多功能电动跑步机设计说明书.docx

1、多功能电动跑步机设计说明书多功能电动跑步机设计学生姓名：黎耀鸿 班级：0781051指导老师：熊丽娟摘要：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

2、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：The Design of Multifunctional TreadmillStudent name: Li Yao Hong Clas

3、s: 0781051Supervisor: Xiong Li JuanAbstract: The race apparatus is the family and apparatus always on the alert of gymnasium, and the simplest one in the body-building apparatus of the current family, it is the best choice of the family building up body device. The experts believe the race apparatus

4、 market will take high price products as the leading factor in the future. Low price products sell too good, price in recent years had the tendency to rise. Pay attention to consumers with fashionable life and think the price of the race apparatus is the natural thing above 1000 U.S. dollars. These

5、signs indicate the race apparatus will still increase continuously in the future.Have used the three-dimensional entity software SOLIDWORKS to carry on the entity modeling of the part in the course of designing, design with the ensemble architecture. some design of the parts and assembly drawings ha

6、d used AutoCAD to design .Design and include the support , the base shelf , the cylinder , run board, is it bring to run, design consult domestic and international every brand structure and design, carry on accurate calculation by organization to transmission, and design stress shock attenuation sys

7、tematic importance and run the static -proof functionality of the board especially, the design enables persons who run to experience the strength of the race apparatus.Because of the particularity of the race apparatus, safe problem is worth paying close attention toer, how to use the race apparatus

8、 correctly, it is as important as maintenance of the race apparatus.Key word: Overall structure；Main transfer machinery；Damping system；Run board；Run , machine use；Multifunction design Signature of Supervisor：绪论 1第1章 总体方案设计 21.1. 基本功能 21.2. 构造设计 21.3. 功能原理的确定 3小结 3第2章 电动机类型与参数的选择 42.1. 类型功率选择 42.2. 技

9、术参数 5小结 6第3章 传动机构设计 73.1. 设计步骤及参数选择 73.2. 多楔带带轮结构和尺寸选择 103.3. 带传动的张紧装置的选择 12小结 13第4章 外型结构设计 144.1. 基架的设计 144.2. 支架的设计 154.3. 前后罩 17小结 17第5章 前后滚筒 185.1. 轴承的计算 185.2. 轴结构的设计 185.3. 强度计算 195.4. 滚筒要求 20小结 21第6章 跑步板及跑步带设计 226.1. 跑步板 226.2. 跑步带 226.3. 跑带调整：两个螺栓调整法 226.4. 跑台润滑油的填加 24小结 25第7章 避震系统的设计 26小结 2

10、7第8章 多功能设计 288.1. 扭腰盘设计 288.1.1 连接结构设计 298.1.2 旋转结构设计 298.2. 仰卧起坐架的设计 31小结 31第9章 使用和维护 329.1. 跑步机的维护与保养 329.2. 如何使用跑步机 32小结 33参考文献 34致谢 35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，

11、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。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。跑步机在健身者运动时能显示出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。跑步机双面宽厚的跑带带给您草地般舒适感觉，马力强劲的电机带给您澎湃恒久的动力，灵敏的控制器配合芯片使您在跑

12、步过程中随心所欲，坚固的钢架以及防爆冲装置使您的安全尽在掌握。电动跑步机使您在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动的乐趣.第一章. 总体方案设计1.1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。 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

13、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、

14、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

15、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

16、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13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。第二章. 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

17、步机所承载的重量是人体重的0.82.5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5060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过80公斤，则应选2.0持续(continuous)马力以上的跑步机。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

18、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。直流电动机PWM调速原理图如图2-1所示。图2-1直流电动机PWM调速原理图2.2 技术参数型号 ZYT42/06 电压220 VDC 功率 2.0 HP 电流不大于9.8A转速34007% 转向 逆时针 绝缘等级 F级图2-1 电动机外型图L1=28.5 L2=272电动机特性曲线：表2

19、-1 电动机特性曲线小结： 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。第三章. 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

20、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，19991、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=1.65kw2、带型号

21、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8-90demin=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+2e=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=67mmde2=dp2-2e=67-2*1.2=64.6mm由表8-91，选de2=63mm4、计算带速v v=dp1n1 /（601000） m/s （3-2）注意：v 离心力、离心应力FQ单位时

22、间内的应力循环次数Nv P=Fv/100可知，P一定时，F张紧力 一般v在525 m/s，最大30 m/s，在815 m/s较好V=*36*3400/60*1000=6.430m/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 ）a00.7（de1de2） （3-3）67.55a0193初定 a0=150mm6、确定带的有效长度Le Le0=2a0+/2（de1de2）+(de2-de1)2/4

23、a0=2*150+151.505+1.45=452.96mm由表8-52，选Le=450mm7、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=153.52mm a2=140.52mm8、计算小带轮包角1 -（de2-de1 ）/a=3.14-0.199=2.94rad9、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p

24、0=0.14kw由i=2, n1=3400r/min,有表8-55用插值法计算得p0=0.02kw10、计算带的楔数由表8-56用插值法计算K=0.97，KL=0.78Z=1.65/（0.16*0.97*0.78）=13.63由表8-51选取Z=1211、有效圆周力FT= Pd/v*103 =0.26*103=260N12、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

25、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300350mm时3）轮幅式：带轮基准直径大于300350mm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

26、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=2.340.03 槽角=40o0.5o 楔顶圆角半径rb,最小值为0.2，槽底圆弧半径rt最大值为0.4，检验用圆球或圆柱直径db=1.50.01,2X公称值为0.23，2N最大值1.22，f最小值为1.8，有效线差公称值e=1.2径向跳动公差0.25，槽间直径差值最大0.16。n槽数为12。带轮宽=11*2.34+1.8*2=

27、29.34MM3.3 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3-1张紧装置本跑步机中心距是可调的：a=a0 + (Le- Le0)/2=150-1.48=148.52mm则a1=153.52mm a2=140.52mm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。3.3.1 跑步机动力传动原理图如图3-2所示 小结： 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。 第四章. 外型结构设计4.1.基架的设计为了保证整个系统的稳定性和减震系统的有效性，基架全

28、部采用焊接结构。基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。支架，滚筒的选择，以及前后ABS塑料罩等等，都是依据基架的尺寸和形状设计的，所以设计开始首先考虑基架的设计，进行样式，结构，还有尺寸的确定。主要是通过调研，看现有市场上的跑步机的基架结构的流行设计，在此基础上进行自己产品的开发，少走弯路，紧跟市场，在尺寸的确定方面参考了人体运动工学推算，45cm宽X130cm跑带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑电机的尺寸，传动机构带传动的中心距离，电机的安装，前后滚筒的位置，PWM调速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等等，设计了上图的基架，在设计中特意

29、将两边框设计了足够的宽度，以此为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外也为万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。图4-1 基架4.2 支架的设计支架设计分为上下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。支架包括扶手，仪表安装辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接于辅助连杆上。与基架的连接采用螺栓连接，方便位置的调整和拆装。底部安有橡胶垫和尾套，保证平衡，最重要的是实现减震的二级缓冲。图 4-2 上支架图 4-3 下支架图4-4 总支架 4.3 前后罩旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安

30、全性，同时为了技术保护和美观，前后罩使用ABS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。图 4-5 前罩图 4-6 后盖小结： 整个结构的设计用美国SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS进行三维的实体设计，使设计简单化和设计化，可以把工作的精力都放在设计上而不是复杂的制图上。第五章.前后滚筒5.1 轴承的计算轴承类型：深沟球轴承，轴承代号：6301 轴承参数：轴承内径：12，轴承外径：37，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。工作参数：径向载荷：406.16，轴向载荷：0，使用寿命：30000，工作转速：1819.8，载荷系数：1.5。计算结果：当量动载荷：609.24当量静载荷：609.24 计算寿命：169505.2 轴结构的设计滚筒轴属于固定心轴只承受弯矩M0；不承受扭矩T=0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。结构设计应满足的基本要求a-轴与轴上零件应具有准确的工作位置定位要求b-轴上零件应易于装拆和调整安装调整要求c-轴上零件的固定应牢固可靠紧固要求d-轴应具有良好的制造工艺性工艺要求e-应尽量减少应力集中提高疲劳强度的要求轴的各部分结构名称制造安装要求为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴。