多功能跑步机设计论文.docx

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1、摘要跑步机是家庭和健身房经常可以见到的的健身器材，是当今家庭健身器材中比较简单的一种，是家庭健身中有氧运动的最佳选择。未来跑步机市场将会普及并以人性化和环保为主，所以跑步机行业的研究设计和开发拥有较好前景。本课题调查和总结市场上现有的跑步机的优缺点，然后这些可以帮助和完成多功能跑步机的设计。设计包括支架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计的多功能跑步机具有便于搬运、结构简介、外观美观、设计人性化等特点。除此之外还介绍了跑步机的正确使用方法和保养方法，强调了使用跑步机时的安全问题，这对于以人性化发展为主的多功能跑步机来说是非常重要的。关键词：健身器材.；跑步机；多功能3前言I1总体方案设计21.1 基

2、本功能21.2 构造设计21.3 功能原理的确定21.3.1 传统跑步机的劣势21.3.2 电动跑步机的优势32传动结构及参数设计42.1 类型功率选择42.2 技术参数42.3 传动系统设计5231设计步骤52.3.2 多楔带带轮的选择82.3.3 带传动张紧装置的选择93前后滚筒113.1 前后滚筒设计113.1.1 轴的设计113.1.2 轴结构的设计123.1.3 强度计算133.2 滚筒要求134跑步版154.1 跑步版154.2 跑步带154.3 跑带调整154.4 跑台润滑油的添加165外型结构设计185.1 外型结构设计185.1.1 基架的设计185.1.2 支架的设计206

3、多功能设计226.1 扭腰盘设计226.2 连接机构设计236.3 旋转结构设计236.4 仰卧起坐架设计247跑步机控制系统257.1 系统总体设计结构257.1.1 控制系统257.1.2 系统功能257.2 跑步机控制器硬件设计257.2.1 电压控制器的选择257.2.2 控制芯片267.3 控制器软件设计268避震系统298.1避震系统设计299如何使用跑步机309.1跑步机的使用30总 结31致 谢32参考文献33前言有一句名言说的好：生命在于运动。要问现在市面运动最流行、最健康，那无疑就是跑步了。它是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式。跑步可以改善骨骼、心脏、心肌、肠胃等

4、器官的功能，是人们锻炼身体，预防疾病的法宝。户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式,只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑受到环境和工作条件的限制，变得很难进行，所以跑步机就成了时下健身最热门的健身器械。有了跑步机，我们不就不用因为天气的原因如下雨、下雪，也不用因为雾霾导致的空气浑浊影响健康无法出门跑步而烦恼。多功能自动跑步机是一种国际流行的健身器材。它能让使用者通过电动机的驱动散步或在跑步机上跑步，从运行形态看，几乎像通常步行或运行在地上,但实际的力量，人类的身体，它比步行或跑步对地面伸展的动作，让人觉得很安心的健身。随着科学技术的发展，电动跑步机增加各种电子辅助设备，具有多

5、种功能，可以使练习者体验到各种运行环境，如地面上跑，跑上坡，变速，甚至可以适应运行速度、时间、心率、热量、节奏，距离等指标显示，使健身者可以随时根据自己的身体状况来调整训练的强度。1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)，跑道的运方向与运动者的方向相反，但跑步带的运行速度一定要一致，这样使用者在使用时就可以无所顾忌的跑步，实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制：基本上是使用直流电动机驱动，通过半导体功率器件，使用脉冲宽度控制方式实现调速。1.2 构造设计多功能电动跑步机主要由机架、电机、开关电源、跑步带运行，其特点是支架垂直框架，彼此可以相互连接的前轴

6、和后轴，两端分别装在盒子里，鼓鼓的前后设置在前轴承分别前和跑带和跑板辑支撑皮带运行后，驱动轮紧贴在气缸的一端，前面的框架安装开关电源，动力、速度传感器安装在框架的毗连在从动轮上，皮带在连接电机壳孔板使用螺钉固定，另一端连接焊接在车架前孔上，仪表控制面板安放在扶手上，一并安装在顶部的脚手架上。1.3 功能原理的确定1.3.1 传统跑步机的劣势目前，有两种传统跑步机和电动跑步机。传统的跑步机，俗称“被动跑步机它是由使用者通过他或她的手臂、膝盖和踝关节的运动来驱动的。因为没有电动的基础，速度是由运动员自己控制。表面上这种运动似乎消耗更多的能量，但是实际的物理伤害比自然运行要高几倍。据专家介绍：跑在马

7、路上，每1000米，每只脚都要打98()次左右。当在传统的跑步机上跑步时，身体会有自己的体重、脚踝和膝盖的震荡。特别是肌腱，将不得不承担额外的扭矩，以确保跑步者向后移动。由于扭转过度集中在韧带、关节等关键应力区，更易引起慢性疲劳和损伤部位肌腱组织的损伤。许多传统的跑步机使用者发现，他们锻炼的时间越长，他们的腿跑得越多，行动就越困难。传统的跑步机是不是适合患者的椎体软骨，踝关节扭伤，骨肌腱炎、足底筋膜炎，由于长期运行可能会加重慢性扭伤的情况或加速膝关节老化。1.3.2 电动跑步机的优势健身房电动跑步机更昂贵，家用设备、健身器材运行机制有效地缓解了关节手术的薄弱环节，避免了损伤，与自然跑步相比具有

8、明显的优势。跑步时跑步，这样你的肌肉就会得到平衡的锻炼。由于跑步者的跑步方向与跑步者本身的运动一致，所以韧带的扭转被抵消，跑步非常舒适。儿童和老人也可以平衡和专注于锻炼。如果你增加运动量，你可以加快你的手和脚。使用电力来消除关节负荷不仅可以减轻体重，而且有助于身体在受伤后的康复。人们可以以不同的速度运行或行走，因为电机驱动皮带自动调整。正常生活中跑步和走路没有什么区别。从人体力学的角度来看，在电动跑步机上跑步,在跑步机上行走，在跑步机上行走可以节省能源。这就是让所有在电动跑步机上跑步的人感觉非常轻松的原因。此外，由于电子辅助设备的功能丰富，电动跑步机可以体验不同的操作条件，使人们在跑步机上体验

9、它。2传动结构及参数设计2.1类型功率选择跑步机的重量的锻炼体重0.7到2.3倍，和马力是用来维护用户的日常行走或奔跑的需要。一般建议，购买家用跑步机应当至少拥有1.5马力。(1HP=736W)才可满足家庭日常使用。此次跑步机设计标准为限重110kg,功率1.5HP。初步确定跑步机滚筒直径为60mm,所以最大转矩7；=尸 x L = 0.5x1 10x9.8x0.03 = 16.177V”1.5xlO3,=7.96/ s60 x jcTn 1 6.17 x 7.96 x 60 八。95509550=O.84KW为此采用ZYT42/06型永磁直流电动机，该型号的电动机是大功率跑步机中配套的专用动

10、力元件。该电动机具有转速精度高，调速方便，启动转矩大,运行平稳，噪音低，效率高的特点。并且在人在跑步机上运动时由于自身重量的产生冲击力，电动机仍然能够保持稳定的运行模式，让运动者感觉就像在日常跑道上运动是一致的。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6电动机特性曲线:图2-1直流电动机EFFWailsWallsVoltsAmpsRPM输入输出1.00-2500-2500-300-10.0-5000-0.90-2250-2250-270-9.0-4500-0.80-2000-2000-240-8.0-4

11、(X)0-0.70-1750-1750-210-7.0-3500-0.60-1500-1500-180-6.0-3(X)0-0.50-1250-1250-150-5.0-2500-0.40-1000-1000-120-4.0-2000-0.30-750-750-90-3.0-1500-0.20-500-500-60-2.0-1(X)0-0.10-250-250-30-1.0-500-0.00-0-0-0-0-0-ZYT42/06图2-2电动机特性曲线2.3 传动系统设计2.3.1 设计步骤传动系统需要的是定传动比匀速转动机构，适合选择带传动。减缓冲击，平稳运行，无噪声是带传动的明显特点。超负荷

12、时传动带会打滑，防止其他零件损坏。并且带传动中间结构简单，价格便宜，可推广的范围也大。这款电动机为永磁直流甩动机，传动功率P=112()W,电动机转速为nl=3400r/min,传动比定为i=2.1。由于跑步机传递功率较大传动的带轮又偏小。所以选择多槽带传动。(1)确定设计功率Pd：Pd= kap式2,KA工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间小于10小时，载荷变动小。根据参考文献3表11.5选择KA=1.2=1.2x1.12 = 1.341CW(2)带型号的选择：根据相应的设计功率和小带轮转速最后选择PJ型多槽带。(3)确定带轮直径del、de2 (有效直径)：小带轮有效直径：

13、以下数据根据参考文献4选择根据表 8-90 选 demin=20mm, e=1.2,根据表 8-91 选 del=33.5mm小带轮节圆直径：dpi = 4，i + 2Ae = 33.5 + 2 x 1.2 = 35.9m加大带轮节圆直径：dp2=idp = 2.1 x 35.9 = 75.39mmde2 = dp? - 2e = 75.39 -2x1.2 = 72.99mm由表 8-91,选 de2=71mm(4)计算带速v：V 60 x 1OOO式2.2带的速度：注意：带速增加时，带轮的离心力和离心应力都会增大导致单位时间内的应力循环次数N增加。带速减小时，因为P=Fxv/100,所以当P

14、一定时，F增大即张紧力增大。一般带轮速度v的正常范围是520m/s,最大28m/s。因为所求带速v=6.388m/s28m/s,所以符合要求。(5)初定中心距aO：中心距的大小对带传动的影响：中心距a越大，传动结构越大会引起掉带，原因是在跑步机上运动产生的震颤导致的。中心距a越小，带的长度越短会引起加速带疲劳从而损坏，较频繁的使用跑步机是主要原因。当传动比i较大时，包角较小对于V带传动，中心距a一般可取：0.7( +d21k aoV2(4y = 4/2)式之；73.15 Va0V2O9初定 a0= 150mm(6)确定带的有效长度Le：根据式LeO=2% +de2+de）+ 匕 j J式2.4= 2x150+164.07 4-2.34=466.41mm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。按式