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多功能 跑步 设计 全套 CAD 图纸

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基于Pro/E的多功能跑步机多功能跑步机设计摘要随着社会的发展，跑步机已逐渐成为家庭和健身房的站立设备，现在的跑步机健身都比较单调，而不是完美完全的人性化健身跑步机就是要创造一个倾斜的跑道，使人们在跑道上的倾斜不断地奔跑。这样的设计可以节省大量的时间，我们需要设计一种多功能跑步机，跑步机不仅可以跑步，还附带其他健身方法，此设计不仅可以让人们享受跑步的乐趣，也可以更有效地增强宪法的适应性，这跑步机不仅功能多样化，且使用安全、舒适，适合不同的人群都适用，通过材料可以在跑步机价格生产学习这种方式是非常便宜的，完全符合家庭环境，在跑步机上跑步的老对比做了很多优化设计，涉及传动带传动和齿轮传动等方面都与更精确的传输数据的加入，使得多功能跑步机运行稳定、安全舒适。摘要 随着社会的发展，跑步机逐渐成为家庭及健身房常备的器材，而现在的跑步机健身方式大多都比较单调， 并不能尽善尽美的完全人性化的健身,跑步机就是创建一条倾斜的跑道，使得人在这条倾斜的跑道上连续跑步，这样的设计可以节约很多时间，我们需要设计出一款多功能跑步机，跑步机不仅能够跑步，还能够附带其他的健身方式，这样子的设计不仅可以让人体验到跑步的快乐，而且还可以更有效率的增强健身者的体质，这种跑步机不仅功能多样化，而且用起来比较安全舒适，对于不同的人群都是适用的，通过对它的选材就可以了解到生产这样子一台跑步机价格是非常廉价的，完全符合家庭使用的环境，在与老式跑步机作对比的过程中对该多功能跑步机做了很多优化设计，在涉及传动方面的带传动和齿轮传动方面都是加入了比较精确的传动数据，使得该多功能跑步机运转起来平稳舒适安全。关键词： 设计传动； 优化设计 ；电动机On the base of PRO/E multifunction treadmillAbstractWith the development of society, the treadmill has gradually become the family and gym standing equipment, and now the treadmill fitness are relatively monotonous, and not perfect completely humanized fitness treadmill is to create a sloping runway, making people in the tilt of the runway on the continuous running. This design can save a lot of time, we need to design a multifunctional treadmill, running machine not only can run, but also to incidental to other methods of fitness, this design can not only to allow people to experience the joy of running.But also can be more efficient to enhance the fitness of the constitution, the treadmill not only functional diversification, and the use is safe and comfortable, for different groups of people are applicable, through the material can be learned this way in the production of a treadmill price is very cheap, in full compliance with the family environment, in contrast with the old treadmill on the treadmill did a lot of optimization design, relates to the transmission belt transmission and gear transmission aspects are joined with the more precise transmission data, making the multifunctional treadmill running stable safe and comfortable.Keywords: design transmission; Optimization design; motor目录摘要1第1章 绪论41.1课题背景41.2跑步机的现状41.3设计方法41.3.1原型初步设计41.4设计内容及其预期成果51.4.1基本要求51.4.2主要任务51.4.3 最终成果5第2章 总体方案设计62.1研究方案62.1.1老式跑步机的简介62.1.2多功能跑步机的基本原理62.2方案的对比和确认7第3章 传动装置的设计83.1电动机的选择83.2传动带的设计9第4章 轴的设计124.1轴的计算124.2计算传动装置的传动比124.2.1传动轴I的结构设计134.2.2校核该轴134.2.3精确校核轴的疲劳强度154.2.4轴III计算与校核204.2.5轴承的选择234.3.1轴I上键的选择234.3.2轴II上键的选择244.3.3轴III上键的选择24第5章 齿轮传动设计255.1齿轮的基本参数选择255.1.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数255.1.2按齿面接触强度设计255.2按齿根弯曲疲劳强度设计27确定计算参数275.2.1计算模数285.3几何尺寸计算285.4轴承的选择30第6章多功能跑步机重要部位力学有限元分析31356.2折叠功能的设计356.3扭腰盘设计36总结38致谢39参考文献40第1章 绪论1.1课题背景近年来随着人们的生活水平的提高，跑步机已经很普遍的陈列在很多家庭里，其原因是由于户外环境的污染严重限制了人们在户外活动的空间，据调查，一方面每天城市的大部分污染气体都来自于汽车尾气，而人们晨练呼入气体而生病的根端就是吸入了太多污染气体，所以人们在寻找一种可以不用到户外就能享受到舒适锻炼的感觉，所以室内锻炼越来越成为一种主流的健身方式，在经过多年的研究中发明了跑步机，但是跑步机却又完全限制了人们的活动空间，使得人们只能在单调的室内无聊的做着相同的动作，也因此很多人得了抑郁症，对锻炼身体彻底失去了信心，其原因就是因为跑步机作为一种锻炼工具，其锻炼持续时间过长，而且锻炼身体的方式有比较单调，使得人们厌倦了这种锻炼方式，本人就在想能不能设计出一种更多功能的跑步机，使得跑步机不再是那种单调的无聊的乏味的健身意图，最终经过我很长时间的思考最后选择在跑步机原有的基础上在增加一些功能，使得跑步机的健身方式不再那么单调，不会让健身成为某些人抑郁症的导火索，更多的是让健身成为一种乐趣，适合大众的，并能够是跑步机打到他本来的目的，不会给人压力感。另一方面人们的消费观念也在悄悄变化，人们在看待物质的眼光也在变化，人们的生活水品决定了人们的购买力，同时也决定了人们购买物品是考虑到的因素，跑步机作为一种家用的健身器材，人们会考虑它的实用性和耐久性舒适性，所以设计这款多功能跑步机同时也要考虑前面提到的需求性，使得最终设计的多功能跑步机能够满足社会的需求，最终赢得广大老百姓的亲睐。1.2跑步机的现状 现在的跑步机行业可谓是特别火爆的一个行业，人们对健身的渴望使得现在的跑步机现在呈现出几种趋势，有单功能的跑步机，单纯以跑步为主要目的的跑步机，这种跑步机比较枯燥乏味，还有就是价格比较贵，噪音比较大，有时也经常会发生安全问题，舒适度也是很低的。在设计方面还有很多问题，在家庭中使用不是很合理的，严重影响了人们的生活方式，人们现在的消费观念是绿色环保实用还有节能省钱，而现在的跑步机存在的诸多问题并不能满足人们的生活需求，所以跑步机市场迫切需要一次改革，出现一种新型跑步机来取代现在老旧的跑步机，使得这个很有潜力发展的跑步机市场增添活力。1.3设计方法首先根据大学四年所学的专业课知识活学活用充分结合实践通过网络了解跑步机的相关资料，然后根据跑步机的结构再深入了解跑步机的内部构造和运动原理，在同学和指导老师的帮助下完成多功能跑步机的谁，通过现有的跑步机的结构分析和运动原理确定自己跑步机的结构，最后进行类比，选出最优的方案，然后进行优化处理，最终保证其机械性能能够满足要求，具体设计步骤如下： 1.认识多功能跑步机通过对市场上的多功能功能跑步机的运动工作原理及跑步机的发展史的了解，初步了解到了跑步机的外形尺寸及其大致的结构和运动 功能。同时在学校图书馆的外文资源下载网站上查阅到了很多关于多功能功能跑步机的一些相关信息，并了解到了多功能跑步机的内部结构和很多核心的结构组成部分，比较出了多功能跑步机的共同优缺点，和多功能跑步机的共同性质和特征。2. 构思设计本次设计的过程中主要是基于原有跑步机的基础上在增加很多功能并对原有的多功能跑步机进行改进，考虑到最主要的是现在跑步机的功能都比较有限，不能合理的布局在跑步机的各个方位，所以增加一些新的功能，使得跑步机更适合大众化，主要增加多功能跑步机的折叠功能，仰卧起坐功能，扭腰功能等等，并在这些新的功能方面进行优化处理，选出最受大众欢迎的几种功能，考虑到多功能跑步机在设计过程中1.3.1原型初步设计我的设计思路是在原有跑步机的基础上再增加一些功能，并实现一种大众化的跑步机的设计，由于是从原有的基础上设计，最主要的问题就是增加哪些功能到跑步机上，并且这些新功能加到跑步机上怎么样布局才会最合理，所以最主要的就是要合理设计多功能跑步机的尺寸画出关键机构和联接部分的草图，并借助PRO/E和AutoCAD软件作出这些部分的准确图形，在准确的图形上再次分析布局的合理性，形成一个初期产品。再由指导老师的进行检验和建议后对缺陷和不合理的地方进行改善。在这个过程中借助PRO/E、AutoCAD、仿真软件。对我设计的多功能跑步机进行外观设计，并对重要的机构部件进行受力分析，计算尺寸，进行合理的强度和刚度校核，在根据要求设计出产品。1.4设计内容及其预期成果1.4.1基本要求 1.设计出一种便捷简单实用的多功能跑步机。 2.适用于大众需求，操作简单，价格实惠。 3.运用proe和autoCAD软件对零件进行建模并做装配和运动仿真。1.4.2主要任务1.功能设计2. 结构设计（零件图，装配图）3.运动仿真4.材料选用和校核5.市场调研1.4.3 最终成果 1.实现多功能跑步机的多功能化 2.绘制出多功能跑步机的装配图和零件图 3.利用proe软件对多功能跑步机做运动仿真 4.对重要零件进行受力分析和强度校核，使得多功能跑步机在使用过程中很环保，高效率。第2章 总体方案设计2.1研究方案2.1.1老式跑步机的简介 老式跑步机功能单一，靠普通电机实现运转，控制部分比较老旧，自动化程度低，工作方式比较单一，能耗比较大，工作效率低，产生的噪音比较大。 图 2-1 老式跑步机结构2.1.2多功能跑步机的基本原理 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仰卧起坐以及折叠功能来实现其多功能性。传动方式采用带传动机构，带传动具有制造简单、价格低廉、无噪声、适合跑步机的使用。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，因此本设计选择多楔带，连接电机输出轮与前滚筒轮，将动力传至跑步带，从而实现跑步带的移动。2.2方案的对比和确认最终通过两种多功能跑步机的对比，可以看出多功能跑步机更适应市场的需求和社会的发展需求，多功能跑步机通过电动机驱动齿轮传动，将动力输送到轴上，然后带动跑步带运转，是跑步爱好者在跑步带上随着跑带运动。多功能跑步机的三维图如下;图2-2多功能跑步机三维图多功能跑步机的主要尺寸选择是根据市场上用比较广泛的跑步机的尺寸定制的;我设计的多功能跑步机其长度为第3章 传动装置的设计 3.1电动机的选择 多功能跑步机的唯一动力源就是电动机了，电动机一般可以分为直流电动机和交流电动机。在选择电动机的时候最需要考虑的就是电动机的实用性，交流电动机不是很安全，比较容易坏，需要经常维护维修，噪音比较大，输出环境不太稳定，一般适用于商业上的中大型运动器材，虽然交流电机可以长时间运转，但是做为家用跑步机一般最多连续运转十个小时就已经够了。而直流电动机则是比较安全的，可以用很长时间，不容易坏，不需要经常维护维修，噪音比较小，输出环境稳定，运转平稳，波动小，可以让体验者有种安全感，一般适用于家庭中的跑步机的动力源。所以最终选择直流电动机作为本次设计的多功能跑步机的唯一动力源。然后在选择多功能跑步机的直流电机的功率。考虑到当人们在跑步机上跑动或走动时会对跑步机施加不同的作用力，一般人毁在跑步或走动的情况下对跑步板施加0.8-2.5倍的作用力，所以首先要计算出多功能跑步机的额定功率。 1马力=735瓦 (3-1)市场上的直流电动机的功率有很多种：1.5马力 , 1.75马力 , 2马力 ,2.5马力 , 3马力。而马力的作用就是为了在一定重量下为输出机构提供动力依据的一种表征，它和重量达到一种一对一的对应关系，使得电机实现一种负反馈。 一般人的体重上线可以设定为100Kg，一般1马力可以提供大约50Kg的重量，换句话说就是跑步机的功率应该设定为2马力，通过计算也就是1.5KW的直流电动机，考虑到当跑步爱好者在跑步机上跑步锻炼身体时，对与跑步板有一个非常大的冲击负载核，这就需要找到一种能搞转矩比较大，运行平稳，抗负载性能功能良好的电动机作为本次多功能跑步机的动力源，这种跑步机放在家庭中，必须是绿色环保的，并且无公害，噪音小，输出的效率比较高，让人在运动的过程中想快就快，想慢就能够平稳的慢下来，并且在市场上的性价比也是比较合理的，并且特别适用，考虑以上因素后，通过比较最终选择zyt42型号的永磁直流电动机作为我们多功能功能跑步机的动力源，这款电动机完全满足了以上的要求，当之无愧的成为了本次家用多功能跑步机的唯一动力源。表3-1电动机主要参数名称符号参数值额定功率P1.5kW满载转速n3400r/min伸出端直径D19mm伸出端安装长度Emm安装基础地脚螺栓距离125mm100mm工作电压U220V效率71%3.2传动带的设计 已知条件和设计内容： 设计传动带带传动时的已知条件包括,带传动的动作条件,所需传递的额定功率P,主动带轮转速n1。所选的工作部分的传动类型选择带传动,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，所以选择这个。 图3-1多功能跑步机跑步带三维图1.计算设计功率Pca PcaKAP 根据跑步机使用的特性，选择每天工作小时数10小时，载荷变动小最终选择KA=1.1见表8-9Pca=1.1*1.5=1.65kw (3-2)2.带型号的选择 根据计算功率Pca和带轮转速n1选择多楔带的型号由设计功率Pca=1.65KW和小带轮转速n1=3400r/min选PJ型多楔带。3.计算带轮直径d（基准直径）小带轮有效直径的计算：由表8-9demin=20mm,由表8-9选de1=33.5mm大带轮有效直径:小带轮节圆直径Dd1=de1+2e=33.5+2x1.2=36mm 由表8-9，e=1.2大带轮节圆直径dp2=idp1=2*33.5=67mmDd2=dp2-2e=67-2x1.2=64.6mm由表8-9，选dd1=63mm4.验算带速u u=dd1n1 /（601000） m/s 在这里如果带速度增加，相应的它的离心应力也会随着增加，单位时间内的应力循环次数也会随着增加。反而若带的速度降低，由功率公式可以知道当功率一定时，离心应力越大，张紧力也会越来越大。 根据计算好的速度，带速不宜过高或过低，一般应使u=5-25m/s最好，最高也不允许超过30m/s，因为更高的带轮转速会降低皮带的寿命和疲劳强度，使得皮带轮不能长久地使用，很容易出现带断裂，带的摩擦系数会降低。u=*36*3400/60*1000=6.4从计算的结果可以看出带速远远小于30m/s的最高限制，所以该设计的转速是合理的，可以采纳。5.初定中心距a0中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带的传递的平稳性，同时增大带的传动的整体尺寸，一般选择带传动的中心距为 0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2） 67.55a0193 初定 a0=160mm6.确定带的有效长度Le Le0=2a0+/2（dd1dd2）+(dd2-dd1)2/4a0 =2*160+151.505+1.45 (3-3)=472.96mm则带的有效长度选Le=470mm7.计算实际中心距及其变动范围。 传动的实际中心距近似为：a=a0+(Ld- Ld0)/2 (3-4)考虑到带轮的制造误差，带长误差，带的弹性以及带的松弛而产生的补充张紧的需要，所以带的实际中心距a为： a=a0+(Le- Le0)/2=160-1.48=158.52mm则a1=163.52mm a2=150.52mm8.计算小带轮上的包角11-（dd2-dd1 ）/a (3-5)=3.14-0.199=2.94rad所以选择比较合适。多功能跑步机跑步带三维图如下： 图3-2多功能跑步机带传动三维图第4章 轴的设计4.1轴的计算 根据所选电动机的额定功率为1.5kw，输出轴的转速为3400r/min，输入转矩约为1000N.m。市场调查，回转式贴标机每小时的贴标数量大约为4000050000件，输入转矩约为300400N.m。由公式 (4-1)可知，由此可以计算出工作机实际需要的功率为2.8kw根据计算出的功率查表2-41确定所选电动机型号为zyt42，满载转速为n=3400r/min，额定功率为p=1.5kw，。带轮轮传递效率为=0.97；一对滚动轴承的效率为=0.98；传动系的总效率：总 = =0.95驱动装置输出的功率： Pw =总Pe =0.95x1.5kW=1.425kW （4-2）在计算出的功率范围类，满足要求。4.2计算传动装置的传动比由选定的电动机满载转速nm和输出转速nw=400r/min，可得驱动装置总传动比为 (4-3)材料：选用45号钢调质处理，硬度为217-255HBs,许用弯曲应力=60MPa;查2表15-3取A=50mm4.2.1传动轴I的结构设计（1）计算轴I的运动学和动力学参数=0.712kW , =n=346.5r/min， =9550xN.m=19.62N.m=19620N.mm （4-4）（2）各轴段直径的确定由 =0.3mm （4-5） 选轴承60000，其内径为10mm，所以取；第一段为外花键，第二、四段装轴承；第三段装齿轮，又套筒定位；左端为内花键，内径7mm,外径10mm,由于轴肩高（0.070.1），取1mm，则； 外花键长6mm,60000轴承厚8mm，套筒1个，每个宽3mm，齿轮宽6mm，内花键段长12mm,考虑到外花键与第二段处轴承间设计长度，所以初取=37mm，=12mm。 综上所述：该轴的长度=49mm4.2.2校核该轴1.轴的应力分析跨距L=49mm=29mm，=12mm， 作用在齿轮上的转矩为： 小齿轮分度圆直径d1=64mm作用在齿轮上的圆周力为： （4-6）径向力为 （4-7）求垂直面的支承反力： （4-8）11N （4-9）求水平面的支承反力：由得 （4-10） （4-11）绘制垂直面弯矩图 （4-12） （4-13）绘制水平面弯矩图 =217x29=6293N.mm （4-14）=396x12=4752N.mm （4-15）2. 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 考虑最不利的情况，把直接相加 （4-16）取折合系数根据= （4-17）前已选轴材料为45钢，调质处理。查表15-1得=60MP则 此轴合理安全4.2.3精确校核轴的疲劳强度1.判断危险截面键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需校核齿轮安装处截面左右两侧需验证即可.2.截面左侧抗弯系数 W=0.1=0.1=100抗扭系数 =0.2=0.2=200截面的右侧的弯矩M为 （4-18）截面上的扭矩为 =980000m截面上的弯曲应力 （4-19）截面上的扭转应力 = （4-20）轴的材料为45钢。调质处理。由课本表15-1查得：， 因 ，经插入后得2.0， =1.31轴性系数为， =0.85K=1+=1.82 ， K=1+（-1）=1.26 （4-21）所以， ，综合系数为： K=2.8 ， K=1.62碳钢的特性系数 ， 取0.1 ，取0.05安全系数=20.17，=7.49 （4-22）=S=1.5 （4-23） 所以它是安全的。3.截面右侧抗弯系数 W=0.1=0.1=487N.mm抗扭系数 =0.2=0.2=974N.mm截面左侧的弯矩M为 M=126000MPa截面上的扭矩为 =980000N.mm截面上的弯曲应力 （4-24）截面上的扭转应力 =1.31 （4-25） K= K= （4-26）所以， ， 综合系数为：K=1.82 ， K=1.26碳钢的特性系数 取0.1 取0.05安全系数S=18.74 （4-27） S9.59 （4-28）=S=1.5 （4-29） 所以它是安全的。1.由前面的计算可知P2= p1=7.13x0.97=6.93kw，n2=100r/min （4-30）2.初步确定轴的最小径轴材料为45钢，调质处理取 （4-31）由于轴上开有两个键槽，轴的直径需要增大10%，故，取整得的d2=60mm3.齿轮圆周力： （4-32） （4-33）4.轴的结构设计轴头放到轴里边，但是不能穿过轴承与因此L139mm，我设计的尺寸为L1=35mm，轴肩承受轴向载荷不宜太薄，也不能太厚，因此我设计的尺寸为L2=30mm，第三段安装齿轮，根据齿轮宽度设计的尺寸为L3=60mm，最小段需要安装气动装置和圆盘，因此需要适当的长一些，因此我设计的尺寸为L4=520mm。各段尺寸如图4-5所示： 图4-5 轴II尺寸图5.轴上的载荷计算与校核： （4-34） （4-35）绘出H面的内的弯矩图由图可以看出最大弯矩发生在齿轮截面C上其值为： （4-36）绘出V平面内的弯矩图由上图可以看出V平面内的最大弯矩也发生在C截面上，但弯矩值有突变其值为 （4-37） （4-29）由于在H平面和V平面的最大弯矩都在C截面上，所以将C平面上的弯矩进行合成得到 （4-38） （4-39）绘制合成弯矩图绘制扭矩图轴在扭矩与弯曲组合变形下，按第四强度理论计算的强度条件5（式8-11）为： （4-40）所以只需则满足要求，查表12-42可知， （4-41） （4-42）可知d2=60时强度满足要求。由于轴II最小径上要安装一个气动装置，受轴向载荷，因此还要对其进行稳定校核6.稳定校核(1)最小轴的安装属于压杆稳定中的一端固定一端自由类型，查表14-15可知长度系数,最小轴长度为L4=520mm(2)计算最小轴的柔度，L4=520mm， （4-43）柔度 （4-44）对于45号钢，属于中柔度杆，故查表12-212可知45号钢a=461，b=2.57，代入上式计算得(3)计算最小轴的许可载荷 查表14-35可知稳定安全系数nst=1.83.0，取nst=2.0 （4-45）按重力加速度g=9.8N/kg计算，则许可承受的质量为（4-38）气动装置的比较轻其质量小于m，故最小轴满足稳定条件。4.2.4轴III计算与校核1.由前面算得P3=6.72kw,n3=200r/min,T3=320.88N.m2.求作用在轴上齿轮上的力 （4-46） （4-47）3.初步确定轴的最小直径 现初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理据表15-33，取A=110，于是得： （4-48）因为轴上应开1个键槽，所以轴径应增大5%-7%故取d=37.37mm，取最小径为50mm.4.轴的结构设计轴头直接与轴承接触，但是不能接触到底座内壁，因此L131，我设计的尺寸为L1=27mm，L2端是轴肩需要承受一定的轴向载荷，因此不能太薄，我设计的尺寸为L2=30mm，第三段是安装齿轮用的，根据齿轮尺寸，我设计的尺寸为L3=60mm，最小段需要伸出上工作台装零件，因此不能太短，根据需要我设计的尺寸为L4=250mm。各段尺寸如图4-6所示： 图4-6 轴III尺寸图5.轴上的载荷计算与校核： （4-49） （4-50），直齿轮的螺旋角=0，所以=0.轴承支反力 （4-51） （4-52）绘出H面的内的弯矩图由图可以看出最大弯矩发生在齿轮截面C上其值为： （4-53）绘出V平面内的弯矩图由上图可以看出V平面内的最大弯矩也发生在C截面上，但弯矩值有突变其值为 （4-54） （4-55）由于在H平面和V平面的最大弯矩都在C截面上，所以将C平面上的弯矩进行合成得到 （4-56） （4-57）绘制合成弯矩图，如下图绘制扭矩图，如下图轴在扭矩与弯曲组合变形下，按第四强度理论计算的强度条件5（式8-11）为： （4-58）所以只需则满足要求，查表12-42可知， （4-59） （4-60）可知强度满足要求。4.2.5轴承的选择1. I轴上轴承的选择轴I的大端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min轴I的端直径为50mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。2.轴II上轴承的选择轴II的大端直径为80mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N316E，内径为80mm，宽度为39mm，最大直径为170mm，基本额定动载荷Cr=245kN，油润滑的极限转速为4300r/min，轴II的小端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E，内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min。3.轴III上轴承的选择轴I的大端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min轴I的端直径为50mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。4.3各轴上键的选择4.3.1轴I上键的选择轴I上有一个将齿轮与轴连接在一起的平键，连接处轴的尺寸为60mm，依据此数据查表9-25可知当58d65时，键的尺寸为，故键的宽度为18mm，高度为11mm。4.3.2轴II上键的选择轴II上有两处使用了键连接，第一处是轴与齿轮连接，第二处是轴与圆盘连接，齿轮处轴的直径为70mm，查表9-25可知键的尺寸为，圆盘处轴的直径为60mm，查表9-25可知当58d65时，键的尺寸为.4.3.3轴III上键的选择轴III上有一个将齿轮与轴连接在一起的平键，连接处轴的尺寸为60mm，依据此数据查表9-25可知当58d65时，键的尺寸为。第5章 齿轮传动设计5.1齿轮的基本参数选择5.1.1选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数（1）选用直齿圆柱齿轮传动（2）为了满足精度需要选6级精度的软齿面（硬度）（3）大、小齿轮材料均选用碳素45（调质），硬度240HBS（4）小齿轮齿数为z1=20，小齿轮与大齿轮的传动比为2:1，所以大齿轮齿数为 z1=40，齿轮压力角均为a=,大小齿轮的三维图如下：图5-1多功能跑步机齿轮传动三维图5.1.2按齿面接触强度设计（一）、计算公式内的各数值 （5-1）两种材料都用钢时，有ZE=189.8代入上式有 （5-2） （1） 试选Kt=1.2（2） 小齿轮齿数取Z1=20,大齿轮齿数为Z2=40,单级齿轮传动对称布置，由表11-52选取齿宽系数（3） 计算作用在齿轮上的转矩 (5-3)（4）由图11-8查得按齿面硬度查得大、小齿轮的接触疲劳强度极限，（5）查表11-72查得安全系数SH=1（6）按预期寿命10年，单向运转，计算应力循环次数 (5-4)N2=N1/i=3.74x107 (5-5) （7）试算小齿轮分度圆直径，由公示（4-2）可以求出最小直径，其中得 (8)计算圆周速度v (5-6)(9)计算齿宽b (5-7)（10）计算齿宽齿高之比模数 (5-8)齿高 (5-9) (5-10)（11）计算载荷系数据 (5-11)8级精度，由图1083查得直齿轮由表102得使用系数由表104得8级精度，小齿轮相对轴承非对称布置由，查图10133得 (5-12)(12)按实际的载荷系数校正所算的分度圆直径 (5-13)圆整之后取d1=120mm（13）计算小齿轮模数m1 (5-14) 5.2按齿根弯曲疲劳强度设计 按公式： (5-15)确定计算参数 （1）计算载荷系数。 (5-16) （2）查取齿形系数 由表10-5查得齿形系数, （3）查取应力校正系数 由表10-53查得, （4）由图10-20c3查得小齿轮的弯曲疲劳强度极=570MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限=520MPa （5）由图10-183取弯曲疲劳寿命系数，（6）计算弯曲疲劳许用应力 查表11-72取弯曲疲劳安全系数S=1.3，则有： (5-17) (5-18)（7）计算大、小齿轮的 ，并加以比较 (5-19) (5-20)经比较大齿轮的数值大。 5.2.1计算模数 把数据带入式4-3可得对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的法面模数，取 m =6mm，已可满足弯曲疲劳强度。则： (5-21)则Z2=iZ1=405.3几何尺寸计算（1）计算分度圆直径 (5-22) (5-23)（2）计算中心距 a （5-24） 圆整故取a=180 （3）计算齿轮宽度 b= （5-25） B1=60mm，B2=120mm大、小齿轮各参数见下表大、小齿轮相关参数(单位mm)表5-1名称符号计算公式及说明模数m6压力角齿顶高6齿根高全齿高分度圆直径240齿顶圆直径齿根圆直径m=105m=225基圆直径=中心距5.4轴承的选择1. I轴上轴承的选择轴I的大端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min轴I的端直径为50mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。2.轴II上轴承的选择轴II的大端直径为80mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N316E，内径为80mm，宽度为39mm，最大直径为170mm，基本额定动载荷Cr=245kN，油润滑的极限转速为4300r/min，轴II的小端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E，内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min。3.轴III上轴承的选择轴I的大端直径为60mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N312E,内径为60mm，宽度为31mm，最大直径为130mm，基本额定动载荷Cr=142kN，油润滑的极限转速为5600r/min轴I的端直径为50mm，据此查表10-11可知选用轴承代号为N310E，内径为50mm，宽度为27mm，最大直径为110mm，基本额定动载荷Cr=105kN，油润滑的极限转速为6700r/min。第六章 多功能设计通过对多功能跑步机的轴做proe力学有限元分析可以看出，轴的主要受力分布在它的键槽附近，所以在校核轴的时候最主要就是校核轴的键槽部分，只有保证轴的危险截面才能保证轴能够安全运转。第7章 控制部分多功能跑步机的控制部分主要通过单片机进行控制，单片机可以控制多功能跑步机的启动停止调速功能以及多功能跑步机的LED显示屏幕的显示控制。单片机的P2口直接按时序（相位）输出控制信号到功率电路，再驱动步进电机，从而使得多能跑步机的电机各相绕组顺序轮流通电，令转子与定子带槽的小磁机极依次对齐，从而受控旋转。最终通过P2接口送入以实现多功能跑步机的顺逆时针的旋转。LED显示功能：采用用串行口工作方式0扩展出8位并行I/O口，驱动共阳LED数码管显示09。定时功能：主要采用51系列单片机的看门狗的计数功能以实现跑步机的定时运转功能。调速功能：通过PLC内部电位的调节改变实际输出的电压电流，再经过整流器和滤波器进行处理后，使得交流和直流之间相互转换从而改变频率以实现电动机的变频调速功能。第8章多功能设计6.1仰卧起坐的设计根据多年的实践，各式各样的仰卧起坐器材陆续出现在大众的视线中，仰卧起坐也成为青少年人群的最受欢迎的健身方式之一，仰卧起坐这项运动方式已经被广大群众所接受，现在大街小巷的公共场合都成列着一些健身器材，其中就包括了仰卧起坐架子，正是因为这种健身器材受欢迎程度已近非常高了，深受广大健身爱好者的喜爱，所以将仰卧起坐架安放在多功能跑步机上是非常好的一种创举，这样子完全节约了很多时间为健身爱好者，这样他们也就不用每天跑去公共场合排队等候这样非常基础的健身器材，仰卧起坐可以锻炼出人的腹肌，也是一种非常有效的健美的方式，在多功能跑步机上增加仰卧起坐功能可以增加多功能跑步机的功能多样性，仰卧起坐架的使用方式就是通过控制架固定人的双脚，并使人躺在跑步带上，人通过腹部的力量使得身体伸展和蜷缩，可以充分锻炼人体的腹部肌肉。在多功能跑步机上安装仰卧起坐架也可以适应不同的人群，可谓是不同的人群都可以使用的健身器材。图6-1多功能跑步机仰卧起坐支架6.2折叠功能的设计多功跑步机在前体支架和后体跑步带之间增加了一个铰连接，可以使得前体支架随着铰的导向范围旋转，最终使得前体支架和后体跑步带合为一体，这样子的设计不仅节省了很多空间，还使得多功能跑步机在搬运过程中更方便，更安全。图6-2多功能跑步机折叠功能铰链连接6.3扭腰盘设计在跑步机上增加扭腰盘的是一种特别好的选择，因为当跑步爱好者刚跑完步时全身都会因为肌肉缺氧而浑身酸痛，这时跑步者的肢体局部运动会带来很多的疼痛感，为了快速消除这种疼痛感觉，适当的的进行上下肢体运动才可以解决，而扭腰盘这个健身器材正好起到过度的作用，在人体刚做完剧烈运动后，像这种慢节拍的扭腰运动是非常有必要的，另一方面扭腰盘还有一种足疗的效果，人体脚底部有很多穴位，通过扭腰盘可以实现中医中比较 提倡的脚底穴位足疗，虽然现在很多公共场合都设置了很多类似于扭腰盘功能的健身器材，但是考虑到很多人时间有限，在家庭中不方便下楼到公共场合去锻炼身体，所以这款多功能跑步机正好解决了他们所面临的问题，足不出户就能够享受到在公共健身场所样能体验到的健身方式。 1.扭腰盘的表面材料是尼龙织物，其主要特点是表面摩擦比较大，抗载荷性能比较好。使用这种材料对于扭腰者的脚底有很好的按摩效果。 2.在选择扭腰盘的尺寸大小的时候，考虑到人脚的尺码最大都是42码的鞋子，所以扭腰盘的的直径选择为27cm，它的厚度可以根据每个人最大的重量为100Kg，所以其表面的重力为1000N，其扭矩为考虑到扭腰盘需要的转矩不是很大，并且受力主要受径向载荷和周向载荷，最后选用的轴承为深沟球轴承，其轴承代号：6301内径为12，外径为37，宽度为12，当量动载荷为1000，当量静载荷为1000，工作寿命800000. 图6-3多功能跑步机扭腰盘的三维图 总结随着社会的发展和人们日益增长的消费