电动跑步机的设计方案

1、学校代码：10904跑步机的设计名:XXX号:2008051xxxxXXX指导教师：院系（部所）:机电工程学院业:机械设计制造及其自动化完成日期：2012年04月30日学校代码：10904学士学位论文跑步机的设计姓名：XXX学号：2008051xxxx指导教师：XXX院系（部所）：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化完成日期：2012年04月30日枣庄学院学士学位论文作者声明本人声明：本人呈交的学位论文是本人在导师指导下取得的研究 成果。对前人及其他人员对本文的启发贡献己在论文中作岀了明确 的声明，并表示了谢意。论文中除了特别加以标注和致谢的地方外 不包含其他人和其它机构己经发表或者撰写过

2、的研究成杲。本人同意学校根据中华人民共和国学位条例暂行实施办法等 有关规定保留本人学位论文并向国家有关部门或资料库送交论文或 者电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权枣庄学院可以将本人学 位论文的全部或者部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或者其它复制手段和汇编学位论文（保密论文在解密后应遵 守此规定）。作者签名:日期：年 月曰摘要跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是 家庭健身器的常用选择。电动跑步机通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或 走动，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样。本文基于家庭常用电动跑步 机，分析其基本结构构

3、造、机械原理，掌握各部件的基本特征及其各自之间的联系，在 此基础上认识其功能的实现原理及基本特性。并基于此前提下通过优化设计尽力降低其 成本价格，并努力缩小其使用及存放空间，在提高其运动价值基础之上使其体现出更大 的市场价值，更多的为消费者所接受。关键词 跑步机，构造，机械原理AbstractTreadmill is commonly used in the home and the gymnasium,and it is one of the most simple gymnasium equipments.We can walk or run on the electric tread-m

4、ill as the transmission belt is drived by the motor.Almostly,it is the same with the general on the ground from the action point of view.The object of this study was based on the general electric treadmill to analysis its structure and mechanical principle and to know the association between each co

5、mponent and its functions. And based on this premise to reduce the cost price by optimizing the design,reduce the space of stroage. In improving the sports value basis to reflect the greater market value, the more accepted by consumers.Key Words: Treadmill Structure Mechanical principle目录第一章 绪论 11.1

6、 选题的目的和意义 11.2 国内外的研究现状和发展趋势 1第 2 章 总体方案设计 22.1 功能分析 22.2 跑步机的基本结构设计 2第 3 章 跑步板与跑步带的设计 43.1 跑步板的设计 43.2 跑步带的设计 43.3 跑步台润滑油的添加 4第 4 章 电动机的功率类型选择 64.1 功率分析 64.2 技术参数 6第 5 章 传动机构设计 85.1 设计步骤及参数选择 85.2 多楔带带轮结构和尺寸选择 105.3 带传动的张紧装置的选择 11第 6 章 外形结构设计 126.1 支架的设计 126.2 前后罩的设计 136.3 仰卧起坐架的设计 14第 7 章 前后滚筒的设计

7、167.1 轴承的选择和计算 167.2 轴结构的设计 167.3 强度计算 177.4 滚筒要求 17第 8 章 跑步机使用和维护 198.1 如何安全使用跑步机 198.2 跑步机的维护与保养 19参考文献 20致 谢 21第一章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

8、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。1.1选题的目的和意义随着生活水平的提高，人们的健身意识随之增强。由于城市生活的快节奏和 局限性，跑步机机进入了人们的视野。跑步机结构简单，使用方便，节省空间， 是城市生活健身的最佳选择。而且在运动过程中，与实际陆地运动相比，可减轻 疲劳感从而增加能量消耗，达到更好的运动健身效果。希望此设计对于处在工薪 阶层的有运动渴望，却没有足够的运动空间和运动时间的人士来说是个好消息。1.2国内外的研究现状和发展趋势目前，美国仍旧是世界上最大的单个健身器材消费市场， 亚太地区则是市场 增长最快区域，2009年全球的健身

9、器材销售中，跑步机的销售额也突破 30亿美 元。我国的健身器材行业自上世纪 80年代末以来，经过多年的不断调整与发展， 生产的室内健身器材产品已大量出口到欧美等发达国家，并进入主流市场。第2章总体方案设计2.1功能分析跑步机的功能就是构建一条运动的跑道，跑道运动的方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持大小相同，这样就能够实现运动者在原地进行 跑步锻炼了。为实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制进行选择：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。速度范围为0.812km/h，并设有3、& 12三个速度直 选键。图2-1机构简

10、图2.2跑步机的基本结构设计电动跑步机主要由电动机、机架、跑步板、跑步带及仪表控制盘组成，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焊接于 框架前端的孔板上，一端连接在电动机外壳的孔板上，另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。另外支架上安装有仰卧起坐架，实现仰卧起坐功能图2-1设计总图第3章跑步板与跑步带的设计3.1跑步板的设计电动跑步机的跑步板，它由基板以及高密度导电耐磨板构成。 基本是高密度 纤维板，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。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高；又可

11、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。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。3.2跑步带的设计跑步带是电动跑步机的一个重要部件，跑步带的性能好坏直接影响跑步机的 质量，影响跑步效果。要求跑步带抗延展性好，使用寿命长，不易变形。因此跑 步带可以采用双层PVC十单层胚布材料。跑步带的尺寸应满足跑步这一功能的 需要，长度方向应让人能轻松迈开步伐，根据人体运动工程学推算，设计为 1300mm宽度应按照人体尺寸

12、的肩宽度来确定，加上余量，设计为450mm理论上来说，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。3.3跑步台润滑油的添加润滑油的添加主要达到以下目：1、降低跑步板与跑步带之间的摩擦力及保护跑步板表面的耐磨涂层，以达到延 长跑步带与跑步板的寿命。2、充分降低跑步机运行的电能损耗。3、让机器运行更加流畅，增强使用舒适性。 润滑油的质量要求：耐高温、黏度高、不易挥发。 使用方法：1、 掀开右侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上，控制用量为10 ml。2、左侧同右侧使用相同的操作方法。3、人站在跑步机上随着跑步带一起运动的同时，使脚有意

13、识的踏压跑步带下涂 有润滑油的区域，以使其在跑步板上散布均匀。润滑油添加频率：正常情况下，每六个月润滑一次。注意事项：不能过量加注润滑油，防止因摩檫力太小，跑步带和传动滚筒之间出现打滑， 从 而影响其正常使用。图3-1跑步板与跑步带跑步带和跑步板的设计是设计的重点，因为它们不仅要提供一个舒适宽敞 的跑步平台，还要考虑它们之间存在的摩擦问题，以及由摩擦而产生的静电问题, 通过在细节的设计上，提供一个真正健康的锻炼平台。第4章电动机的功率类型选择4.1功率分析当人在跑步机上跑或走路时，跑步机实际承载了人体体重的0.82.5倍的重 量，而电动机提供的马力（1马力=7350,就是在这样载荷下，能够满足

14、并维持 运动者所选择的运动速度，使人能够在跑步机上走跑自如。 通常情况下，跑步机 的一个马力大约能提供5060公斤的载荷，同时马力还与跑步带面积大小有直接 关系。跑步机马力越大，能够带动的跑步带面积也就越大， 在综合衡量效率与安 全性后，一般建议家用跑步机合适的持续马力至少 1.5马力以上，如果家人体重有过80公斤，应选持续马力2.0以上的跑步机。此跑步机设计标准为100公斤，选用2.0马力的ZYT42/06型永磁直流电动 机。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。在调速方便（可无级

15、调速），调速范围宽，低速性能，运行平稳，噪音 低，效率咼。4.2技术参数电压220 VDC电流不大于9.8A转向逆时针型号 ZYT42/06功率2.0 HP转速 3400 ± 7%绝缘等级F级图4-1电动机外型图电动机特性曲线:EFFWalls 输人Walts 输出VolisAmpsRPM1.00-2500*2500-10.0-5000-0.90-2250-2250-270-9.0-4500-0,80-2000-2000-240-盼4000-0.70-1750-1750-210-7.0-3500-0.60-1500-1500-is(y6.0-3(X)0-0.50-1250-1250-

16、ISO5.0-2500-0.40-10001000-120-4.0-2000-030-750-750热3d1500-0.20-500-500*60-2.0-1000*OJO250-250-30-1.0-5000.00-0*0-0-00-ZYT42/060.0 0,5 LO 1,5 2.0 2J 3.0 35 4.0 45'XJf:二 =-i.心0二二JHf.-*1Lx1亠r jjT'夕T r F11歹RPMA/%Amps八.、VoltsWatt臨人Wans输出/V%EFFAy%表4-2电动机特性曲线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

17、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，因此驱动电机的需提供低转速大转矩。而健身 的人跑步快，但是重量轻，因此驱动电机需提供高转速小转矩机。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。目前跑步机使用的驱动装置以直流有刷电机为多，优点是 价格便宜。第5章传动机构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。5.1设计步骤及参数选择ZYT42/06是

18、专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率P=1.5KVy主动轮转速为ni=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，所以选则多楔带。【10】1、确定设计功率PaPa= KaP(4-1 )K A工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间10小时，载荷变动小。KA=1.1PA=1.1*1.5=1.65kw2、带型号的选择对于多楔带的型号可根据设计功率FA=1.65KW和小带轮转速n1=3400r/min选取，根据书上表，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：由表 8-9

19、0demin=20mm由表 8-91 选 de1=33.5mm大带轮有效直径：小带轮节圆直径dp1=de1+2A e=33.5+2*1.2=35.9mm由表 8-90 知， e=1.2大带轮节圆直径 d p2=id p1=2*35.9=71.8mmde2=dp2-2 e=71.8-2*1.2=69.4mm由表 8-91，选 de2=63mm4、计算带速vv=n dp1n1 / (60 X 1000) m/s(3-2)一般v在525 m/s，最大30 m/s，在815 m/s较好V=n *35.9*3400/60*1000=6.39<30m/s,合适5、初定中心距ao 对于V带传动，中心距

20、a 一般可取2 ( del + de2 )a。0.7 (del+ de2)(3-3)72.03a。205.8初定 a o=15Omm6确定带的有效长度LeLeo=2ao+n/2 (del + de2)+(d e2-d el) 2/4a 0=2*150+161.553+2.148=463.701mm 由表 8-52，选 Le=450mm7、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=8mm max=5mma=a0+(Le- L e0)/2=150-6.85=143.15mm贝

21、U a1=148.15mm a 2=135.15mm8、计算小带轮包角a 1 n - (de2-d e1 ) /a=3.14-0.24=2.9rad9、带每楔所传递的额定功率及其增量由带型，de1=33.5mm n1=3400r/min按表8-55用插值法计算的p°=0.14kw由i=2, n 1=3400r/min,有表8-55用插值法计算得 p0=0.02kwp=0.14+0.02=0.1610、计算带的楔数由表8-56用插值法计算Ka =0.97，Kl=0.78Z0= Pa /(p*K a * Kl)=1.65/(0.16*0.97*0.78 ) =13.63由表8-51选取Z

22、=1211、有效圆周力F= Pd/v*10 3=0.26*103=260N12、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 Kr=1.57 K c=0.995则 Fr=KT*F=1.57*260*0.995=406.16N根据计算，跑步机传动机构选择12PJ450多楔带图5-1 PJ型多楔带5.2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3.2），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

23、或HT20Q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1）实心式：带轮基准直径小于 3d（d为轴的直径）时2）腹板式：带轮基准直径小于 300350mrfl寸3）轮幅式：带轮基准直径大于 300350mrfl寸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D=33.5选取实心式，大带轮D=63选取腹板式小带轮随电机一起购买。规格：P12PJ33.5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0.002m

24、 m轮槽表面粗糙度Ra的最大允许值为3.2。槽距e=2.34 ± 0.03 轮缘宽度f最小值为1.8 , n槽数为12。带轮宽=(n-1 ) *e+f*2=11*2.34+1.8*2=29.34mm。5.3带传动的张紧装置的选择传动中心不可变时，采用张紧轮，传动中心可调时，采用滑轨+螺旋或者浮动轴定期张購适用丁垂也或适用于两辑水平欣抽謝不尢的传动常用于中小功率传动张關轮装尸松边内崗以接近垂宜的鶴功免反向弯曲降低带寿爾雀紧力大小隔悔动张K轮聂于総边外懈搭功率感正比变犹心近小轮，吐堆大包荊表5-3张紧装置本跑步机传动中心距是可调的，范围在之间，则通过螺栓的前后移动来调节电机的前后移动，从

25、而实现带的调紧和放松第6章外形结构设计6.1支架的设计支架在跑步机中起到支撑其他部件的作用，支撑着整个跑步机。跑步机的支架一般分成底部支架和上部支架两部分， 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。底部支架与地 面接触，为了实现二级缓冲，通常会在其上按有橡胶垫和尾套； 上部支架是两条 斜安装的管，支架还包括扶手，仪表安装，辅助支架等。支架的设计如下图所示：A皿曰B0 ft 0=| 昭 IL%换皐rtn.0设计is冗烝北*復饯IS定 "AlJtS0前VUfcflT面& 上ffiffffi有W珏唯茴L，矗点t驾扫毎西件L + ；

26、吕扫备薄世0蔓唯而J+閒扫JB嘈柴 +角拘仲»豹 、風拉I申»#了逆圧r®面？也£«t畐垃I申YTSS4惴网戟性u 0蔓唯面I.t倉扫扮为曲迪養Oisi扇拉阡澤戲:®壬哇面=,帖蛍綠q 04, 3-S «图6-1 (1)上支架图&中!S” S00JI、9 Q-ff Si吗肝蘇吏琴啾认:按加工H+ Q设计莊更襄t-割iff-W- 06)iy M® 碉I淀* Alfl0上輿返it血爲屯观茎唯面 L JHA 固坦忡+ .兮 SlS-itffL+ f§KW-;eeL岂照砧+ IKfflE0基晓丽】L嗚技忡

27、？皂 c-) sir+ 园 jitt-itH?+厠瞒-竝伸Lr y控呻-IB0+ artfl*画彌-曲馄h喘拄忡-IBS!*轴文舛 U 3Ub 11tfXdl I# dl FHH?电件 IlsMorki Iadl'bci IS口 舸断QD口寸耳眞蒲由艮代磁兰&辺冶酣刁B轄呀富Q6-1 ( 2) 下支架an聆巴.1固 鮭 碣瞬q 君于o” ©Qioaj a g jaslBi 口tr:t.:GBi39国哇sB0ft丽更口具电LT命役计洁貝炙* a光画0 fiWSTft®0上视執1面0右vu封t面L，原点1 題(】MK5SS<I> SJ r刽rtiji

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29、6-2 (2)后罩6.3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。图6-3 仰卧起坐架整个结构的设计SOLIDWORKS20进行三维的实体设计，使设计简单化和真 实化，可以把工作的精力都放在设计上而不是复杂的制图上。第7章前后滚筒的设计7.1轴承的选择和计算本方案采用的是滚动轴承，它是由内圈、外圈、滚动体和保

30、持架组成，与滑 动轴承相比，具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、功率消耗少、润滑简便、易 于交换等优点，所以获得广泛的应用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承。轴承类型：深沟球轴承，轴承代号：630轴承内径：30,轴承外径：40,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。7.2、轴结构的设计滚筒轴一般只承受弯矩，不承受扭矩，轴的毛坯一般用圆钢或锻件。轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸，要满足工艺要求，定位要求，安装调整要求，紧固要求，抗疲劳强度要求。为了方便轴上零件的拆 装，常将轴做

31、成阶梯轴，轴端和各轴段的端部加工成倒角，易安装零件。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，它具有较高的综合机械性能。此设计采用45#钢。图7-1前后轴7.3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T=0。【12】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1.7 (T -1。F q=2z Fosin a /2=2*2*90*si

32、n 178 ° /2=360N根据公式：M= Fq L/2最大弯矩：44-8抗弯截面系数： Wn*d /64 =3.14*(0.03)/64=4*10、4-8强度：P=M/W=122.4/(n*d /64)=122.4/4*10=30.6MPa材料采用45号调质钢许用弯应力为102MP30.6MP a < 102MP则通过设计能承受足够的工作强度。7.4滚筒要求主动滚筒的外圆全跳动小于0.33mm从动滚筒的外圆全跳动小于0.25mm滚筒 均采用2.1mm壁厚的优质钢管，光洁度达到 0.8以下。滚筒均有防静电处理。 滚筒外部经防锈处理。图7-2滚筒结构图第8章跑步机使用和维护8.

33、1如何安全使用跑步机1、 将电源线插头插入带有安全接地的电源插座中， 电动跑步机的电源线是 专用的，若电源线发生损坏，请尽快与厂家联系。2、 跑步机为室内健身器材，请勿室外使用，若阳台使用，务必防雨防暴晒。 摆放场所要干净平整，注意防潮，注意勿将跑步机放置厚地毯一类物品上， 以免 影响跑步机底遮板空气流通。3、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。4、当你使用跑步机时，请勿站在跑带上启动。启动前，你可以站在跑带两 边的修饰护条上，等跑带开始运动之后再在跑带上运动。 启动速度不宜过大，不 要试图跳上快速运转的跑带上。5、使用跑步

34、机时，请穿运动装和运动鞋进行练习，不能穿太长，太宽松的 衣服，以免衣服挂到跑步机上造成安全事故。建议穿有胶底的跑步鞋或健身鞋锻 炼。6速度不宜过快，健身时间不宜过晚，健身后要有适当的放松活动，健身 活动不要在饭后进行。7、跑步机在使用时，请勿让小孩和宠物靠近，以免发生意外。未成年人及 老人跑步时需有成年人在旁陪护。8、跑步机在不使用时，应把电源线插头拔掉收好。8.2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。每六个月进行润滑。2、使用前确保运动鞋干净，使用完后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。参考文献1 王三明主编.机