2930家庭多功能健身器的设计

1、家庭多功能健身器的设计设计说明书学生姓名xxxxxxxx学 号 xxxxxxxx所属学院机械电气化工程学院专业机械设计制造及其自动化班级指导教师xxxxxxxx日 期 2012.6xxxxxxxx大学教务处制随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提a，城市店民的健康意识逐渐增强，健身也 成为人们u常生活屮的重要组成部分。然而日常生活屮难免有无法进行户外锻炼的u子，如坏天气， 应酬太多，工作时间等等都让人们无法每天在户外进行锻炼。健身器的出现尤其是室内健身器材起 到了足不出户也可以锻炼身体的作川。然而，现有的健身器一般都功能单一，结构简单，只能对身体单一部位进行锻炼，满足不了健 身者对多方面

2、健身的要求，直接影响了生产企业的经济效益。为此，该课题提出设计一部家庭川多 功能健身器，以适应市场需求。木文主耍对家庭多功能健身器从实际健身者耑求着手，针对现在产品中存迕着规模大功能少， 价格尚，性价比低等缺也意在实现健身的大众化、家庭化、多功能化，一机多用，为消费者减少 经济负担。本课题介绍了家庭多功能健身器的基本特征，介绍了家庭多功能健身器的构成，工作原理。 指出了家庭多功能健身器的主要内容，综述了家庭多功能健身器研究现状，比较设计出市场所需求 的家庭多功能健身器产品类型。1職12. 方案设计12.1基本功能12. 2结构功能设计12.3功能原理确定23. 外型结构设计33.1基架的设计3

3、3. 2机架的设计33.3机盖设计44. 电动机类型与参数的选择44. 1电动机类型和功率选择44.2电动机的技术参数选择44.3电动机的保护55. 传动机构的选择55.1带和带轮的选择65.2带传动的张紧装置的选择65. 3带传动的使用与维护66. 轴和滚筒的设计错误！未定义书签。6.1轴的结构设计错误！未定义书签。6. 2轴的强度校核错误！未定义书签。6. 3轴承的选择和计算错误！未定义书签。6. 4滚简的结构设计错误！未定义书签。7. 跑步板及跑步带设计错误！未定义|5签。7.1跑步板的设计错误！未定义书签。7. 2跑步带错误！未定义书签。7. 3跑带调整错误！未定义书签。7. 4跑步台

4、润滑汕的添加错误！未定义书签。8. 折叠机构设计错误！未定义书签。8.1折叠功能设计错误！未定义书签。8. 2气压杆的工作原理错误！未定义书签。9. 避震系统的设计错误！未定义|5签。10. 轮结构设计错误！未定义书签。11. 多功能设计错误！未定义书签。11. 1仰卧起坐支撑架错误！未定义书签。11. 2扭腰盘设汁错误！未定义书签。11. 3俯卧撑支架错误！未定义书签。11. 4角度调节器错误！未定义书签。11. 5哑铃功能错误！未定义书签。11. 6音乐功能错误！未定义书签。12. 调速机构的选择错误！未定义|5签。13. 跑步机的日常维护保养错误！未定义书签。小节错误！未定义15签。致谢

5、错误！未定义书签。参考文献错误！未定义书签。1. 绪论随着人们生活竹奏越来越快，特別是生活在城市当中的人们，工作压力h益加大，身体所受的 灰力也越来越人，增加体竹锻炼，改善身体机能，成为广人上班族的迫切需求，但有限的生活空间， 和有限的业余时间，使得体育健身变得困难，忙甩抽w来锻炼身体成为一种奢求。在这种情况下， 鉴于现右市场家庭健旮器材的结构、功能单一、体积庞人等缺点，从而设计一款造型、结构与人机 的配合程度达到一定标准的跑步机，在不影响安全、功能、外观的前提下，尽跫达到用材环保、工 艺简练、节约成木的h的，实现健身的人众化、家庭化、多功能化、-机多用，为消费者减少经济 负担，还能得到高品质

6、企而的运动效果。相信多功能跑步机会从其舒适性、设计合理性、多功能方 向发展，成为城市家庭运动的首选运动器械。本课题介绍了家庭多功能健身器的基本特征，介绍了家庭多功能健身器的构成，工作原理。 桁出丫家庭多功能健身器的主要内容，综述了家庭多功能健身器研究现状，比较设计!ii市场所需求 的家庭多功能健身器产品类型.2. 方案设计2. 1基本功能家庭多功能健身器的某木功能是实现跑步运动，即跑步机的功能。为了实现跑步带的可调速 功能，对跑步带的驱动与速度进行控制，通常针对电动跑步机的脉冲式负载转矩特性，以小功率 直流电机驱动为例，利用phtltpsp87lpc768单什机开发了一种电动跑少机专川的数字式

7、速度调节 单元。该凋速单元充分利用单片机的资源，采用fuzzy-p1d算法，通过对pid参数的自动凋整产 生pwm信号，实现对跑步机速度的控制。该单元结构简单，性价比高，能对电动跑步机的速度实 现精确控制，同吋该方法也可应用于其它同类运动装置的速度控制。总体示意阁如下：图2-1总体示意图2. 2结构功能设计多功能健身器为了实现多功能性，主要由机架、跑少机带部分、电动机、可调电源、扶手 部分、扭腰盘、折佥机构、仪表控制盘组成。机架部分设有仰卧起叱机构、跑步机扶手架安装于 机架的顶端、在机架u下端安装杏可折卺的扭腰盘，按摩器装置安装在机架横杆上，仪表控制盘 安装于扶于架上。跑步机部分，跑步机底座框

8、架通过轴连接在机架底部的两端，机架底端框架横 梁与跑少机框架设汁有可升缩的气压杆，用来坐跑步机部分的折矜文撑机构。前轴与v?轴分别装 在底座桐架的两端，前滚简与后滚简分别用轴承倉装在而后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚简塔里木大学毕业设计上，跑步皮带下裝冇支撑跑步板，从动皮带轮装在前滚简的一端，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p螺 栓一端连接在电动机外壳的孔板上，w端连接在焊接于框架前端的孔板匕：w外跑步带两边框 上设科紧急悄况踩踏板，末端安装柯俯卧撑支架。2.3功能原理确定通过对国内市场上家庭多功能健身器的y解，现奋

9、家庭多功能健身器多是集屮于臂力，腿部肌 肉的力fi练习，很少有结合跑步，臂力，腰背，按摩，健身娱乐于一体的综合性多功能健身器材。 冋时还设计行跑少机的吋折叠功能，充分减少了跑步机的占地空间，为城市居室冇效节约了空间。跑步机的选择。跑步是h前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的冇氧健身运动，是保 持身心健康鉍冇效、敁科学的健身方式，也越来越受到人家輿爱。m前市场上比较常见的冇传统跑 步机和电动跑歩机两种。传统跑步机，俗称“被动式跑少机”，是我国从国外引进健匁观念时、为 适应当时国情而开发的具行符合国人特色的过渡产物。它的动力來源是使川者通过自身锊部、膝部、 踝关节的活动，推动跑少机而产生运动

10、。速度由运动者£|己控制。这种运动方式，表而上看起来似 乎能消耗更多的能fi，但k造成的运动伤害也要比在人自然中跑步高出数倍。所以我们考虑选择用电动跑步机来设计1。折會总体示意图如卜阁2-2折昝后总体示意阁多功能结构的选择。一般家庭健身运动者的运动需求可以概拈为儿个方面：(1) 竹力练习，一般川哑铃做举重运动，或者做俯卧撑來实现，所以我设计了哑铃支架，和俯 臣卜撑支架；(2) 腰背练习，设计的仰卧起叱装置和扭腰盘可以实现；(3) 在健身娱乐方而，在仪表控制盘上安裝冇数码音乐播放器，插上耳机，健身的同时你可以 在有节奏的音乐旋律中享受运动的快乐。(4) 可折叠功能，用气撑杆作为支撑构件

11、，气动支撑杆以高压惰性气体为动力，在整个工作行 程中支撑力是恒定的，并具有缓冲机构，避免了到位的冲布，这是优越于普通弹簧的最人特点，并 具冇安装方便，使用安全无需保养等优点。3. 外型结构设计3.1蕪架的设计基架的设计是整个设计的基础，也是他设计的基准。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:2。机架，滚简的选择，以及上下机盖等等，都是依据基架的尺 寸和形状设汁的，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。通过对 市场上的跑步机的基架结构的流行设计，再加上a己对外形的理解，对外形进行改进。在尺、r的确 定方面参考了人体运动工学推算，45cm宽x

12、130cm跑带面积，以此保证给人以足够的运动面积，从 而逐步的进行其他尺、i的确定。先考虑电机的尺寸，然后是传动机构带传动的中心距离，电机的安 装，前后滚简的位置，pwm调速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等。在设计中特意将 w边桐设计了足够的宽度，以此为锻炼过程屮短竹的休息提供两脚踩放的位置，也足作为紧急情况时，人可两脚快速分开离开运行的跑带，提供足够的安全踩放位置1。基架图如下：1冬13-1基架3. 2机架的设计机架的外形结构是参照现有市场比较流行的设计结构，又加以己的改进完成。所用材料是空 心钢管和方钢，连接为焊接，保证了稳定性。支架包括扶手，仪表安装辅助支架，扭腰盘连接处等,

13、仰卧起坐架直接焊接于竖直连杆上。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，保证平衡，还可以达到减震的效果。机架图如下图：图3-2机架3.3机盖设计传动机构为了保证安全性，要进行传动机构的隔离，时为了技术保护和美观，上卜机盖都使 川塑料钢材料，通过螺钉与®架相连。材料行一定的硬度，还能在做仰卧起坐的时候起到一定的腿 部支撑作用，同时能起到有效的防护作用。上下机盖如下图：图3-3上机盖ki 9-4 下対i志4. 电动机类型与参数的选择4. 1电动机类型和功率选择个人在选择跑步机时，只耍根据a己的体形选择对应马力的电动机即讨。家庭用户在选择跑步 机吋，则跑步机应该满

14、足所奋家庭成员的使川。而马力越人的跑步机，其适应的人群也就越广，似 相应的，跑步机价格也就越贵。因此，综合考虑家庭成员的体形怡况后，选择合适马力的也机汴能 达到最人的性价比。当人在跑步时，跑步机或地而受到的冲1；力为人体自身重s的1-2. 5倍，屯动机作为跑步机的 动力，不似要满足载重景的要求，还需要保证跑步机跑台以定速度运转。一般来说，电动机1个 马力可以保证60公斤的人在跑步机上面如运动，另外跑步机跑台的面积越人，所需要的马力也 更人。因此，在选择电动机吋要综合考虑这两个因素，在确保安全及效率的前提卜*,专家建议一般 家川选择的电动机马力最好在1.5hp以上，而对于体重偏人的人（超过80公

15、斤），则应该选择21ip 以上的电动机。此跑步机设计标准为100公斤，电动跑步机专川电动机一z3-31型永磁直流电动机（图4-1） 该型电动机系大功率跑步机中配套的专川驱动元件，经一定的电磁、结构派牛.处理也可迠川于相应 的机械装置屮作为驱动元件。该电动机显著的特点：具奋转速精度尚，当人在跑步机上远动吋，足 一个冲击负载，该机在这种冲击负载作用卜一转不差，保持同步转速，如同在平地上-样感觉。表现在调速方便（可无级调速），调速范围宽、低速性能（启动转矩人）、运行肀稳、噪音低、效率 高。4.2电动机的技术参数选择 根裾电动机修理手册得得；型号z3-31电压220vdc输出功率2. 2 kw电流不大

16、于12. 5a转速3000r/min转向逆时针绝缘等级b级图4-1z3-31型永磁且流电动机阁4-2电动机外形图4.3电动机的保护电动机的保护与控制失系电动机的保护主耍有w大类，采用电流检测型的有热继电器、带有热 -磁脱扣的电动机保护用断路器、电子式和间态继电器、带电了式脱扣的电动机侃护用断路器以及 软启动器：直接检测屯压降低或为零时的欠压保护和大压保护。(1) 电动机的仅护往往与其控制方式柯一定关系，及侃护中有控制，控制中杏仅护。(2) 电动机保护装置电动机的损坏主耍是绕组过热或绝缘性能降低引起的。而绕组的过热往往 是流经绕组的电流过人引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两人类。(3)

17、 保护装置与异步电动机的修调配合为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效地保 护。必须考虑异歩电动机与保护装置之问的协调配合。特别是人界景电网屮使用小界景异災电动机 吋，保护的协调配合更为突出。(4) 异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键。直接检测电动机绕 组的温度來保护过载引起的过热是很有效的保护方忒，但于需直接圳入电动机绕组里，价格较贵、 维修闲难等原因，仅在部分频繁操作场合使用；从经济性考虑，采用电流检测型更为有利，加热 继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护形式(从实际使用情况看，h前使用景占人多数)； 对动作性能要求较高及功能要求全或价格昂贵的人界朵电动

18、机保护，则可采用电子式或同态继电 器；对一般要求，则采用带热一磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。但不管采用何种保护装 置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。5. 传动机构的选择传动机构载荷冇轻度冲击，结构传动类型选择带传动，是定传动比匀速转动机构。动力來源： 电力220v。速度允差小于5%。具奋结构简单，成本低廉，缓冲载荷的作川，运行平稳，噪声小， 过载时将引起带在带轮上打泔，对以防止艽他零件的损坏，具冇过载保护的作用，所以择之3。塔里木大学毕业设计电动机的选择为跑步机专用生产的永磁直流电动机，传动功率p=2. 2kw,主动轮转速为 n,=3000r/min传动比为1=1.07,由于多楔带适于传递功率较人而又要求结构紧凑的场合，特别能 适应带轮直径小的传动。5.1带和带轮的选择(1) 普通v带的选择普通v带由顶胶、抗拉体(承载层)、底胶和包布组成，抗拉体由帘布或线绳组成，足承受负 载拉力的主体。其上下的顶胶和底胶分别承受弯曲时的拉伸和压缩变形。线绳结构普通v带具有柔 韧性好的特点，适川