机械毕业设计615多功能自动跑步机机械部分设计论文Word文档下载推荐.docx

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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。

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。

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0.8~2.5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50~60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，低速性能（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。

2.2.技术参数

型号ZYT42/06电压220VDC

功率2.0HP电流不大于9.8A

转速3400±

7%转向逆时针

绝缘等级F级

图2-1电动机外型图

L1=28.5L2=272

电动机特性曲线：

表2-1电动机特性曲线

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=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，1999

1、确定设计功率Pd

Pd＝KAP（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8-9

Pd=1.1*1.5=1.65kw

2、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8—21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+2△e=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=67mm

de2=dp2-2△e=67-2*1.2=64.6mm

由表8-91，选de2=63mm

4、计算带速v

v=πdp1n1/（60×

1000）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N↑

v↓—→P=F×

v/100可知，P一定时，F↑—→张紧力↑

一般v在5～25m/s，最大30m/s，在8～15m/s较好

V=∏*36*3400/60*1000=6.4<

30m/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）≥a0≥0.7（de1＋de2）（3-3）

67.55〈a0〈193

初定a0=150mm

6、确定带的有效长度Le

Le0=2a0+∏/2（de1＋de2）+（de2-de1）2/4a0

=2*150+151.505+1.45

=452.96mm

由表8-52，选Le=450mm

7、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+（Le-Le0）/2

=150-1.48

=148.52mm

则a1=153.52mma2=140.52mm

8、计算小带轮包角

α1≈∏-（de2-de1）/a

=3.14-0.199

=2.94rad

9、带每楔所传递的额定功率及其增量

由带型，de1=33.5mm，n1=3400r/min按表8-55用插值法计算的

p0=0.14kw

由i=2,n1=3400r/min,有表8-55用插值法计算得

△p0=0.02kw

10、计算带的楔数

由表8-56用插值法计算Kα=0.97，KL=0.78

Z=1.65/（0.16*0.97*0.78）

=13.63

由表8-51选取Z=12

11，有效圆周力

FT=Pd/v*103

=0.26*103

=260N

12．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*260*0.995

=406.16N

多楔带带的选择

图3-1多楔带

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（d为轴的直径）时

2）腹板式：

带轮基准直径小于300～350mm时

3）轮幅式：

带轮基准直径大于300～350mm时

带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型