多功能跑步机机械结构设计（全套含CAD图纸）
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I多功能跑步机机械结构设计II摘要跑步机是家庭日常生活经常用到的器材，它具有结构简单、可靠性高等优点，已广泛用于各场所和家庭。根据人体工程学而设计的跑步机，符合一般人的健身要求，这样的设计科学合理。本题目是休闲娱乐类跑步机,安全性能高的跑步机。跑步机在现今市场上依旧比较少见，其原因主要在于其市面已有结构设计部分不合理，使用的稳定性不高。至此导致市面上多为跑步机较为少见。此次课题设计，力求设计出优于市面原有的产品，完善跑步机的缺点，真正意义上的让跑步机推广出来。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IIIABSTRACTTHEPORTINGOFOPERATINGSYSTEMISTHESIGNIFICANTSEGMENTOFEMBEDDEDSYSTEMDEVELOPMENTTHEWRITERGIVESOUTPROCESSANDMEANSTOTRANSFORMTHEEMBEDDEDLINUXOSWITHROOTFILESYSTEMINTOTHEHARDWAREPLATFORMBASEDONARM9COREFIRSTOFALLINTRODUCEDBASEDSONS3C2410SSYSTEMHARDWARECOMPOSITIONANDLINUXSCRUXOFAMATTERCOMPOSITION,AFTERWARDSHOWANALYSEDTRANSPLANTINGLINUXUPTHETARGETPLANKMEANSTOGETHERWITHMOVE,ANDFINALLYESTABLISHSADOCUMENTSYSTEMBYMEANSOFTHESTRINGTRAINRIMNETRIMORJTAGSRIMBAKESTILLTHETARGETPLANK,ANDTHATSYSTEMCOSTISLETEDDROPWORKISSTEADYDTHECOMMONALITYISPOWERFUL,USABLEMUCHKINDSOFINDUSTRYSITUATIONSBEINGLIVINGBECAUSEOFTHEPARTICULARITYOFTHERACEAPPARATUS,SAFEPROBLEMISWORTHPAYINGCLOSEATTENTIONTOER,HOWTOUSETHERACEAPPARATUSCORRECTLY,ITISASIMPORTANTASMAINTENANCEOFTHERACEAPPARATUSKEYWORDSOVERALLSTRUCTURE；MAINTRANSFERMACHINERY；DAMPINGSYSTEM；RUNBOARD；RUN,MACHINEUSE；MUTI_FUNCTIONDESIGNIVV目录摘要IABSTRACTII第1章绪论111课题背景112目的和意义313构造设计314功能原理的确定415种类分析416本章小结5第2章电动机的选择及外形结构设计621类型功率选择622技术参数623设计步骤及参数选择724多楔带带轮结构和尺寸选择925基架的设计1026支架的设计1127前后罩1228本章小结13第3章前后滚筒1431轴承的计算1432轴结构的设计1433强度计算1534滚筒要求1535本章小结15第4章跑步板及跑步带设计1641跑步板1642跑步带1643跑带调整16VI44跑台润滑油的填加1745本章小结18第5章多功能设计1951扭腰盘设计1952连接结构设计1953旋转结构设计2054仰卧起坐架的设计2055跑步机的维护与保养2156如何使用跑步机2157本章小结22结论23致谢24参考文献251第1章绪论11课题背景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跑步机的名称始见于唐代，而跑步机的形象则要上溯到汉魏时传入北方的胡床。敦煌285窟壁画就有两人分坐在跑步机上的图象；257窟壁画中有坐方凳和交叉腿长凳的妇女；龙门莲花洞石雕中有坐圆凳妇女。这此图象生动地再现了南北朝时期器材、凳在仕宦贵族家庭中的使用情况。尽管当时的坐具已具备了跑步机、凳子的形状，但因其时没有器材、凳的称谓，人们还习惯称之为“胡床”，在寺庙内，常用于坐禅，故又称禅床。唐代以后，跑步机的使用逐渐增多，跑步机设计子的名称也被广泛使用，才从床的品类中分离出来。因此，论及器材、凳的起源，必须从汉魏时的胡床谈起。高承事物纪原引风俗通称“汉灵帝好胡服，景师作胡床，此盖其始也，今交器材是也”。后汉书。五行志一“汉灵帝好胡服、胡帐、胡床、胡坐、胡饭京都贵戚皆竟为之”。这两段记载可证，我国古代跑步机的出现当在汉灵帝时期（168189年）。胡床在魏晋南北朝至隋唐时期使用较广，有钱、有势人家不仅居室必备，就是出行时还要由侍从扛着胡床跟随左右以备临时休息之用。1996年之前,电动跑步机都是国外产品，进入家庭的大都是由自行车厂改制的生产厂制造的机械跑步机,国人对价格几万乃至十几万元的进口电动跑步机望而生畏。1993年以后，随着国际产业结构的调整，韩国企业向我国转移，首先是山东祥和集团公司利用该地区电机、控制电源生产的优势，于1994年组建了专厂，通过充实机加工2能力，结合国内外信息，祥和集团于1995年生产出了全部为自制部件的家用电动跑步机，并于次年的南昌体博会上参展。被誉为第一个民族品牌的汇祥电动跑步机，当年产量达到七千台，销量达到五千台，开了生产国产电动跑步机的先河。通过不停的技术改造，到2004年达到了年产十万台的生产能力，同年销售跑步机48万台，产值9360万元，销售收入7200万元，同时完成了ISO9001及欧盟CE认证，并被评为山东名牌产品。汇祥电动跑步机为扩大生产规模，合理利用生产资源，先后为一些国产企业贴牌生产，极大地提高了电动跑步机的国产占有率，也为众多企业提供了发展样品，带动了整个行业的蓬勃发展。目前，生产电动跑步机的企业集中在长江三角洲、山东半岛及粤、闽沿海地区，总数约为50余家，其中具备规模的约为15家，而合资、独资企业约占50。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。以胡锦涛为总书记的党中央大力倡导建设和谐有序的发展环境，电动跑步机的发展就紧贴这一主题，为带动行业结构调整发挥着重要作用。通过进入小康社会的国民收入提高，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。促进国民经济健康增长的三大要素为消费、投资、净出口。而电动跑步机的发展，在其中占有很大比重。随着国内恩格尔系数的不断降低，人们由衣食住行向提高生活质量发展，电动跑步机将是国人健身的优选器材，因为，从国外的经验看，在电动跑步机上进行平衡锻炼已经成为时尚。从国民经济分类看，体育消费属第三产业，近年增速连续超过10，而且速度逐年加快。体育健身的消费拉动国民经济增长的份额必然会继续增加。这种健身消费涵盖较广，既有居民消费又有公共消费（如健身俱乐部等），它的消费增速超过20，其中，电动跑步机超过40，具有较强的发展势头。国外电动跑步机制造业从上个世纪七十年代后期起步，与我国同类产品相比，除款式多样化及附加功能开发上比较占先外，其他差距较小。例如钢材，我国宝钢、鞍钢等生产的带钢均达到或超过国际标准，其配套的钢管制作也达到国外标准，电机等电跑配件通过消化吸收，我们从材料到新款开发均在国际先进行列。因此，电动跑步机不同于飞机、汽车行业，与国外先进水平几乎没有多大差距。由此，国际著名电跑生产企业日益关注，已经开始让我国企业为其进行贴牌产品生产。虽然发展势头不错，但是国产电跑在国内外市场上的境遇还是有差别。而国产电动跑步机在国际市场上竞争力不强的主要原因，则是缺乏名牌产品效应。而与国外企业相3比起步较晚、一些小企业假冒伪劣产品生产对市场的冲击等原因，也削弱了国产电动跑步机的市场竞争力。目前，国际著名品牌爱康、力健、必确、太空、赛百斯等纷纷涉足中国市场，有的斥巨资投资建厂，并以较高的品牌知名度向国内企业施压，在此情况下，尽快促进电动跑步机名牌产品的崛起，不失为政府对电动跑步机民族工业的一个有力推动，也是推动民族品牌和国产产品提高国际市场竞争力的一大捷径。在电动跑步机国际市场竞争白热化的情况下，国产产品能否取胜，与名牌战略能否及时有效推进关系密切。全民健身计划的有力推进，奥运经济对体育消费的拉动，有效地带动了体育产业的长足发展，对提升中国体育用品公众认知度具有深远意义，对包括电动跑步机在内的体育用品业的发展，对促进体育用品业行业的整体提升，构筑规模效益，进入全球市场，都将提供一个大舞台，体育健身事业和奥运经济都在呼唤中国名牌，电动跑步机也在呼唤中国名牌。12目的和意义本设计的主要目的在于本设计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。本设计的主要意义在于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。图12电动机外型图13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，4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。14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、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。15种类分析跑步机价格较为廉价，已然普遍到各家各户，随着“时尚、运动、健康、绿色、环保”理念的深入人心，跑步机类产品的设计、材料、工艺、款式也跟随市场需求，新材料、精加工、巧构思、高品质和高附加值的跑步机精品不断涌现。跑步机不但成为人们的代步交通工具，而且进入运动、休闲、娱乐、时尚领域，并融入更多的科技、文化元素，成为所有家庭的必备用具。跑步机发展，在使用功能上说变化已很少了，现代跑步5机的主要发展在于机架的造型行变化，表面的处理如烤漆、商标的变化使其外观更美；对自机上的每一个零件进行精雕细琢的改进，使其更合理、美观；对跑步机的材料上的选用与开发。由此致使跑步机功能上的变化也没有很大的改变。16本章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。6第2章电动机的选择及外形结构设计21类型功率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0825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5060KG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15马力以上，如果家人的体重有超过80公斤，则应选20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ZYT42NEMA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。22技术参数型号ZYT42/06电压220VDC功率20HP电流不大于98A转速34007转向逆时针绝缘等级F级图21电动机外型图L1285L22727电动机特性曲线图22电动机特性曲线23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P15KW，主动轮转速为N13400R/MIN传动比定为I21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1确定设计功率PDPDKAP31式中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10H，载荷变动小。KA11PD1115165KW2带型号的选择对于多楔带的型号可根据设计功率PD165KW和小带轮转速N13400R/MIN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选DE1335MM大带轮有效直径小带轮节圆直径DP1DE12E33521236MME12大带轮节圆直径DP2IDP1233567MM8DE2DP22E67212646MM选DE263MM4计算带速VVDP1N1/601000M/S32注意V离心力、离心应力FQ单位时间内的应力循环次数NVPFV/100可知，P一定时，F张紧力一般V在525M/S，最大30M/S，在815M/S较好V363400/6010006430M/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2DE1DE2A007DE1DE2336755A0193初定A0150MM6确定带的有效长度LELE02A0/2DE1DE2DE2DE12/4A0215015150514545296MM选LE450MM7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。中心距的调整量为MIN5,MIN8AA0LELE0/215014814852MM则A115352MMA214052MM8计算小带轮包角91DE2DE1/A3140199294RAD9带每楔所传递的额定功率及其增量由带型，DE1335MM，N13400R/MIN用插值法计算的P0014KW由I2，N13400R/MIN，用插值法计算得P0002KW10计算带的楔数用插值法计算K097，KL078Z165/0160970781363选取Z1211有效圆周力FTPD/V103026103260N12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KR157则FR157260099540616N多楔带的选择，如图23所示图23多楔带1024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32，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实心式带轮基准直径小于3DD为轴的直径时腹板式带轮基准直径小于300350MM时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，根据带的型号确定轮槽尺寸则小带轮D335选取实心式，大带轮D63选取腹板式小带轮随电机一起购买。规格P12PJ335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0002MM轮槽表面粗糙度RA的最大允许值为32。槽距E234003，槽角40O05O，楔顶圆角半径RB,最小值为02，槽底圆弧半径RT最大值为04，检验用圆球或圆柱直径DB15001,2X公称值为023，2N最大值122，F最小值为18，有效线差公称值E12径向跳动公差025，槽间直径差值最大016。N槽数为12。带轮宽112341822934MM25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，如图25所示。11图25基架26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，如图26，27，28所示。图26上支架12图27下支架图28总支架27前后罩旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安全性，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，如图29，210所示。13图29前罩图210后盖28本章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。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。14第3章前后滚筒31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40616，轴向载荷0，使用寿命30000，工作转速18198，载荷系数15。计算结果当量动载荷60924当量静载荷60924计算寿命1695032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T0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。结构设计应满足的基本要求轴与轴上零件应具有准确的工作位置定位要求轴上零件应易于装拆和调整安装调整要求轴上零件的固定应牢固可靠紧固要求轴应具有良好的制造工艺性工艺要求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1为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴。2为使轴上零件易于安装，轴端和各轴段的端部应有导角。3轴的形状和尺寸力求简单，以便于加工。4轴上磨削的轴段有砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应有推刀槽；轴的材料轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。轴的材料主要采用中碳钢35或45钢和合金钢20CR或40CR等。最常用的是45钢（含碳量045），它具有较高的综合机械性能。此设计采用45钢。轴的设计包括两个方面结构设计使轴具有合理的结构形状，良好的加工工艺性。15强度计算保证轴在载荷作用下不致断裂或产生过大的变形。轴的结构设计轴的端部应有45倒角，以便安装时对中，防止锐边划手。轴的结构设计主要根据以下几个方面轴上零件的配置；轴上零件的固定；轴上零件的装拆；轴的加工工艺性。轴上零件的固定可分为两个方向周向固定传递扭矩和运动。采用过盈配合。轴向固定防止零件在运转时产生轴向移动。图31滚筒结构33强度计算由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取T0。由于是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力。所以固定心轴的许用应力应为171。最大弯矩M054/230081NM抗弯截面系数WD4/6431400124/642108强度M/W81/D4/6481/210840MPA材料采用45号调质钢许用弯应力为102MP40102则通过设计能承受足够的工作强度。34滚筒要求主动滚筒的外圆全跳动小于033MM，从动滚筒的外圆全跳动小于025MM。滚筒均采用21MM壁厚的优质钢管，光洁度达到08以下。滚筒均有防静电处理。滚筒外部经防锈处理。35本章小结滚筒要求做动平衡调节、动平衡精度高，噪音低，准确性高，强度好，应力集中的敏感度小，性能要求制作高，保证在载荷作用下不致断裂或产生过大的变形，滚筒均有防静电处理。滚筒外部经防锈处理。1617第4章跑步板及跑步带设计41跑步板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，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨。42跑步带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。43跑带调整两个螺栓调整法，如图41所示。图41跑带的调整如果跑带偏向左边，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母扳手，以顺时针方18向旋转跑台左后侧的滾筒调整螺栓四分之一转，还有以反时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。勿过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑帶位在中央位置。如果跑带偏向右边，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母扳手，以反时针方向旋转跑台左后侧的滾筒调整螺栓四分之一转，还有以顺时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。勿过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑带位在中央位置，如图42所示。图42跑带左右偏调整方式要增加跑带的张力时，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母板手，以顺时针方向旋转跑台后侧的两个滾筒调整螺栓各四分之一转。跑带张力适当时，应该可以将跑带的任何一边移离跑台34“。不能过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分种。重复本段动作，直到跑带张力适当为止。要减少跑带的张力时，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母扳手，以反时针方向旋转跑台后侧的两个滾筒调整螺栓各四分之一转。跑帶张力适当时，应该可以将跑带的任何一边移离跑台34“。不能过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的電源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑带张力适当为止。44跑台润滑油的填加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。减少跑步机的电能消耗。让用户在运动时更流畅。品质要求耐高温；黏度高；不易挥发。使用方法掀开左侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上，控制用量为10ML；右侧同左侧一样操作方法；将跑步机通电运转在3KM/H以内，人站上去随着跑步带一起运动，用脚有意识的踏压跑步带下涂有润滑油的区域，使其在跑步板上散布均匀。使用频率6个月加注1次润滑油。注意事项不可过量使用，防止摩檫力太小后跑步带和传动滚筒之间打滑影响正常使用。1945本章小结跑步板和跑步带的设计是设计的重点，不光要提供一个宽敞舒适的跑步平台，还得考虑之间的摩擦问题，还有摩擦产生的静电问题，尽量通过细节的设计，提供一个真正的健康的锻炼平台。20第5章多功能设计51扭腰盘设计如图51所示。扭腰盘设计特点1采用ABS塑料磁铁制成，抗冲击强度高，密度小，便于运输，完全可以替代铸件，表面光洁度好，不用喷涂，可节省费用35元，重量仅是铸件的1/7，从运费上可节省6/7，采用此产品综合成本效益可降低40盘面突起直指病理反射区穴位，在扭腰同时进行脚底按摩。2附有磁铁，有足疗作用。3身体随着转盘扭动，使腰部、跨部得到充分锻炼，瘦腰美腿、保持身材。4通过磁疗，把磁波传列到人体，在细胞内发生旋涡状的二次电流，排除多余脂肪及毒素。5增强血液循环，健美强身两不误。图51扭腰盘52连接结构设计设计直径为250MM，通过长杆与支架相连，用时把铁销把出，旋转放在皮带上方，即可使用，锻炼完毕旋转折叠，插上铁销，则扭腰盘依附与支架上，可以进行别的项目的锻炼，如图52所示。21图52扭腰盘支架53旋转结构设计此扭腰盘选用单向推力轴承和深沟球轴承配合完成对轴转动的的支撑。单向推力轴承计算轴承类型单向推力球轴承50000，轴承代号51104轴承参数轴承内径20，轴承外径35，轴承宽度10，额定动载荷11000，额定静载荷19800，极限转速6700，润滑方式脂润滑工作参数径向载荷0，轴向载荷1000，使用寿命3000，工作转速20，载荷系数11计算结果当量动载荷110000，当量静载荷110000，计算寿命833350深沟球轴承只是简单起个轴向固定和保持轴位置的固定的作用，如图52所示。图52扭腰盘旋转机构2254仰卧起坐架的设计根据美国医疗协会报导,做仰卧起坐对人体新陈代谢有绝对的帮助,其可增进肺部运动量因而提升免疫力。此设计结构简单，与支架焊接在一起，平稳坚固、使用简单，属于很大众化的设计，对强化胸部、腰部大小肌肉，消除腹部赘肉最有效，在锻炼中与跑步配合，使跑步机不再成为乏味的单一运动器械，而且结构位置丝毫不影响跑步带锻炼，如图53所示。图53仰卧起坐架55跑步机的维护与保养1在您第一次或定期使用本电动跑步机时，请用润滑剂涂在跑步带的内表面，以减少相互间的磨擦阻力，减轻电动机的负荷。2经常在跑步机的各部位用干净的抹布清洁，除灰尘，以维护各零件正常运转的性能。3定期地使用一滴或二滴润滑油在辊轴轴承上，以保证轴承较好的滚动性能。4定期地检查跑步机的各个螺钉、螺栓及螺帽，若有松动，请立即用工具锁紧固定。56如何使用跑步机1在练习跑步机之前，准备活动比较简单，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如果想要跑步机练习变得活跃、丰富起来，可以将跑步机放置在电视机前，一边看自己喜欢的电视节目一边练习，或在练习时一边听自己喜欢的音乐一边练习也可以，23但大部分的注意力一定要放在跑步机上还可以让家人配合，在练习时经常给自己大声地鼓励，这样可以很好地活跃练习时的气氛。3其他注意细节1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。2在练习的过程中，最好每15分钟就补充一定的水分，但不可太多。3不要在跑步机上进行倒走练习。4训练次数每周不要超过四次，在饭后一个小时进行为好。5训练强度不宜过大，不一定非要练得大汗淋淋，这样的效果并不见得就好，患有心脏疾病或高血压的朋友更不宜大运动量使用跑步机，室内空气要保持畅通，空调不宜开得过低。6如果是为了减脂而练习跑步机，可在练习期间配合腹部力量训练，如仰卧起坐等。7练习跑步机不是一两天就能看见练习效果的，要配合其他的户外有氧锻炼，在平时要注意减少高油脂食物的摄入量，吸烟的朋友要在练习期间减少吸烟的次数。8不要闲谈。破坏了运动节律,使动作质量数量难以保证,锻炼效果大大折扣。9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或因发笑泄气,破坏运动节奏。57本章小结多功能的设计表现在两方面，一个是通过程序的设计，设计不同的模式使锻炼者可以进行不同程度的锻炼，另一个是添加附属器件，比如此设计中扭腰盘和仰卧起坐架，但是不是功能越多越好，必须考虑彼此不影响，保证锻炼的准确性。24结论跑步的“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25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。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。“太空”牌跑步机减震系统设计相当敏感，站上跑步板，它会自动测出你的体重，根据数据，机器自动调整适合你的减震指数，避免膝盖受伤。健身器目的是锻炼身体，好的避震系统是跑步机的保障，如果没有对力的多重缓冲，跑步机就成为了跑步的隐型杀手，在不自觉中会损伤关节，而设计独特的避震系统能给锻炼者带来草地般舒适感觉，使在跑步机上的运动真正成为一种享受。25致谢漫长的设计接近了尾声，从开始的迷茫到现在任务的完成。走过弯路，想过放弃，最后还是坚持下来了。由于跑步机资料的缺少，开始的工作举步唯艰，只能是漫长的调研和上网查询。但是涉及到专利技术的保护，收获甚微，只好无数次的猜想和论证，走了很多弯路，感受到了什么叫万事开头难，甚至觉的凭自己所掌握的知识完不成跑步机的设计，只好开始了漫无目的的收集资料。在收集资料的过程中，只要是对自己有帮助的就收藏起来，一幅图，一句话都不放过，发现一点点有帮助的知识点，欣喜半天，慢慢坚定了自己要完成设计任务的信心
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