电动跑步机的设计Word文件下载.docx
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随着生活水平的提高，人们的健身意识随之增强。
由于城市生活的快节奏和局限性,跑步机机进入了人们的视野。
跑步机结构简单，使用方便,节省空间，是城市生活健身的最佳选择。
而且在运动过程中，与实际陆地运动相比，可减轻疲劳感从而增加能量消耗,达到更好的运动健身效果。
希望此设计对于处在工薪阶层的有运动渴望,却没有足够的运动空间和运动时间的人士来说是个好消息。
1.2国内外的研究现状和发展趋势
目前，美国仍旧是世界上最大的单个健身器材消费市场，亚太地区则是市场增长最快区域，2009年全球的健身器材销售中，跑步机的销售额也突破30亿美元.我国的健身器材行业自上世纪80年代末以来，经过多年的不断调整与发展，生产的室内健身器材产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场。
第2章总体方案设计
2。
1功能分析
跑步机的功能就是构建一条运动的跑道，跑道运动的方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持大小相同，这样就能够实现运动者在原地进行跑步锻炼了。
为实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制进行选择:
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.速度范围为0。
8～12km/h，并设有3、8、12三个速度直选键。
图2-1机构简图
2.2跑步机的基本结构设计
电动跑步机主要由电动机、机架、跑步板、跑步带及仪表控制盘组成，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焊接于框架前端的孔板上，一端连接在电动机外壳的孔板上，另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。
另外支架上安装有仰卧起坐架，实现仰卧起坐功能。
图2-1设计总图
第3章跑步板与跑步带的设计
3。
1跑步板的设计
电动跑步机的跑步板，它由基板以及高密度导电耐磨板构成。
基本是高密度纤维板,强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好，本身也提供一部份的吸震功能.导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高;
又可随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，避免静电对人体的不舒感和对跑步机造成的损害.导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。
导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。
复合耐磨金属板则更牢固.复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨.
3.2跑步带的设计
跑步带是电动跑步机的一个重要部件,跑步带的性能好坏直接影响跑步机的质量，影响跑步效果。
要求跑步带抗延展性好,使用寿命长，不易变形.因此跑步带可以采用双层PVC十单层胚布材料。
跑步带的尺寸应满足跑步这一功能的需要,长度方向应让人能轻松迈开步伐，根据人体运动工程学推算,设计为1300mm；
宽度应按照人体尺寸的肩宽度来确定,加上余量，设计为450mm.理论上来说，在相同的马力条件下，如果跑步机所能提供的跑步带面积越大，且整台实际的占地面积越小，应是较佳的设计。
3跑步台润滑油的添加
润滑油的添加主要达到以下目：
1、降低跑步板与跑步带之间的摩擦力及保护跑步板表面的耐磨涂层，以达到延长跑步带与跑步板的寿命.
2、充分降低跑步机运行的电能损耗。
3、让机器运行更加流畅,增强使用舒适性。
润滑油的质量要求:
耐高温、黏度高、不易挥发.
使用方法：
1、掀开右侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上,控制用量为10ml。
2、左侧同右侧使用相同的操作方法。
3、人站在跑步机上随着跑步带一起运动的同时，使脚有意识的踏压跑步带下涂有润滑油的区域，以使其在跑步板上散布均匀。
润滑油添加频率：
正常情况下，每六个月润滑一次。
注意事项：
不能过量加注润滑油，防止因摩檫力太小，跑步带和传动滚筒之间出现打滑，从而影响其正常使用。
图3-1跑步板与跑步带
跑步带和跑步板的设计是设计的重点，因为它们不仅要提供一个舒适宽敞的跑步平台,还要考虑它们之间存在的摩擦问题,以及由摩擦而产生的静电问题，通过在细节的设计上，提供一个真正健康的锻炼平台。
第4章电动机的功率类型选择
4.1功率分析
当人在跑步机上跑或走路时，跑步机实际承载了人体体重的0。
8~2。
5倍的重量,而电动机提供的马力（1马力=735W），就是在这样载荷下，能够满足并维持运动者所选择的运动速度,使人能够在跑步机上走跑自如。
通常情况下，跑步机的一个马力大约能提供50～60公斤的载荷，同时马力还与跑步带面积大小有直接关系.跑步机马力越大，能够带动的跑步带面积也就越大，在综合衡量效率与安全性后，一般建议家用跑步机合适的持续马力至少1.5马力以上，如果家人体重有过80公斤，应选持续马力2.0以上的跑步机。
此跑步机设计标准为100公斤，选用2。
0马力的ZYT42/06型永磁直流电动机。
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.在调速方便（可无级调速）,调速范围宽,低速性能，运行平稳，噪音低，效率高.
4。
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4-1电动机外型图
电动机特性曲线：
表4—2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,因此驱动电机的需提供低转速大转矩.而健身的人跑步快，但是重量轻，因此驱动电机需提供高转速小转矩机。
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5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。
5。
1设计步骤及参数选择
ZYT42/06是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，所以选则多楔带。
【10】
1、确定设计功率PA
PA＝KAP（4—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
PA=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PA=1.65KW和小带轮转速n1=3400r/min选取,根据书上表，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=35.9mm
由表8—90知，△e=1.2
大带轮节圆直径dp2=idp1=2*35。
9=71。
8mm
de2=dp2-2△e=71。
8—2*1。
2=69。
4mm
由表8-91，选de2=63mm
4、计算带速v
v=πdp1n1/（60×
1000）m/s（3-2）
一般v在5~25m/s，最大30m/s,在8～15m/s较好
V=∏＊35.9＊3400/60*1000=6。
39〈30m/s,合适
5、初定中心距a0
对于V带传动，中心距a一般可取
2（de1＋de2）≥a0≥0.7（de1＋de2）（3-3）
72。
03〈a0〈205.8
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+161。
553+2.148=463.701mm
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=8mm,△max=5mm
a=a0+（Le-Le0）/2=150—6.85=143.15mm
则a1=148。
15mma2=135。
15mm
8、计算小带轮包角
α1≈∏-（de2-de1）/a=3。
14-0.24=2.9rad
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=0.02kwp=0。
14+0。
02=0。
16
10、计算带的楔数
由表8-56用插值法计算Kα=0。
97,KL=0。
78
Z0=PA/（p＊Kα＊KL）=1。
65/（0.16＊0.97*0。
78）=13。
63
由表8-51选取Z=12
11、有效圆周力
F=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。
57Kc=0.995
则Fr=Kr*F=1。
57＊260*0。
995=406.16N
根据计算，跑步机传动机构选择12PJ450多楔带
图5—1PJ型多楔带
5.2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,根据带的型号确定轮槽尺寸
则小带轮D=33.5选取实心式，大带轮D=63选取腹板式
小带轮随电机一起购买。
规格：
P12PJ33.5
以跑步机大带轮P12PJ63为例确定其结构和尺寸:
要求带轮每毫米有效直径的轮槽轴向圆跳动公差值为0.002mm。
轮槽表面粗糙度Ra的最大允许值为3.2。
槽距e=2。
34±
0。
03轮缘宽度f最小值为1.8，n槽数为12。
带轮宽=（n—1）＊e+f*2=11*2.34+1.8＊2=29。
34mm。
5.3带传动的张紧装置的选择
传动中心不可变时，采用张紧轮
，传动中心可调时，采用滑轨+螺旋或者浮动轴.
表5-3张紧装置
本跑步机传动中心距是可调的，范围在140。
52—--153.52之间，则通过螺栓的前后移动来调节电机的前后移动,从而实现带的调紧和放松。
第6章外形结构设计
6.1支架的设计
支架在跑步机中起到支撑其他部件的作用,支撑着整个跑步机。
跑步机的支架一般分成底部支架和上部支架两部分，通过插拔的形式安装和拆卸，目的是包装时节省空间,材料采用空心钢管，连接为焊接，保证稳定性。
底部支架与地面接触，为了实现二级缓冲，通常会在其上按有橡胶垫和尾套；
上部支架是两条斜安装的管,支架还包括扶手,仪表安装，辅助支架等。
支架的设计如下图所示:
图6-1
（1）上支架图
6—1
（2）下支架
图6-1（3）总支架
6.2前后罩的设计
为保证安全性,同时为了技术保护和美观，必须将电动机与跑步带隔离开来。
前罩使用工程塑料，美观，有质感，能起到有效的防护作用.设计基准为基架，通过螺钉与基架连接，方便安装和维护维修。
如下图所示:
图6-2
（1）前罩
图6—2
（2）后罩
6。
3仰卧起坐架的设计
根据美国医疗协会报导，做仰卧起坐对人体新陈代谢有绝对的帮助,其可增进肺部运动量因而提升免疫力.此设计结构简单,与支架焊接在一起，平稳坚固、使用简单,属于很大众化的设计，对强化胸部、腰部大小肌肉,消除腹部赘肉最有效,在锻炼中与跑步配合，使跑步机不再成为乏味的单一运动器械，而且结构位置丝毫不影响跑步带锻炼。
图6—3仰卧起坐架
整个结构的设计SOLIDWORKS2006进行三维的实体设计，使设计简单化和真实化，可以把工作的精力都放在设计上而不是复杂的制图上。
第7章前后滚筒的设计
7.1轴承的选择和计算
本方案采用的是滚动轴承，它是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、功率消耗少、润滑简便、易于交换等优点，所以获得广泛的应用。
它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。
轴承类型:
深沟球轴承,轴承代号:
630
轴承内径:
30，轴承外径：
40，轴承宽度:
12,额定动载荷:
7480，额定静载荷：
4650,极限转速：
22000，润滑方式：
脂润滑。
7。
2、轴结构的设计
滚筒轴一般只承受弯矩，不承受扭矩，轴的毛坯一般用圆钢或锻件.
轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸，要满足工艺要求,定位要求,安装调整要求,紧固要求,抗疲劳强度要求。
为了方便轴上零件的拆装，常将轴做成阶梯轴，轴端和各轴段的端部加工成倒角，易安装零件。
轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是：
强度高、刚度好、应力集中的敏感度小,抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。
轴的材料主要采用中碳钢35或45钢和合金钢20Cr或40Cr等.
最常用的是45＃钢，它具有较高的综合机械性能。
此设计采用45＃钢。
图7-1前后轴
7.3强度计算
由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时,应取T=0。
【12】由于是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力.所以固定心轴的许用应力应为1。
7[σ—1］.
FQ=2zFosinα/2=2＊2＊90＊sin178°
/2=360N
根据公式:
M=FQL/2
最大弯矩：
M=0。
68＊360/2=122。
4N.M
抗弯截面系数：
W=∏＊d4/64=[3.14*（0。
03）4/64］=4*10-8
强度：
P=M/W=122.4/（∏*d4/64）=122。
4/4*10-8=30。
6MPa
材料采用45号调质钢许用弯应力为102MP30.6MPa<
102MPa
则通过设计能承受足够的工作强度。
4滚筒要求
主动滚筒的外圆全跳动小于0.33mm，从动滚筒的外圆全跳动小于0。
25mm。
滚筒均采用2.1mm壁厚的优质钢管，光洁度达到0。
8以下。
滚筒均有防静电处理。
滚筒外部经防锈处理。
图7-2滚筒结构图
第8章跑步机使用和维护
8.1如何安全使用跑步机
1、将电源线插头插入带有安全接地的电源插座中，电动跑步机的电源线是专用的，若电源线发生损坏，请尽快与厂家联系.
2、跑步机为室内健身器材，请勿室外使用，若阳台使用，务必防雨防暴晒.摆放场所要干净平整,注意防潮,注意勿将跑步机放置厚地毯一类物品上,以免影响跑步机底遮板空气流通。
3、在练习跑步机之前，准备活动比较简单，主要做一些腿部肌肉、关节的准备活动就可以了，比如侧压腿、活动脚腕等。
4、当你使用跑步机时，请勿站在跑带上启动。
启动前,你可以站在跑带两边的修饰护条上，等跑带开始运动之后再在跑带上运动。
启动速度不宜过大,不要试图跳上快速运转的跑带上。
5、使用跑步机时，请穿运动装和运动鞋进行练习，不能穿太长，太宽松的衣服，以免衣服挂到跑步机上造成安全事故。
建议穿有胶底的跑步鞋或健身鞋锻炼。
6、速度不宜过快，健身时间不宜过晚，健身后要有适当的放松活动，健身活动不要在饭后进行。
7、跑步机在使用时，请勿让小孩和宠物靠近，以免发生意外。
未成年人及老人跑步时需有成年人在旁陪护。
8、跑步机在不使用时，应把电源线插头拔掉收好。
8。
2跑步机的维护与保养
1、在您第一次或定期使用本电动跑步机时,请用润滑剂涂在跑步带的内表面，以减少相互间的磨擦阻力，减轻电动机的负荷。
每六个月进行润滑。
2、使用前确保运动鞋干净，使用完后在跑步机的各部位用干净的抹布清洁，除灰尘，以维护各零件正常运转的性能。
3、定期地检查跑步机的各个螺钉、螺栓及螺帽,若有松动，请立即用工具锁紧固定。
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［19］哈尔滨工业大学。
《理论力学》,2010
致谢
历时三个多月，在我的指导老师XXX老师的悉心指导下，终于完成了我的毕业设计。
整个过程中虽然感到很累，但同时也很开心，每天都有收获、每天都有进步，这段时间感觉过的特别充实,心里也特别踏实,好想一直这么走下去。
很希望我的大学生活每天都像这样充实，可是现实很残酷，时光不可能倒流,世界上也没用卖后悔药的,随着毕业设计尾声的接近,预示着我们的大学生涯至此结束。
现在感觉心里特别的感伤，但很幸运的是通过这次毕业设计使我抓住了大学的尾巴，为我的大学时光留下了深刻美好的回忆，在此特别感谢XXX老师，孔老师渊博的知识，严谨的治学态度和孜孜不倦的精神深深地影响地着我，由于我的毕业设计是在我就业实习的过程中完成的，不能够当面向老师请教,但孔老师经常给我打电话指导我的论文写作,使我克服了许多障碍,顺利地完成毕业设计.
此外，我还要感谢设计小组的所有同学的帮助和支持，他们在我的资料整理，设计制作过程中提出了很多建议，帮助我一起共同完成毕业设计。
感谢机械设计制造及其自动化08级本科二班的全体同学!
我们一同走过了四年难以忘怀的岁月,缔结了永恒而真挚的友谊，希望我们都拥有美好的未来!
在此我要深深感谢我的父母，是他们给于了我生命,并且多年来在各方面对我的大力支持,使我能够安心于学业直至毕业设计的完成。
再次衷心感谢各位老师和同学的帮助，谢谢大家!
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