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1、本科毕业设计（论文）题 目 家用动感单车的设计及仿真姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院二一六年四月目 录摘 要 .IVAbstract .V第 1 章 绪论.11.1 选题的背景与意义.11.2 动感单车概述.31.2.1 动感单车的分类.41.2.2 动感单车连接件的应用.51.3 动感单车在国内和国外的情况.51.4 动感单车的设计趋势.61.4.1 便携化设计.61.4.2 人性化设计.6第 2 章 动感单车总体设计.72.1 设计原则.72.2 人机工程设计.82.3 影响动感单车性能的人体因素.92.4 动感单车设计结构要素分析.102.5 人一车动态特性分析

2、.122.6 动感单车的构成.132.7 动感单车方案设计.14第 3 章 动感单车主要计算.153.1 功率的计算.153.2 传动比.163.3 前后带轮之间的带传动设计.163.3.1 同步带介绍.163.3.2 同步带的特点.173.3.3 同步带传动的主要失效形式.173.3.4 同步带传动的设计准则.193.3.5 同步带分类.203.3.6 同步带计算选型.203.3.7 同步带的主要参数（结构部分）.233.3.8 同步带的设计.263.3.9 同步带轮的设计.263.4 轴的设计.273.4.1 带轮上力的计算.273.4.2 材料.273.4.3 计算轴的最小直径.273.

3、4.4 轴的结构设计.273.5 轴的校核.283.6 键的校核.293.7 轴承的校核.293.8 车架的强度与刚度的计算.30第 4 章 三维图的设计.364.1 车把组件.364.2 车架.364.3 大刚轮组件.374.4 座椅组件.374.5 整车装配.38结 论.39参考文献.40致 谢.41摘 要全民健身，利国利民，随着社会的发展人们开始越来越重视自己的身体健康，但在现在的中国由于生活水平层次不齐，所以并不是所以的人都能够消费得起天天到健身房进行健身锻炼的，所以设计一款适合广大人民的需要，同时在普遍情况下能够承受的单人或多人健身的动感单车是具有广阔的市场空间的，但现在的市场上的健

4、身器械虽大部分是单人式多功能的组合健身器械，但由于其不和市场的标价从而使得健身器械到现在为止依然不能进入普通人家，为此设计一款价廉，且功能符合需要，实用的健身器械是我设计的主题，其中要注意避免像市场上的单人健身器械的利用率低的问题，同时满足人们的需要，除此之外还要求外型美观，安全耐用，工作平稳，便于维护，制造加工方便，成本较低最为重要。为此，我专门走访了许多的健身房和一些健身专柜进行实地考察，同时上网收集资料，了解广大健身教练和用户的感受，同时调查他们的需要，总结各方面的要求，设计了该款多功能动感单车。关键词：动感单车，健身，机械设计VAbstractFitness, the country,

5、 with the development of society, people increasingly began to pay attention to their own health, but now the Chinese standard of living due to the uneven levels, so it is not so everyone can afford to the gym every day fitness training, it is designed to fit the needs of a majority of the people, w

6、hile in the general case can withstand single or multiplayer spinning fitness is a broad market space, but the fitness equipment now on the market is great single multi-function part is a combination of fitness equipment, but because of its price and the market is not making fitness equipment, up to

7、 now still can not enter the ordinary people, for the design of a low cost, and functionality to meet the needs and practical fitness equipment is the theme of my design, which should be taken to avoid like the single market on the fitness equipment problem of low utilization, while meeting the need

8、s of the people, in addition to the requirements of appearance, safe, durable, smooth, easy to maintain, manufacturing process convenient, low cost is most important.To this end, I specifically visited a lot of gym and some exercise counter field trips, and the Internet to gather information, unders

9、tand the majority of fitness trainer and user experience, while investigating their needs, summarize all aspects of the requirements, design This versatile spinning.Keywords: spinning, fitness, mechanical design家用动感单车的设计及仿真0第 1 章 绪论1.1 选题的背景与意义动感单车，在经济发达的欧美国家中，动感单车占有很大的市场。很多人们都在家中备放动感单车，以备后用。而在我国，随着

10、近年来我国城市建设速度很快，边远地区有很多经济开发区建筑，但是在短时间内没有公交车深入，人们又不喜欢长时间的步行，所以，动感单车便成为非常方便的工具。由于它折叠后体积小，高层住户在上下班坐电梯时可拎带，在住宅狭小的民居中，可将动感单车放置于床下，不占居住面积，节省空间。动感单车基本与普通单车相似，包括车把、车座、蹬板和轮子几个部分，车身稳固地联结为一个整体。与普通单车不同的是，它的结构可以做很大的调整，使骑行的人感觉更舒适。上车之前，首先要决定座位的高度，通常这个高度以自己站在地面、抬起大腿并与地面水平时的高度为准，这样在骑行的时候，大腿与小腿的夹角不会过小，从而减轻了膝盖的负担，避免其受到损

11、伤；然后以座位的位置决定车把的位置，手扶在车把最前方，手肘靠在把位上最为合适，身体要紧凑，手臂伸向前方不觉得吃力就好。车把的高低也可以根据骑行者的身材升降。下面是一些动感单车具体的结构解析。 动感单车的车头：由把手及水壶架构成，水壶架的设计时考虑长时间的健身运动随时需要补水的需求。挡泥板：位于车体与刹车系统间的挡泥板，这挡泥板的作用和普通单车是差不多的，是保护飞轮免受汗液与锈迹的侵蚀的。 飞轮：飞轮的主要作用是配重，也就是增加运动的负荷以起到一个加大训练强度的作用。电子刹车系统：很多的动感单车上都配有电子刹车系统，这也让很多动感单车运动者能够在疲惫的时候更好的控制和把握节奏。曲柄和脚踏：这同样

12、是普通自行车的类似结构，起到一个驱动的桥梁作用，动感单车大部分的作用都是通过这个体现出来。座椅：动感单车的座椅高度是可以方便调节的，这是为了让不同身高的人适应同样的单车，是非常人性化的设计。车身固定框架：这是动感单车的一个整体框架支撑结构，基本上所有的动感单车固定框架都是由金属打造，这也是动感单车能够支撑体重超标的人的主要原因。 功能编辑 可靠、牢固的部件：使用坚固、高质量的配件及材料，正确的动感单车可经受住高强度使用。易锈部分为不锈钢结构，飞轮使用铬合金家用动感单车的设计及仿真1涂层处理，主体支架采用静电喷涂技术可最大限度的防锈； 简易维护：必确动感单车不仅外观美观，而且维护便捷； 使用简便

13、：简易的插销式调节系统提供稳定性和安全性；防滑多功能把手无需拆卸即可使用调节钮及调节安全系 统安全的进行调节；两个处于不同部位的水壶架使用方便； 根据人类环境工程学设计的坐垫提供最大的舒适感：男女皆宜的坐垫适合初学者和有经验的使用者，专业化设计纠正坐姿，提供最大舒适感 双向踏脚：双向选择的踏脚及简易调节的踏脚绑带满足不同程度的使用者的需要，单车专用鞋和运动鞋均适用； 提供平滑、准确的阻力：汽车工业中最新的技术和材料被应用于阻力控制、飞轮和 Poly V 皮带，提供用户一种平滑、流畅的舒适感和持续“真实”的单车体验。 好处编辑 和平时的自行车虽然相近，但是在作用和功能上差得很多，动感单车没有单车

14、的一些缺点，譬如安全性、腰部的长时间的酸痛等，在动感单车上都已经得到了改良。动感单车是经过科学的实验设计采取人工力学工程的方法，选择适合人体要求，不劳烦腰部，还能使得健身达到最大的效果，每个脚踏板上有两个固定的鞋套，防止健身者在运动的时候将脚甩出去，秉承安全设计的理念。有些动感单车具有拉伸功能，更能适合高矮胖瘦的各类人群。动感单车根据自己承受的锻炼量分为：力度锻炼和强度锻炼。根据调整自行车的阻力来选择适合自己的锻炼强度。你也可以选择自己适合的锻炼方式有坐势与站势俩种方法，要选择适合自己的方法，俩种方式都能够有效的锻炼自身的腿部肌肉，以及腿部的力量与耐力，对促进骨骼的生长也挺有好处。如果你想对腿

15、部增肌，建议采取力度锻炼就好，如果想达到减肥燃脂的目的，建议选择强度的锻炼。无论这两者的哪个，都建议大家一定要坚持持久锻炼，不能凭空想象，还是要靠个人，锻炼是没有人能帮到你，别人告诉你的是成功的捷径，但是路还是要自己去走。尽量一周骑动感单车 23 次，每次在半小时到四十五分钟左右，再配上一些增肌粉的使用，那效果会更加明显。总之，如果大家想健身增肌的话，动感单车是一个不错的项目，并不像别的训练项目那样无聊，大家一起锻炼的话，就会让锻炼更加有意思了。脂肪损失原理和所有的有氧运动，等，纺丝也充分体内细胞的移动之后激活，同时能量消耗，实现脂肪损失的目的。据教练，纺纱是最大的健身运动器材之一，体能的要求

16、非常高，一般一个类可以消耗约 500 卡路里的热量，而且还散发出大量出汗，体内的水分流失很快，所以要及时补水。但是，大量失水，并不意味着它是由“节约用家用动感单车的设计及仿真2水”来减肥，如果你把手腕在运动的时候，你会清楚地看到自己在运动，它完全是在当下脂肪的消耗。在与腿的臀部的中心锻炼身体，腰部，背部，手臂肌肉可以得到充分的锻炼，还要加强你的心脏和肺功能。 适合对象 起源于美国的动感单车沾染着浓浓的美国味道，活力四射、热情奔放，因此颇受 2535岁的人群的青睐。不过在国外这项运动可没有年龄限制，因为它设计上的科学性保证了参与者的安全，而且运动的强度完全是可控的，适应于所有有运动能力的人。不过

17、建议膝盖有损伤的人不参加此项运动，因为整个骑行过程中，膝关节的摩擦很大，再加上高强度的压力，很容易形成潜在的伤害，在日后的运动过程中就会慢慢体现出来。心脏病和高血压患者也最好不要参与，以免在高强度训练中发生危险。 困扰 SPINNING 练习者的两个错误观念 错误观念一：练动感单车会不会让四肢粗壮？你可以去看看拥有多年训练经历的动感单车外籍教练，他们结实修长的外形会告诉你，丝毫不用担心动感单车会让你变成“巨无霸“。 错误观念二：是不是出的汗越多，越能减肥？事实上，需要减的是脂肪，而不是水分。大量汗液的排出其实是身体水分的流失，而不一定表示身体脂肪得到大量消耗。 减肥姿势 正确的姿势应该是：身体

18、稍向前倾，身体两臂伸直，腹部收紧，采用腹式呼吸方法，双腿和车的横梁平行或稍向内扣，膝、髋关节保持协调，身体不要左右摆动，注意把握骑行节奏。此外，蹬踏的姿势也很重要。 “人们常常以为，常说的蹬踏就等同于脚往下踩的意思，脚蹬子转一圈带动飞轮前进就完事了，不过正确的说法是踩、拉、提、推这 4 样动作连在一起才叫蹬踏。 ”专业教练石波现身说法：“先用脚掌往下踩，然后小腿往后收缩回拉，接着往上方向提，最后向前面推动，这样完成蹬踏一周 360 度。这样有节奏的蹬踏，不但能够省体力还可以加速。 ”另一方面，人们生活水平的提高，健康与环保的意识已经超越了物质需求，我们进行动感单车这项研究，希望利用所学的专业知

19、识来解决动感单车设计过程中的相关问题，丰富自身对于动感单车的理解，并从这项研究和学习中提升自身知识水平与见解。1.2 动感单车概述如果站在使用者的角度考虑，那么动感单车需要满足以下特点。 （1）较轻的质量。 （2）动感单车折叠后，体积变小，形状规则，便于安放和提取。 （3）折叠后可用手拖行。 （4）使用时，展开后轮距应尽量地变大，拥有良好的纵向稳家用动感单车的设计及仿真3定性，合理的车身尺寸，给予骑行者轻松舒适的骑行环境，拥有较大的调整范围以便于满足更多人群的需要。 （5）车速应尽量等同于普通动感单车骑行时的车速。 （6）折叠，展开应方便，不需借用外部工具，不需费很大力。 （7）材料质量良好，

20、拥有绝佳的安全性能，折叠铰带要有较高的加工精度以保持长时间骑行的稳定性。 （8）丰富的色彩。1.2.1 动感单车的分类根据折叠方式的不同，动感单车大致分为以下几类。（1） 车架大梁动感单车目前来看，市场上最主要的折叠方式便是车架大梁折叠，通过折叠器，将大梁在脚踏板的中央对折，使前后轮并在一起，脚踏板可以竖立放置，座管及头管上有伸缩装置，可以改变动感单车的高度，从而达到减小动感单车体积的目的。这种折叠方式多采用铰带带接，铰带带接是曲面之间互相接触，属于低副。倘若设定承受载荷相同，铰带所承受的压力相对较低，故可以传递较大的力。大梁在动感单车中起着支撑作用，铰带带接可以满足强度需求。车架大梁动感单车

21、体积较大，折叠后体积略高于原体积的 50%，重量相对于其他类动感单车较重，不便携带，通常置于汽车后备箱，火车等地。由于体积与普通动感单车相似，车轮仍选择大轮（或略小于普通车轮） ，可以保证舒适度。（2） 前后叉动感单车前后叉折叠属于一种新型的折叠方式。相对于车架大梁折叠，前后叉动感单车在折叠后，体积更小，车轮依然可以在地面滚动，便于人们手拎携带。但是，前后叉折叠方式特殊，稳定性一般，载重较低。由于为了折叠后体积变得更小，故采取安装小轮。同时，由于轮径偏小，速度相对于普通动感单车较慢，骑行略费力，道路适应能力低下（地面粗糙度要很小才适合） ，骑行舒适度一般。（3） Strida 动感单车这种折叠

22、方式与前后叉折叠相似。不同的是，此款动感单车采取的是特殊前后叉结构，前后叉在两个平面。这样折叠后，动感单车的前轮和后轮不用前后紧贴，而是并排放置，更减小了动感单车折叠后的体积。与前后叉动感单车家用动感单车的设计及仿真4相似，车轮可在地面滚动，便于拖行。同样由于折叠方式，采取小轮安装，车速较慢，道路适应能力底下，骑行舒适度一般。(4)旅行箱式动感单车旅行箱式动感单车是目前为止，在全球范围内最彻底的折叠方式，开启和折叠会在十几秒内完成。折叠后，形状规则，动感单车可以像行李箱一样自由拖动，重量轻，约 8-9kg，时速可达 20km。(5)A-bike 动感单车A-bike 动感单车由英国设计师克莱夫

23、辛克莱尔伯爵设计，由于展开后，车身呈 A 字型，故称为 A-bike，它的车架由强化玻璃纤维制造，重量仅 5.5 公斤，折叠后体积可缩小为 0.03 立方米，被称为世界上最轻的动感单车。由于折叠方式，A-bike 采用小轮安装，路面适应能力较差。若要保持较高的车速，需设计多级传动。另外，车身不可安装变速系统，骑行较费力。1.2.2 动感单车连接件的应用（1）铰带结构：铰带结构是面与面的接触，是低副带接，可以承受较大的载荷。但是在运动过程中，可能出现惯性力失衡的现象，从而使机构的动载荷增加，稳定性变差，只适用于低速场合。(2)偏心凸轮：曲面接触，结构紧凑，润滑性能及摩擦性能较为优秀，适用性强。（

24、3）轴承：轴承可以使轴无法平动，只能转动。轴承起支撑作用，主要承担径向载荷。所以轴承提高了轴的承载能力，提高材料的强度。但是在转动过程中，极易因摩擦而产生磨损，从而导致稳定性变差。1.3 动感单车在国内和国外的情况动感单车起源于欧洲，在 1892 年，法国富豪 Charles Morel 发明第一台动感单车，一时名声大噪，随后 1895 年，法国出现第一家动感单车专卖店，不过当时动感单车多用于军事用途，随后很多公司均纷纷效仿生产动感单车，已知的企业有 Styria（奥地利）Dursley-Pederson(英国)，Seidel&Naumann（德国）等。19 世纪 50 年代，动感单车发展渐缓，主要是因为机车盛行。不过在19 世纪 60 年代，动感单车的热情死灰复燃，引爆的原因是因为 1962 年面市的