健身脱水一体机结构设计分析

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摘要：当下社会的人们迫切需要一种方便有效的健身器械，而国家大力倡导要在可持续发展观的指导下进行经济与科技发展，故为满足要求，本论文主要探讨运用链传动与减速箱将自行车与洗衣机进行装配组合，从而形成一种新型的健身实用型器械，它将在健身过程中消耗的能量用于洗衣机，以实现健身节能环保多种功能。本文主要针对传动比、链传动以及传动系统进行设计，同时附上三维总装图。最后，对本课题进行总结。

关键词：健身 自行车 洗衣机 节能 环保

0 引言

如今社会，由于种种原因，造成人们的生活压力不断加大，健身休闲时间严重不足，所以人们迫切需要可以进行室内健身的便捷的健身器械。作为健身器械，自行车是一种较为原始的但十分有效的健身设备。通过健身脱水一体机来健身，可以达到预防大脑老化，提高神经系统的敏捷性，能提高心肺功能，锻炼下肢肌力和增强全身耐力，还能减肥，并且能益寿延年。作为家庭必备的家用电器，洗衣机在生活中起着重要的作用。洗衣机作为电器，没有电是不能工作的，而在工作过程中消耗电能的同时也意味着消耗着煤炭资源，同时意味着有大量的有害气体将会排入空气中，势必会引起空气污染等一系列问题。那将自行车与洗衣机进行结合，将健身时消耗的能量用于洗衣中，以实现能量的充分利用，达到节能的目的。同时也积极响应了国家的号召，做到了低碳环保，绿色生活的要求。当然，便于健身是其主要的功用。

1 健身与洗衣的矛盾分析

本课题是设计健身脱水一体机，但是如何将自行车与洗衣机进行有机的结合就是本课题所要解决的首要问题。

1.1 转速问题

洗衣机的脱水原理是在脱水桶满足一定转速的前提下，使衣物做离心运动，从而完成脱水。普通波轮洗衣机的脱水转速大约为1100r/min。而人蹬自行车的转速大约为100r/min。那如何实现洗衣机脱水的预定转速就是我们首先需要解决的问题。解决思路：在自行车和洗衣机之间通过一个增速装置，使其达到预定的转速。解决方法：在自行车和洗衣机之间通过二级链传动以及二级齿轮传动来控制传动比，使得最终达到预定的脱水速度。

1.2 转向问题

无论是自行车的转动还是变速箱的转动，都是在竖直平面内进行的，而洗衣机脱水桶的转动是在水平平面内进行的。转动平面不同，则导致转动的不连续性，无法实现连续的动力传递。这便是需要解决的另一主要问题。解决思路：在变速箱和洗衣机之间加以换向装置。解决方法：在变速箱和洗衣机之间添加一对锥形齿轮，通过锥齿轮传动将竖直平面内的转动转换到水平平面内。

2 健身脱水一体机的总体方案设计

2.1 传动比以及传动零件的设计

2.1.1 传动比的设计

本课题的传动是链传动与齿轮传动的结合。主要分为四级链传动以及减速箱的二级齿轮传动。传动比的设计如下表1所示：

2.1.2 链轮的设计

根据链轮的转速以及在转动工程中所要承受的转矩的作用，综合分析，本课题的链轮选择型号为06B和08A的链轮。链轮的式样如图1所示。

链轮的具体参数如表2所示。

2.1.3 链条的设计

在自行车部分使用的链条，其作用主要是实现动力从外界的输入功能，根据要求选用06B型单排链条，其单节链如图2所示，参数如表3所示。而在与洗衣机相连的部分，作用主要是实现动力的输出功能，根据要求选用08A型单排链条，其单节链如图3所示，参数如表3所示。

2.1.4 锥齿轮的设计

用于转换转动方向的锥齿轮，根据需要选择GB/T 12369-1990标准的模数m=3，齿数z=45的一对锥齿轮，如下图4所示。

2.1.5 整体支架结构设计

支架是通过自行车改装而来的，在改装过程中，将自行车的前后轮拆下，大链轮拆下换上设计所需要的链轮。将拆好的自行车支架焊接成所需要的支架。主体部分长度1600mm，宽度600mm。同时焊接一个承载变速箱的支架，支架长度900mm，宽度275mm，同时在此支架上装有6根螺栓用于安装变速箱，螺栓选用M20，螺纹长度40mm。

2.2 传动系统设计

经过设想与分析，设计了如下图5所示的整体的传动机械原理图。

从上图可以看出，本文所介绍的健身脱水一体机主要是由健身自行车、洗衣机以及变速箱三部分组成。健身自行车是动力源，而变速箱的主要作用是对转速和转向进行适当的转换，最终达到可以使洗衣机正常运转的目的。在传动原理图确定的情况下，初步确定健身脱水一体机的结构简图如下图6所示。

2.3 三维总装图

为了能够更加清晰的表述本课题的构思，运用PROE三维软件进行绘制三维图，并进行仿真。具体细节如下图7所示。

3 结束语

本课题运用二级链传动以及二级变速箱实现了速度的增加，以达到脱水的目的，又通过一对锥齿轮传动实现了转动由竖直平面到水平平面的转换。

本课题运用链传动与齿轮传动，巧妙地将自行车与洗衣机结合在一起，实现了健身、洗衣、节能等多种功能。在经过市场调研与分析之后，验证其具有较大的实用价值与市场应用前景。

参考文献：

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通讯作者：杨兰玉。