多功能健身椅设计方案说明书

1多功能健身椅设计说明书作品名称：多功能健身椅设计者：池申、魏玉珍、江崇远、梅丛蔚、陈浩天指导老师：曹阳、赵南生2多功能健身椅设计者：池申、魏玉珍、江崇远、梅丛蔚、陈浩天指导教师：曹阳、赵南生（南通大学机械工程学院）摘要：本设计是结合椅子的结构特点，基于滑杆、连杆、锁紧等结构，设计的一款集多种健身方式于一身的健身椅。基于锁紧和支撑架的机构，可调整健身椅椅背的位置，以便于实现仰卧起坐以及俯卧撑的锻炼，此外电机推拉杆的使用了实现该过程的自动化；通过滑杆机构和转动副的结合运用，可实现腿部肌肉反复拉伸以及上肢力量的反复锻炼；同时，多处连杆机构和滑杆的结合使用以及平面轴承的使用可实现扩胸锻炼以及肩部肌肉锻炼，灵活性更高。本设计仅需占用办公室一个较小的空间，即可实现腿部肌肉拉伸、上肢肌肉锻炼、肩部肌肉锻炼、仰卧起坐、俯卧撑、胸肌锻炼等等多种健身锻炼，是一款集多种健身方式于一体，功能多样化且实用强大的健身器材——多功能健身椅。关键词：多功能；健身椅；功能强大；人性化31引言现在工作生活节奏日益加快，身体素质下降成为一个越来越紧迫的问题，健身房是当今城市工作者健身主要场所。而健身器材主要分为单一型和综合型两大类。单一型的器材使用件小且健身功能单一，而综合性健身器械则体积庞大、笨重、便捷性和灵活性都很差。目前市场上的健身椅样式虽层出不穷，但大多功能单一，人性化程度不够，不能最大限度地满足人们健身的使用需要。在经过大量的市场调查及网上问卷调查的基础上，我们小组组员敏锐地察觉到设计一款既能满足健身健美要求，又能方便简单地做到办搬运、保修、使用、灵活性强的多功能健身椅将是现代生活一个势在必行的课题。2设计目标与方案本设计针对这些问题和需要，在家用普通座椅上进行设计创新改造，扩大了座椅的功能，设计出了一款多功能的健美课堂教具——多功能健身椅。此设计运用了滑杆、连杆与转动副相结合的机构等实现了多角度躺倒、仰卧起坐、俯卧撑、腿部肌肉拉伸、上肢拉伸、肩部力量锻炼等功能，体积小，灵活性好，功能强大，从而使健身健美变得多样化，便捷化。3多功能健身椅整体展示3.1实物图展示43.2整体装置结构图图（4）健身椅实物结构说明图（局部）1、转动关节2、臂部力量锻炼3、椅背4、二头肌锻炼5、脚部支撑位置及腿部力量锻炼6、椅腿7、椅背位置调整关节8、支撑杆9、滑杆10、滑块11、上肢肌肉拉伸及肩部肌肉锻炼21111098345765图（5）多功能健身椅立体示意图（局部）如图（4）、（5）所示，整个装置主要由腿部锻炼及固定装置、臂部肌肉锻炼装置、上肢拉伸及肩部力量锻炼装置、肘关节锻炼装置、椅背调节关节和支撑架等部分组成。3.3人体尺寸联系图为了更好的满足人体健身锻炼的有效和舒适需求，我们小组成员经过调查研究和反复测量实验将人体尺寸与健身椅设计尺寸相结合，得到如下参考示意图（6）。6如图（6）所示为根据实际测量结果绘制的人体尺寸联系图，身高标准为170mm，体重60kg。以下多功能健身椅相关结构尺寸以此为参考进行设计。4健身椅椅座框架展示图图（7）健身椅椅座框架图健身椅各个健身装置分别是通过各个转动副连接在椅座上，实现各种健身锻炼功能。图（6）人体尺寸联系图示意图75多功能锻炼装置5.1腿部锻炼及固定装置图（8）腿部锻炼及固定装置三维图及实物图如图（7）所示，安装时将位置1通过位置4处的转动副连接到健身椅椅座前端的连杆上，由于存在转动副，故可实现腿部锻炼装置的前后位置移动，完成腿部拉伸的反复动作；此外位置2处为腿部放置位置，将健身椅椅背位置后移后，腿部固定在此处，可辅助完成仰卧起坐的锻炼。123485.2臂部肌肉锻炼装置图（9）臂部锻炼装置三维图图（10）臂部锻炼装置实物图位置1处为手臂放置位置位置，臂部肌肉锻炼装置通过2位置与椅背连杆相连接，由于位置3处安装平面轴承故可实现装置的多角度灵活转动，故在不做该项锻炼时装置可收到健身椅背之后；位置4处也为转动副，3、4的结合使用，使该臂部锻炼装置的灵活性更加相得益彰，可实现臂部肌肉的反复锻炼。132495.3上肢拉伸及肩部力量锻炼装置图（11）上肢拉伸及肩部力量锻炼装置如图（11）所示，位置1固定在健身椅椅背的连杆上，2为滑块与4构成滑杆机构，手臂放置于位置3，上下推拉即可完成上肢拉伸及肩部力量锻炼装置沿光杆4的上下运动，实现上肢肌肉的反复拉伸锻炼；此外，该运动也可有效地实现肩部力量的锻炼。5.4二头肌锻炼装置图（12）二头肌锻炼装置如图（12）所示在健身椅的左右两侧分别安装一个二头肌锻炼装置，手柄1位置可以灵活调整，使用者可根据自身需求进行调节角度，其连杆上可添加负载。位置2处为转动副，故该二头肌锻炼装置即可实现前臂的反复锻炼，有效锻炼二头肌。12342105.5仰卧起坐和俯卧撑锻炼（部件连接结构展示图）图（11）转动副图（12）椅背调节关节及椅背支撑架在健身椅座和椅背之间使用的椅背调节关节有效的实现了椅背和椅座角度的调整，可以使健身椅重心后移而增加健身椅稳定性，同时由于健身椅椅背支撑架的支撑作用，使得人可躺下完成仰卧起坐锻炼，电机推拉杆的使用实现该过程的自动化；此外使用者还可从反向握住椅背横杆完成俯卧撑的锻炼动作。本设计各部件连接处多处采用转动副连接，实现了健身椅各个健身装置的灵活使用和互不影响，使本设计能够更好的满足健美教学课堂上学生多方式健身的需求。6理论设计计算6.1健身椅连杆、支撑架的强度校核实际生产中，对于滑杆采用的是钢材。取人的重量为900N，躺倒时椅背横梁受力最大，设人体施加在椅背连杆上的的力为500N。支撑架椅背调节关节电机推拉杆支撑点11图（13）连杆对连杆进行应力分析：图（14）应力分布图由上图知，连杆均满足强度要求。6.2肘关节锻炼装置中连杆强度校核抗弯截面系数：W=(b1h1^3—b1h1^3)/6h1=2.12x10^-8弯矩计算：所以连杆能够承受推。力45号钢许用弯曲应力Iz=（b1h1^3—b1h1^3）/12F负载xL=126.14N/m127电机参数7.1电机参数说明图（15）电机实物图图（16）电机零件图137.2电机的使用图（17）电机推拉杆的作用是伸缩杆推拉如图（17）位置，椅背绕着转动关节转动，调整到水平位置，同时通过连杆带动腿部锻炼及固定装置也调整到水平位置，以便完成仰卧起坐锻炼。电机推杆作用位置148主要创新点和应用前景8.1主要创新点1、多功能：可以通过调节健身椅相关机构以及调用各个运动装置，可实现仰卧起坐、俯卧撑、上肢拉伸、腿部肌肉拉伸以及臂部力量锻炼等多种运动健身动作，综合性强。2、灵活性强：本设计体积小，灵活性、便捷性强，使健美课堂由室内拓展到室外；同时占地空间小，降低了传统健美教室的选择要求；此外更加方便搬运和维护，能够很好的满足健美课堂的教学需求。3、成本低：本设计制造成本低、制作工艺较为容易，又功能强大、人性化程度高，能够很好地满足健身需求，物美价廉。8.2应用前景目前市场上已有的健身椅等产品形式也很多样，但要么功能比较单一，要么价格比较昂贵，真正适合办公室使用的高性价比产品很少。本作品结构简单，功能多样，无需占用太大空间，也没有使用场所的限制，适合室内外等多种场合使用。作品采用钢管材等坚实材料，制作成本相对较低，内部结构多采用焊接等方式，加工也比较容易。此外，由于主要采用机械结构，无需使用太多电子电器等设备，主要由使用者自行操作，节能环保。9结束语能够参与制作多功能按摩健身椅这一参赛作品是我们四年大学生涯中最值得铭记的一件事。从一开使作品的方案构思，到后期的实物样机实现预期运动，整个过程让我们得到了许多从未体验过的新奇而又有趣的经历，从中我们也学到了许多宝贵的知识与经验，这些靠创新与实践得来的知识与经验是我们一笔难得的财富，必将会对我们未来的人生产生深远的影响。致谢通过这次项目，我们对产品的设计步骤有了更加清晰的认识，提高了我们分析解决实际问题的能力，培养了我们严谨的工作作风。在此，我们向院领导的大力支持表示感谢，感谢曹阳老师、赵南生老师对我们理论和技术的精心指15导和帮助；同时，也向在我们设计制造过程中给予我们帮助的老师同学致谢。参考文献【1】陈康基.工程材料学[M].江苏科学技术出版社.1996【2】孙大涌.机械强度[M].机械工业部郑州机械研究所.2001【3】沈世德.机械原理.机械工业出版社.2006