多功能自动跑步机（机械部分设计）【6张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】
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目 录
绪论 - 1 -
第1章 总体方案设计 - 2 -
1.1. 基本功能 - 2 -
1.2. 构造设计 - 2 -
1.3. 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 - 4 -
2.1. 类型功率选择 - 4 -
2.2. 技术参数 - 4 -
小结 - 5 -
第3章 传动机构设计 - 6 -
3.1. 设计步骤及参数选择 - 6 -
3.2. 多楔带带轮结构和尺寸选择 - 9 -
3.3. 带传动的张紧装置的选择 - 11 -
小结 - 12 -
第4章 外型结构设计 - 13 -
4.1. 基架的设计 - 13 -
4.2. 支架的设计 - 14 -
4.3. 前后罩 - 16 -
小结 - 16 -
第5章 前后滚筒 - 17 -
5.1. 轴承的计算 - 17 -
5.2. 轴结构的设计 - 17 -
5.3. 强度计算 - 18 -
5.4. 滚筒要求 - 19 -
小结 - 20 -
第6章 跑步板及跑步带设计 - 21 -
6.1. 跑步板 - 21 -
6.2. 跑步带 - 21 -
6.3. 跑带调整：两个螺栓调整法 - 21 -
6.4. 跑台润滑油的填加 - 22 -
小结 - 23 -
第7章 避震系统的设计 - 24 -
小结 - 25 -
第8章 多功能设计 - 26 -
8.1. 扭腰盘设计 - 26 -
8.2. 连接结构设计 - 26 -
8.3. 旋转结构设计 - 27 -
8.4. 仰卧起坐架的设计 - 28 -
小结 - 29 -
第9章 使用和维护 - 30 -
9.1. 跑步机的维护与保养 - 30 -
9.2. 如何使用跑步机 - 30 -
小结 - 31 -
致谢 - 32 -
参考文献 - 33 -
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，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。电跑使您在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动的乐趣......
第1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。
- 内容简介：
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多功能自动跑步机（机械部分）宋小斌（机械设计制造及其自动化01-2班） 摘 要：本文介绍了时下健身最热门的健身器械电动跑步机的设计。跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道（跑步带），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。 关键词：总体结构，基架设计，支架设计，跑步板及跑步带，避震系统，使用和安全。一、引言 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、为适应当时国情而开发的具有“中国特色”的过渡产物。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。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。用电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。电动跑步机系机电一体化产品，采用汇编语言编程，用计算机控制，系国家鼓励的发展行业。该产品的发展带动了钢管制造、塑料制品、电子工业，电机工业等系列发展，使人们身体锻炼不受场地、环境、气候的制约，寓体育锻炼于休闲娱乐之中，全面提高国民身体素质。该产品制作过程中，无污染物及有害物质产生，外采购钢铁、塑料配件，电子元器件组装，是绿色制造产业。电动跑步机近年来也开始进入家庭，例如汇祥牌电动跑步机在中、小城市的销售量逐年增量超过50%，许多富裕起来的城乡居民纷纷选择这一优越的健身方式，一大批人性化设计的跑步机正在问世，通过电子技术、计算机技术、制造设备工装的改造革新，其发展空间很大，是一种有可持续发展前途的产品。二、结构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。（一）电动机类型与参数的选择 当人在跑步机上跑步或走路时，跑步机所承载的重量是人体重的0.82.5倍，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過80公斤，則应选2.0持续(continuous)馬力以上的跑步机。此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。（二）传动机构的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，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。（三）基架和支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，基架和支架全部采用焊接结构。基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。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。在设计中特意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。支架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。（四）跑步板及跑步带设计电动跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成。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。基板由高密度或中密度纤维板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纤维板时，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，导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性，跑步带国际防滑型，运动时安全可靠跑步机，其实就是提供一个跑步的面积，所以绝对要在乎跑步带面积的大小，左右宽度及前后长度都要够，否则无法自然迈开步伐，跑起來弯扭不顺畅，更容易跌倒。根据人体运动工学推算，45cm宽X130cm长，应是一个合宜的参考面积，然后再依个人的实际条件做增减。有不少厂商生产加码跑步机，跑台加宽，左右踏条增大，以营造物超所值得虚胖假象，但最重要的跑步带面积并没增加；所以焦点要放在跑步带面积上。理论上來说，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。跑台润滑油的添加1、减小跑步带和跑步板之间的摩檫力，保护跑步板表面的耐磨涂层，延长跑带、跑板的使用寿命。 2、减少跑步机的电能消耗。 3、让用户在运动时更流畅。 （五）避震系统的设计现在高级跑步机的最大卖点之一就是避震系统，所以设计和改进跑步机避震系统首当其冲，是设计思路和技术攻克的重点。跑步的“头等大事”就是要保护好膝盖跑步鞋具有缓冲减震的效果就是这个道理。使用跑步机比起在户外路跑最大的好处是：跑步机它提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用冲击力，保护了膝盖关节。跑步机的避震方式采用具弹性的橡胶垫将跑台和底座框架垫隔开，使跑台成悬吊状态，进而产生吸收震动的功能而达到避震的效果。因此避震效果是否可以有效的展现发挥，完全得看跑步机的基座結构是否牢靠稳固。所以采用了足够牢固的钢材规格，结构撑架以焊熔连接，没有采用螺栓，在基座结构上再加上橡胶垫和橡胶尾套，使整个基架又对力产生一个缓冲，实现二级缓冲！本设计中跑步板采用高密度纤维板，本身也提供一部份的吸震功能，但厚度至少需有2.5公分以上，以确保在吸震同時，不因冲击而龟裂，另外在使用时可在跑步机的支撑点下，加铺具有弹性的铺垫，以增加避震效果。（六）多功能性一机多能，在锻炼中穿插多个项目的训练，可以减少乏味和单调性，同时能起到不同的锻炼目的。但是一味的强调多，也会影响健身的准确性。所以适当的添加一两个项目，对跑步机的整体性能起到画龙点睛的作用。在此设计中添加了扭腰盘和仰卧起坐架，结构简单，不会影响跑步的面积。（七）使用和安全 跑步机的特殊性，决定正确使用跑步机的重要性 1 在练习跑步机之前，简单的做些准备活动，主要做一些腿部肌肉、关节的准备活动就可以了，比如侧压腿、活动脚腕等。2即使在家中练习跑步机，也要穿运动装和运动鞋进行练习，不要光脚练习。3不要乱开玩笑。超负荷锻炼,必须全神贯注,全力以赴,乱开玩笑会转移运动者的注意力。4 会使用急停。三、结束语本文介绍的多功能跑步机借助三维实体软件进行了零件的设计和总结构的装配，并进行了产品海报的渲染制作。整个结构参考了现流行的符合人体工程学设计，跑台宽敞舒适，为家庭健身器械贡献一份力量。参 考 文 献1 王三明主编.机械原理与设计课程设计。北京：机械工业出版社，20052 邹慧君主编.机械原理.北京.高等教育出版社，19993 申永胜主编.机械原理教程.北京.清华大学出版社，19994 张伟社主编.机械原理.西北工业大学出版社，20015 邹慧君主
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