肩部按摩器
华东交通大学理工学院
设计者：梅海娟徐刚袁海龙万良辉毋亚婷
指导老师：李兵、蒋英钰
一、设计目的
伴随着人口老龄化时代的到来，及人们对于高质量生活的追求，从而催生的各种潜在压力使得按摩器的普及成为当今社会不可或缺的一部分。

本着“幸福生活——今天和明天”的设计理念，我们这个小团队站在前人研究成果的基础上，结合团队所想的几个创新点设计出了本款——肩部按摩器。

本产品可自由安放——灵活、简易，可根据不同身高，不同体型的用户自动调节机构，实现更加人性化的理念。

二、工作原理
开启电源开关，使电动机处于正常工作状态，在蜗轮蜗杆装置的传动下，通过偏置凸轮机构，控制机械手上下来回做简谐运动，依靠扭簧的张紧力来控制机械手的动作，实现整个机构的传动。

同时根据不同部位的张角不同，通过机械手上下运动，自动调整弹性力达到均匀按摩的目的。

1. 蜗轮蜗杆机构设计
为给我们的使用者设计一个平稳、舒适的肩部按摩器，我们的减速机构采用蜗轮蜗杆。

工作原理：蜗轮蜗杆传动的两轴是相互交叉垂直的；蜗杆可以看成为在圆柱体上沿着螺旋线绕有一个齿或几个齿的螺旋，蜗轮就象个斜齿轮，但它的齿包着蜗杆。

在啮合时，蜗杆转一转，就带动蜗轮转过一个齿或几个齿，因此蜗轮蜗杆传动的速比i=蜗杆的头数Z1/蜗轮的齿数Z2。

较其传动机构的优越性如下：
（1）传动比大，机构紧凑。

（2）传动平稳，噪声小。

（3）能自锁---当蜗杆螺旋线升角小于3-6度时,蜗轮蜗杆传动能自锁。

2. 凸轮机构设计
为使整套肩部按摩器有个完整性的传动，且能够达到连贯性。

我们选择了偏置凸轮机构，控制机械手上下来回运动，其凸轮机构图如下：
凸轮具有曲线轮廓或凹槽，有圆柱凸轮、移动凸轮和盘形凸轮等，其中圆柱凸轮的凹槽曲线是空间曲线，属于空间凸轮；当盘形凸轮的转轴位于无穷远处时，就演化成了移动凸轮；而盘形凸轮结构简单，应用最广，故我们选择盘形凸轮机构。

从动件与凸轮作点接触或线接触，有滚子从动件、平底从动件和尖端从动件等。

但尖端容易磨损，适用于传力较小的低速机构中；平底从动件只能与外凸的轮廓曲线相作用，在使用时有一定的局限性；而滚子从动件的凸轮机构，它结合了以上两种凸轮结构的优点，同时还能在高的转速下保证好的耐磨性，所以我选择图61（b）中的滚子从动件凸轮机构。

3.按摩器机械手机构设计
针对每位用户的肩宽不同，且肩宽都有一定的斜度，设计出具体的机械手方案：通过扭簧的张紧力，圆筒滚块的扩张、挤压性相结合。

采用分割原理，将机械手分割成多个微型的机械手，然后进行组装，使其具有一定的倾斜角度。

同时，利用微型机械手的扭簧系数不同，来控制肩部各部位受力的大小，满足从上至下肩宽横向凹凸不一致的按摩效果，这些便是我们对于这块的一些创新点所在。

工作原理：
扭簧通过操纵系统使扭簧扭转，引起扭簧直径减小或增大，以达到与鼓轮表面压紧或放松，从而起到离合作用。

通过扭簧的张紧力，圆筒滚块的扩张、挤压性相结合，从而实现对使用者进行肩部按摩实现对使用者肩部的按摩。

优越性：
扭簧结构简单，径向尺寸小，接合平稳，启动惯性小，工作可靠，使用寿命长。

三、设计计算
1. 蜗轮蜗杆机构的设计
基于对实际情况的调查，本次设计的蜗轮蜗杆的转动周期为T=2s ，蜗轮齿数1Z =30，蜗杆头数2Z =6。

符号说明
n ……蜗杆的平均转速
'n ……蜗轮的平均转速
i ……传动比
传动比： 21'Z Z n n i ==
蜗轮的平均转速： T
n 1'= 代入数据得出： 5=i
得出蜗轮的平均转速： m i n /30/5.0'r s r n ==
蜗杆的平均转速： min /150/5.2r s r n ==
电动机的功率： P=T*n/9550
综上计算，我们最终选择一个平均转速为min /150r 的电动机。

2. 凸轮机构基本参数的设计
凸轮机构的许用压力角 []0038~30=a
凸轮的轴径 d'=20 mm
基圆半径 r0=40 mm
滚子半径r r=4 mm
从动件偏置方向：
凸轮逆时针回转，使从动件轴线偏于凸轮轴心右侧
3. 偏置滚子直动从动件盘形凸轮轮廓曲线的设计
取从动件机械手上下移动行程h=100 mm ，周期T=2 s ，则A=50 mm ，w=3.14rad/s ，根据作图法绘制凸轮轮廓曲线如下图：
四、功能特点
本产品突破传统的单一化锤式按摩，根据不同消费群体身高、体型，设计出一种可调高、调宽更加人性化的肩部按摩器，其主要功能如下：
（1）装置传动：蜗轮蜗杆传动系数比的稳定，微型电动机转速输出，保证了整个装置的稳定传动与制动。

（2）肩部可调：通过滑动导杆，实现肩部高度和宽度双向调节。

（3）肩部按摩：通过扭簧的张紧力，实现肩部自动按摩功能。

（4）装置摆放：人在站姿、坐姿下的任何场所可，使用更加方便。

（5）机械手：采用了扭簧与滚筒块结合，使机械手在按摩时针对不同肩宽的凹凸不一，最终达到比较理想的按摩效果，实现人性化的理念。

wt Aw a wt
Aw v wt A s cos sin )
cos 1(2-==-=
五、主要创新点
（1）采用了蜗轮蜗杆装置，保证了合理的传动比很稳定的输出与转换。

（2）采用圆筒分割式、扭簧可调式，使得肩部按摩效果更好。

（3）合理的结合凸轮机构与蜗轮蜗杆机构，使得传动结构更趋于合理化。

（4）本作品适合于不同体型、身高的用户使用，具有很好的推广性。

（5）本作品可在任何场所移动，人在站式、坐式下均能享受按摩，更具实用性。

六、作品外形照片
参考文献
[1] 杨家军，陈远雄.机械原理（专题篇）【M】.武汉：华中科技大学出版社，2005.
[2] 徐灏，蔡春源.机械设计手册【M】.2版.北京：机械工业出版社，2000.
[3] 王晶.机械原理与机械设计课外实践选题汇编.北京：高等教育出版社，2007.。