家庭多功能跑步机的设计.docx

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家庭多功能跑步机的设计

家庭用多功能跑步机

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，是家庭健身器的常用选择。

现有的健身器一般都采用单一功能，对人体单一部位进行锻炼，而对那些要求全身得到锻炼的适应能力比较差，直接影响了个人身体的全面健康，现有的跑步机也是如此。

多功能跑步机也是通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动，从外形上看，几乎与普通跑步机一样，与普通在地面上跑或走一样，但除了注意功能外，其功能也凸显在多样化及全面性上了。

为此，该课题提出设计一部家庭用多功能健身器，以适应家庭健身需要。

本文基于家庭常用电动跑步机，分析其基本结构构造、机械原理，掌握各部件的基本特征及其各自之间的联系，在此基础上认识其功能的实现原理及基本特性。

对家庭多功能健身器从实际工作需求着手，针对现在产品中存在着规模大功能少等缺点，旨在实现家庭化，多功能化。

并基于此前提下通过优化设计尽力降低其成本价格，并努力缩小其使用及存放空间，在提高其运动价值基础之上使其体现出更大的美观及功能的多样性，展现其不同的市场价值，为更多的为消费者所接受。

关键词：

家庭用，多功能跑步机，机械结构，机械原理

目　录

2.2功能分析4

2.3优化方案设计5

2.3.1工作原理5

2.3.2优化方案设计5

第3章多功能跑步机的设计6

3.1跑步板的设计6

结　论9

谢辞10

参考文献11

附　录12

前　言

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。

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。

而且，家庭常用电动跑步机是没有时间和空间的限制的，能使我们尽情挥洒我们的汗水，锻造我们的体魄，迎接繁杂的挑战。

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。

近几年，市场上流行的健身器材种类很多，但流行不一定受欢迎。

有的健身器材功能单一，虽价格较低，但一般消费者认为并不划算；另外一些健身器材功能较多，但结构复杂，使用空间大，价格较高，大多数消费者又接受不了。

所以真正能进入家庭的产品并不是很多。

此次设计研究的目的就是为了研发出一种与现在市场上出现的健身器械不同的一部健身器。

克服功能单一，结构复杂，使用空间大，价格较高的缺点，提高使用效果，价格合理，占地小，噪音低。

希望此次研究能使大众百姓用理想的价格购买健身器的家庭跑步机，用一台机器达到多台机器的锻炼效果，增强人们的体质，给千家万户带来健康

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1章家庭用多功能跑步机简介

1.1多功能跑步机的功用及发展

1.1.1多功能跑步机的功用

随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意识逐渐增强，健身也成为人们日常生活中的重要组成部分。

然而在日常生活中难免有无法进行户外锻炼的日子。

坏天气，应酬太多，工作时间等等都让人们无法每天在户外进行必要的锻炼。

健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可锻炼身体的作用。

无论天气如何恶劣，无论白天黑夜只要拥有一台室内健身器便可以达到锻炼身体的目的。

而且跑步机结构简单，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。

1.1.2多功能跑步机发展现状

一个国家的体育消费水平决定了该国的体育市场的发展程度。

世界许多经济发达的国家家庭的体育消费都十分可观。

1994年，英国家庭体育消费为130亿美元，意大利为94亿美元，西班牙为81亿美元，德国为640亿马克。

1996年法国家庭体育消费为462亿法郎，占整个体育消费的49%。

相比之下我国的体育消费就很低了，据国家体育总局公布的《2001年中国群体体育现状调查报告》，我国城乡居民以家庭为单位全年体育消费平均为397.42元，其中用于购买家庭健身器械平均为92.09元，表明我国家庭健身器械的市场消费水平很低

从一个国家的人口总数和家庭所拥有的健身器械的比例来看，美国人口2.81亿，其跑步机一年的销量为300万台；韩国人口4600多万。

2002年跑步机销量为100万台；而中国拥有13亿，跑步机一年的销量仅在20万台左右，目前跑步机在中国家庭的普及率仅为1%。

虽然近年来，我国对于家庭健身器械的消费有所增长，但相比国外发达国家的家庭拥有量，还有很大的距离。

从国际视角比较来看我国在体育产值，体育消费水平及体育产业吸纳就业人口比重三个方面，与西方发达国家都存在较大的差距，这些问题直接或间接的反映了当前我国体育市场整体上还处于起步和初级发展阶段，近你那来家庭健身器械的总销售额虽有增长，却非常缓慢，同时也预示着家庭健身器械领域市场开拓的潜力巨大。

我国家庭健身器发展主要存在：

有效需求不足，健身器械市场主体不成熟，家庭健身器发展的市场机遇这些问题。

为此，本次设计打破常规，家庭用多功能跑步机可以满足各种需求，使其具有很高的市场竞争力和存活力，从而在健身器这一领域中占据重要位置。

第2章多功能跑步机优化方案设计

2.1结构简述

该跑步机是一款多功能组合健身器，属于保健器械。

该跑步机由脚蹬器，一组引体向上杆，拉力器，臂力杆及风扇组成。

主要由长方形钢铁底座，可伸缩圆柱形钢管，棉质座位组成，适合高矮不同的训练者进行各种耐力锻炼。

该跑步机功能多，占地面积小，噪音低，使用安全，是一种理想的健身器械。

2.2功能分析

跑步机的主要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，以适应不同跑速的选择。

如图2-2机构简图

图2-2机构简图

2.3优化方案设计

2.3.1工作原理

多功能跑步机的工作原理与传输机的工作原理极其相似，都是通过动力机构----发动机通过齿轮或带轮带动转动轴上的滚筒来带动传动带的转动。

但是，为了跑步时更加舒适，我特意为本次产品设计了电风扇，让消费者能更满意的锻炼身体。

2.3.2优化方案设计

方案一：

二级传动均选用齿轮传动

方案二：

二级传动均选用带轮传动

方案三：

一级传动选用齿轮传动，二级传动选用带轮传动

方案四：

一级传动选用带轮传动，二级传动选用齿轮传动

带传动是具有中间挠性件的一种传动，和齿轮传动相比，其优点为：

具有弹性，能缓冲，吸振，传动平稳，清洁，噪音小；过载时，带在带轮上打滑，防止其他零部件损伤，起安全保护作用；适用于中心距较大的场合；结构简单，成本较低，装拆方便。

但是，带在带轮上有相对滑动，传动比不恒定；传动效率低，带的寿命较短；不宜用于高速，可燃等场所。

齿轮传动结构的优点是能实现平行轴，任意角交错轴之间的传动，具有工作可靠，使用寿命长，传动比恒定，传动效率高，结构紧凑，周转速度范围和传递功率的适用范围广等优点。

但其对制造和安装精度要求较高，加工齿轮需要用专用机床和设备，制造成本较高，且不适用于远距离两轴之间的传动。

对照图2-2，为了使多功能跑步机的使用寿命更长，传动更平稳，结合带传动和齿轮传动的优缺点，通过对比四个方案，方案三更为合适。

第3章多功能跑步机的设计

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。

如图3-1跑步板长为20cm、宽为10cm、高位0.3cm

图3-1跑步板

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13cm;宽度应按照人体尺寸的肩宽度来确定，加上余量，设计为7.4cm。

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。

如图3-2跑步带圆弧半径为1cm。

图3-2跑步带

3.3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

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。

3.4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。

如图3-4支架

图3-4支架

结　论

通过这一周的机电设计制作，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的逻辑思维能力，培养了团结合作能力，一定程度上也让我意识到我的动手能力有待提高。

回顾此次机电设计制作，是以前所学知识的一个很好的总结，也是一个认识自我，完善自我，强化自我的一个新的开始。

此次家庭多功能

健身器的设计不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容，也结交了新的伙伴。

相信这次机电设计制作会对我今后的工作会有一定的帮助。

尽管制作的作品可能有些不尽人意，但至少过程是快乐的。

本次机电设计制作让我更加系统的了解多功能健身器方面的知识；能够加强家庭多功能健身器结构设计和功能部件的选型和设计计算；能够加强家庭多功能健身器的方法和理论；能够检验自己能否将学习的理论知识转化为实际应用；能够培养自己自学和与人合作的能力。

但是，经过此次机电设计制作我发现制作的作品和我所想的作品有很大的差别。

也体现了我在这方面动手能力的严重不足和细节方面的不够重视。

不得不让我想起“理想是美好的，现实是残酷的”这句话。

可能是包

括时间限制，材料限制，能力限制等客观因素，自我认为本次机电设计制作不算成功，也不算失败，只能算勉强过关吧。

除此之外，家庭用多功能跑步机还有很多的发展和研究空间。

不仅要向全面化、多功能的方向发展，也可以向数字化，虚拟化，娱乐化，便捷化等方向发展。

或许也会取得不错的效果。

谢辞

最后的最后我非常感谢我的授业老师和这次的机电设计制作的指导老师：

郭玉波老师和孙娟老师。

本次的机电设计制作能够顺利的完成，缺少不了指导老师的指导和帮助。

不仅为我们提出了许多合理化建议，也为我

们指出了我们习惯遗忘的注意事项，更为我们指出了我们的不足和缺陷。

让我们包含激情地进行我们的机电设计制作过程中，并乐在其中。

此外，我还要感谢我的搭档的支持和帮助，在设计制作过程中提出了许多合理化建议，和我一起共同完成了机电设计制作。

参考文献

[1]鲍莉.机械设计基础.郑州：

河南科技技术出版社，2013

[2]王坤等主编.机械设计、机械设计基础课程设计.北京：

高等教育出版社，1995

[3]北京科技大学，东北大学，等工程力学.北京：

高等教育出版社，2008

[4]邓星钟，机电传动控制，华中科技大学出版社，2001

[5]王坤.何小柏.汪信远.课程设计.北京：

高等教育出版社，1995

[6]孙小捞.邱玉江等主编.PROE4.0中文版教程.北京：

人民邮电出版社,2010

附　录

1.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4-1张紧装置

2.滚筒结构

图4-2滚筒结构图

3.作品效果图

图4-3作品效果图

图4-4作品效果图图4-5作品效果图