划船机的设计毕业设计论文 - 图文

毕业设计报告(论文)

报告(论文)题目： 划船机的设计

北华航天工业学院毕业论文

毕业设计(论文)开题报告

学生姓名 指导教师姓名 课题来源 课题名称 李圣 刘卫 专 业 职 称 自拟 机电工程 副教授 班 级 工作单位 课题性质 划船机的设计 B11112 北华航天工业学院 设计 科学意义： 划船器又叫划船机是模拟划船运动的器材，对腿部、腰部、上肢、胸部、背部的肌肉锻炼有较好的作用。 应用前景：既适用于普通的健身人群，又适用于平时不大活动的人群，比如长期坐在电脑前工作的白领阶层，对于腰腹部和上臂部脂肪较多的人群，划船运动会给他们带来意想不到的塑身效果。 国内外研究概状： 一、研究运动员在使用划船器进行锻炼前后的生理特征变化情况，以寻求实用、有效的生化指标来指导人们进行健身运动锻炼； 二、研究划船比赛运动员，以帮助划船比赛运动员在划船比赛项目中取得好成绩； 三、追求结构功能和外观上的改进创新，以满足人们的健身需求和本设计的科学依据 （科学意义和应用前景，国内外研究概况，目前技术现状、水平和发展趋势等） 审美需求，激起人们的购买欲望。 技术现状： 一、重力式划船器，一定程度上模仿了水上划船的动作要领，使划船运动从水上搬移到了陆地，但使用过程中存在强烈的振动冲击感； 二、摇摆式划船器，更有效地模仿了水上划船的动作和状态。座位为滑动式，避免了运动过程中的振动冲击。增加了弹簧结构，使用弹簧阻力作为人们在健身过程中的一种运动负荷。通过调节滑轨与水平面的角度，改变人体重力在滑杠上的分力的大小，达到改变运动负荷的目的； 三、拉式划船器，利用拉索和握把代替了摇摆式划船器中的两个摇杆，从而简化了划船器的结构。运动负荷来源于风机或者磁阻器，健身者可以方便的调节运动过程中的负荷。通过调节滑轨和水平面的角度，可以使健身者找到最适合自己的健身姿势。增加了测试生理特征和运动效果的显示仪器，健身者可以在健身的过程中，随时知道自己的运动结果和运动状态。更大的优点是使用时可以展开，不使用时可以折叠，节省了对室内空间的占用。 发展趋势： 一、使用空间的变化，从河流到陆地再到室内，对空间和场地的要求越来越低，所占用空间越来越小； I

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二、设计结构的变化，从船桨结构到摇摆结构再到拉索结构，结构逐步简化，提高了安全系数，操作也更加方便； 三、增加了许多辅助功能，以帮助人们提高锻炼效果； 四、外观造型上更加美观，观赏性及与环境的和谐度逐步加强。 具体设计内容： 本设计受水上自行车的启发，水上自行车是模仿自行车结构设计的能在水面上前进后退并可变换方向的运动装置，拟设计出可在陆地上行驶并能变换方向且能平稳前进的划船健身装置。 重点解决的技术问题： 一、行进过程中方向的灵活变换 设计内容二、将健身过程中消耗的能量部分转换为前进所需的能量 和预期成果 三、运动过程中保持机构的平衡 （具体设预期成果： 计内容和重点解决的技术问拟设计出可将人健身过程中所消耗的能量转化为划船机前进动能、题、预期成果灵活的变换方向并能平稳行进的健身划船器。 和提供的形提供形式： 式） 一、平面机构运动简图、装配图、零件图 二、三维实体图（solidworks软件） 三、仿真模拟（solidworks软件） 拟采取设计方法和技术设计方案： 支持 一、在分析重力式划船机运动原理的基础上尝试加入方向变换结构（设计方与能量转换结构 案、技术要求、二、画出平面机构运动简图、装配图、零件图 实验方法和步骤、可能遇到三、用solidworks软件画出其三维实体图 的问题和解决四、用solidworks软件进行仿真模拟 办法等） 技术要求： II

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一、方向的灵活变换 二、能量的顺利转换 三、如何平稳的前进 可能遇到的问题： 将使用划船器健身过程中所消耗的能量部分转换为划船机行进过程中的能量需要非常平稳的能量转换装置，行进过程又需要灵活的方向变换装置，因为划船运动是一项手脚并用的运动，本设计拟通过手部的握把调整方向，脚部的踏板实现能量的转换。 学习研究基础： 一、划船机的运动本质为连杆机构的运动，划船机的设计属于机械设计范畴，可以参考西北工业大学机械原理及机械零件教研室编写的机械原理第七版与机械设计第八版，并查阅了与划船机设计相关的大量文献，同时本人酷爱健身，因此对健身器械有一定的了解。 实现本项目预期目标和已具备的条件 （包括过去学习、研究工作基础，现有主要仪器设备、设计环境及协作条件等） 现有主要仪器设备： 大众健身广场上常见的划船健身器多为自重式划船器，健身房内常见的健身划船器多为拉式划船器，家庭常用划船健身器也多为拉式划船器，以节省对室内空间的占用。 设计环境及协作条件： 本人大学期间所学专业为机械设计制造及其自动化，并认真学习了大量相关课程，同时有身为机械教研室副教授的刘卫老师作本人毕业设计指导老师。 III

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第1-3周： 查阅相关资料，撰写文献综述、开题报告、外文翻译 第4-5周： 调查划船器现状，分析结构及相应功能 第6-8周： 分析技术参数及技术要求，做出划船机总体设计 第9-11周： 根据划船机总体设计，完成划船机主要部件设计 各环节拟定阶段性工作进度 (以周为单位) 第12-14周： 完成全部设计，用solidworks软件画出三维实体，并仿真 第15-16周： 完成毕业论文，进行最后的整理与准备 第17周： 准备毕业答辩 开 题 报 告 审 定 纪 要 时 间 姓 名 地点 职 务（职 称） 姓 名 主持人 参 会 教 师 职 务（职 称） IV

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论 证 情 况 摘 要 记录人： 指 导 教 师 意 见 指导教师签名： 年 月 日 教 研 室 意 见

V

教研室主任签名： 年 月 日 北华航天工业学院毕业论文

摘 要

本文所研究的主要对象是划船机，划船机又名划船器、划船健身器，是一种在陆地上模拟划船运动的健身装置，划船机的出现使划船运动从水上搬到了陆地上，解决了只能在水上进行划船运动的问题，大大推动了划船运动的发展，并且由于划船机的独特造型和功能，其渐渐地成为了健身大众的新宠，在市场上受到了人们的青睐，成为了全球最受欢迎的十大健身器材之一。本文对划船运动的运动形式、划船机的研究现状、划船机发展过程、以及发展过程中所面临的问题进行了一系列系统的研究。在此研究的基础上，设计出了一款新型划船健身装置，该划船健身装置既可以形象模拟划船运动，又可以实现划船过程中划船机的移动，同时还可以改变划船机移动过程中的方向，本设计的划船机，不但可以当做一款健身器材，还可以用于日常较近距离交通工具，所以本设计增加了划船运动的趣味性，将会促进划船运动的推广与普及，吸收更多的健身爱好者投身于划船运动之中。

关键词：划船机 划船运动 新型划船健身装置

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Abstract

The main point this article tries to research is Rowing machine ,it has two other names,Machine for rowing and Rowing machine for exercise,This is an exercise machine simulating rowing motion on the land.The appearance of rowing machine transmits the rowing motion to the land from the water,which makes the problem that we could only exercise in rowing motion on the water resolved and promotes the development of rowing motion.Because of its unique shape and function, Rowing motion has attracted a large amount of people who participate in exercise not only in the exercise field but also in the exercise market,and it has become one of the most popular ten exercises.This article carried out a series of researcher on the movements forms of rowing motion,the present situation of research in rowing machine,the developments of rowing machine and the problems in the development process of rowing machine.On the basis of this research ,a new rowing machine exercise device was born,not only could it simulates the rowing motion vividly ,but also it could moves in the rowing motion and it could changes the directions of the moving of rowing machine.In addition,this rowing machine could be used as a device for exercise and also could be used as a daily vehicle.So this design could increase the increase the interest of rowing motion, promote the popularization of rowing motion and absorb more exercise enthusiasts to joining in rowing motion.

Keywords: Rowing machine Rowing motion new rowing machine exercise device

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目 录

摘 要................................................................................................................ I Abstract .............................................................................................................. VII 第1章 前言.................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 课题背景................................................................................................. 1 1.1.1 划船运动的形式...................................................................... 1

1.1.2 划船机研究现状......................................................................2 1.1.3 划船机研究方向......................................................................4 1.1.4 划船机使用情况......................................................................5 1.2 课题意义............................................................................................... 5

1.3 设计思路...............................................................................................5 1.3.1 本设计灵感来源......................................................................6 1.3.2 本设计总体思路......................................................................6 第2章 设计内容..............................................................................................7 2.1 设计简图...............................................................................................7

2.1.1 人体的平均尺寸..................................................................7 2.1.2 本设计结构简图..................................................................8 2.1.3 本设计运动简图..................................................................8 2.1.4 本设计传动原理..................................................................9 2.2 极限位置.............................................................................................10

2.2.1 推桨阶段极限位置................................................................11 2.2.2 拉桨阶段极限位置................................................................11 2.3 设计尺寸.............................................................................................11 2.3.1 机体零件设计尺寸................................................................12 2.3.2 其他零件设计尺寸................................................................12 2.3.3 链与链轮设计尺寸................................................................16 2.3.4 本设计最终装配图................................................................19 第3章 其他方案.........................................................................................20 3.1 备选方案...........................................................................................20 3.2 改进方案...........................................................................................20 致 谢.............................................................................................................. 23 参考文献.............................................................................................................. 24

第1章 前言

1.1 课题背景：

划船机，又名划船器，是一种模拟划船运动的健身装置，划船机将划船运动从水上搬到了陆地，从而打破了“无水不划船”的僵局。划船运动可以使上肢、下肢、腰腹部、背部肌肉完成完整的收缩与伸展运动，达到全身肌肉的锻炼效果，又由于划船机的独特功能和构造，其渐渐地成为了健身大众的新宠，在市场上受到了人们的喜爱，名列于全球最受欢迎的十大健身器材。划船运动从水上搬到了陆地上以后，划船机结构样式不断更新，这些结构已经可以越来越精确的模拟划船运动，但是现有的划船健身装置不论是家用、健身房用、还是大众健身广场上的，都是固定的，使用该类健身装置健身只能在固定的场合才能进行。针对此种问题，需要设计出新型的划船健身装置，以增加划船运动的趣味性，促进划船运动的推广和普及，于是本课题应运而生。

1.1.1 划船运动的形式：

（1）若以推桨阶段为动力阶段：

入水阶段：上肢已将握把拉至胸前，大臂与小臂呈一定角度，躯干适度后仰，下肢两腿完全蹬直，并与滑轨呈一定角度。 推桨阶段：肩部放松，手臂用力前推，握把被向前推动，船桨向后拨水，船则向前划动，躯干适度前倾，待躯干到达前倾前倾极限位置，手臂呈伸直状态时缓慢屈膝。

出水阶段：手臂保持伸直，肩部保持放松，躯干保持前倾，适度屈膝，大腿小腿呈一定角度。

拉桨阶段：上肢将握把拉向胸前，躯干从前倾状态逐步向后仰状态过渡，下肢逐渐蹬直。

（2）若以拉桨阶段为动力阶段：

入水阶段：手臂保持伸直，肩部保持放松，躯干保持前倾，适度曲膝，大腿与小腿呈一定角度。

拉桨阶段：上肢将握把向后拉，船桨向前拨水，船向则后划动，躯干在拉桨

过程中逐步后仰，下肢缓慢蹬直。

出水阶段：上肢已将握把拉至胸前，大臂与小臂呈一定角度，躯干适度后仰，下肢两腿完全蹬直，并与滑轨呈一定角度。

推桨阶段：肩部放松，手臂用力前推，握把被向前推动，躯干适度前倾，待躯干到达前倾前倾极限位置，手臂呈伸直状态时缓慢屈膝。

总结：两个不同动力阶段的划船方式的区别为：推桨阶段为动力阶段时人正对前进方向，桨向后拨水，船相对水面向前运动；以拉桨阶段为动力阶段时人背对前进方向，桨向前拨水，船相对水面向后运动。

1.1.2 划船机研究现状：

（1）重力划船机：所采用的结构为四杆机构，在一定程度上模仿了划船运动的动作要领，将划船运动从水上搬到了陆地，使用过程中存在较强烈冲击且运动过程中负荷不可以调节，因此该类划船机既不适合老年人使用，也不适合体重较大的但肌肉力量较小的人使用。另一缺点为笨重，常用螺栓螺母固定在地面上。

图1-1 重力划船机

（2）摇摆划船机：较有效地模仿了划船运动的动作要领，座椅在划船运动中可以随身体前后滑动，消除了冲击。调节轨道与地面夹角可以调节自身体重在轨道上的分力，拉杆在摆杆上的位置可以调节，通过调节轨道与地面倾角和拉杆在摆杆上位置调节划船运动过程中的负荷，该划船机的缺点是体积较大，会占用较大的室内空间。

图1-2 摇摆划船机

（3）拉杆划船机：将摇摆划船机的两摇杆简化为带横杆的拉杆，结构因此大大简化，坐垫在轨道上可以往返滑动，因此能更有效地模拟划船运动，滑轨与地面的倾角可调，从而也可调节人体自重在滑轨上的分力，拉杆为液压杆，拉杆在摇杆上的位置也可调节，通过调节拉杆在摇杆上的位置以及滑轨与地面倾角可以方便地调节划船运动中的负载，结构更为简单，使用更加方便，对室内空间的占用大大减少。

图1-3 拉式划船机

（4）磁阻划船机：用拉绳和握把取代拉杆，轨道与地面有一定倾角，座位可滑动，通过调节风箱磁阻调节运动过程中拉力，通过调节轨道倾角调节体重在轨

道上分力，且轨道可折叠，减少了对空间的占用，其造型新颖，外观独特，吸引了大批健身爱好者前来尝试，但是相比其他划船机其价格相对较高。

图1-4 磁阻划船机

（5）水阻划船机：水阻划船机是新出现的一种划船机，使用时通过短时间内利用水的阻力和飞轮转速的变化来锻炼几乎全身的肌肉，对腿部、腰部、上肢、胸部、背部肌肉增强有更明显的作用，打造真实划水的视觉、声音和感觉效果，让模拟划水运动的体验更为逼真。

图1-5 水阻划船机

1.1.3 划船机研究方向：

（1）研究划船运动前后人们生理特征的变化情况，如心率、血乳酸、血尿

指数、血液中的含氧量等等，研究的主要目的是寻求实用、有效的生化指标，以对人们的健身锻炼进行科学的指导。

（2）研究从事于划船运动的运动员的运动情况，如划船运动次数、划船运动持续时间、划船运动时间间隔等等，研究目的是帮助划船运动员在划船比赛中取得好成绩。

（3）研究划船健身装置的结构与功能，以实现划船健身装置结构、外观的改进与创新，达到扩大健身效果和健身范围和吸引更多健身爱好者的目的，促进划船运动的推广与普及。

1.1.4 划船机使用情况：

（1）家用划船机：摇摆划船机、拉式划船机，因其价格中等又可较为精确的模拟划船运动，是中等收入家庭常用的健身器械；水阻划船机、磁阻划船机，价格相对较高，但能更为形象的模拟划船运动，是较高收入又追求生活质量家庭的不错健身选择。

（2）健身房用划船机：磁阻划船机，磁阻划船机价格较高，但其样式新颖，造型独特；水阻划船机，打造出了真实划水的视觉听觉与感觉体验，可更形象的模拟划船运动，所以这两种划船机是健身房用来吸引健身大众的不错选择。 （3）健身广场用划船机：重力划船机，较为笨重，成本低廉，常用螺栓螺母固定在地面上，虽然健身广场上的划船机造型有不同样式，但大多均为重力式，虽然也出现了摇摆式划船机，但造型原理与家用摇摆式划船机均有很大不同。

1.2 课题意义：

水上划船运动是在划艇上进行的，是可以自由移动的，而且方向是可以灵活变换的，划船机的出现使划船运动从水上搬到了陆地，打破了空间的限制，虽然划船机结构样式不断创新，已经可以越来越精确地模拟划船运动，但是划船机一般都是固定在固定位置的，长时间在固定的场所进行固定的运动是极其乏味的，使用空间的限制会阻碍划船运动的推广与普及，因此本课题研究的最终目的是设计出一款新型划船健身装置，可以在模拟划船运动的同时自由移动，并可灵活变换前进方向，打破只能在固定场所进行划船运动的限制，以增加划船运动的趣味性，促进划船运动的推广与普及。

1.3 本文研究内容：

本文研究的主要内容是设计一款新型的可移动的划船机，解决现有的划船机

只能在固定位置使用的问题，能够形象模拟划船运动，且该结构要能灵活改变移动方向，以增加划船运动的趣味性，吸引更多的健身爱好者投身于划船运动,促进划船运动的推广与普及。

1.3.1 本设计灵感来源：

本设计的灵感来源于水上自行车，水上自行车是自行车基础上的改良结构，气囊冲入足量空气使该结构浮于水面上，脚蹬踏板，通过链传动带动后轮，后轮设计成了扇叶型，扇叶部分没入水中，扇叶拨水实现水上自行车的划动。该结构特意设计成双座位结构，以增加该项目的趣味性，方向的变换是通过一人蹬车另一人不蹬实现的，只有一人蹬车时该结构会向不蹬车一人的方向转动，双人灵活配合方可实现该结构在水面上的灵活移动。旅游季节，该项目是海边一道靓丽的风景，吸引了大批游客，情侣们更是对其情有独钟。水上自行车结构见图1-7。

图1-7 水上自行车

1.3.2 本设计整体思路：

水阻划船机与磁阻划船机均为拉绳式结构，重力式划船机、摇摆式划船机、拉杆式划船机均为连杆结构，但重力式划船机过于笨重，摇摆式划船机结构过于复杂，只有拉杆式划船机结构既简单又可形象模拟划船运动。因此本设计在拉杆式划船机原理的基础上通过结构的改进与综合，运用摇杆滑块机构并运用链传动模拟划船运动。

第2章 设计内容

2.1 设计简图：

因为本设计中零件大多数为杆件，因此运用结构简图与运动简图描述本设计结构和运动原理，比较简单形象，更容易被人理解。

2.1.1 人体的平均尺寸：

本设计所根据的标准是国内人体平均尺寸，人体平均尺寸见表2-1，根据该尺寸标准来设计这一款新型的可移动划船机，划船运动过程中使用者处于两个极限位置时人体结构简图见图2-5，依据人体平均尺寸和极限位置时人体形态，以及两个极限位置之间的距离关系，得到了本设计的结构简图。

图2-1 划船运动极限位置人体简图

表2-1 人体各部位平均尺寸 部位名称 尺寸/cm

大臂 20 小臂 30 躯干 50 大腿 40 小腿 50 脚宽 9

2.1.2本设计结构简图：

依据划船运动时两个极限位置的人体形态和人体平均尺寸参数，得到了本设计的结构简图，如图2-1。使用该机构时，人坐在坐垫上，脚蹬脚踏杆，手扶车把横杆，因坐垫固定于座架上，固将随坐架一起滑动，手推车把横杆，车把竖杆绕其与斜杆连接点在一定角度内转动，该角度范围可由上肢控制，并通过拉杆带动座架在座杆上左右移动，座杆两侧有凹槽，凹槽的两个端点用来限定座架移动时左右极限位置，坐杆特意设计呈与水平面呈一定角度的状态，以让使用者的重力在坐杆方向上有一定分力，以此模拟划船运动过程中推桨阶段的水阻力。

图2-2 结构简图

2.1.3 本设计运动简图：

本设计的主要结构为摇杆滑块结构，该结构由车把竖杆、拉杆以及座架构成，其运动简图见图2-2，其中摇杆在一定角度范围内作往复摆动，使用该划船机时摇杆摆动的角度范围可由使用者上肢滑动范围控制，坐杆与水平面呈一定角度，可以让划船机使用者的自身体重沿着座杆方向上有一定分力，以此来形象模拟划船运动过程中推桨阶段的阻力，因为划船运动过程拉桨阶段躯干部分会有适度后仰，达到极限位置时后仰角度达到最大，所以在设计时，后支撑杆向车把方向有一定倾斜角度，用来防止后仰时人体重心超过后轮中心，以增加划船运动过程中的使用安全系数。

图2-3 机构运动简图

2.1.4 本设计传动原理：

使用本结构模拟划船运动时，人坐于座垫上，拉桨阶段时上肢向后拉动车把横杆，车把竖杆便会推动拉杆，拉杆带动坐架沿坐杆方向向后滑动，同时双脚蹬脚蹬杆带动链轮转动，链轮通过链带动后轮转动，到达拉桨阶段极限位置时，上肢大臂近乎与躯干贴合，下肢蹬直大腿小腿近似呈一条直线，继续划船运动进入推桨阶段，上肢推动车把横杆向前移动，车把竖杆便拉动拉杆，拉杆带动坐架沿坐杆方向向前滑动，双脚分别勾住左右踏杆上套环，下肢由蹬踏运动变为回勾运动，双脚勾动踏环继续运动，整个过程中脚部运动先为蹬踏运动后变为回勾运动，目的是保证链轮的连续回转运动，从而保持前进过程中动力的持续性，保证该移动划船机移动的持续性，后轮为主动轮，前轮为从动轮。通过车把的左右摇动实现该结构前进方向的灵活变换，应用轮结构保证运动过程的平稳性，加入轮胎结构以削弱运动过程中的震动，运动过程中脚部前半周与后半周的运动范围见图2-4。

图2-4 运动过程简图

2.2 运动过程极限位置：

划船运动的运动过程有两个主要阶段，即推桨阶段和回桨阶段，出水阶段为推桨阶段的极限位置，入水阶段为回桨阶段的极限位置，因在前进过程中需要使用者正对前进方向，所以本设计采用以推桨阶段为动力阶段划船运动形式进行设计，因此推桨阶段成为划船运动的动力提供阶段，此过程上肢用力向前推桨，桨拨动水面，水面给船的反作用力推动船向前滑动。回桨阶段为划船运动的动力准备阶段，在推桨阶段结束，桨出水面后，上肢向后拉桨，桨的拨水端移动到最前方，为下一次推桨阶段做准备。

2.2.1 运动过程极限位置1：

小臂向内拉动车把横杆向着躯干方向移动，车把竖杆推动拉杆向右下方向移动，下肢用力蹬脚踏杆，到达极限位置时大臂近乎与躯干贴合，躯干呈适度后仰状态，座架移动到右下极限位置，大腿与小腿近乎呈一条直线，脚踏杆移动到左下极限位置，此过程模拟划船运动回桨阶段，极限位置1人体形态与划船机运动形态见图2-5。

图2-5 极限位置1

2.2.2 运动过程极限位置2：

上肢向外推动车把横杆，车把竖杆拖动拉杆向左上方向移动，躯干从适度后仰状态向适度前倾状态过渡，脚部拖动脚踏杆从左下极限位置向右上极限位置过渡，到达极限位置时，大臂小臂近乎呈一条直线状态，躯干适度前倾或呈竖直状态，大腿近乎与坐杆平行，大腿与小腿呈一定角度，脚踏杆运动到右上极限位置。此过程模拟划船运动推桨阶段，极限位置2划船机运动形态与人体形态见图2-6。

图2-6 极限位置2

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