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1、多功能跑步机设计毕业论文多功能跑步机设计毕业论文 第一章 绪论生命在于运动，健康源于运动。跑步是目前非常流行的一种有氧健身运动，它在医学界和体育界享有高度评价，它是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式。近年来，健康越来越成为人们关注的焦点，健身器材产业随之蓬勃发展，跑步机的出现，一方面满足了人们在室进行跑步锻炼的需要：另一方面由于省去了蹬伸动作比在陆地上多跑1/3的路程，能量消耗也大于陆地训练。此外户外跑步条件的不断被缩减，城市污染的逐渐严重，汽车尾气排放于大街小巷，使我们生活的环境中越来越缺少鸟语花香和清新空气，又由于运动场地还未普及，我们对于户外跑步的兴趣越来越少。因此家中备置跑步机

2、，或者到健身房锻炼成为了一种时尚。跑步机，它分为机械式跑步机和电动跑步机。年龄较大的人员可以选择机械型跑步机，它是一种主动式的跑步方式，跑步的快慢由自己掌握，使用者可根据自身状况进行散步、慢跑或快跑。年轻人可以选择电动跑步机，它是一种被动式的跑步方式，根据自身体能首先设定跑步速度，强行训练者按此速度进行跑步。机械跑步机是依靠跑步者脚与跑步带的摩擦力带动来运行的，简单的说电动跑步机是依靠电机带动跑步带运行。电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，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

3、、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，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，您可根据您的锻炼目的进行选择。一台多功能跑步机是由跑步机、划船器、卧式健身车、立式健身车、放松机、腰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。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。因此，本次对多功能跑步机进行重新设计，本设计先通过预估后进行

4、强度计算进行校核，通过大量的计算和校核，设计出既牢固、简洁又合理美观的部传动结构和外部基架结构的设计，并对多功能设计的结构也做了一定的设计，尽量弥补一些传统跑步机所存在的缺陷。第二章 总体方案设计2.1基本功能设计跑步机的基本功能是构建一条运动的跑带，跑道的运动方向与运动者的跑步方向相反，并且能达到相对速度保持相同，这样能使运动着相对静止的在跑步机上，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，使用脉冲宽度控制方式实现调速。在跑步机的基础上通过增加一些部件来增加其它功能从而达到实现多功能的目的。其基

5、本功能设计包括跑步、仰卧起坐等。2.2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1。同时在支架上安有扭腰

6、盘和伏地挺身架使机器实现其多功能性。图2-1 跑步机外型图2.3功能原理的确定表2.1跑步机功能分解多功能可折叠电动跑步机跑步功能跑步系统带传动电动调节坡度坡度调节系统齿轮齿条+杆机构手动实现折叠折叠系统杆机构手动辅助锻炼辅助锻炼系统轴与轴承手动安全防护安全防护系统 安全带，防滑道，急停开关控制选项电控系统 另行设计 对机器的动力功能，传动功能，执行功能进行功能分解。功能分解的目的是有更多的方案解用来参考，以便找到最优的设计方案。动力功能 传动功能 执行功能2.4小结 电动跑步机就是构造在电力作用下使电机带动一条跑带运动，使运动者在原地进行跑步锻炼，既提供了跑步运动环境，又节省了空间。本设计在

7、构造设计上主要在单一跑步机的外形基础上通过改变、添加构件等方法来实现实用方便、功能多样化等。第三章 传动结构及参数设计3.1电动机类型功率选择电机是整台机器的动力源，跟心脏对人体的作用一样的重要。电机的种类很多，使用交流电的有三相异步电动机、步进电机、交流伺服电机，使用直流的有永磁无刷直流电机、永磁直流电机、直流伺服电机等。结合机器在跑步时要噪音小、输出稳定、使用时间长等要求，采用步进电机2。步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。且一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积；电机外表面允许的最高温为130度以上，耐高温；步进电机可以超出其额定值围工作。但选择时不应偏离额定值太远等优点。

8、正是由于步进电动机具有上述一系列优点，在本设计中电动跑步机选择以步进电机作为驱动电机。此跑步机设计标准为100公斤，则电动跑步机转用电动机ZYT42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。初步确定跑步机滚筒直径为60mm，所以最大转矩转速次/s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

9、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），调速围宽，低速性能（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。3.3传动机构设计步骤及参数选择 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。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=34

10、00r/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，图3-1为多楔带传动示意图：跑步系统由支架，电机，电控系统，带轮，多楔带，滚筒，轴，轴承，跑带，安全防滑道，安全带等部分组成，电控系统控制电机旋转带动带轮转动，通过带传动，实现一级变速。机器开始运行后跑带带动人在其上奔跑。通过两滚筒间距调节预紧跑带。跑带采用防滑带，带两侧设有防滑道，系统设置急停开关，以防止意外发生。跑步机是由电机带动，则跑步者须与跑带节奏保持一致，在跑步时出现意外，要迅速的使跑步带停下来，所以在跑步机设计时要尽多的考虑安全问题。防滑道跑带多楔带轮图3-3 多楔带

11、传动示意图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，19994。 （1）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=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8-90选demin=20mm，由表8-91选de1=33.5mm，大带轮有效直径：小带轮节圆直径：dp1

12、=de1+2e=33.5+2*1.2=35.9mm由表8-90，e=1.2大带轮节圆直径 dp2=idp1=2.1*35.9=75.39mmde2=dp2-2e=75.39-2*1.2=72.99mm由表8-91，选de2=71mm（4）计算带速v：按式 （3-2）验算带的速度 =m/s=6.388m/s注意：v 离心力、离心应力FQ单位时间的应力循环次数Nv P=Fv/100可知，P一定时，F紧力 一般v在525m/s，最大30m/s，在815m/s较好,所以v=6.388m/s30m/s，适合。（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0.7（+）p1 故按p2计算轴承寿命。温度系数ft由9-4得ft=0.85。 轴承适用4.8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5.0mm壁厚的优质钢管，光洁度达到0.8以下11。滚筒均有防静电处理，滚筒外部经防锈处理，前后滚筒的外形如图4-9、4-10所示。图4-9 前滚筒图 4-10 后滚筒4.8小结整个结构的设计用SOLIDWORKS进行三维的实体设计，使设计简单化和设计化，使设计的跑步