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1、28 中南大学网络教育毕业论文（设计） 摘 要跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健身器的最佳选择。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售也不错，近几年价格已有上升趋势。注重生活时尚的消费者认为跑步机价格在1000美元以上是理所当然的事。这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。此次设计的任务为学习相关三维软件并使用软件进行电动跑步机机械部分的零件建摸，结构设计，产品的装配，设计过程中使用了三维实体软件SOLIDWORKS进行了零件的实体建模，和总体结构的设计。设计包括支架，基架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计中参考了国内外各品牌结构和样
2、式，对传动机构进行了精确计算，而且设计中重点突出了减震系统的重要性和跑步板防静电的功能性，设计更为人性化，使跑步者能感受到跑步机的力量。由于跑步机的特殊性，安全问题更值关注，如何正确使用跑步机，和跑步机的保养同样重要。关键词 总体结构，传动机构，减震系统，跑步板，跑步机I目 录摘 要I第 1 章 绪论1第 2 章 总体方案设计22.1 基本功能22.2 构造设计22.3 功能原理的确定3第 3 章 电动机类型与参数的选择53.1 类型功率选择53.2 技术参数5第 4 章 传动机构设计74.1 设计步骤及参数选择74.2 多楔带带轮结构和尺寸选择104.3 带传动的张紧装置的选择11第 5 章
3、 外型结构设计125.1 基架的设计125.2 支架的设计135.3 前后罩15第 6 章 前后滚筒166.1 轴承的计算166.2 轴结构的设计166.3 强度计算176.4 滚筒要求18第 7 章 跑步版及跑步带设计207.1 跑步版207.2 跑步带207.3 跑带调整：两个螺栓调整法217.4 跑台润滑油的填加22第 8 章 避震系统的设计23第 9 章 多功能设计249.1 扭腰盘设计249.2 连接结构设计249.3 旋转结构设计249.4 仰卧起坐架的设计25总 结26参考文献27致 谢28第 1 章 绪论跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个
4、人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成了时下健身最热门的健身器械。跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也使我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。电动跑步机，又名电动跑台，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，个人可以根据自己的锻炼
5、目的进行锻炼。跑步机在健身者运动时能显示出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。跑步机双面宽厚的跑带带给您草地般舒适感觉，马力强劲的电机带给您澎湃恒久的动力，灵敏的控制器配合芯片使您在跑步过程中随心所欲，坚固的钢架以及防爆冲装置使您的安全尽在掌握。电跑使您在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动的乐趣。第 2 章 总体方案设计2.1 基本功能跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道（跑步带），跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼了。实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制：通常使
6、用直流电动机驱动，直流电动机通过半导体功率器件，使用脉冲宽度控制（PWM）方式实现调速。 2.2 构造设计多功能电动跑步机主要由机架、电动机、可调电源、跑步皮带及仪表控制盘组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮紧装在前滚筒的一端，电动机、可调电源,安装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端，仪表控制盘安装于扶手架上。
7、传动方式采用带传动机构，传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和伏地挺身架使机器实现其多功能性。图2-1 多功能跑步机2.3 功能原理的确定目前市场上比较常见的有传统跑步机和电动跑步机两种。传统跑步机，俗称“被动式跑步机”。 是我国上世纪80年代从国外引进健身观念时、为适应当时国情而开发的具有“中国特色”的过渡产物。它的动力来源是使用者通过自身臂部、膝部、踝关节的活动，推动跑步机而产生的运动。速度由运动者自己控制。这种运动方式，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，但其造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍。据北医三院运动医学专家林共周博士解释：在马路上跑步，每跑1000米，每只脚就得撞击地面约
8、1000次左右。而在传统跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝、膝部和臀部的肌肉，特别是肌腱，还要额外承担向后的扭力来确保跑带向后运动。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，造成损伤。很多传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部就越跑越粗，关节也越练越没有力气。传统跑步机并不适合患有脊椎软骨突出、膝关节炎、踝关节扭伤、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人，因为长期的跑步可能会加重慢性扭伤的情形或加速膝关节的老化。电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，这种跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。跑步时后脚跟先着地
9、，顺着跑带方向运动。手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。由于跑带的运动方向与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，跑起来非常舒适。康复者、儿童、老年人也可以保持身体平衡，从而集中精力安心锻炼。如果增加运动量，可以加快舞动手脚的速度。用电动跑步机能消除关节的负载，不但能减肥健身，还有益于受伤后身体的恢复。它通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动跑步机上走跑的人感到十分轻松自如，可使人比普通跑步多
10、跑13左右的路程，能量消耗也比普通走、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境。第 3 章 电动机类型与参数的选择3.1 类型功率选择当人在跑步机上跑步或走路时，跑步机所承载的重量是人体重的0.82.5倍，而马力就是在这样的载重量下，还能满足并维持所选择的速度，让人可以在跑步机上走跑自如的驱动力。通常跑步机一个马力大概可提供5060公斤的承载重量，但跑步带面积大小也和跑步机马力有相当直接的关系，跑步机的马力越大，可以带动的跑步带面积也越大，所以衡量效率及安全性后，一般建议，家用跑步机合宜的持续(continuous)马力应该至少1.5马力以上，如果家人的体重
11、有超過80公斤，則应选2.0持续(continuous)馬力以上的跑步机。此跑步机设计标准为100公斤，则电动跑步机用电动机ZYT42（NEMA）型永磁直流电动机该型电动机系大功率跑步机中配套的专用驱动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动元件。该电动机显著的特点：具有转速精度高，当人在跑步机上运动时，是一个冲击负载，该机在这种冲击负载作用下一转不差，保持同步转速，如同在平地上一样感觉。表现在调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。3.2 技术参数型号 ZYT42/06 电压220 VDC 功率 2.0 HP 电流不大于9
12、.8A转速34007% 转向 逆时针 绝缘等级 F级 L1=28.5 L2=272电动机特性曲线：表3-1 电动机特性曲线第 4 章 传动机构设计4.1 设计步骤及参数选择初始条件：选择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率P=1.5KW，主动轮转速为n1=3400r/min 传动比定为i=2.1 由于多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，所以择之。以下计算过程所用到的表和图来源： 卜炎主编. 机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社，19991、确定设计功率Pd PdKAP （3-1） KA工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间
13、10小时，载荷变动小。KA=1.1见表8-9Pd=1.1*1.5=1.65kw2、带型号的选择对于多楔带的型号可根据设计功率Pd=1.65KW和小带轮转速n1=3400r/min由图821选取,选PJ型多楔带。3、确定带轮直径de1、de2（有效直径）小带轮有效直径：由表8-90demin=20mm,由表8-91选de1=33.5mm大带轮有效直径:小带轮节圆直径dp1=de1+2e=33.5+2*1.2=36mm由表8-90，e=1.2大带轮节圆直径 dp2=idp1=2*33.5=67mmde2=dp2-2e=67-2*1.2=64.6mm由表8-91，选de2=63mm4、计算带速v v
14、=dp1n1 /（601000） m/s （3-2）注意：v 离心力、离心应力FQ单位时间内的应力循环次数Nv P=Fv/100可知，P一定时，F张紧力 一般v在525 m/s，最大30 m/s，在815 m/s较好V=*36*3400/60*1000=6.430m/s,合适5、初定中心距a0 中心距的大小对带传动的影响： a结构大由于载荷变化引起带的颤动掉带 a带的长度在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数N愈多，会加速带的疲劳损坏；当传动比i较大时，包角 对于V带传动，中心距a一般可取2（de1 de2 ）a00.7（de1de2） （3-3）67.55a0193初定 a0=150mm6、确定带的有效长度Le Le0=2a0+/2（de1de2）+(de2-de1)2/4a0=2*150+151.505+1.45=452
