健身脫水一體機結(jié)構(gòu)設計分析

摘要：當下社會的人們迫切需要一種方便有效的健身器械，而國家大力倡導要在可持續(xù)發(fā)展觀的指導下進行經(jīng)濟與科技發(fā)展，故為滿足要求，本論文主要探討運用鏈傳動與減速箱將自行車與洗衣機進行裝配組合，從而形成一種新型的健身實用型器械，它將在健身過程中消耗的能量用于洗衣機，以實現(xiàn)健身節(jié)能環(huán)保多種功能。本文主要針對傳動比、鏈傳動以及傳動系統(tǒng)進行設計，同時附上三維總裝圖。最后，對本課題進行總結(jié)。

關鍵詞：健身 自行車 洗衣機 節(jié)能 環(huán)保

0 引言

如今社會，由于種種原因，造成人們的生活壓力不斷加大，健身休閑時間嚴重不足，所以人們迫切需要可以進行室內(nèi)健身的便捷的健身器械。作為健身器械，自行車是一種較為原始的但十分有效的健身設備。通過健身脫水一體機來健身，可以達到預防大腦老化，提高神經(jīng)系統(tǒng)的敏捷性，能提高心肺功能，鍛煉下肢肌力和增強全身耐力，還能減肥，并且能益壽延年。作為家庭必備的家用電器，洗衣機在生活中起著重要的作用。洗衣機作為電器，沒有電是不能工作的，而在工作過程中消耗電能的同時也意味著消耗著煤炭資源，同時意味著有大量的有害氣體將會排入空氣中，勢必會引起空氣污染等一系列問題。那將自行車與洗衣機進行結(jié)合，將健身時消耗的能量用于洗衣中，以實現(xiàn)能量的充分利用，達到節(jié)能的目的。同時也積極響應了國家的號召，做到了低碳環(huán)保，綠色生活的要求。當然，便于健身是其主要的功用。

1 健身與洗衣的矛盾分析

本課題是設計健身脫水一體機，但是如何將自行車與洗衣機進行有機的結(jié)合就是本課題所要解決的首要問題。

1.1 轉(zhuǎn)速問題

洗衣機的脫水原理是在脫水桶滿足一定轉(zhuǎn)速的前提下，使衣物做離心運動，從而完成脫水。普通波輪洗衣機的脫水轉(zhuǎn)速大約為1100r/min。而人蹬自行車的轉(zhuǎn)速大約為100r/min。那如何實現(xiàn)洗衣機脫水的預定轉(zhuǎn)速就是我們首先需要解決的問題。解決思路：在自行車和洗衣機之間通過一個增速裝置，使其達到預定的轉(zhuǎn)速。解決方法：在自行車和洗衣機之間通過二級鏈傳動以及二級齒輪傳動來控制傳動比，使得最終達到預定的脫水速度。

1.2 轉(zhuǎn)向問題

無論是自行車的轉(zhuǎn)動還是變速箱的轉(zhuǎn)動，都是在豎直平面內(nèi)進行的，而洗衣機脫水桶的轉(zhuǎn)動是在水平平面內(nèi)進行的。轉(zhuǎn)動平面不同，則導致轉(zhuǎn)動的不連續(xù)性，無法實現(xiàn)連續(xù)的動力傳遞。這便是需要解決的另一主要問題。解決思路：在變速箱和洗衣機之間加以換向裝置。解決方法：在變速箱和洗衣機之間添加一對錐形齒輪，通過錐齒輪傳動將豎直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換到水平平面內(nèi)。

2 健身脫水一體機的總體方案設計

2.1 傳動比以及傳動零件的設計

2.1.1 傳動比的設計

本課題的傳動是鏈傳動與齒輪傳動的結(jié)合。主要分為四級鏈傳動以及減速箱的二級齒輪傳動。傳動比的設計如下表1所示：

2.1.2 鏈輪的設計

根據(jù)鏈輪的轉(zhuǎn)速以及在轉(zhuǎn)動工程中所要承受的轉(zhuǎn)矩的作用，綜合分析，本課題的鏈輪選擇型號為06B和08A的鏈輪。鏈輪的式樣如圖1所示。

鏈輪的具體參數(shù)如表2所示。

2.1.3 鏈條的設計

在自行車部分使用的鏈條，其作用主要是實現(xiàn)動力從外界的輸入功能，根據(jù)要求選用06B型單排鏈條，其單節(jié)鏈如圖2所示，參數(shù)如表3所示。而在與洗衣機相連的部分，作用主要是實現(xiàn)動力的輸出功能，根據(jù)要求選用08A型單排鏈條，其單節(jié)鏈如圖3所示，參數(shù)如表3所示。

2.1.4 錐齒輪的設計

用于轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)動方向的錐齒輪，根據(jù)需要選擇GB/T 12369-1990標準的模數(shù)m=3，齒數(shù)z=45的一對錐齒輪，如下圖4所示。

2.1.5 整體支架結(jié)構(gòu)設計

支架是通過自行車改裝而來的，在改裝過程中，將自行車的前后輪拆下，大鏈輪拆下?lián)Q上設計所需要的鏈輪。將拆好的自行車支架焊接成所需要的支架。主體部分長度1600mm，寬度600mm。同時焊接一個承載變速箱的支架，支架長度900mm，寬度275mm，同時在此支架上裝有6根螺栓用于安裝變速箱，螺栓選用M20，螺紋長度40mm。

2.2 傳動系統(tǒng)設計

經(jīng)過設想與分析，設計了如下圖5所示的整體的傳動機械原理圖。

從上圖可以看出，本文所介紹的健身脫水一體機主要是由健身自行車、洗衣機以及變速箱三部分組成。健身自行車是動力源，而變速箱的主要作用是對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進行適當?shù)霓D(zhuǎn)換，最終達到可以使洗衣機正常運轉(zhuǎn)的目的。在傳動原理圖確定的情況下，初步確定健身脫水一體機的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖6所示。

2.3 三維總裝圖

為了能夠更加清晰的表述本課題的構(gòu)思，運用PROE三維軟件進行繪制三維圖，并進行仿真。具體細節(jié)如下圖7所示。

3 結(jié)束語

本課題運用二級鏈傳動以及二級變速箱實現(xiàn)了速度的增加，以達到脫水的目的，又通過一對錐齒輪傳動實現(xiàn)了轉(zhuǎn)動由豎直平面到水平平面的轉(zhuǎn)換。

本課題運用鏈傳動與齒輪傳動，巧妙地將自行車與洗衣機結(jié)合在一起，實現(xiàn)了健身、洗衣、節(jié)能等多種功能。在經(jīng)過市場調(diào)研與分析之后，驗證其具有較大的實用價值與市場應用前景。

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通訊作者：楊蘭玉。