健身器材的设计及仿真论文

毕业设计题目健身器材的设计及仿真

学生姓名

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指导教师

二〇一五年X月

摘要

随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意识逐渐增强，健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可以锻炼身体的作用。

本文设计的健身器材包括整体机架结构、背拉锻炼机构、腿部锻炼机构和扩胸锻炼机构组成。首先本文对健身器材的方案进行确认，然后利用三维SOLIDWORKS完成健身器材的三维建模，并导出二维工程图，最后利用SOLIDWORKS对三维器材进行运动仿真。

关键词：健身器材，运动仿真，三维建模

Abstract

With the rapid development of city economy and improve the people's living standard, city residents health consciousness gradually strengthens, fitness has become an important part of people's daily life. Emergence of fitness especially indoor fitness equipment to remain within doors can also exercise the role.

In this paper, the design of fitness equipment including the whole frame structure, the back leg exercise training institutions, training institutions and chest expansion mechanism. First of all this paper confirm of fitness equipment, 3D modeling and 3D SOLIDWORKS fitness equipment, and the output of engineering drawing, finally the use of SOLIDWORKS to carry on the movement simulation of 3D equipment.

Keywords: fitness equipment, motion simulation, 3D modeling

目录

摘要 (i)

Abstract (ii)

第一章引言 (5)

1.1 课题研究的目的及意义 (5)

1.2健身器才国内外的现状 (5)

1.2.1国内的研究现状 (5)

1.2.2国外研究现状 (7)

1.3 课题设计思路 (7)

1.5 课题设计结构 (7)

第二章健身器的总体设计方案 (9)

2.1健身器的组成及各部分关系概述 (9)

2.2 设计要求 (9)

2.3 总体方案拟定 (9)

第三章健身器整体结构的设计 (11)

3.1 配重的设计 (11)

3.2 滑轮的设计 (12)

3.3钢丝绳的设计 (13)

3.4 底座的设计 (13)

3.5 上横梁的设计 (13)

3.6 上横梁的有限元分析 (14)

3.6.1 上横梁零件的三维建模 (14)

3.6.2 确定材料 (14)

3.6.3 添加夹具 (15)

3.6.4 施加载荷 (16)

3.6.5 生成网格 (16)

3.6.6 运算求解 (17)

3.6.7 分析结果输出 (18)

3.7 其他零件的设计 (20)

第四章健身器三维造型的设计 (21)

4.1 Solidworks软件简介 (21)

4.2 零件建模 (23)

4.2.1上横梁三维建模的形成 (23)

4.2.2 配重的三维建模形成 (23)

4.2.3其他零件的三维模型造型 (24)

4.3零件装配 (24)

4.4三维向二维的转换 (27)

第五章健身器材的仿真 (30)

5.1机构仿真的作用 (30)

5.2机构仿真类型 (30)

5.3机构运动仿真步骤 (30)

5.4 机构功能 (30)

5.5 本章小结 (31)

第六章结论 (32)

6.1 本论文所取得的结果 (32)

6.2 技术展望 (32)

参考文献 (33)

致谢 (35)

第一章引言

1.1 课题研究的目的及意义

伴随中国经济实力的快速增长，生活节奏不断加快、工作压力日益增加，多数人群处于亚健康状态，越来越多的人开始意识到“健身”和“锻炼”的重要性；上海体育科学研究所的一项社会调查统计表明，在12000名接受访问的人群中，有65%的人表明自己有需要或正准备购买健身器材。可见人们对通过锻炼健身来达到减压、塑身的愿望越来越强，全民健身热潮正日渐兴起。健身队伍的不断扩大必然引起对于健身器材的巨大需求，据统计资料，自2006年以来中国体育用品工业企业实现累计工业总产值年均增长速度在16%以上。但在消费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费仍然很低，这对国内健身器材厂商的设计、生产能力提出了更高的要求。

通过本课题，让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程，培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力；进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。

1.2健身器才国内外的现状

1.2.1国内的研究现状

近几年来，中国健身产业逐渐形成，全国健身俱乐部每年在以1000家的速度递增，北京健身俱乐部以每年30家的速度递增。2007年，全国俱乐部约2500家，北京有465家，民营资本在整个健身产业占据了90%的份额。2007年中国健身市场规模为100—150亿美元，开业2年以上的俱乐部2007年会员人数比2006年同比增长了48%。2008年奥运会之后，国内健身俱乐部数量急剧增长，虽然没有具体的数据但是可以肯定的是具有一定规模的中国健身俱乐部的数量已经达到了3400家以上。

从政策角度来看，由于健身娱乐市场可以有效地拉动居民的消费，符合国家拉动内需、刺激经济发展的政策，有望得到政府的进一步支持。同时，一个需要特别注意的发展倾向是从人们对健身娱乐的消费趋势上来看，人们健康的需求也正逐步从被动的治疗性向主动的预防保健型转换，这也预示未来的健身娱乐市场必然向科学保健、运动和娱乐合理搭配的方式发展。

从经济角度则主要分为三大类，分别是低档器材、中档器材和高档器材。握力器、拉力器、哑铃等是价格便宜的健身器材，此类低档健身器性能单，结构简单，使用方便，多在百

元以内，而且也是大多数消费者家中必备的健身器材。

其次是中档健身器，如跑步机、健身车、划船器等，价格多为千元以下。这类健身器的结构比较复杂，某些性能也已达到较高水平，而且占地面积较小。

还有一种是高档健身器，如多功能跑步机等，这类健身器具备跑步、划船、蹬车、旋转腰部、俯卧撑等多种功能，价格比较昂贵，大多在千元甚至万元以上，且占地面积较大。

而从消费角度来看，城市居民对体育用品的消费已经从低档为主向中高档方向发展，农村居民尤其是已经进入小康生活标准的农村地区，对中低档体育用品的消费也将逐步形成新的需求。随着农村地区收入的增加将使健身市场的潜力变成现实，中国健身器材市场的年销售额逐年增长，中国人对健康的关注正在形成一个黄金市场。

虽然健身队伍的不断扩大为健身器材生产商带来了浓厚商机，但是行业存在的产品伪劣、夸大宣传等不良现象也成为了制约行业发展的棘手问题。据中国社会调查事务所的项调查显示：83%的人认为国产健身器的质量问题是制约消费者购买的主要原因。对般家庭来说，追求性能优越、质量可靠、经久耐用，是消费者的共同心愿。然而，目前市场上销售的些健身器功能不齐全、部件易损坏的现象相当严重。

目前，我国已有众多健身器材生产企业，世界上几乎所有的普通健身器材类型，中国企业都在生产，并为大量的境外品牌进行加工，中国制造的健身器材在国际市场上占据了约60%的份额，出口交易额达20亿美元，出口已逐渐成为我国健身器材产业发展的方向。健身器材市场分为家用以及商用市场两部分，人们对于健身器材，特别是家用健身器材的需求也日益增加，因此家用市场的规模也远较商用市场规模大且增长快。

我国健身器材行业尽管内外销市场趋旺，但在国际市场缺乏知名品牌却是个不得不面对的事实。目前，我国出口的健身器材产品基本上是以“委托加工”和“贴牌生产”的方式进入国际市场，产品附加值较低。同时，与国际先进水平相比，我国不少生产企业还处在仿制生产阶段，产品研发和技术创新能力不足。在消费领域，与欧美等发达国家相比，健身器材产品在家庭的普及率及用于健身运动的人均消费还很低。这也意味着，我国健身器材行业仍有很广阔的发展空间。

总之，体育健身产业在我国还属于正在成长期的新兴产业，它是一项前景广大的朝阳产业，具有巨大的市场潜力。如何才能巧妙地利用自身优势和独到的眼光来分好这块蛋糕，则需要国内健身器材工业企业必须抓住新的发展形势，加大科技创新，努力提高产品质量，加强自主研发能力，有关部门应尽快制订出健身器材统一的技术安全标准，加强售后服务。只有这样才能在新形势下立于不败之地。

1.2.2国外研究现状

一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观。1994年，英国家庭体育消费为130亿美元，意大利为94亿美元，西班牙为81亿美元，德国为640亿马克。1996年法国家庭体育消费为462亿法郎，占整个体育消费的49%。相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的《2001年中国群体体育现状调查报告》，我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为397.42元，其中用于购买家庭健身器械平均为92.09元，表明我国家庭健身器械的市场消费水平很低。

从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看，美国人口2.81亿，其跑步机一年的销量为300万台；韩国人口4600多万。2002年跑步机销量为100万台；而中国拥有13亿，跑步机一年的销量仅在20万台左右，目前跑步机在中国家庭的普及率仅为1%。虽然近年来，我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。

从国际视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长，却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大。

1.3 课题设计思路

1）参考所有与健身器产品相关数据，了解整个健身器的整机系统的组成。

2）健身器整机方案的确认。

3）健身器整机的设计计算，并对主要零部件进行设计校核。

4）健身器整机三维建模。

5）健身器整机仿真

1.5 课题设计结构

本文以健身器项目作为应用背景，对其机械结构进行了研究。全文共分为六章，各章的主要内容如下：

第一章前言部分，主要介绍健身器的研究现状和课题研究的目的及意义；

第二章对整个健身器的整机方案进行确认，包括传动系统，驱动系统等确认。

第三章完成整个健身器的设计计算；

第四章对健身器进行三维建模；