家用可折叠多功能健身器的设计

摘要：针对现有的健身器一般都采用单一功能，而对那些要求全身得到锻炼的适应能力比较差，占地面积大的问题，提出设计一部家庭用多功能可折叠的纯机械健身器材，以满足人们在家中便可进行锻炼，适应“绿色与健康”时代主题和满足当代市场需求。

关键词：家庭用多功能健身器机械运动

中图分类号：TH122文献标识码：A文章编号：1007-3973（2012）004-115-02

社会时代的飞速发展，让人们生活水平迅速提高。然而由于工作量繁多，生活节奏加快，各种由于身体没有得到有效锻炼而衍生出的疾病也在困扰的人们。没有时间去健身房，没有适合的健身场所这些都是身体得不到锻炼的问题根源。如今“健身器”成了时下热议的名词，它的出现让人们不再为身体得不到锻炼而烦恼。

1健身器设计灵感与构思

在得知今年第五届全国大学生机械创新设计大赛的主题为“幸福生活——今天和明天”之后，笔者经过积极思考和准备，不断地思考和联想，经过长时间的市场调研，有了对家用健身设计的灵感。

随着全民健身热的兴起，每个家庭的健身意识正在不断提高，不少家庭把健身器械购回家里，进行健身锻炼，以期达到拥有健康身体，陶冶情操和家庭和谐享受的目的。人们对自己拥有的健身器械的要求并不很高，总的来说有三点：(1)效果明显；(2)价格合理；(3)外观好，占地小，噪音低。凡具有上述特点的家用健身器材就特别受消费者的欢迎。

因此，沿着这个思路，笔者决定创意出一种可折叠，可实现多功能健身纯机械结构，着眼广大的中收入家庭，为他们飞快的现代生活节奏，带来一丝亮光。

此次设计研究的目的就是为了研发出一种与现在市场上出现的健身器械不同的一部健身器。克服功能单一，结构复杂，使用空间大，价格较高的缺点，提高使用效果，价格合理，占地小，噪音低。从而在市场中立于不败之地。

2可折叠多功能健身器的主要结构介绍

2.1 可折叠的支架杆机构简介

本机构的折叠系统主要是由支架1，滑块2，可伸缩支撑杆6和大小套筒5,10组成（标号见装配图1）。在展开状态时，支架是竖直不动的，使用者可以调节滑块的高度，拉伸或收缩大小套筒来改变角度从而与不同人的身体条件，不同的锻炼强度相适应。在图示的合并状态时，健身器竖直放置，保管和存储。

可折叠的支架杆机构功能介绍：可折叠性的最为突出的优点就是使用便携，当整个机构都折起来时我们可以把他放在墙角这样就节约了空间，折叠起来的机构也可以用来健身，我们可以在支架底部加上可拆卸的扭腰器也可以把它平放在地上做仰卧起坐，多功能的作用由此可以体现。同时可折叠的支架机构也为其他相应部分的功能结构充当着载体，为整个多功能健身器的有效率工作做了基础。

2.2曲柄滑块机构功能介绍

曲柄滑块机构用来实现人体的拉伸功能，其运动分析过程如下：

躺板与滑槽之间是固定的，滑槽下面有两组滚轮，可以在机架上自由滑动。滑板分为上板7、中板15和下板22，其中上板与大滑槽8固定，中、下板与小滑槽16固定，小滑槽可以在大滑槽中移动，即上板和中板可以分开。这样做，该器械一方面可以实现拉伸功能，另一方面，可以适应不同身高的人群，提高了其适应性，具有一定的开发前景。在进行拉伸运动时，上板通过链条与机架固定在一起，即上板不能再向下移动，将人体的头部和脚部也分别通过绷带或其它装置固定于上板和下板，通过摇动手柄，可以带动中板向下运动，黄色的小滑槽可以在红色的大滑槽中移动，从而实现了人体的拉伸功能，拉伸的幅度大小可以通过改变手柄转动的角度大小来控制。

2.3凸轮机构简介

凸轮机构是使从动件作预期规律运动的高副机构，其主要分析如下：

优点：(1)从动件的运动规律可以任意拟定，可以高速启动，动作准确可靠。(2)设计出相关的凸轮轮廓，就可以使从动件按拟定的规律运动。一般中、低速凸轮的运动设计比较简单。(3)由于数控机床及计算机的广泛应用，特别是近年来可以实现计算机辅助设计与制造，使凸轮轮廓的加工并不十分困难。

凸轮机构功能介绍：凸轮机构用来实现人体背部的按摩功能，其运动分析过程如下：

注意实现此功能时需要把曲柄滑块机构拆卸下来，大滑槽8与小滑槽16之间固定，没有滑动。用一根绳索穿过机架左端的滑轮，一端连接于上板上，另一端连接于手握把，人拉动握把，通过绳索拉动躺板向上移动，躺板与齿条固定在一起，齿条14通过移动带动齿轮转动，齿轮12、凸轮11与轴轴向和周向固定，从而带动凸轮转动。凸轮上面与按摩小板接触，使按摩小板周期性地上升和下落，按摩小板上再装一些类似于橡胶之类的柔软的按摩装置，对人体背部进行冲击按摩。

2.4棘轮逆止器支撑人体功能结构简介

棘轮逆止器简介：棘轮机构用于将摇杆的周期性摆动转换为棘轮的单向间歇运动，也常作为防逆转装置。

棘轮机构的常用型式分为齿啮式和摩擦式。齿啮式的特点是：(1)靠啮合传动，运动可靠；(2)棘轮转角只能有级调节；(3)噪声较大；(4)承载能力受棘齿的弯曲和挤压强度的限制。

棘轮逆止器功能介绍：棘轮逆止器用来使下板保持水平位置，支撑人体重量，其运动分析过程那个如下：棘轮装在中板伸出的轴上，棘轮与轴轴向和周向固定，摇杆一端装在中板的轴上，摇杆的此端可绕轴旋转，另一端通过滑球装在下板一侧的滑槽中，摇杆的此端可以在下板的侧面自由滑动，棘爪装在摇杆上，棘爪与摇杆间可以转动，在下板的另一侧安装相同的装置。下板相对中板可以转动，当将下板转动到一定位置时，使棘爪卡在棘轮中，下板的位置便固定不动，此时人可以坐在下板上，上手握的臂力手柄，进行臂力锻炼。棘爪卡在棘轮中的位置不同，下板固定的位置也就不同，人体用力的方向也就可以变化。

计算得 偏心距：e = 100mm

试取 lAB = 75mm ；lBC = 300mm

因为 lAB+e < lBC ，所以该机构满足存在曲柄的条件。

行程 H = 162mm ， 满足人体拉伸的长度要求。

最大压力角%Z=38埃ㄗ钚〈莯%\=52埃?

极位夹角%a=12?

行程速度变化系数：

曲柄滑块机构的材料：

初选手柄、连杆、螺母和盘的材料为Q235，等级选择A或B级，Q235一般用于用于金属结构件，心部强度要求不高的渗碳或氢化零件，拉杆、连杆、吊钩、车钩、螺栓、螺母、套筒、轴及焊接件。（参考文献[3] P3—11）

手柄套的选择：

初选手柄套A型D = M20，L = 63黑色JB/T 7271.3—1994

材料：塑料（参考文献[4 ]P9—10）

3.2凸轮机构的设计及计算（背部按摩功能部分）

凸轮运动部分分析：

凸轮机构中从动件为按摩小板，按摩小板完成的运动为上升和下降，行程H = 10mm。

假设人拉动滑板的速度为v=100mm/s，齿轮半径R= 25mm，得

凸轮的转速为

所以该凸轮为低速转动。

凸轮旋转一周能够将按摩小板顶起两次，最大的顶起高度为10mm。

3.3凸轮的材料、精度及表面粗糙度

凸轮为低速轻载，考虑重量因素，初选凸轮和按摩小板的材料为尼龙66（PA66），尼龙66的特点：疲劳强度和刚性较高，耐热性较好，耐磨性较好，但吸湿性大，尺寸稳定性不够，摩擦因数低，为0.15~0.40，pv极限值为0.9?05Pa·m/s。用途：适用于在中等载荷、使用温度不高于120℃、无或少条件下工作的耐磨受力传动零件。（参考文献[3] P3—315）

强度校核：因为凸轮轮廓表面与按摩小板之间的受力不大，故不需对其接触强度进行校核。

4结束语

作为第五届全国大学生机械创新设计大赛的参赛作品，本着求真务实，不断发挥创新理念的态度，利用近5个月的时间设计制作家用可折叠多功能健身器，结合臂力器，健身板，身体拉伸器，手臂拉伸按摩组合器为一体，健身过程均为纯机械传动，绿色环保，真正相应了当今社会“绿色，减排”的时代主题，为家庭健身这一庞大的领域增添了一份生机。

参考文献：

[1]郭卫东.机械原理[M].北京:科学出版社,2010.

[2]成大先.机械设计手册(第五版·单行本)机构[M].北京:化学工业出版社,2010.

[3]成大先.机械设计手册(第五版·单行本)常用机械工程材料[M].北京:化学工业出版社,2010.

[4]成大先.机械设计手册(单行本)弹簧起重运输件五金件[M].北京:化学工业出版社,2004.