锻炼的过程中或多或少的会产生噪音，我在此套用了一种比较简单的方法，且又便于维修;我们在配重下面做四个对称的圆孔，用以安装用橡皮做的橡皮圆柱体，这样就使得噪音大大的减少同时由于安装留有一定的空隙，便于以后的维修。除此之外它的互换性特别的好具体见图。

2.2底座的设计

底座的设计特别的重要，它关系到整台机械的使用性能。它是支架，配重和立柱及导向装置的安装基础，所以它的强度要高，结构要扎实再生产焊接中不能存在任何的缺陷，焊接的公差也要在一定的范围内，还有形位公差等具体尺寸见图，三维效果图如下：

由于两种材料都为低碳钢焊接的性能也特别的好，越能达到设计要求，同时因为采用的都是型材的焊接，对公差的要求不是很高，只有在制造的时候进行校准，底座要与其他部件安装，与其它部件采用焊接当然是可以的，但这样在运输过程中运输不是那么方便，这里我搞的与其它部件连接采用螺栓连接。

在设计底座时，必须先考虑底座的受力情况，由于底座上安装右立柱，支架，导向装置，及上支架配重等，这些部件都对称安装，所以底座的受力情况并不复杂。它主要是受上面型材的重力，在这里我们将安全系数取为3，由于每根所取钢管的受力大于至少5000N，以每个人的重量加上上面材料的重量是远小于5000的，因而是比较安全的，除此之外还收两边拉力，但相对较小，这些可以用螺栓来克服。我采用方形管来做底座的原因是在保证器械运行平稳的情况下减轻器械总的重量，给运输带来方便。

2.3支架的设计

支架的作用;支架是这台器械的重要部件，它提供锻炼者以舒服的运动环境，支架的设计是一个比较实际的问题，它的外表不仅要美观大方，而且要有很多人性化的特点，能适应不同锻炼者的身体条件。同时由于支架担负着重要的角色，还要在上面安装坐垫，等东西，具体见图纸，下面是三维图。

该支架在加工时选用冷弯方管焊接，还要在上面安装滑轮夹座，在焊接的时候校准变形并打磨毛刺，表面烤漆。

对于运动支架，我设计了较多的手握地方，这样设计有许多的优点，他可以提供锻炼者较多的运动空间，同时脚步锻炼那里没有设计障碍，不同身高的锻炼者都可以进行锻炼锻炼者坐上去对整体受力已有所考虑，所以绝对安全。同时坐上锻炼者更能保证器械的平稳，

设计的主要数据：

总高度；2000mm

总长度;1700mm

座高：450mm

能正满足大部分的锻炼者。

其中滑轮的位置在装配的时候进行设计，我在设计的时候选用的材料是冷弯方钢，

标记为

235

/6991988

Q

GB T

该支架与底板到后焊死。以减少震动。在支架的上部我采用一根与水平焊接的杆，是为了确定手操纵机构有一个极限位置。如上图;支架设计可见。

2.4配重的设计

配重在器械中的性能也占有举足轻重的位置，对他的设计考虑有以下几点要求。

1）在锻炼的时候由于配重忽上忽下的运动会有很大的撞击，因此，在设计配重的时候，市场上常用的方法是在配重的周围用注塑机包裹一定厚度的橡

皮。这种做法有一定的缺点，对于小批量的生产很不适合会造成成本的提

高，而且也不便于维修，一旦外表面的橡皮经过多次撞击和老化以后，就

很容易坏掉和脱落，一旦橡皮脱落以后噪音和冲击就来了，这样影响配重

的使用寿命，而且巨大的噪音影响锻炼者的心情，而且还不便于维修，这

样，配重就相当于报废了。

2）配重在导向杆中上下滑动，导杆时选用1Cr18Ni9不锈钢管材，是价格较贵的一种，因此为了保护导杆，因此需要对配重孔进行改进。

3）市场上大部分配重是每块5kg，一般情况下人们的锻炼时候的力量不会超过

65kg，这样就需要13块，在数量上讲不是很多，所以在这方面我就决定依

然采用市场上的数据。

4）我也做了点调查，在损坏了的材料中几乎都是由于太脆开裂而报废的，由于这些配重都是用HT105(灰口铸铁)铸造而成的，而铸铁的缺点就是韧性

低，质脆（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）这样一来就使的配重跟容易在锻炼时开裂而报废。

综合市场上的调查分析，我做了如下改进：

1)为了便于维修，我不采用橡皮包裹的配重，我在配重下面安装了四个￠20深12

的孔，然后在里面安装高度为17的橡皮圆柱，这样就有利于产品的维修。下面三维图：

此为第一块配重

此为一般配重位于第一块配重下面。

2）为了防止配重磨损导杆，我觉得可以用适当长度的塑料管在导管中加热到达到适当温度厚再把塑料管往外翻，这样就行了啊

3）在选材时，我不采用铸铁用回收的板材，它的强度不成问题，韧性也能保证。

再设计配重时，我还专门设计了第一块配重（就是安装在最上面的那块配重），由于吊杆要吊起配重，使用一销将配重与之连接起来，所以配重一和吊杆要有安装关系我在

这里用一螺钉使得配吊杆在配重中有个准确的位置，主要是限制吊杆的旋转运动，这样锻炼者在选择力量的时候就方便多了。如图所示两边通孔与导杆配合，并在其中翻塑料处理。塑料管可以为废弃的，重要的是尺寸，配合公差要与导杆一至。

在制造配重的时候，可以先通过气割，割下一定尺寸的毛坯，然后打磨毛刺后，在铣床上铣平相应的面（如果钢材采用的是废弃的板材，他外表面不是很整齐，下料时留的加工余料要大些）然后钻孔，倒角后后喷砂处理后喷油漆就可以了。然后钻安橡皮的空就行了，最后装上橡皮。

2.6滑轮的设计

在设计滑轮的时候，我要先说明一下，滑轮在整台健身机械中的作用：滑轮在器械中承担着钢丝绳的导向及减少摩擦的作用，由于整个滑轮的受力不是很大，可以采用铸造的办法获得，也可以使用冷冲压后焊接的办法获得，滑轮在此台器械中主要受压应力的作用而且一般不会超过6500N,然而一般钢材的受力都大于此数值，所以强度不是重点考虑的问题，同时由于滑轮的运动都是围绕中心运动，所以我设计在里面加一个轴承，由于滑轮，轴承，及夹座三者之间有一定的配合关系，这样使得中心孔不易磨损。并且在转动的时候摩擦也减小了，从而保证了滑轮的使用要求和使用寿命。下图为滑轮三维图。为了便于在装配上表示，某些并没有完全表示出来。

采用两个上面的组装起来即可。这样适合如果大规模生产，可以采用冲压工艺，通过落料形成，然后在中间放上轴承厚用铆钉或螺栓连接就可以这样的生产方法有许多优点：

首先选材保证了他的强度，同时用料省，加工简单，成本低，加工精度高，生产效率高，但不适合小规模生产，原因是现在磨具的设计制造费用相当昂贵，它大致工艺为，下料，成型，冲孔等。这样就降低了成本，

钢丝绳的相关设计：根据机械设计手册知道，钢丝绳的公称直径D =C 为选择系数，S 为最大静压载荷）选择系数的计算公式为：

c =（其中n 为安全系数，k 为折断系数，ω为钢丝绳的充满系数）其中ω的算法为ω=

钢丝绳的断面面积绳毛面积据查设计手册初选钢丝绳的抗拉强度为167MP 取安全系数值为6级，k=0.82,ω=0.46代入公式的c=0.110根据手册c 取0.114代入D =

其中Smax=1300N 算的D=2.9取整D=3，所以选择的钢丝绳为钢芯钢丝绳（GB/T8918-1998）,标记为3NAT6X21S+IWR16708Z5.39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。

2.6其他零件的设计

现在来设计其他的零件，如动滑轮夹板，海绵防护体，坐垫级靠垫，这些大部分是由其他工厂定做，这些东西设计尺寸要求不是很高，像坐垫，靠垫这些不是由工厂生产出来的就是由外面定做的，只要使锻炼者感觉到舒服就可以了垫子选用黑色，并用螺栓或螺钉与支架连接其中钢丝绳的长度具体有安装时确定。

2.7标准件的选定

本次设计中采用了许多的标准件，在选用标准件的时候要特别的考虑。本次设计中采用了这些标准件：轴承，螺栓，螺钉，垫圈，球头螺母等。

1）立柱与底座的联结采用m30的螺栓，下面校核它的强度：

[]1.3a /4F dd δπ≤其中在实际中Fa（max）=15KN 螺栓的材料为Q235，

[]δ=235MP，d=30mm，所以立柱取M30的是完全的。这里取30是完全可以的。2）根据设计手册可以找到轴承应当为6202（GB/T276-1994），假如轴承选定的

过小会引起滑轮在使用过程中较大的滑动，摆动，给轴承本身带来不利的影

响。

3）

在脚部锻炼的地方由于为了防止膝盖碰伤，我采用球头螺母和螺柱，因此既美观又能保证安全。4）还有去其他一些螺栓，弹簧垫圈，钢丝绳夹等，由于受力不是很大，只要按

照配合关系选购就行了啊。

2.8配合公差的设计

两零件的配合关系将对机械产生较大的影响，如运动的平稳性，运动的精度，工作的噪声，进一步影响机械的使用寿命，所以公差要选的比较合理，这里就说明几处重要的。

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。

2.9装配

由于本健身机大部分是采用的管材，板材，管材通过下料后焊接并校准变形后打磨毛刺喷漆就行了，对材料切除率小，这样对装配就带来很多的不便，比如：管材的尺寸公差大，焊接生产的零件精度不高，表面质量不好，这样对装配师傅的技能要求相应提高了，安装的简约顺序是先连接底座和立柱，然后安装支架，装配重，插好导杆，后装上支架，过程中假如钢丝绳，最后用螺栓，螺钉固定，最末装坐垫靠垫。装配必须按照一定的装配顺序，不然的话，会出现一些零件无法安装的情况。

第三节设计总结

在此，我的设计以告一段落，同时由于我的专业水平有限，所以在设计过程中难免有许多的问题，还望各位老师给与批评指正，同时感谢文建萍老师在我的设计过程中给

与我的支持和鼓励，使得我能够顺利的完成本次毕业设计。

参考文献

新编工程材料哈尔滨工业大学出版社………吴宜勇主编

机械工材料大连理工大学出版社…………齐明主编

机械设计基础高等教育出版社………………杨可桢主编

机械制图高等教育出版社………………刘力主编

画法几何与工程制图上海科学技术出版社…中国纺织大学工程图学教研室机械设计手册化学工业出版社………………成大先主编

冲压工艺与冲模设计机械工业出版社………………翁其金主编

中华人民共和国国家标准……………………………..中国标准出版社

PRO/ENGINEER野火版……………………………………清华大学出版社

体育教程…………………高等教育出版社……………徐万林主编.

管材管件应用技术手册…………机械工业出版社…….刘金海主编.

实用工程材料技术手册………机械工业出版社…….。曾正明主编