电动按摩椅的结构研究

成都理工大学工程技术学院毕业论文
电动按摩椅的结构研究
作者姓名：刘文龙
专业名称：机械工程及自动化
指导教师：郑菲讲师
成都理工大学工程技术学院
学位论文诚信承诺书
本人慎重承诺和声明：
1.本人已认真学习《学位论文作假行为处理办法》（中华人民共和国教育部第34号令）、《成都理工大学工程技术学院学位论文作假行为处理实施细则（试行）》（成理工教发〔2013〕30号）文件并已知晓教育部、学院对论文作假行为处理的有关规定，知晓论文作假可能导致作假者被取消学位申请资格、注销学位证书、开除学籍甚至被追究法律责任等后果。

2.本人已认真学习《成都理工大学工程技术学院毕业设计指导手册》，已知晓学院对论文撰写的内容和格式要求。

3.本人所提交的学位论文（题目：
），是在指导教师指导下独立完成，本人对该论文的真实性、原创性负责。

若论文按有关程序调查后被认定存在作假行为，本人自行承担相应的后果。

承诺人（学生签名）：
20年月日
注：学位论文指向我校申请学士学位所提交的本科学生毕
业实习报告、毕业论文和毕业设计报告。

摘要
在充分考虑人体结构的基础上，根据中医推拿按摩理论，设计电动按摩椅，以缓解人体疲劳。

从家具设计的角度来讲，作为一种智能化休闲座椅，按摩椅除了拥有一般休闲椅所具备的功能外，还具有独特的自动调节与按摩功能，尤其是自动按摩功能大大提高了其使用的舒适性，用户只需通过遥控器选择自己需要的按摩模式就能对按摩状态进行调节。

当然，这也对其产品设计提出了更高的要求，合理的按摩方式、按摩模式、按摩时间等参量的预设以及更多的扩展信性功能（听音乐，读新闻等）是按摩椅产品开发的关键。

本文主要进行了电动按摩椅的方案设计和结构计算，方案设计包括整体方案的构思，整机尺寸的确定和各功能部件的布置；结构设计计算主要包括背部按摩块和上下往复运动机构、靠背翻转机构、以及腿部气压按摩和足部牵引机构的设计。

文中还简单介绍了红外线辅助治疗的医学原理以及在该按摩椅设计中的应用。

关键词：电动按摩椅按摩结构设计
Abstract
According to the Chinese traditional massage theory,I designed this electric massage chair,fully considered on the basis of the ergonomics,in order to alleviate people's physical fatigue.
In terms of furniture design,as a kind of intelligent leisure chairs, massage chairs besides having general recreational chair has the function of, also has a unique automatic adjustment and massage function,especially automatic massage function greatly improve the comfort of its use,the user simply by remote control to choose their own need to massage mode can be adjusted to massage state.Of course,it also put forward higher requirements for its product design,the reasonable way of massage,massage mode,the massage time parameters such as the default,and more extended letter function(listen to music,read news,etc.)is the key to massage chair product development.
Generally speaking,I worked on the program designing and structural calculation of the chair.Program designing includes the idea of the overall plan,the determination of the whole machine's dimensions and the arrangement of the parts;while the structural design includes the block of the back massage and it's reciprocating motion up and down,the turning of the chair's back,the air pressure massage to the leg,and the design of the foot traction.Moreover，the article also introduces the principle of the infrared adjuvant therapy and how it being used in this project. Keywords：Electric Massage Chair,Massage,Structural Design
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 (III)
前言 (1)
1电动按摩椅可行性分析 (2)
1.1按摩椅发展概述 (2)
1.2按摩椅市场需求分析 (2)
1.3按摩椅原理方案及关键技术分析 (3)
2电动按摩椅功能原理分析和总体方案确定 (4)
2.1按摩椅整体功能分解 (4)
2.2按摩椅整体尺寸确定 (5)
3按摩椅设计计算 (11)
3.1背部按摩设计 (11)
3.1.1按摩轮按摩机构的设计 (11)
3.1.2按模块往复运动设计 (18)
3.2靠背倒背、升背的设计 (21)
3.2.1靠背轴的设计 (22)
3.2.2扭转弹簧的设计 (24)
3.2.3锁紧棘轮的设计 (25)
3.3脚部按摩、夹持和牵引动作设计 (26)
3.4腰部红外线照射 (30)
3.5其他部分综述 (31)
总结 (32)
参考文献 (33)
致谢 (34)
前言
随着人们的生活质量不断提高，以及人们对于自身健康的高度重视，按摩棒、按摩椅、推拿机、治疗仪等越来越多的保健器材走进普通百姓家庭。

有高达数万元的高级按摩椅，到几百元、几十元的普通治疗仪、按摩器，不少市民家中，这些保健器材已经不再少见。

而按摩椅作为一种智能化休闲座椅的保健医疗器械，也越来越受到消费者的欢迎。

按摩椅是利用机械滚动力的作用和机械力挤压的原理来对人体进行按摩。

人工推拿的方法可以舒经活络，使人体的气血平衡，所以按摩后我们会感到全身轻松。

按摩椅就是通过挤压，牵拉模仿人工推拿的揉捏动作来对人进行服务，虽说效果没有人工推拿方法好，但是使用按摩椅既方便又可以达到放松身心的目的。

本次毕业设计──电动按摩椅的结构设计，主要设计其内部机械结构，完成背部按摩，腰部远红外照射，腿部按摩、足部夹持以及牵引动作结构的设计，以便使坐在按摩椅内的人们享受到舒服的身心放松。

1电动按摩椅可行性分析
该部分将简单介绍按摩椅的发展，分析其市场需求，并简单分析其关键技术。

1.1按摩椅发展概述
按摩主要是以中医经络学说为理论基础，用手揉，捏，按等作用于人体体表的特定部位，减轻身体的不适达到理疗目的的方法，所有说按摩是一种物理的治疗方法。

按摩一般是由他人来完成，随后为了能够使人们在家就能进行按摩，调节生活节奏，我们发明了按摩椅。

按摩椅主要有两种类型，一种是传统按摩椅，一种智能机器人按摩椅。

按摩椅的设计充分考虑的人体工学因素，使得你就像躺在按摩床上一样地接受按摩。

按摩椅既可以是固定不动的也可以是便携式可移动的，而不同的按摩椅也有不同的特点，根据客户的喜好和自身的尺寸，按摩椅在很多地方都是可以调节的。

机器人按摩椅包含一个内部电动马达和用以按摩坐在椅子里的人的一系列齿轮机构。

大部分的机器人按摩椅都配备了某种形式的控制器，用来控制按摩的类型、部位或者按摩的强度。

1.2按摩椅市场需求分析
随着经济不断发展，人们生活节奏不断加快，人们越来越重视身心健康，对生活质量的要求不断提高。

尤其是对已经进入了老龄化时代的中国而言，老年人问题已成为全社会倍加关注的大问题。

在城市，“一对夫妇牵挂四个老人几乎是每一个家庭所面临的困难。

特别是在人们生活快节奏、工作高效率的今天和明天，对老年人特别是对长期卧床的老年人的照料问题，是每一个家庭，每一个做晚辈要遇到的问题。

随着各种按摩器具如按摩脚盆、按摩浴缸、按摩椅等保健产品的出现，便形成了一个新的市场。

因为保健品可以舒缓压力，缓解疲劳等，可以很大的
提高人们的生活质量，所以备受消费者欢迎。

巨大的市场需求与不同产品的发展空间，让各种类型的家用按摩器械发展势头如雨后春笋，成为新兴产业的新增长点。

因其利润丰厚和发展空间巨大，所以我国的不少企业先后涉足按摩器具的生产和开发，现在保健按摩产品已经成为我国医疗器械及设备行业出口金额最大的产品，并且其出口市场正在不断扩张。

1.3按摩椅原理方案及关键技术分析
该次设计主要是开发与创新设计，从功能上来说，电动按摩椅要能实现对坐在椅内的人体进行背部按摩、腰部红外线照射和足、脚部按摩、夹持、牵引等动作，要求工作安全可靠，使用方便舒适。

背部按摩采用按摩轮揉捏方式和滚轮按摩同时进行，并能实现背部按摩块的上下往复运动，从而使得背部的大范围部分都能得到放松；腰部红外线照射即使用安装在靠背里面腰部位置的红外灯，进行照射即可；足、脚部按摩利用气囊的膨胀和放松达到挤压按摩之目的；而脚部的牵引，是在气囊膨胀将脚部夹紧的时候，利用一个小型气缸使脚部按摩机构整体下移，脚部按摩机构利用导轨安装在脚垫上，脚垫上的几个圆柱弹簧使伸脚部按摩机构复位，如此便可实现脚部的牵引，以达到辅助治疗之作用。

主要参数估计如下：
据医学专家估计，按摩椅这类机械式的按摩，一次最好控制在30分钟以内，本次设计的按摩椅以一天工作1小时，一年360天来计算，并预计工作寿命为10年。

长×宽×高=1500×700×1200（mm）
功率：400W
2电动按摩椅功能原理分析和总体方案确定按摩椅的原理是利用机械的滚动力作用和机械力的挤压作用来进行按摩。

也有采用抖动方式或者气压膨胀的方法来进行按摩以达到放松身心之目的。

2.1按摩椅整体功能分解
一个系统的总功能可以分解为很多种功能。

电动按摩椅就是要能实现对坐在椅内的人体进行背部按摩、腰部红外线照射和足、腿部按摩、足部夹持、牵引等动作。

电动按摩椅的功能分解及其求解参见图2.1——电动按摩椅功能分解及其求解图以及图2.2之模型截图。

图2.1电动按摩椅功能分解及其求解图连杆
人体重力气压松紧揉捏按摩滚轮按摩红
外
照
射脚部翻转
靠背倒背腿部按摩按摩椅功能电动按摩椅
辅助功能
腰
部
按
摩背部按摩
揉捏按摩块
滚轮按摩块
腿部按摩块
牵引气缸
往复气缸
连杆
图2.2按摩椅设计模型截图
2.2按摩椅整体尺寸确定
1、首先参考市场上几种同类型电动按摩椅的整体尺寸，包括其直立尺寸和伸展尺寸，其尺寸单位是（长×宽×高）(mm)，具体数据见表2.1。

表2.1几种品牌按摩椅的尺寸
品牌名称伸展尺寸直立尺寸
三洋HEC-DR87001940×730×7601370×730×1220
三洋HEC-DR77001840×730×7601350×730×1220
荣泰RT-62201880×760×8201320×760×1240
根据表2.1中几种品牌的按摩椅尺寸，对比他们的尺寸参数，预定在本设计中的按摩椅的整机尺寸，伸展尺寸预定为1900×750×750mm，直立尺寸920×700×1425mm。

2、借鉴人因工程中的人体尺寸
我国1989年7月1日实施的GB10000—88《中国成年人人体尺寸》，共列出47项我国成年人体尺寸基础数据，按男女性别分开，且分三个年龄段：18～25（男、女），26～35（男、女），36～60（男）、55（女），并分别给出这些年龄段的各项人体尺寸数值，为了方便使用，各类数据表中的各项人体尺寸数值均列出其相应的百分位数。

现将GB 10000—88中的人体主要测量项目及尺寸摘录于表2.2之人体主要尺寸表，表3.2之人体主要尺寸(mm)，表2.3之坐姿人体侧面尺寸，图2.3之坐姿人体侧面尺寸以及图2.4的男性坐姿限制尺寸图，以供在实际设计按摩椅时查询相关参数。

因为本设计是电动按摩椅的设计，所以需要用到的人体工程尺寸，主要是静态尺寸，静态人体尺寸即是指测量是指被测者静止地站着或坐着进行的一种测量方式。

同时也包括一些动态尺寸，比如按摩椅靠背的倾斜角度的确定。

表 2.2人体主要尺寸(mm)
按摩椅的设计，主要是以18—60岁的第95分位数男性尺寸进行设计，参照表2.2中的人体主要尺寸，该段范围内的身高是1775mm，由此确定按摩椅的伸展状态下的长度大致为1800mm，在按摩椅的设计计算中，按摩头、牵引气缸和按摩块上下运动往复运动等部分的受力情况以18—60岁的第99分位数的男性体重为基准进行相关计算，即以83Kg 为准。

表中所示前臂长258mm，据此粗略估计按摩的扶手长度在靠背处向腿部外伸300mm。

大腿部分长度为505mm，预定按摩椅的坐垫部分长度为550mm。

小腿长度为403mm，大致确定小腿部分按摩块的长度为450mm。

在表2.3中的人体坐姿时的侧面尺寸中的数据，需同图2.3坐姿人体侧面尺寸图相结合，例如：表2.3中的第一个项目坐高对应图2.3中的2.1的项目标识，如此类推。

表2.3坐姿人体侧面尺寸
将表2.3和图2.3两相结合，就可以得到按摩椅的自然状态，即直立状态时的侧面基本尺寸。

坐高958mm，减去坐姿颈椎点高701mm，得到按摩椅枕垫高度取作250mm；坐姿肩高641mm，为使按摩的时候背部大部分能够得到舒展，特取按摩椅靠背高度为740mm；按摩椅的坐垫高度设为150mm，由坐姿肩高得到有效按摩距离为490mm左右；图2.3中所示的3.5项是坐姿时肘的高度，于是初定按摩椅的扶手高度为300mm。

图 2.3坐姿人侧面尺寸
图2.4男性坐姿限制尺寸
图2.4中，是男性坐姿时的限制尺寸，按摩椅在设计时必须同时考虑到这些参数的限制。

表2.4，是人体各部分重量的比例，按摩椅在具体设计时将以此为依据进行受力的计算。

比如靠背内部的按摩头承受的重力即是人体的头部和躯干部分的重量，人体整体体重按前所述的83Kg计算。

表2.4人体各部分重量比例
身体各部分重量百分比（%）
头7.28
躯干50.70
一条手臂 4.90
小腿和脚 5.83
大腿10.27
根据人体工程尺寸，以18—60岁的第95分位数男性尺寸进行设计，并考虑到由于着衣（冬季外套）而需要的尺寸调整值，另外参考相关产品的尺寸设计，得到本设计中按摩椅的总体尺寸参数。

具体尺寸在设计时可能会有所不同，以最后图纸数据为准。

这里将按摩椅预定的尺寸列表显示，见表2.5之设计按摩椅尺寸参数表。

表2.5设计按摩椅尺寸参数
项目参数值（mm）
枕垫高250
靠背高（不含枕垫）740
座架高450
座架长500
坐垫厚100
脚架长450
扶手高300
整体宽度700
伸展尺寸1940×700×750
直立尺寸920×700×1425
3按摩椅设计计算
本章进行按摩椅主要功能部分的设计计算，包括按摩椅背部按摩块的结构设计和按模块的上下往复运动设计，靠背倒背和升背的设计计算，以及腿部按摩部分和足部牵引功能的设计。

3.1背部按摩设计
整个背部的按摩分作两块，即揉捏和滚轮按摩，两种方式同时进行，两个按模块都安装在支架上，两个支架间铰接，并由往复气缸带动下面的支架，支架头部安装有几个塑料小轮，小轮在按摩椅竖直靠背的滚槽中滚动，实现按模块的上下往复。

3.1.1按摩轮按摩机构的设计
1、按摩轮的受力情况
参见表2.2,根据人体工程学中的人体尺寸，18—60岁的第99分位数的男性体重是为83Kg 。

靠背主要承载的是头部和躯干的重量，此两部分重量参看表2.4,比例分别是50.7%和7.28%，以人体平躺在按摩椅上进行设计（因为此时，按模块承受的力最大）。

按摩轮采用铸铁材料，靠背内部和按摩轮相接触的一层采用人造皮革，查《机械设计手册》新版[2]第一卷《常用资料》之常用材料的摩擦因素得到铸铁——皮革之间的动摩擦因数（有润滑）：
µ=0.15，g=10N/Kg 。

按摩轮承受重力：N F N 4811083 7.28%50.70% =⨯⨯+=
）（按摩轮承受摩擦力：N
F f N 15.7243415.0=⨯=⋅=μ
图3.1人体背部穴位图
由于背部肌肉的不规整性，按摩轮可能同时会承受肌肉的一些阻力，所以考虑添加一个附加力，由此，按摩轮承受的摩擦力f取作f=90N。

2、按摩机构位置分布
参照人体背部穴位图，图3.1，背部主要穴位的连线，一共5条，并且人体背部最窄地方统计为330mm，据此排布按摩机构中揉捏按摩轮和滚轮的位置，见图3.2。

图 3.2按摩机构位置排布图
3、按摩电动机的选择
设定按摩轴转速为30r/min,电动机到按摩轮轴之间是为联轴器，其传递效率为0.9。

由转速、转矩和功率的关系计算得到负载功率。

按摩轴承受转矩m
N l f T ⋅=⨯=⋅=3.607.090按摩轴负载功率W
n T P 79.19550.9/303.6550.9/1=⨯=⋅=电动机所需功率W
6.2096.079.19P =÷=电动机选择：微型直流电动减速马达MVSF 742261/70。

其功率为30W ，额定转速54r/min ，负载转速为30r/min ，轴伸Ø12x20mm ，轴上键槽4×4×15mm 。

该电机内部自带蜗轮蜗杆减速器。

4、按摩轴的设计
按摩轴的设计参见图3.3中按摩轴的设计和图3.4的按摩轮按摩装配图。

背部按摩块的按摩轮按摩部分，轴的材料选45钢，轴传递功率30W ，轴的转速是为30r/min ，据《机械设计》第八版轴径初算公式（15—2）计算轴径。

其中0A 是轴径计算系数，根据文献[3]表15-3，轴的材料已经选为45钢，由此选取0A =110；P ，KW ，轴传递的功率；n ，r/min,轴的转速。

mm n P A 1130
03.01100d 3=⨯=≥参考电机的外伸轴尺寸，取最小轴径d=12mm 。

由于按摩的特殊性，即按摩是作用在肌肉上，轴承要同时承受轴向力和径向力，根据文献[2]第三卷，滚动轴承部分选用单列圆锥滚子轴承，类型代号为3，轴承代号|30000型:30204，基本尺寸：内径d=20mm ；外径D=47mm ；宽度T=15.25mm 。

根据文献[4]轴承基本额定寿命计算公式（13—5）进行寿命校核：
h
1004.14.5810C 10L 831066⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛=εh 其中n ，r/min,轴承转速；C ，KN ，轴承基本额定动载荷；P ，KN ，轴承载荷；ε，指数，对于滚子轴承，取作10/3。

预定按摩椅寿命为10年，每年300天，每天工作1小时，即为3000h ，轴承完全符合预期寿命。

按摩轮和按摩轴的连接，轴向利用按摩轮的不通孔，轴向利用键，加以定位。

轴承端盖选用凸缘式透盖，根据轴承外径和按摩轴的尺寸，得到端盖的各项尺寸以及螺钉个数等等。

根据轴径为20mm ，查文献[2]第二卷之密封件、密封与润滑，密封件选择毡圈密封。

1）、轴的L1段端处是要利用键定位按摩轮，经前计算，最小轴径为12mm，d1=12mm，L2段处是安装圆锥滚子轴承，L1与L2相近处是安装凸缘式轴承端盖，端盖利用四个螺钉安装在轴筒上，为避免按摩轮与螺钉产生干涉，并参照轴承端盖的尺寸，将L1段取长一点，L1=40mm。

图 3.3按摩轴的设计
2）、轴L2和L3段安装圆锥滚子轴承，故L2段轴径和长度需根据轴承型号确定。

轴承为30204，基本尺寸：内径d=20mm；外径D=47mm；宽度T=15.25mm。

当直径变化处的端面是为了固定轴上零件或承受轴向力时，则直径变化值要大些，一般可取6-8mm，轴承是为标准件，因此该段轴径据轴承而定，取d2=d3=20mm，轴的端面应该与零件端面间留有一定距离，轴承宽度T=15.25mm，所以取L2=L3=13.25mm。

3）、轴的d5处段是为了轴向固定L2和L3处的轴承，因此该段尺寸同样参照轴承尺寸，取d5=26mm，长度取10mm。

4）、轴L4段为外伸轴，与电动机轴相连，和L1段轴尺寸确定一样的方法，取L4=34mm，d4=12mm。

5)、L4段轴与电机轴采用键，加以周向定位，联轴器采用一个钢套，钢套长32mm，内径12mm，外径20mm，两端各有键槽，以周向固定电机轴和按摩轮轴，根据L4处轴径选择按摩轮轴上的键为普通平键，4×4×12mm。

6)、L1段轴也采用普通平键与按摩轮连接，根据轴径选择平键
4×4×10mm。

7)、确定轴向圆角和倒角尺寸，参照文献[4]表15-2，根据轴径选择轴的倒角与圆角半径，轴端的倒角尺寸为0.8mm×45°，L1与L2过渡处圆角半径0.8mm，L2和d5过渡处圆角半径1mm，余处对称选择。

图3.4按摩轮按摩装配图
5、轴及轴承的校核计算
根据文献[4]中轴的强度校核计算部分，采取相应的计算方法，对轴进行校核。

（1)、求轴上的力
由以上的计算可知，电机向按摩轴输入转矩为T=6.5N•m，d4=12mm。

轴上受力见图3.5轴上受力图。

图3.5轴上受力图
从左至右各距离相继为：S1=46.5mm、S2=23.5mm，S3=41mm,轴承受负载转矩T=6.3N·m。

竖直方向承受按摩时的摩擦力N
F
f
90。

T
F
Fｔ
Ｆｆ
FＮＨ
圆周力：N d T F t 3.1083012
.025.622=⨯==由力矩平衡得：支反力：()
N S S F F f NH 2685.237090S 2
211=⨯=+⋅=N S F F f NH 1785
.2346.590S 21
2=⨯=⋅=弯矩：()mm N S S F M f H ⋅=+⨯=+⨯=5.524275.115.4690)2/(21mm
N m N T ⋅=⋅=65005.6（2）、按弯扭合成应力校核轴的强度
进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，易知，危险截面为NH1F 所在截面，取6.0=α，轴的计算应力为：
MPa
W aT M ca 26.94121.0)65006.0(5242.52)(32
22
2=⨯⨯+=+=σ因为前面已选定轴的材料为45号钢（调质），查文献[4]表15-1可得：MPa MPa 94.2660][1>=-σ，即[]a ca MP 601=<-σσ，因此安全。

（3）、键的校核
1）联轴器处键的校核
①选用键的系列mm l h b 1244⨯⨯=⨯⨯T=6.5m
N ⋅②键、轴和轮毂的材料都是钢，由文献[4]查得许用应力[]
MPa p 120100～=σ，取作110MPa，键的工作长度12mm，键与轮毂、键槽的接触高度K=0.5h=2mm 由式MPa MPa kld T p 1101.4512
122650021023<=⨯⨯⨯=⨯=σ即所选键符合要求
2）按摩轮安装位置处键的校核
①选用键的系列mm l h b 1044⨯⨯=⨯⨯T=6.3m
N ⋅②键、轴和轮毂的材料都是钢，，由文献[4]查得许用应力
[]MPa p
120100～=σ，取作110MPa，键的工作长度L=10mm，键与轮毂、键槽的接触高度K=0.5h=2mm
由式
即所选键符合要求。

（4）、轴的刚度校核
①判断危险截面
根据实际情况，如图3.5轴的NH1F 处截面所受的力最大，其左截面轴更小，应力较为集中，故应对此截面左侧进行刚度校核，若该截面满足刚度要求，则其他各截面处也能满足要求。

②校核计算
1）截面A 的右侧
抗弯截面系数：3
8.172121.01.033mm d W =⨯==抗扭截面系数：3
336.345122.02.0mm d W T =⨯==截面左侧的弯矩:mm N M ⋅=-⨯
=58.44955.46625.65.465.5242扭矩：mm
N T ⋅=6300截面上的弯曲应力：MPa W M b 01.268
.17258.4495===σ截面上的扭转切应力：MPa W T T T 22.186.3456300===
τ轴的材料为45#钢（调质处理），由文献[4]表15-1查得
MPa B 640=σMPa 2751=-σMPa
1551=-τ截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数τσαα和，因r/d=0.8/12=0.067，D/d=20/12=1.67。

按文献[4]附表3-1查得
80.2=σα、65.1=τα。

又由文献[4]附表查得材料的敏感系数78.0=σq 、82.0=τq 。

MPa MPa kld T p 1105.5212102630021023<=⨯⨯⨯=⨯=σ
故有效应力集中系数按式（附表3-4）为：
533
.1)165.1(82.01)1(1404
.2)180.2(78.01)1(1=-+=-+==-+=-+=τττσσσααq k q k 据文献[4]附图3-2的尺寸系
74
.033,72.0=-=τσξξ查得扭转尺寸系数由附图轴按磨削加工，由附图3-4查得表面质量系数93
.0==τσββ轴未经过强化处理，强化系数1=q β，得综合系数：
147.2193
.0174.0533.111414.3193.0172.0404.211=-+=-+==-+=-+=ττττσ
σσ
σβξβξk K k K 由文献[4]3-1节及3-2节查得碳钢特性系数：
05
.0,1.0~05.01
.0,2.0~1.0====ττσσϕϕϕϕ取取根据以上所得数据计算安全系数。

计算安全系数：5.195.258.292
/77.405.02/77.4147.215596.22752211>=+==⨯+⨯=+==⨯=+=
--τστστττσσστϕττσϕσσS S S S S K S K S ca m a m a 即知此截面安全，所以,此轴满足其刚度要求。

3.1.2按模块往复运动设计
为实现整个背部的大范围按摩，两个按模块（按摩轮按模块和滚轮按摩快）均安装在支架上，支架与活塞杆铰接，活塞杆在气缸内的伸缩实现支架的上下往复，即达到按模块的往复之目的。

1支架设计
从图3.6支架示意图可以看出，为使按模块承受的应力传递到按摩
椅的椅子框架上，所以将两个按模块先安装在安装板上，再将安装板分别安装在H型的一个支架上，支架两端再装几个小型的塑料轮，塑料轮在按摩椅的椅架导轨里面滑动（图中只画了滚轮按摩块）。

值得说明的是，为适应人体背部的弯曲，靠背椅架是根据人体脊柱的四个生理弯曲而设计，符合人体工程学，使得按摩更加人性化，增添按摩的舒适度。

从正面看，脊柱是直的、对称的；从侧面看，脊柱有个生理曲度，即向前的颈、腰曲，向后的胸、骶曲。

根据前第三章中表2.3和图2.3，得到有效按摩距离是为坐姿肩高减去坐姿大腿厚度即就是490mm，按摩椅的靠背高度740mm，减去有效按摩距离，由此得到支架的参数。

按摩椅靠背宽度为700mm，支架焊接而成，见图纸mc-2-2。

支架长612mm，宽度为160mm，其上适当位置钻孔，用以安装按摩块的安装板。

图 3.6支架示意图
为减少支撑背部按摩块上下往复运动的气缸和活塞杆的尺寸，以及活塞的行程，采用两个支架，第一支架上安装按摩轮，按摩轮在轴上的旋转实现按摩，第二支架上安装有滚轮，气缸带动支架往复，滚轮就能实现滚动按摩，如此还能起到很好的背部伸展效果。

第一支架和第二支
架间采用简单的铰链连接即可，即采用两根连接轴，各轴轴端处打孔，利用钢条穿过支架上的吊耳和轴孔，这就实现了支架间的连接。

要实现490mm 的有效按摩距离，支架需要在按摩椅的靠背里面有235mm 的上下往复移动。

2按模块上下往复结构设计
按模块的往复上下运动采取活塞杆带动的方式，活塞杆在气压缸中靠气压伸缩，配合两个行程挡块，实现背部按摩块的上下往复循环运动，从而实现整个背部的大范围按摩。

据查《机械设计手册》单行本之《气压传动》，表22—1—16气缸的分类，选用双作用气缸，气缸活塞的往复运动均由压缩空气来完成，这是因为按摩的特殊性，按摩是针对的背部肌肉，有可能因为某些用户偏胖，背部肌肉较多，使得活塞杆的回复过程受阻。

由文献[5]可知，双作用气缸的最低工作压力一般是为0.05～0.1MPa 。

气缸动作速度一般50～500mm/s,近代的发展，也能在3mm/s 的速度下平稳移动。

参照《按摩椅产品标准》，设定按模块的移动速度为15mm/s 。

活塞行程需要235mm ，为防止活塞与缸盖相碰撞，按所需行程增加一定距离，并参照文献[5]中表22-1-64，选择优先数行程，取行程为250mm 。

根据负载力的大小，来确定气缸输出的推力和拉力，先按照文献[5]表22—1—18的负载率，以举升按模块设计，此时作用力的大小既是背部按摩机构的重力和按模块所受的摩擦力，据前面计算得到了摩擦力，取该力F=100N,低速区负载率η≤70%，取作η=50%，计算得到气缸推力。

气缸推力N 200%
50100F pu ===ηF
查文献[5]表22-1-20，对照气缸理论输出力，选择缸径，气缸内径D=50mm ，活塞杆直径d=16mm 。

表22-1-56中，选择缸筒壁厚，一般按公式计算的壁厚通常较薄，加工比较困难，尽量选用标准钢管或者铝合金管，这里选择20钢无缝钢管，据缸筒内径得到缸筒壁厚3mm 。

另外，为了使行程末端运动平稳，避免冲击，应选用带缓冲装置的设计，查缓冲柱塞的直径和长度的推荐值，得到缓冲柱塞直径为24mm ，缓冲柱塞长度为20mm 。

由于靠背是根据人体生理弯曲而设计，并不是直线型的结构，因此支架在按摩椅框架中移动时，在不同的时刻并非完全的。