多功能跑步機的畢業(yè)設計論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　跑步機是家庭及健身房常備的器材，而且是當今家庭健身器材中最簡單的一種，是家庭健身器的最佳選擇。專家們相信未來跑步機市場將以普及和人性化為主，所以跑步機行業(yè)的研究設計和開發(fā)擁有較好前景。</p><p>　　本課題是首先調查和總結市場上現(xiàn)有的跑步機的優(yōu)缺點，然后完成多功能跑步機的設計。本課題主要的功能有折

2、疊功能，不用時可以折疊起來從而節(jié)省擺放空間；手動調節(jié)坡度功能，讓用戶在跑步時可以體驗不同坡度跑步的感覺；自動微調功能可以根據使用者跑步速度的變化而跟著變化，實現(xiàn)讓跑步機跟著用戶跑等功能。另外本設計的多功能跑步機便于搬運、結構簡介、外觀美觀、人性化設計。除跑步功能外，還有美腰、扭腰、仰臥起坐、背頸部震動按摩等健身方式供用戶選擇。</p><p>　　本設計先通過預估后進行強度計算進行校核，對電動機選擇和傳動系統(tǒng)經過

3、精確的設計和計算，并作出合理的選擇；然后設計出牢固、簡潔又合理美觀外部基架結構，并對多功能設計的結構也做了一定的設計，并畫出了重要部件的CAD圖。</p><p>　　最后完成一個較為完整、實用性強的多功能跑步機設計。</p><p>　　關鍵字：健身器材 跑步機 多功能</p><p><b>　　ABSTRACT </b></p&g

4、t;<p>　　The race apparatus is the family and apparatus always on the alert of gymnasium, and the simplest one in the body-building apparatus of the current family, it is the best choice of the family building up b

5、ody device.The experts believe the race apparatus market will take high price products as the leading factor in the future.the race apparatus will still increase continuously in the future.</p><p>　　This ta

6、sk is firstly find the advantage and disadvantage of the treadmill and then fulfill the design of the multifunctional treadmill. The main function of the folding design features can be folded up when not in use to save d

7、isplay space;Manual adjustment of slope feature allows users to run different slope can experience the feeling of running; auto-tuning function can change the speed of the user running along with changes, which allows us

8、ers to run and so on treadmill followed.Also the desi</p><p>　　This design strength calculation after the first estimate was corrected, by a lot of calculation and verification, design not only strong, beaut

9、iful and simple and reasonable structure of the internal drive and external base frame design, and multi-functional design of the structure to do a certain design. And draw an important component of CAD map.</p>&

10、lt;p>　　Then make out a more comprehensive，practical and cersatile treadmill design.</p><p>　　Keywords: Multifunctional treadmill fitness equipment treadmi</p><p><b>　　目錄</b></p

11、><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　第二章 總體方案設計2</p><p>　　2.1基本功能設計2</p><p><b>　　2.2構造設計2</b></p><p>　　2.3功能原理的確定和多功能的介紹3</p>&l

12、t;p><b>　　2.4小結4</b></p><p>　　第三章 傳動結構及參數(shù)設計5</p><p>　　3.1電動機類型功率選擇5</p><p>　　3.2電動機技術參數(shù)6</p><p>　　3.3傳動機構設計步驟及參數(shù)選擇7</p><p>　　3.4多楔帶帶輪材料結

13、構和尺寸選擇10</p><p>　　3.5帶傳動的張緊裝置的選擇11</p><p><b>　　3.6小結12</b></p><p>　　第四章 外型結構和滾筒設計13</p><p>　　4.1機架的設計13</p><p>　　4.2支架的設計15</p>&l

14、t;p><b>　　4.3機罩17</b></p><p>　　4.4軸的設計和軸承選擇18</p><p>　　4.5軸結構的設計20</p><p>　　4.6強度計算20</p><p>　　4.7滾筒要求21</p><p>　　第五章 跑步板及跑步帶設計23</p

15、><p><b>　　5.1跑步板23</b></p><p><b>　　5.2跑步帶23</b></p><p>　　5.3跑帶調整24</p><p>　　5.4跑臺潤滑油的填加25</p><p><b>　　5.5小結26</b><

16、/p><p>　　第六章 多功能設計27</p><p>　　6.1避震系統(tǒng)的設計27</p><p>　　6.2扭腰盤的設計28</p><p>　　6.3連接結構設計29</p><p>　　6.4旋轉結構設計30</p><p>　　6.5仰臥起坐架設計31</p>

17、<p><b>　　6.6小結32</b></p><p>　　第七章 結論與展望33</p><p><b>　　致 謝34</b></p><p><b>　　參考文獻35</b></p><p><b>　　第一章 緒論</b>&l

18、t;/p><p>　　隨著市場經濟的不斷發(fā)展和深入，人們的生活節(jié)奏日益加快，健康問題和健身問題越來越成為我們生活中不可不注意的問題。在工作壓力巨大，閑暇時間越來越被壓縮的今天，我們如何通過健身來強健自己的體格，如何通過運動來提升自己的免疫能力和健康狀況？跑步做為一項簡單、實用、普及的運動項目，是保持個人身心健康最有效。最科學的健身項目，越來越在現(xiàn)代化生活中起到重要作用。</p><p>　　戶

19、外跑步條件的不斷被縮減，城市污染的逐漸嚴重，汽車尾氣排放于大街小巷，使我們生活的環(huán)境中越來越缺少鳥語花香和清新空氣，又由于運動場地還未普及，我們對于戶外跑步的興趣越來越少。因此家中備置跑步機，或者到健身房鍛煉成為了一種時尚。</p><p>　　跑步機，它分為機械式跑步機和電動跑步機。年齡較大的人員可以選擇機械型跑步機，它是一種主動式的跑步方式，跑步的快慢由自己掌握，使用者可根據自身狀況進行散步、慢跑或快跑。年輕

20、人可以選擇電動跑步機，它是一種被動式的跑步方式，根據自身體能首先設定跑步速度，強行訓練者按此速度進行跑步。</p><p>　　機械跑步機是依靠跑步者腳與跑步帶的摩擦力帶動來運行的，簡單的說電動跑步機是依靠電機帶動跑步帶運行。電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走，從動作外形上看，幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動跑步機上

21、跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動跑步機上走跑的人感到十分輕松自如，可使人比普通跑步多跑1/3左右的路程，能量消耗也比普通走、跑為多。另外，由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗不同的跑步環(huán)境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，您可根據您的鍛煉目的進行選擇。</p><p>　　一臺多功能跑步機是由跑步機、劃船器、臥式健身車、立式健身車、放松機、腰旋器等功能器材組合而成，

22、以功能多、占地少而受到一些人的喜愛。它的鍛煉方法同普通跑步機一樣，但從健身器所應具備的使用舒服、方便，技術動作準確合理上看，多功能跑步機有一定缺陷。</p><p>　　因此，本次對多功能跑步機進行重新設計，本設計先通過預估后進行強度計算進行校核，通過大量的計算和校核，設計出既牢固、簡潔又合理美觀的內部傳動結構和外部基架結構的設計，并對多功能設計的結構也做了一定的設計，盡量彌補一些傳統(tǒng)跑步機所存在的缺陷。<

23、/p><p>　　第二章 總體方案設計</p><p><b>　　2.1基本功能設計</b></p><p>　　跑步機的基本功能是構建一條運動的跑帶，跑道的運動方向與運動者的跑步方向相反，并且能達到相對速度保持相同，這樣能使運動著相對靜止的在跑步機上，這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。實現(xiàn)跑步機的功能，對跑步帶的驅動與速度控制：通常使用

24、直流電動機驅動，直流電動機通過半導體功率器件，使用脈沖寬度控制方式實現(xiàn)調速。在跑步機的基礎上通過增加一些部件來增加其它功能從而達到實現(xiàn)多功能的目的。其基本功能設計包括跑步、美腰、扭腰、仰臥起坐、啞鈴、背頸部震動按摩等。</p><p><b>　　2.2構造設計 </b></p><p>　　多功能電動跑步機主要由機架、電動機、可調電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成，其特

25、征在于框架與支架垂直連接，前軸與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電動機、可調電源，安裝在框架的前端，控制傳感器裝在電動機上，速度傳感器安裝在緊靠在從動皮帶輪的框架上，皮帶調節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架前端的孔板上，跑步機扶手架安裝于支架的頂端，儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動方式采用帶傳動機構

26、，傳動級為一級[1]。同時在支架上安有扭腰盤和伏地挺身架使機器實現(xiàn)其多功能性。</p><p>　　圖2-1 跑步機外型圖</p><p>　　2.3功能原理的確定和多功能的介紹</p><p>　　目前市場上比較常見的有傳統(tǒng)跑步機和電動跑步機兩種。傳統(tǒng)跑步機，俗稱“被動式跑步機”上世紀80年代從國外引進健身觀念時、為適應當時國情而開 發(fā)的具有“中國特色”渡產物。它

27、的動力來源是使用者通過自身臂部、膝部、踝 關節(jié)的活動，推動跑步機而產生的運動。速度由運動者自己控制。這種運動方式，表面上看起來似乎能消耗更多的能量，但其造成的運動傷害也要比在大自然中跑步高出數(shù)倍。</p><p>　　在傳統(tǒng)跑步機上跑步，人體除自身重量產生的震蕩外，腳踝、膝部和臀部的肌肉，特別是肌腱，還要額外承擔向后的扭力來確保跑帶向后運動。由于扭力過度集中在韌帶、關節(jié)等幾個關鍵受力部位，更容易使受力部位 肌腱組

28、織產生慢性疲勞，造成損傷。 很多傳統(tǒng)跑步機使用者， 發(fā)現(xiàn)自己越是認真鍛煉，腿部就越跑越粗，關節(jié)也越練越沒有力氣。傳統(tǒng)跑步機并不適合患有脊椎軟骨突出、膝關節(jié)炎、踝關節(jié)扭傷、骨肌腱炎、以 及足底筋膜炎的人，因為長期的跑步可能會加重慢性扭傷的情形或加速膝關節(jié)的老化。電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，這種跑步機能減輕傳統(tǒng)訓練對關節(jié)的 沖擊，避免運動受傷，比自然跑步有明顯的優(yōu)勢。跑步時后腳跟先著地，順著跑帶方向運動。手腳模仿跑步的動作，前后揮

29、動，從而使全身肌肉得到均衡的鍛煉。由于跑 帶的運動方向與腳步移動的方向一致，韌帶部位的扭力就抵消了，跑起來非常舒適?？祻驼?、兒童、老年人也可以保持身體平衡，從而集中精力安心鍛煉。如果增加運動 量，可以加快舞動手腳的速度。用電動跑步機能消除關節(jié)的負載，不但能減肥健身，還有益于受傷后身體的恢復。它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和</p><p>　　多功能跑步機最基本的功能有跑步、

30、美腰、扭腰、仰臥起坐、啞鈴、背頸部震動按摩等。</p><p>　　智能速度微調等功能原理的確定。在離跑步帶踏步點前后一定距離處各安裝一個壓力感應器，當跑步帶移動過快使用者腳步跟不上時，踏步點會往后移，就會觸動后面一個壓力感應器，感應器傳輸信號到控制系統(tǒng)，系統(tǒng)做出相應的處理。反之亦然。</p><p>　　坡度調節(jié)功能的原理確定。坡度調節(jié)是在底座后面安裝一對坡度調節(jié)裝置，通過手動調節(jié)來實現(xiàn)

31、。</p><p>　　軟停止功能原理的確定。在儀表盤上安裝一個觸動停止開關，觸動口接出一根繩子，繩子一端連接一個夾子，在使用跑步功能時，把夾子夾在衣服上，當不小心摔倒時，衣服拉動夾子，夾子拉動觸動停止開關，立刻停止機器的運動，避免事故的發(fā)生。</p><p>　　總里程記錄功能原理的確定。在跑步器底座的上滾筒上安裝一個計數(shù)器，根據滾筒直徑大小計算出滾筒滾動一圈跑步帶移動的距離，在儀表盤上

32、通過單片機計算出總里程。</p><p><b>　　2.4小結 </b></p><p>　　電動跑步機就是構造在電力作用下使電機帶動一條跑帶運動，使運動者在原地進行跑步鍛煉，既提供了跑步運動環(huán)境，又節(jié)省了空間。本設計在構造設計上主要在單一跑步機的外形基礎上通過改變、添加構件等方法來實現(xiàn)實用方便、功能多樣化等。</p><p>　　第三章 傳

33、動結構及參數(shù)設計</p><p>　　3.1電動機類型功率選擇</p><p>　　電機是整臺機器的動力源，跟心臟對人體的作用一樣的重要。電機的種類很多，使用交流電的有三相異步電動機、步進電機、交流伺服電機，使用直流的有永磁無刷直流電機、永磁直流電機、直流伺服電機等。結合機器在跑步時要噪音小、輸出穩(wěn)定、使用時間長等要求，采用步進電機[2]。</p><p>　　步進

34、電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。且一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積；電機外表面允許的最高溫為130度以上，耐高溫；步進電機可以超出其額定值范圍工作。但選擇時不應偏離額定值太遠等優(yōu)點。</p><p>　　正是由于步進電動機具有上述一系列優(yōu)點，在本設計中電動跑步機選擇以步進電機作為驅動電機。</p><p>　　當人在跑步機上跑步或走路時，跑步機所承載的重量是人體重的0.

35、8～2.5倍，而馬力就是在這樣的載重量下，還能滿足并維持所選擇的速度，讓人可以在跑步機上走跑自如的驅動力。通常跑步機一個馬力大概可提供50～60公斤的承載重量，但跑步帶面積大小也和跑步機馬力有相當直接的關系，跑步機的馬力越大，可以帶動的跑步帶面積也越大，所以衡量效率及安全性后，一般建議，家用跑步機合宜的持續(xù)馬力應該至少1.5馬力以上，如果家人的體重有超過80公斤，則應選2.0持續(xù)馬力以上的跑步機[3]。</p><p

36、>　　此跑步機設計標準為100公斤，初步確定跑步機滾筒直徑為60mm，所以</p><p><b>　　最大轉矩</b></p><p><b>　　轉速次/s</b></p><p>　　則電動跑步機用電動機—ZYT42（NEMA）型永磁直流電動機該型電動機系大功率跑步機中配套的專用驅動元件，經一定的電磁、結構派生

37、處理也可適用于相應的機械裝置中作為驅動元件。該電動機顯著的特點：具有轉速精度高，當人在跑步機上運動時，是一個沖擊負載，該機在這種沖擊負載作用下一轉不差，保持同步轉速，如同在平地上一樣感覺。表現(xiàn)在調速方便（可無級調速），調速范圍寬，低速性能（啟動轉矩大），運行平穩(wěn)，噪音低，效率高。</p><p>　　3.2電動機技術參數(shù)</p><p>　　ZYT42型永磁直流電動機的基本技術參數(shù)如下：&

38、lt;/p><p>　　型號 ZYT42/06 電壓220 VDC</p><p>　　功率 2.0 HP 電流不大于9.8A</p><p>　　轉速3400±7% 轉向 逆時針</p><p><b>　　絕緣等級 F級</b></p&g

39、t;<p>　　圖3-1 電動機外型圖</p><p>　　L1=28.5 L2=272</p><p>　　電動機特性曲線如圖3-2所示：</p><p>　　表2-1 電動機特性曲線</p><p>　　圖3-2 電動機特性曲線</p><p>　　3.3傳動機構設計步驟及參數(shù)選擇<

40、;/p><p>　　工作機構類型選擇帶傳動，屬于定傳動比勻速轉動機構。帶傳動具有結構簡單，成本低廉，能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞，具有過載保護作用。</p><p>　　初始條件：選擇電機為專門為跑步機生產的永磁直流電動機，傳動功率P=1.5KW，主動輪轉速為n1=3400r/min，傳動比定為i=2.1，由于多楔帶適于傳遞功率較大而又

41、要求結構緊湊的場合，特別能適應帶輪直徑小的傳動，圖3-1為多楔帶傳動示意圖：</p><p>　　圖3-3 多楔帶傳動示意圖</p><p>　　以下計算過程所用到的表和圖來源： 卜炎主編. 機械傳動裝置設計手冊（上冊），機械工業(yè)出版社，1999[4]。 </p><p>　　（1）確定設計功率P

42、d：</p><p>　　Pd＝KAP （3-1）</p><p>　　KA——工作情況系數(shù)，根據跑步機使用的特性，選擇每天工作時間〈10小時，載荷變動小。KA=1.1見表8-9</p><p>　　Pd=1.1*1.5=1.65kw</p><p>　?。?）帶型號的選擇：</p&g

43、t;<p>　　對于多楔帶的型號可根據設計功率Pd=1.65KW和小帶輪轉速n1=3400r/min由圖</p><p>　　8—21選取，選PJ型多楔帶。</p><p>　　（3）確定帶輪直徑de1、de2（有效直徑）：</p><p><b>　　小帶輪有效直徑：</b></p><p>　　由表8-

44、90選demin=20mm，由表8-91選de1=33.5mm，</p><p><b>　　大帶輪有效直徑：</b></p><p><b>　　小帶輪節(jié)圓直徑：</b></p><p>　　dp1=de1+2△e=33.5+2*1.2=35.9mm</p><p>　　由表8-90，△e=1.2

45、</p><p>　　大帶輪節(jié)圓直徑 </p><p>　　dp2=idp1=2.1*35.9=75.39mm</p><p>　　de2=dp2-2△e=75.39-2*1.2=72.99mm</p><p>　　由表8-91，選de2=71mm</p><p><b>　?。?）計算帶速v

46、：</b></p><p>　　按式 （3-2）</p><p>　　驗算帶的速度 =m/s=6.388m/s</p><p>　　注意：v↑ —→離心力、離心應力↑—→FQ↓</p><p>　　—→單位時間內的應力循環(huán)次數(shù)N↑</p>

47、<p>　　v↓ —→P=F×v/100可知，P一定時，F(xiàn)↑—→張緊力↑</p><p>　　一般v在5～25m/s，最大30m/s，在8～15m/s較好,</p><p>　　所以v=6.388m/s〈30m/s，適合。</p><p>　?。?）初定中心距a0：</p><p>　　中心距的大小對帶傳動的影響：&l

48、t;/p><p>　　a↑—→結構大—→由于載荷變化引起帶的顫動—→掉帶</p><p>　　a↓—→帶的長度↓—→在一定速度下，單位時間內帶的應力變化次數(shù)N愈多，會加速帶的疲勞損壞；</p><p>　　—→當傳動比i較大時，包角↓ </p><p>　　對于V帶傳動，中心距a一般可取</p><p>　　0.7（+）

49、<< 2(+) （3-3）</p><p>　　73.15〈a0〈209</p><p>　　初定 a0=150mm</p><p>　　（6）確定帶的有效長度Le：</p><p>　　根據式 （3-4）=2*150+164.07+2.34</p

50、><p><b>　　=466.41mm</b></p><p>　　由表8-52，選Le=450mm</p><p>　?。?）計算實際中心距a：</p><p><b>　　中心距的變動范圍</b></p><p>　　考慮安裝調整和補償張緊力的需要（如膠帶伸長而松弛后的張緊

51、），尚需給中心距留有一定的調整余量。由表8-54知中心距的調整量為△min=5，￡min=8。</p><p>　　按式a=+ （3-5）</p><p>　　=150-8.205</p><p>　　=141.795mm</p><p>　　則a1=146.795m

52、m a2=133.795mm</p><p>　　（8）計算小帶輪包角：</p><p>　　α1 ≈π-（de2-de1 ）/a</p><p>　　=3.14-0.264</p><p><b>　　=2.88rad</b></p><p>　?。?）帶每楔所傳遞的額定功率及其增量：&l

53、t;/p><p>　　由帶型，de1=33.5mm，n1=3400r/min按表8-55用插值法計算的</p><p><b>　　P0=0.14kw</b></p><p>　　由i=2.1, n1=3400r/min,有表8-55用插值法計算得</p><p>　　△P0=0.02kw</p><p&

54、gt;　?。?0）計算帶的楔數(shù)：</p><p>　　由表8-56用插值法計算Kα=0.97，KL=0.78</p><p>　　由式Z= （3-6）</p><p>　　Z=1.65/（0.16*0.97*0.78）</p><p><b>　　=13.63<

55、;/b></p><p>　　由表8-51選取Z=12</p><p>　　（11）有效圓周力：</p><p>　　FT = Pd/v*103</p><p>　　=0.258*103</p><p><b>　　=258N</b></p><p>　?。?2）作用

56、在軸上的載荷：</p><p>　　為設計軸和軸承，需確定帶傳動作在軸上的力Fr，</p><p>　　由式 （3-7）</p><p>　　得Kr=1.57 則Fr =1.57*258*0.991</p><p><b>　　=401.46N</

57、b></p><p>　?。?3）多楔帶的選擇：</p><p><b>　　圖3-1 多楔帶</b></p><p><b>　　根據計算：</b></p><p>　　跑步機傳動機構選擇12PJ450多楔帶。</p><p>　　3.4多楔帶帶輪材料結構和尺寸選擇&

58、lt;/p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　質量小；結構工藝性好；無過大的鑄造內應力；質量分均勻，轉速高時要經過動平衡 ；輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般為3.2），以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。</p><p><b>　　材料：</b></p&g

59、t;<p>　　帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200；轉速較高時宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可用鑄鋁或塑料[5]。</p><p>　　結構設計：帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成</p><p>　　1）實心式：帶輪基準直徑小于3d(d為軸的直徑)時；</p><p>　　2）腹板式：帶輪基準直徑小于300～

60、350mm時；</p><p>　　3）輪幅式：帶輪基準直徑大于300～350mm時；</p><p>　　帶輪的結構設計主要是根據帶輪的基準直徑選擇結構形式，并根據帶的型號及根數(shù)確定輪緣寬度，根據帶的型號確定輪槽尺寸。則小帶輪D=33.5選取實心式，大帶輪D=71選取腹板式，小帶輪隨電機一起購買。規(guī)格：P12PJ33.5。</p><p>　　以跑步機大帶輪P12

61、PJ63為例確定其結構和尺寸：</p><p>　　要求帶輪每毫米有效直徑的輪槽軸向圓跳動公差值為0.002mm，輪槽表面粗糙度Ra的最大允許值為3.2。槽距e=2.34±0.03，槽角α=40o±0.5o，楔頂圓角半徑rb,最小值為0.2，槽底圓弧半徑rt最大值為0.4，檢驗用圓球或圓柱直徑db=1.5±0.01，2X公稱值為0.23，2N最大值1.22，f最小值為1.8，有效線差

62、公稱值￡e=1.2，徑向跳動公差0.25，槽間直徑差值最大0.16，n槽數(shù)為12。</p><p>　　所以 帶輪寬=11*2.34+1.8*2=29.34mm</p><p>　　現(xiàn)用楔頂圓角半徑rb,,槽底圓弧半徑rt均為0.3，又由槽距e=2.34，槽角α=40o，得到每個楔槽高度2.06mm。</p><p>　　3.5帶傳動的張緊裝置的選擇</p&g

63、t;<p>　　傳動中心不可變時，采用張緊輪；                 </p><p>　　傳動中心可調時，采用滑軌+螺旋或者浮動軸。</p><p>　　圖3-2為張緊裝置示意圖。</p&g

64、t;<p><b>　　圖3-2張緊裝置</b></p><p>　　本跑步機中心距是可調的：</p><p>　　a=a0+(Le- Le0)/2</p><p>　　=150-8.205</p><p>　　=141.795mm</p><p>　　則a1=146.795mm

65、 a2=133.795mm</p><p>　　范圍在133.795mm--146.79mm之間，則通過螺栓的前后移動來調節(jié)電機的前后移動，從而實現(xiàn)帶的調緊和放松。</p><p><b>　　3.6小結</b></p><p>　　跑步機屬于健康器材類產品，由于跑步機驅動電機必須滿足各種體重的人來使用。一般使用跑步機的目的有兩種：健身，減肥

66、瘦身；如果是減肥瘦身的人來使用，因為身體較肥胖，跑不快，因此驅動電機的低速必須轉矩大才能使用。相反的，健身的人跑步快，但是重量輕，因此高速時的轉矩需求較??；跑步機必須滿足家庭成員每一個人都能使用，因此調速范圍要寬廣，低速轉矩要大，才能滿足不同重量的人。目前跑步機使用的驅動裝置以直流有刷電機為多，優(yōu)點是價格便宜。</p><p>　　多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結構緊湊的場合，特別能適應帶輪直徑小的傳動。楔帶與帶

67、輪的接觸面積和摩擦力較大，載荷沿帶寬的分布較均勻，因而傳動能力更大；由于帶體薄而輕、柔性好、結構合理，故工作應力小，可在較小的帶輪上工作；多楔帶還具有傳動振動小、散熱快、運轉平穩(wěn)、使用伸長小、傳動比大和極限線速度高等特點，因而壽命更長；節(jié)能效果明顯，傳動效率高；傳動緊湊，占據空間小。此外，多楔帶的背面也能傳動，而且可使用自動張力調整器，使傳動更加安全、可靠。多楔帶特別適用于結構要求緊湊、傳動功率大的高速傳動。</p>&l

68、t;p>　　第四章 外型結構和滾筒設計</p><p>　　外形結構是一個產品給人的第一信息，是吸引消費者的第一道展示，而且也是整臺機器的支撐框架，所以外形結構設計要合理達到美觀、牢固、輕便。</p><p><b>　　4.1機架的設計</b></p><p>　　為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減震系統(tǒng)的有效性，基架全部采用焊接結構?；艿?/p>

69、設計是整個設計的基礎，也是其他設計的基準。支架，滾筒的選擇，以及前后ABS塑料罩等等，都是依據基架的尺寸和形狀設計的，所以設計開始首先考慮基架的設計，進行樣式，結構，還有尺寸的確定。主要是通過調研，看現(xiàn)有市場上的跑步機的基架結構的流行設計，在此基礎上進行自己產品的開發(fā)，少走彎路，緊跟市場，在尺寸的確定方面參考了人體運動工學推算，45cm寬X130cm長跑帶面積，以此保證給人以足夠的運動面積，為主要數(shù)據展開對基架的設計，再考慮電機的尺寸，

70、傳動機構帶傳動的中心距離，電機的安裝，前后滾筒的位置，PWM調速電源的安裝位置，以及傳感器安裝位置的預留等等，設計了上圖的基架，在設計中特意將兩邊框設計了足夠的寬度，以此為鍛煉過程中短暫的休息提供兩腳踩放的位置，另外也為萬一跑步機失靈發(fā)生意外，人可快速兩腳分開脫離旋轉的跑帶，提供足夠的安全踩放位置[6]。</p><p>　　底座外形長度設計：跑步帶寬450mm，故取滾筒也是500mm，再加上軸的固定孔位，取跑步

71、機的整個傳動系統(tǒng)的寬度為550mm，確定兩側平臺各取105mm，所以上底座的寬；由第3章求的兩帶輪的中心距，電機的寬，跑步帶長是1300mm，取下底座的前壁寬是25mm，尾部距下滾筒中心距是60mm用于安裝和調節(jié)下滾筒的裝置，由于電機應與前壁有一定間隙，并有一段是為安裝和調整電動機位置，且這一段的寬度是35mm，用于電動機的安裝。故取上滾筒與前壁的距離，所以上底座長。</p><p><b>　　圖4-

72、1 基架</b></p><p>　　由圖4-1基架圖可知，整個基架最有可能出現(xiàn)彎矩現(xiàn)象的地方在上基架中部。以基架一邊承受60kg計算其載荷，由于有一定的沖擊力，取跑步時腳相對于跑步板8m/s,與跑步板接觸0.3s計算，受力分析如圖4-2所示。</p><p>　　圖4-2 基架受力圖</p><p>　　所以，

73、 （4-1）</p><p><b>　　彎矩</b></p><p>　　彎矩應力 （4-2）</p><p><b>　　所以可用。</b></p><p>　　由圖4-1基架圖可知，整個基架最有可能出現(xiàn)斷裂的地方在下基架的尾部。</p><p><

74、;b>　　由公式</b></p><p>　　可得 （4-3）</p><p><b>　　所以可用。</b></p><p><b>　　4.2支架的設計</b></p><p>　　支架設計分為上下兩部分通過插拔的形式安裝和拆卸，目的是包裝時節(jié)省空間，材料采

75、用空心鋼管，連接為焊接，保證穩(wěn)定性。支架包括扶手，儀表安裝</p><p>　　輔助支架，扭腰盤連接處等，仰臥起坐架直接焊接于輔助連桿上。與基架的連接采用螺栓連接，方便位置的調整和拆裝。底部安有橡膠墊和尾套，保證平衡，最重要的是實現(xiàn)減震的二級緩沖。圖4-3，4-4，為主要支架，上支架和下支架，上支架主要安裝儀表盤和供使用者扶持；下支架用于支撐和安裝基架。</p><p><b>

76、　　圖4-3 上支架</b></p><p><b>　　圖4-4 下支架</b></p><p>　　圖4-5為上下支架連接以后的模型，支架用于支撐和安裝基架，安裝仰臥起坐支撐棒和扭腰盤，這部分需要給人舒適和美觀感。</p><p><b>　　圖4-5 總支架</b></p><p

77、><b>　　4.3機罩</b></p><p>　　旋轉傳動機構必須與執(zhí)行機構隔離，保證安全性，同時為了技術保護和美觀，前后罩使用ABS塑料，美觀，有質感，能起到有效的防護作用。設計基準為基架，通過螺釘與基架連接，方便安裝和維護維修，圖4-6、4-7為前后罩模型圖示。</p><p><b>　　圖4-6 前罩</b></p>

78、;<p><b>　　圖4-7 后蓋</b></p><p>　　4.4軸的設計和軸承選擇</p><p>　　滾筒軸屬于固定心軸——只承受彎矩M≠0；不承受扭矩T=0；軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件[7]。</p><p>　　結構設計應滿足的基本要求：</p><p>　　軸與軸上零件應具有準確的工作位置—

79、—定位要求；</p><p>　　軸上零件應易于裝拆和調整——安裝調整要求；</p><p>　　軸上零件的固定應牢固可靠——緊固要求；</p><p>　　軸應具有良好的制造工藝性——工藝要求；</p><p>　　應盡量減少應力集中——提高疲勞強度的要求。</p><p>　　軸的各部分結構名稱制造安裝要求：<

80、;/p><p>　　——為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸；</p><p>　　——為使軸上零件易于安裝，軸端和各軸段的端部應有導角；</p><p>　　——軸的形狀和尺寸力求簡單，以便于加工；</p><p>　　——軸上磨削的軸段有砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應有推刀槽；</p><p><b>　

81、　軸的材料：</b></p><p>　　軸常在交變應力的作用下工作，其材料的要求是：強度高、剛度好、應力集中的敏感度小，抗疲勞，加工性能好，有的軸表面要求也較高。</p><p>　　軸的材料主要采用中碳鋼35或45鋼和合金鋼20Cr或40Cr等[8]。</p><p>　　最常用的是45#鋼（含碳量0.45％），它具有較高的綜合機械性能。</p

82、><p>　　此設計采用45#鋼。</p><p>　　(1)計算軸上功率P、轉速和轉矩T</p><p>　　查手冊得，多楔帶的傳動效率η為0.98。則</p><p>　　P=Pη=15000.98W=1470W </p><p>　　＝n=3400r/min=16

83、19.05r/min</p><p>　　T==8.67N·m （5-1）</p><p>　　(2)計算作用在大帶輪上的力</p><p>　　大帶輪的直徑=71mm </p><p>　　作用在大帶輪上的力：</p><p><b>　　（5-2）</b>&l

84、t;/p><p>　　作用在軸上是力：因為軸固定，所以</p><p>　　(3)初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式初步估計軸的最小直徑。按無特殊要求、重要性一般，選擇軸的材料為45鋼，查按轉矩計算軸時的和C值表，取C=110，于是得</p><p>　　=10.65mm （5-3）</p>

85、;<p><b>　　(4)軸承的選擇</b></p><p>　　取安裝滾動軸承處為軸頭為前滾筒軸的的最小直徑。</p><p>　　軸承類型： 深溝球軸承，軸承代號：6301 </p><p>　　軸承參數(shù)： 軸承內徑：12， 軸承外徑：37， 軸承寬度：12， 額定動載荷：7480，額定靜載荷：4650，極限轉速：22000

86、， 潤滑方式：脂潤滑。</p><p>　　工作參數(shù)： 徑向載荷：406.16，軸向載荷：0，使用壽命：30000，工作轉速：1619.05，載荷系數(shù)：1.5。</p><p><b>　　由計算得到結果：</b></p><p>　　當量動載荷：609.24，</p><p>　　當量靜載荷：609.24，</p

87、><p>　　計算壽命：16950。</p><p><b>　　4.5軸結構的設計</b></p><p>　　軸的設計包括兩個方面：</p><p>　　結構設計：使軸具有合理的結構形狀，良好的加工工藝性。</p><p>　　強度計算：保證軸在載荷作用下不致斷裂或產生過大的變形。</p&g

88、t;<p><b>　　軸的結構設計：</b></p><p>　　軸的端部應有45度倒角，以便安裝時對中，防止銳邊劃手。</p><p>　　軸的結構設計主要根據以下幾個方面： 軸上零件的配置；軸上零件的固定；軸上零件的裝拆；軸的加工工藝性。</p><p>　　軸上零件的固定可分為兩個方向：</p><p&

89、gt;　　周向固定：傳遞扭矩和運動，采用過盈配合（軸承內圈）。</p><p>　　軸向固定：防止零件在運轉時產生軸向移動，采用圓螺母[9]。</p><p>　　圖4-8為滾筒的結構示意圖。</p><p>　　圖4-8 滾筒結構</p><p><b>　　4.6強度計算</b></p><p

90、>　　由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應用上式時，應取T=0。由于是固定心軸，考慮啟動，停止等影響，彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循環(huán)變應力。所以：固定心軸的許用應力應為1.7[σ-1][10]， </p><p><b>　　彎矩</b></p><p>　　抗彎截面系數(shù) （5-4）</p><p>　　彎矩應力

91、 （5-5）</p><p>　　所以可用，則通過設計能承受足夠的工作強度。</p><p>　　最終確定的前后滾筒軸每段長和粗如表4-1所示。</p><p>　　表4-1 前后滾筒軸的尺寸</p><p>　　前已選用軸的材料為45鋼，調質處理，查手冊按線性插入法查得對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變力時的許應力合

92、理。若從考慮節(jié)省材料減輕重量上，軸可以適當再細點，但考慮到軸受一定的沖擊力，所以維持軸的直徑不變。</p><p><b>　　4.7滾筒要求</b></p><p>　　主動滾筒的外圓全跳動小于0.33mm，從動滾筒的外圓全跳動小于0.25mm。滾筒均采用5.0mm壁厚的優(yōu)質鋼管，光潔度達到0.8以下[11]。滾筒均有防靜電處理，滾筒外部經防銹處理，前后滾筒的外形如

93、圖4-9、4-10所示。</p><p><b>　　圖4-9 前滾筒</b></p><p>　　圖 4-10 后滾筒</p><p><b>　　4.8小結</b></p><p>　　整個結構的設計用SOLIDWORKS進行三維的實體設計，使設計簡單化和設計化，使設計的跑步機以三維模型的形

94、式直觀的展示在我們面前，有助于我們的理解和觀察，也便于二維圖紙的繪制。滾筒要求做動平衡調節(jié)、動平衡精度高、噪音低。</p><p>　　第五章 跑步板及跑步帶設計</p><p><b>　　5.1跑步板</b></p><p>　　電動跑步機的跑步板，它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個表面的導電耐磨層構成。導電耐磨層既可長期承受跑步帶的摩擦，

95、使用壽命高；又可隨時將摩擦產生的靜電荷通過底座導出，避免靜電對人體的不舒感和對跑步機造成的損害?；逵筛呙芏然蛑忻芏壤w維板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纖維板時，強度較高、重量較輕，成本較低，效果較好，本身也提供一部份的吸震功能，導電耐磨層可以在基板上噴涂導電耐磨涂料固化制成，也可以在基板上復合耐磨金屬板制成。導電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。復合耐磨金屬板則更牢固。復合耐磨金屬板為復合銅板時效果更好，更耐磨。<

96、/p><p>　　根據滾筒和基架的長度，確定跑步板的長寬為LXb=1100x540mm，高h=12mm.應為本設計的最大載重為80kg。已知中密度的纖維板的靜曲強度為20MPa[12]，</p><p><b>　　所以最大彎矩</b></p><p><b>　　抗彎截面</b></p><p>&l

97、t;b>　　彎矩應力</b></p><p>　　所以可用，跑步板的長寬高Lxbxh=1100x540x12mm。</p><p>　　由于本設計有一個自動微調設計，這就要求在跑步板的靠前端和考后端開一個方框，用于安裝兩個壓力感應器。</p><p><b>　　5.2跑步帶</b></p><p>　

98、　跑帶要求雙層粘合跑帶，具有高傳導性，跑步帶國際防滑型，運動時安全可靠。跑步機，其實就是提供一個跑步的面積，所以絕對要在乎跑步帶面積的大小，左右寬度及前后長度都要夠，否則無法自然邁開步伐，跑起來彎扭不順暢，更容易跌倒。根據人體運動工學推算，45cm寬X 130cm長，應是一個合宜的參考面積，然后再依個人的實際條件做增減。有不少廠商生產“加碼”跑步機，跑臺加寬，左右踏條增大，以營造物超所值得虛胖假象，但最重要的跑步帶面積并沒增加；所以焦點

99、要放在跑步帶面積上。理論上來說，在相同的馬力條件下，如果跑步機所能提供的跑步帶面積越大，且整臺實際的占地面積越小，應是較佳的設計[13]。</p><p>　　本設計要求跑步帶的寬度為450mm，取跑道長為1300mm。材料選擇草地紋雙層材料，厚度為2.5mm的跑帶帶給用戶草地般舒適感覺。</p><p><b>　　5.3跑帶調整</b></p>&l

100、t;p>　　圖5-1 跑帶的調整</p><p>　　兩個螺栓調整法：如果跑帶偏向左邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以順時針方向旋轉跑臺左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉，還有以反時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶位在中央位置。</p><p>　　如果跑帶偏向右邊，

101、先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉跑臺左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉，還有以順時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶位在中央位置。</p><p>　　圖5-2 跑帶左右偏調整方式</p><p>　　要增加跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母板手

102、，以順時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張力適當時，應該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分種。重復本段動作，直到跑帶張力適當為止[14]。</p><p>　　要減少跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張力適當時，應該可以將跑帶的

103、任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作，直到跑帶張力適當為止。</p><p>　　圖 5-3 跑帶張力大小調整方式</p><p>　　5.4跑臺潤滑油的填加</p><p><b>　　潤滑油作用：</b></p><p>　　1、減小

104、跑步帶和跑步板之間的摩檫力，保護跑步板表面的耐磨涂層，延長跑帶、跑板的使用壽命。</p><p>　　2、減少跑步機的電能消耗。</p><p>　　3、讓用戶在運動時更流暢。</p><p><b>　　品質要求：</b></p><p><b>　　1、耐高溫。</b></p>&

105、lt;p><b>　　2、黏度高。</b></p><p><b>　　3、不易揮發(fā)。</b></p><p><b>　　使用方法：</b></p><p>　　1、掀開左側跑步帶，將潤滑油沿跑步帶方向倒在跑步板上，控制用量為 10 ml。</p><p>　　2、右側

106、同左側一樣操作方法。</p><p>　　3、將跑步機通電運轉在3 KM / H以內，人站上去隨著跑步帶一起運動，用腳有意識的踏壓跑步帶下涂有潤滑油的區(qū)域，使其在跑步板上散布均勻。</p><p><b>　　使用頻率：</b></p><p>　　6個月加注1次潤滑油注意事項：</p><p>　　不可過量使用，防止

107、摩檫力太小后跑步帶和傳動滾筒之間打滑影響正常使用。</p><p><b>　　5.5小結</b></p><p>　　跑步板和跑步帶的設計是設計的重點，不光要提供一個寬敞舒適的跑步平臺，還得考慮之間的摩擦問題，還有摩擦產生的靜電問題，盡量通過細節(jié)的設計，提供一個真正的健康的鍛煉平臺。</p><p><b>　　第六章 多功能設計&

108、lt;/b></p><p>　　6.1避震系統(tǒng)的設計</p><p>　　跑步的“頭等大事”就是要保護好膝蓋———跑步鞋具有緩沖減震的效果就是這個道理。使用跑步機比起在戶外路跑最大的好處是：跑步機它提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用沖擊力，保護了膝蓋關節(jié)。跑步機的避震方式采用具彈性的橡膠墊將跑臺和底座框架墊隔開，使跑臺成懸吊狀態(tài)，進而產生吸收震動的功能而達到避震的效果。因此避

109、震效果是否可以有效的展現(xiàn)發(fā)揮，完全得看跑步機的基座結構是否牢靠穩(wěn)固。所以采用了足夠牢固的鋼材規(guī)格，結構撐架以焊熔連接，沒有采用螺栓，在基座結構上再加上橡膠墊和橡膠尾套，使整個基架又對力產生一個緩沖，實現(xiàn)二級緩沖！本設計中跑步板采用高密度纖維板，本身也提供一部份的吸震功能，但厚度至少需有2.5公分以上，以確保在吸震同時，不因沖擊而龜裂，另外在使用時可在跑步機的支撐點下，加鋪具有彈性的鋪墊，以增加避震效果[15]。</p>&

110、lt;p>　　現(xiàn)在高級跑步機的最大賣點之一就是避震系統(tǒng)，所以設計和改進跑步機避震系統(tǒng)首當其沖，是設計思路和技術攻克的重點?！疤铡迸婆懿綑C減震系統(tǒng)設計相當敏感，站上跑步板，它會自動測出你的體重，根據數(shù)據，機器自動調整適合你的減震指數(shù)，避免膝蓋受傷。健身器目的是鍛煉身體，好的避震系統(tǒng)是跑步機的保障，如果沒有對力的多重緩沖，跑步機就成為了跑步的隱型殺手，在不自覺中會損傷關節(jié)，而設計獨特的避震系統(tǒng)能給鍛煉者帶來草地般舒適感覺，使在跑步機

111、上的運動真正成為一種享受。</p><p><b>　　圖6-1 支架減震</b></p><p>　　圖6-2 底座減震</p><p><b>　　6.2扭腰盤的設計</b></p><p>　　圖 6-3 扭腰盤</p><p>　　如圖所以，根據人穿鞋子的大小，本

112、設計確定扭腰盤的大小為直徑250mm，早根據要有足夠的扭腰空間，扭腰盤中心距支架的距離為475mm。由圖6-3可以看出，應力集中會在小軸端點和小軸處出現(xiàn)。由于扭腰無沖擊力，取最大收到100kg的重量。那么對小軸處的力矩計算如下：</p><p>　　圖 6-4 受力分析</p><p><b>　　所以，支點反力</b></p><p><

113、;b>　　所以截面切應力</b></p><p><b>　　扭腰盤設計特點：</b></p><p>　?。?）采用 ABS塑料+磁鐵制成，抗沖擊強度高，密度小，便于運輸，完全可以替代鑄件，表面光潔度好，不用噴涂，可節(jié)省費用3-5元，重量僅是鑄件的1/7，從運費上可節(jié)省6/7，采用此產品綜合成本效益可降低40%盤面突起直指病理反射區(qū)穴位，在扭腰同時

114、進行腳底按摩。</p><p>　?。?）附有磁鐵，有足療作用。</p><p>　　（3）身體隨著轉盤扭動，使腰部、跨部得到充分鍛煉，瘦腰美腿、保持身材。</p><p>　?。?）通過磁療，把磁波傳列到人體，在細胞內發(fā)生旋渦狀的二次電流，排除多余脂肪及毒素。</p><p>　　（5）增強血液循環(huán)，健美強身兩不誤。</p>

115、<p><b>　　6.3連接結構設計</b></p><p>　　設計直徑為250mm，通過長桿與支架相連 ，用時把鐵銷把出，旋轉放在皮帶上方，即可使用，鍛煉完畢旋轉折疊，插上鐵銷，則扭腰盤依附與支架上，可以進行別的項目的鍛煉，圖6-5為支架連接示意圖。</p><p>　　圖6-5 扭腰盤支架</p><p><b>

116、　　6.4旋轉結構設計</b></p><p>　　此扭腰盤選用單向推力軸承和深溝球軸承配合完成對軸轉動的的支撐。</p><p><b>　　單向推力軸承計算：</b></p><p>　　軸承類型： 單向推力球軸承(50000)，軸承代號： 51104 </p><p>　　軸承參數(shù)：軸承內徑：20，軸承

117、外徑：35，軸承寬度：10，額定動載荷：11000，額定靜載荷：19800， 極限轉速：6700，潤滑方式：脂潤滑</p><p>　　工作參數(shù)：徑向載荷：0，軸向載荷：1000，使用壽命：3000，工作轉速：20，載荷系數(shù)：1.1</p><p>　　計算結果：當量動載荷：1100.00，當量靜載荷：1100.00，計算壽命：833350</p><p>　　深溝

118、球軸承只是簡單起個軸向固定和保持軸位置的固定的作用。</p><p>　　圖7-6、7-7為扭腰盤結構和收起扭腰盤時整個結構的示意圖。</p><p>　　圖6-6 扭腰盤旋轉機構</p><p>　　圖6-7 扭腰盤折疊圖</p><p>　　6.5仰臥起坐架設計</p><p>　　根據美國醫(yī)療協(xié)會報導,做仰臥