多功能电动跑步机的设计.docx

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多功能电动跑步机的设计

任务书

I、毕业设计（论文）题目：

电动跑步机的设计

II、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：

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。

在此要求本设计

1）能实现跑步机的基本功能：

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

2）对使用直流电动机驱动跑步带，使用脉冲宽度控制（PWM）方式实现调速。

3）要有减震装置

4）适当添加别的运动功能，如扭腰盘和仰卧起坐

III、毕业设计（论文）工作内容及完成时间：

1.查阅相关资料，外文资料翻译（6000字符以上），撰写开题报告。

第1周—第2周

2.整体方案设计第3周—第4周

3.结构详细设计第5周—第8周

4.绘制装配图及其各零件工作图第9周—第12周

5.编制设计说明书第13周

6.撰写毕业论文第14周—第16周

7.答辩准备及毕业答辩第17周

Ⅳ、主要参考资料：

[1]机械设计实用手册编委会编.机械设计实用手册.北京:

机械工业出版社,2009

[2]吴宗泽主编.机械设计师手册.北京:

机械工业出版社,2009

[3]徐灏主编，机械设计手册.北京：

机械工业出版社，1995.12

[4]李克永.化工机械手册.天津:

天津大学出版社，1991.5

[5]Mechanicaldesignandsystemshandbook.NewYork:

 McGraw-HillBookCo.,1985

多功能电动跑步机设计开题报告

1.选题依据

调查发现，当今城乡一体化发展进程加快，往后l0年，城市人口数量将会越来越大，城市的生活将会变得越来越拥挤，体育锻炼对城市生活的人们来讲，将会变得越不易寻找到适合的场所，人们势必都会寻找更方便地锻炼方式，不论是场地要求，还是锻炼效果上都要找到合适的方式，使用跑步机跑步，势必会变成大多数都市人的选择。

对于这些人来讲，跑步机有许多优点如：

舒适安全，由于在室内用，无须留意天气，交通等问题，同时可以纠正跑步姿势，进行耐力等各项训练，更重要的是老少皆宜。

但是传统跑步机造型缺乏新意，功能单一，已经不能满足各年龄阶段，各层次人群的爱好和需求，为了追求更高层面的精神享受和娱乐效果，增加锻炼效果，体现时代特征，研究和设计这款多功能电动跑步机终端具有很高市场价值。

健身器材是全民健身的重要基础环节，加速完善健身器材市场，对于推动全民健身的实施有非常重要的意义。

全民健身在一些发达国家开展较早，关于健身器材的研究已形成多层次、多档次、全方位的市场体系，借鉴国外先进经验，结合我国国情，建立和完善中国特色的健身器材市场体系是贯彻全民健身的重要课题。

近些年来，随着我国经济的迅速发展，人民生活水平和文化素质在显著提高．关爱生命、运动有益健康已经成为人们的共识。

崇尚健身，参与各项丰富多彩的体育活动已经形成代表新世纪潮流和崭新的社会风尚。

因此，以”更高、更快、更强”为宗旨的竞技体育和强身健体丰富人们精神文化生活为目的群众体育的发展，对健身器材制造业的兴起具有极大的推动作用．目前我国的健身器材与美国、德国、意大利为代表的发达国家一流产品相比仍有差距．我国的健身器材制造业要想健康、快速、持续的发展，以满足消费者的社会需求，就必须加大科技投入，自主开发和研制新产品，强化自主知识产权的保护意识，提高产品质量，为此强化标准化建设，乃是我国健身器材产业发展的重中之重。

2．国内外的研究现状

2．1国内的研究现状

健身器材调查一一跑步机

目前国内市面上的跑步机主要有以下三种：

（1）电动跑步机：

电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，此种跑步机属于机械式跑步机，它通过电机带动跑步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步机上走或跑的人感到轻松自如，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、跑步多。

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，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，用户可以根据自己的锻炼目的进行选择，都是通过使用者手动调节来实现，不能通过跑步机的自动机，是非智能的跑步机。

如图（2-1）。

（2）单功能跑步机：

单功能跑步机从结构上分为两类，一类是滚轮式跑步机，一类是平板式跑步机，很明显单功能跑步机也是机械式跑步机。

滚轮式跑步机工作时噪音很大，已被淘汰。

平板式跑步机是由人主动在上面运动，所以使人感到与普通跑步一样。

它的电子表可帮助训练者记录下时速、时间、心率、热量、节拍、距离等指标。

使您随时了解自己的训练情况，进行有目的的调整。

具有一定智能性，但不完善，需要很大程度拓展和改进。

如图（2-2）。

图（2-1）电动跑步机图（2-2）单功能跑步机

（3）多功能跑步机：

一台多功能跑步机是由跑步机、划船器、卧式健身车、放松机、螺旋器等功能器材组合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜爱。

多功能跑步机在各方面功能的合理搭配下，融入科技含量，很多方面需要智能的调节来协助实现，它的锻炼方法同普通跑步机一样，但从健身器所应具备的使用舒服、方便，技术动作准确合理上看，多功能跑步机有一定缺陷，功能繁多，导致每个功能的性能都不及但功能跑步机的性能好。

另外，部分跑步机也存在功能的堆积，功能的定位不明显，特点不突出，比如：

音乐功能，游戏功能，氧吧功能等，没有一个主打功能，而且功能没有创新。

国内智能跑步机，在软结构里面，虽说有所摄入，但是投入还是远远不够，主要推广以下几个方面，轻便、小巧、操作简单，更具有散步、快走、跑步、扭腰、压腿、仰卧、按摩等多种运动功能，能够满足使用者全家的健康需求，让人变得更加健康。

用五大人性化操作，LED智能视窗、快捷速度键、手握式心率测试器、安全制动开关、高保真音响。

面版有LED屏，能够显示速度、距离、心率、时间、卡路里消耗五种数据，让使用全面掌握运动状态，保证最佳运动效果。

总之国内的跑步机还是注重跑步机的实用性，对跑步锻炼的基本要求的实现比较注重，而在智能和高科技方面和国外的相比，显得略为薄弱一些。

需要投入更多关于人的关怀，不同人群的兴趣偏好，科技含量的摄入等。

如图（2-3）。

图（2-3）多功能跑步机

2．2国外的研究现状

国外的跑步机也不外乎上述传统的跑步机的类型如图（2-4），由于发达国家科技发展领先，也出现了一些新型跑步机。

功能类的产品：

如今新型跑步机也是层出不穷，现以实力雄厚的诺迪克竞赛器材公司推出的一种NordicSport新型跑步机为例子来辨析其设计创新点。

与普通跑步机相比，此种跑步机具有如下特点：

（1）消耗提高79％。

该机在锻炼时可使人体每小时消耗热量852～1000卡；与普通跑步机相比效率可提高50％～79％，减肥效果极佳；

（2）人体需氧量可提高53％。

以此进行训练，可在最短时间内获得最大的有氧训练的效果，能够明显提高心血管机能水平、心输出量及氧化酶活性等。

使练习者在达到同样锻炼效果的提下，节省大量时间。

图（2-4）市场上跑步机造型实例

（3）65％的人体肌肉得到锻炼。

普通跑步机往往忽视了对人体上半身肌肉特别手臂肌肉的锻炼，而这种带有手臂锻炼器的跑步机则弥补了此项不足，可使人获得全身的锻炼效果。

并且此种带有手臂锻炼的设计在跑步机设计上已获得专利。

手臂锻炼器使用时非常方便，只需两只手臂像抽水机一样上下反复摆动可以了。

造型类产品：

韩国HERA．7000系列是专为出口设计的型号如图（2-5），在外观，品质和耐力性方面比普通跑步机均更胜一筹。

获得由MOCIE（韩国商业，工业，能源部）和KIDP（韩国设计协会）联合颁发的“2005最佳设计”奖，综合考虑了包括外型美学性，经济性，用户友好性，用户满意度以及环境友好性等因数。

图（2-5）韩国HERA-7000系列产品

另外，目前一种新的技术即将应用到跑步机上来，跑步机专用型变频技术的运用，主要应用范围包括：

家用跑步机、轻型商用跑步机、专业商用跑步机。

其核心设备是跑步机专用型变频器如图（2-6）所示，它是研发人员根据跑步机的实际需要，为跑步机量身定制的一款新型变频器。

其具有以下特点：

图（2-6）跑步机专用型变频器

（1）提供较宽的载波范围，进一步降低电磁噪音：

电磁噪音是通过提高载波频率的方式来实现的。

一般的变频器，最大载波频率为15KHz，而跑步机专用型变频器的最大载波可以达到16KHz，甚至是更高。

（2）采用SPWM技术，提供无速度传感控制方式。

跑步机专用型变频器可以在5Hz时输入150％的额定扭矩，解决了普通变频器低频时，跑步机不动，甚至是报警的问题。

（3）提供较低的瞬间电压低位值。

跑步机专用型变频器提供了一个低电压准值设定功能，可以根据需要，自行设定最低电压，从而解决了普通变频器在瞬间低压造成的停机问题。

（4）提供RS．485接口，解决了每台变频器需要单独设置参数的问题，提高了工作效率；同时，也优化了配线，以前需要4根以上的配线，现在，只需要两根就OK了，另外，RS．485在抗干扰能力上有所增强。

（5）在RS．485接El下，外部端子能够接受EF（外部故障）信号。

这样，当控制器死机时，能够让跑步机专用型变频器停止输出，让电机自有停车，从而把对顾客的伤害降到了最低。

例如：

利用LG变频器控制跑步机，跑步机驱动电机程序结构如下图（2-7）所示：

图（2-7）LG变频器跑步机驱动结构图

其主要功能包括：

正方向运转（FX．CM）功能，根据与跑步机专用控制器通信进行运转．速度根据Up／Down变化功能，轻松的加／减速以及低噪音特性．无传感器矢量控制功能，利用无传感器矢量功能，发挥从低速到高速的转矩特性．电机过热防止功能，以电机过热防止功能和变频器过负荷防止功能，提高产品的安全性．过负荷Trip功能，以及通信控制功能。

跑步机发展路线的多样性的，但都在融入更高科技含量和以人为本的思想，来开发跑步机，研发出更高智能性的跑步机，增强跑步机的娱乐性和交互性，进而提高人们的生活品质，优化生活方式。

3．课题研究的目的和意义

设计是有计划有目的的造物活动，其对象是产品，目的是为了满足人们的需要，所以设计是人的需要的产物。

产品设计的出发点是人的需求，归宿是协调物和人的需求之间的关系，寻求新的解决途径。

产品设计由最基本的底层即满足人们的生理需求到最后的自我实现，经历着由简单到实用再到精神层面的需求最后到达包含精神文化因素的价值实现的走向。

在这一走向中，人性化因素的注入是人自身需要对设计的内在要求。

改革开放以来，人民生活水平有了显著提高。

人们对产品的精神功能的需求也不断增长，而且人们的需求越来越具体、个性化，对设计师来，需要我们在设计的过程中注入大量的情感因素，把注意力更多地投入到设计物的宜人性和情感性方面，注重设计物本身的情感特征和使用者的情感、心理反映。

纵观国内外健身器械的设计，其中最大的问题所在：

过于机械化和冰冷感，缺少对人性的关怀。

这一点，和目前国际大的设计趋势是不相符合的，他使得消费者在使用这些器具的时候，得不到足够的关怀，因而丧失很多乐趣。

基于此，本课题主要研究的最大意义就是：

通过人性化设计理念的导入，发现传统跑步机存在的误区，从人性化的角度进行分析和重设计，通过跑步机的设计发掘健身器械的设计原则，使其操作更便捷、更合理、更人性、更舒适。

4.实验方案

4.1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。

4.2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。

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。

4.3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，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跑1／3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。

5．目标及工作进度

5.1主要目标：

是设计一台多功能电动跑步机，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，变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。

在此要求本设计。

能实现跑步机的基本功能：

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。

2）对使用直流电动机驱动跑步带，使用脉冲宽度控制（PWM）方式实现调速。

3）要有减震装置。

4）适当添加别的运动功能，如扭腰盘和仰卧起坐。

5.2工作进度如下：

1.搜集有关资料，熟悉各种升降台原理，撰写开题报告（3.01-3.14）2周

2.相关外文文献资料的阅读与翻译（6000字符以上）（3.15-3.21）1周

3.整体方案设计（3.22-4.04）2周

4.传动部份的设计计算（4.05-5.02）4周

5.绘制装配图及其各零件工作图（5.03-5.30）4周

6.编制设计说明书（5.31-6.06）1周

7.撰写毕业论文（6.07-6.27）3周

8.答辩准备及毕业答辩（6.28-7.02）1周

6.参考文献

[1]机械设计实用手册编委会编.机械设计实用手册.北京:

机械工业出版社,2009

[2]吴宗泽主编.机械设计师手册.北京:

机械工业出版社,2009

[3]徐灏主编，机械设计手册.北京：

机械工业出版社，1995.12

[4]李克永.化工机械手册.天津:

天津大学出版社，1991.5

[5]王三明主编.机械原理与设计课程设计。

北京：

机械工业出版社，2005

[6]邹慧君主编.机械原理.北京.高等教育出版社，1999

[7]申永胜主编.机械原理教程.北京.清华大学出版社，1999

[8]张伟社主编.机械原理.西北工业大学出版社，2001

[9]邹慧君主编.机械原理课程设计手册.高等教育出版社，1998

[10]赵松年主编.现代机械创新产品分析与设计，2000

[11]杨家军主编.机械系统创新设计.华中理工大学出版社，2000

[12]张春林主编.机械创新设计.机械工业出版社，1999

[13]机械设计手册编委会.机械设计手册新版2，3卷,机械工业出版社，2004

[14]卜炎主编.机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社。

1999

[15]Mechanicaldesignandsystemshandbook.NewYork:

 McGraw-HillBookCo.,1985

多功能电动跑步机设计

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，和最后出产品的渲染图，发布产品的宣传海报。

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。

部分零件设计和总装配图设计使用了AutoCAD软件设计。

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；跑步机使用；多功能设计

指导老师签名：

TheDesignofMultifunctionalTreadmill

Abstract:

Theraceapparatusisthefamilyandapparatusalwaysonthealertofgymnasium,andthesimplestoneinthebody-buildingapparatusofthecurrentfamily,itisthebestchoiceofthefamilybuildingupbodydevice.Theexpertsbelievetheraceapparatusmarketwilltakehighpriceproductsastheleadingfactorinthefuture.Lowpriceproductsselltoogood,priceinrecentyearshadthetendencytorise.Payattentiontoconsumerswithfashionablelifeandthinkthepriceoftheraceapparatusisthenaturalthingabove1000U.S.dollars.Thesesignsindicatetheraceapparatuswillstillincreasecontinuouslyinthefuture.

Haveusedthethree-dimensionalentitysoftwareSOLIDWORKStocarryontheentitymodelingofthepartinthecourseofdesigning,designwiththeensemblearchitecture.somedesignofthepartsandassemblydrawingshadusedAutoCADtodesign.Designandincludethesupport,thebaseshelf,thecylinder,runboard,isitbringtorun,designconsultdomesticandinternationaleverybrandstructureanddesign,carryonaccuratecalculationbyorganizationtotransmission,anddesignstressshockattenuationsystematicimportanceandrunthestatic-prooffunctionalityoftheboardespecially,thedesignenablespersonswhoruntoexperiencethestrengthoftheraceapparatus.

Becauseoftheparticularityoftheraceapparatus,safeproblemisworthpayingcloseattentiontoer,howtousetheraceapparatuscorrectly,itisasimportantasmaintenanceoftheraceapparatus.

Keyword:

Overallstructure；Maintransfermachinery；Dampingsystem；Runboard；Run,machineuse；Multifunctiondesign

SignatureofSupervisor：

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。