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1、.XX工业大学工程技术学院 毕 业 设 计多功能自动跑步机毕业设计学生姓名： 杨 志 学 号： 1015011314 所在系部： 机械工程系 专业班级： 10gb机制3班 指导老师： 路媛媛工程师日 期：2014年5月10日 绪 论当今社会随着经济和科技的不断发展,人们的生活水平得到了很大提高。因此人们对身体健康的重视程度也在不断的加强,而在体育锻炼方面的消费相应的也在飞速的提高。近年来在我国,作为健身活动中主要使用的器材跑步机的产量每年都以超过25%的速度在增长。但随着社会的发展,我国对能源的需求也在不断的增加,用电需求量每年也是在大幅度的攀升。而用于发电的自然资源绝大部分是不可再生的,人类
2、在发展经济的同时,对自然资源的肆意开发和对环境的无偿利用,已经造成了生态破坏、资源短缺、环境污染等重大问题。我国传统能源资源十分有限,世界能源供应市场危机不断,因而不允许我国长期的高能消费。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
3、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1章 总体方案设计1.1 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。1.2 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
4、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。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仰卧起坐架使机器实现其多功能性。1.3 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
5、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。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,顺着跑带方向运动。手脚模仿
6、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跑13左右的路程,能量消耗也
7、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。小结电动跑步机就是构造一条运动的跑带,使运动者在原地进行跑步锻炼。 第2章 电动机类型与参数的选择2.1类型功率的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5070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马力应该至少1.8马力以上,如
8、果家人的体重有超過90公斤,則应选2.5持续馬力以上的跑步机。此跑步机设计标准为100公斤,则此家用电动跑步机用电动机Z3-31型永磁直流电动机作为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,调速范围宽,低速性能,运行平稳,噪音低,效率高。2.2 技术参数根据电动机修理手册得：型号Z3-31电压220VDC功率2.2KW 电流不大于12.5A转速3000 r/min转向逆时针绝缘等级B级
9、2.3、电动机的保护异步电动机的保护与控制关系电动机的保护主要有两大类：采用电流检测型的有热继电器、带有热一磁脱扣的电动机保护用断路器、电子式和固态继电器、带电子式脱扣的电动机保护用断路器以及软起动器；直接检测电压降低或为零时的欠压保护和失压保护。1、电动机的保护电动机的保护往往与其控制方式有一定关系.即保护中有控制,控制中有保护。2、电动机保护装置电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的。而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类。3、保护装置与异步电动机的协调配合为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护。必须考虑异步电动机与保护装置之
10、间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时,保护的协调配合更为突出。小结跑步机属于健康器材类产品,由于跑步机驱动电机必须满足各种体重的人来使用.一般使用跑步机的目的有两种:健身,减肥瘦身;如果是减肥瘦身的人来使用,因为身体较肥胖,跑不快,因此驱动电机的低速必须转矩大才能使用.相反的,健身的人跑步快,但是重量轻,因此高速时的转矩需求较小;跑步机必须满足家庭成员每一个人都能使用,因此调速范围要宽广,低速转矩要大,才能满足不同重量的人.目前跑步机使用的驱动装置以直流有刷电机为多,优点是价格便宜。 第3章传动机构设计工作机构类型选择带传动,属于定传动比匀速转动机构。带传动具有结构简单,成本
11、低廉 能缓和载荷冲击,运行平稳,无噪声,过载时将引起带在带轮上打滑,因而可防止其他零件的损坏,具有过载保护作用。3.1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=2.2KW,主动轮转速为n1=3000r/min 传动比定为i=2 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10小时,载荷变动小。KA=1.1见表8-9Pd
12、=1.1*2.2=2.42kw2、带型号的选择 对于多楔带的型号可根据设计功率Pd=2.42KW和小带轮转速n1=3000r/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=35.5mm大带轮有效直径:小带轮节圆直径dp1=de1+2e=35.5+2*1.2=38mm由表8-90,e=1.2大带轮节圆直径dp2=idp1=2*33.5=71mmde2=dp2-2e=71-2*1.2=68.6mm由表8-91,选de2=68mm4、计算带速v v=dp1n1 /601000 m/s 3-2注意：v
13、离心力、离心应力FQ单位时间内的应力循环次数NvP=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2de1 de2a00.7de1de2148.4a0212初定 a0=160mm6、确定带的有效长度LeLe0=2a0+/2de1de2+2/4a0=2*160+332.
14、84+1.4=654.24mm由表8-52,选Le=650mm7、计算实际中心距a 中心距的变动范围 考虑安装调整和补偿张紧力的需要如胶带伸长而松弛后的张紧,尚需给中心距留有一定的调整余量。由表8-54知中心距的调整量为min=5,min=8.a=a0+/2=150-1.48=148.52mm则a1=153.52mm a2=140.52mm8. 有效圆周力 FT= Pd/v*103=0.37*103=370N9作用在轴上的载荷为设计轴和轴承,需确定带传动作在轴上的力Fr得Kr=1.57则 Fr=1.57*370*0.995=580N多楔带带的选择根据计算跑步机传动机构选择12PJ450多楔带3.2 多楔带带轮结构和尺寸选择要求质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分均匀,转速高时要经过动平衡 ；轮槽工作面要精细加工表面粗糙度一般为3.2,以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。材料带轮的材料主要采用铸铁,常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成；小功率时可用铸铝或塑料。结构设计带轮由轮缘,轮辐和轮毂三部分组成1实心式：带轮基准直径小于3d时
