多功能电动跑步机设计

18-论文题目：多功能电动跑步机设计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，是家庭健身器的最佳选择。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售也不错，近几年价格已有上升趋势。注重生活时尚的消费者认为跑步机价格在上千元以上是理所当然的事。种种迹象表明未来，跑步机的需求还会持续的增长，特别是针对一些新兴功能的跑步机。本文是用通过SOLIDWORKS三维软件进行设计的，主要包括自动跑步机的机械设计、样式设计及功能设计，最后对该多功能跑步机的保养及使用。设计内容主要包含电机的设计、传动装置的设计、外部框架的设计、滚筒的设计、跑步带的设计、减震的设计，材料及结构的设计等，本文设计中参考了国内外各品牌结构和样式，对一些参数进行一些设计、计算及设定，同时还考虑到如何设计才更为人性化，使得多功能跑步机的性能及作用扩大化。关键词：跑步机；机械结构；多功能

目录TOC\o"1-2"\h\u32342摘要 44124目录 59640第一章绪论 619803第一节研究的目的和意义 7620第二节国内外研究现状 728462第三节跑步机的发展前景 95052第二章跑步机的概述 1031107第一节该跑步机要实现的功能 1020997第二节是跑步机的机械设计原理 1024174第三章总体方案设计 137449第一节基本功能 131108第二节功能原理的确定 1414369第三节结构设计 159901第四章电动机类型与参数选择 1710719第一节电动机结构形式和类型 1711704第二节确定电动机的容量 1719474第三节电机转速的选择 1815561第四节选择电动机类型及其技术参数 1927396第五节小结 1929730第五章传动部分的设计 217819第一节设计步骤及参数选择 212676第二节带轮结构设计 254096第三节带传动的张紧、安装和防护 2717268第四节V带的装配 2815610第六章跑步板及跑步带的设计 3013366第一节跑步板材料的选择 301226第二节跑步带的设计 302849第三节支架的设计 3132535第七章轴和轴承的设计 32181第一节轴的设计 3219460第二节轴承的型号与寿命校核 3432654第三节其他辅助功能 3421181第四节扭腰盘 3517717第五节仰卧起坐架 3618802第六节内置立体声可以播放音乐 372751第七节哑铃 3731226结论 3831579致谢 394273参考文献 40

第一章绪论随着经济社会的不断发展，人民生活水平大大提高，生活节奏也在加快。另一方面，随着生活水平的提高，肥胖和职业病等问题不断出现。越来越多的人处于亚健康状态。人们过分追求经济发展，却忽视了自己的需求和发展。环境污染和废物排放使外部世界越来越不适合人们在业余时间锻炼身体。因此，越来越多的人选择在室内运动。可以看出，跑步机的设计，特别是多功能跑步机的设计，对于提高国民健身和整体身体素质的比例，以及维持人们健康生活的质量特别重要。1875年，世界上第一台跑步机诞生于美国东部的一个山村。它是由机械师发明的。这种跑步机的力量来自农民的牲畜。但是随后通过了一项法律，禁止虐待动物和将牲畜用作跑步机的动机。随着科学技术的发展，跑步机的主要动力是电动机。电动跑步机可以使人们更多地参与跑步，并改善跑步过程中的身体状况，从而使人们拥有健康的身体。目前，跑步机可分为单功能跑步机和多功能跑步机。传统的跑步机具有单一功能，主要是滚动和步行。该滚筒跑步机噪音大，使用不便。跑步带跑步机是跑步者在跑步带上锻炼的一种方式，使人们在跑步时的感觉与在普通土地上跑步时的感觉相同。虽然原来的跑步机节省了很多空间，但只有跑步功能才能逐渐改善人们的生活水平。人们还希望跑步机的功能更加丰富，以便他们可以全方位锻炼。如今，跑步机已不仅仅是跑步的人。后来，人们还开发了跑步机的其他功能。当今的大多数跑步机还具有以下功能：美化腰部，仰卧起坐，旋转光盘，内置音乐播放，测量心率，里程，能耗以及调整跑步机的高度。尽管多功能跑步机具有太多优点，但也有一些缺点。例如，使用起来不方便，并且运动精度不如单个跑步机。第一节研究的目的和意义随着社会的发展，一方面，我们需要良好的身体健康来满足工作的需要；另一方面，由于一些客观因素（例如气候，环境和场所）的限制，我们的人越来越少。户外跑步的机会更少。室内跑步已成为满足时代需求的一种方式，跑步机健身已成为人们的首选方式。因此，跑步机的发展势在必行。第二节国内外研究现状世界上第一台跑步机诞生于1875年。发明者是美国东部山区村庄的一名机械师。该机器实际上是由牲畜驱动的便携式农业机械设备。自1866年通过第一部禁止虐待动物的法律以来，用鞭子鞭打动物是非法的。因此，聪明的人发明了卧式跑步机，使动物像走路一样自然。最初的跑步机是“被动跑步机”，为用户的手臂，膝盖和脚踝提供动力来驱动跑步机。这项运动似乎消耗更多的能量，但同时也会造成比自然奔跑多出几倍的运动损伤。长期使用会加速膝盖的衰老。人们开始寻找减少这种损害的方法，最终他们决定使用电动机代替人作为动力源。这样，人们可以更加自由地奔跑，可以比平常跑三分之一的距离，并消耗更多的能量。随着人们生活水平的提高，对跑步机的要求越来越高。跑步机也已从单一运行功能改进为多功能功能。多功能跑步机由跑步机，划船机，卧式健身车，立式健身车，放松机，腰围微调机等组成，它们因其多功能性和占地面积小而广受欢迎。从舒适，方便，准确，合理的运动角度来看，多功能跑步机存在一定的缺陷。1996年，中国第一台跑步机在汇祥诞生。从诞生之日起，中国健身行业就一直致力于改善其产品的技术含量和功能。为了满足不同类别的消费需求，已经推出了诸如“具有反向行走功能的跑步机”和“具有自然长期释放负氧离子的跑步机”之类的产品。带有数字VR系统的电动跑步机，于2006年推出。它由触摸屏计算机，控制模板和电动跑步机组成。它为运动员提供了一个虚拟环境，方便，安全，有趣且交互式的体育设备，包括健康数据管理，健身程序设置，曲线比较和交互式游戏。，互动游戏等。具有反向行走功能的电动跑步机于2007年推出。常用的跑步机由电动机沿一个方向驱动。具有反向行走功能的电动跑步机克服了通过设置导鼓反复调节跑带的不便，并改变了鼓的形状以设置导轴和电动机来实现行走或向后行走的功能。同一台机器的异步康复跑步机于2008年推出。电动跑步机上设置了两个左右对称运动系统。由于在电动跑步机上配置了两组左右对称的锻炼系统，因此锻炼模式可以实现多种方式和方法，例如向前走，向后走和交替锻炼，使锻炼者可以随意选择。它解决了现有跑步机只能进行单向运动的技术问题，并为教练员提供了方便，安全，先进，独特的运动器材和安全的运动环境。此外，还有许多新的电动跑步机，例如495套健身电动跑步机。第三节跑步机的发展前景中国的天性决定了中国的体育事业服务人民，国家将大力发展群众体育。随着我国经济的飞速发展和社会文明的普遍进步，人们在物质生活和国民素质过高的背景下对精神生活的追求越来越受到重视。随着五天工作制和周末政策的实施，给人们带来了更多的休闲时间，为运动健身器材行业的发展提供了巨大的市场需求。跑步机的技术含量直接反映了其性价比的优缺点。面对巨大的市场需求，跑步机制造商一定会加快研发速度。

第二章跑步机的概述第一节该跑步机要实现的功能跑步机的基本功能是建立跑步跑道（跑步带）。跑道的方向与跑步者的方向相反，但是速度必须自动保持一致，以便运动员可以就地跑步。实现跑步机的功能，驱动和控制跑步带的速度：直流电动机通常用于通过半导体功率器件驱动直流电动机，并且速度由脉宽控制（PWM）控制。第二节是跑步机的机械设计原理多功能自动跑步机主要由机架，电机，可调电源，跑带和仪表控制板组成。其特征在于，框架和支架垂直连接，并且前轴和后轴通过轴承分别安装在前轴和后轴上。它缠绕在前后辊上，并在运行皮带下方布置了一块支撑运行板。从动皮带轮紧紧安装在前辊的一端。本发明的跑步机主要由框架，电动机，可调电源，跑步带和仪表控制面板组成。其特征在于，框架垂直地连接到支架，并且前轴和后轴分别配备有轴承。在辊上，在行走带下方设置有支撑行走板，并且从动皮带轮被紧固并安装在前辊的一端。电机和可调电源安装在机架的前部，控制传感器安装在电机上，速度传感器安装在从动轮附近的机架上，皮带调节螺栓的一端连接到孔板上电机外壳的另一端连接到焊接到机架前部的穿孔板上，跑步机的手架安装在支架的顶部，仪器控制面板安装在手架上。电机和可调电源安装在机架的前面。控制传感器安装在齿条上从动轮附近。皮带调节螺栓的一端连接到电机壳体的孔板上，另一端连接到机器上。在支架前面的穿孔板上，跑步机支架安装在支架的顶部，仪器控制面板安装在支架上。传输方法采用皮带传输机制，传输级别为一级。同时，扭曲的腰椎板和俯卧撑也安装在支架上，使机器通用。当前市场上有两种类型的传统跑步机和自动跑步机。传统的跑步机，俗称“被动跑步机”。当健身概念从国外引入时，它是1980年代开发的具有“中国特色”的过渡产品，以适应国情。它的动力源是用户通过手臂，膝盖和脚踝的运动推动跑步机的动作。速度由运动员本人控制。从表面上看，这种运动似乎消耗更多的能量，但是它造成的运动损伤也是跑步性质的几倍。据北京医科大学第三医院运动医学专家林功洲博士介绍，道路上每行驶1000米，每只脚必须落地约1000次。在传统的跑步机上跑步时，除了自身重量造成的震荡外，踝部，膝盖和臀部的肌肉（尤其是肌腱）还必须承受额外的扭矩，以确保皮带向后移动。由于扭矩过度集中在韧带和关节等几个关键应力区域，因此更容易引起慢性疲劳和肌腱组织损伤。许多传统的跑步机用户发现，运动越剧烈，腿越粗，关节越弱。传统的跑步机不适合患有脊椎软骨突出，膝关节炎，踝关节扭伤，骨髓炎和足底筋膜炎的人，因为长期跑步可能会加剧慢性扭伤或加速膝盖衰老。自动跑步机是体育馆和家庭中的高端设备。该跑步机可减少传统训练对关节的影响并避免运动伤害。与自然运行相比，它具有明显的优势。跑步时，脚跟首先接触地面，然后朝着步行带移动。手和脚模仿跑步运动和来回波动，因此可以平衡整个身体的肌肉。行走带的行走方向与脚的行走方向相同，因此，韧带的扭矩抵消，行走舒适。出院的患者，儿童和老人也可以保持平衡，专心运动。如果增加运动量，则可以加快跳舞速度。使用自动跑步机消除关节负荷不仅可以减轻体重和健身，还可以帮助身体从受伤中恢复。它通过电机驱动跑带，使人们能够以不同的速度被动地跑步或行走。由于跑步和行走变得被动，从动作的外观上看，它与普通的地面跑步或行走几乎相同，但是从人的力量来看，自动跑步机上的跑步和行走比普通的跑步和跑步节省了一个踏板和伸展动作。步行。正是这样，使每个人在自动跑步机上行走和跑步都非常轻松。它可以使人们跑的距离比普通的跑步多1/3，消耗的能量比普通的步行和跑步多。此外，由于自动跑步机上电子辅助设备的许多功能，您可以体验不同的跑步环境。

第三章总体方案设计第一节基本功能图3-1多功能自动跑步机设计流程图多功能自动跑步机设计流程图如图3-1所示。通过构建一条沿与跑步者相反的方向运行的轨道，跑步机可使跑步者或运动员在适当的位置跑步和锻炼。跑步机皮带的速度必须与跑步者的速度相匹配。如果跑步速度太慢，将无法达到跑步锻炼的目的和效果。如果跑带速度太快，则跑步者将无法跟上跑步机带的跑速。这样一来，跑步者在跑带时会很累，运动效果不好，跑步者很可能在跑步机上受伤。因此，为了实现跑步机的功能，必须有效地驱动和控制跑步带的速度。通常，将直流电动机用于速度调节和控制，并且通过改变电枢电路的串联电阻来实现跑步机的功能。第二节功能原理的确定图3-2跑步机工作原理图跑步机的工作原理如图2所示：电动机1随皮带轮2一起旋转。V带驱动鼓3旋转通过传动带。滚筒的旋转最终驱动跑步机的运行带4的传动，以实现跑步机的使用。。电动跑步机通常在体育馆中使用。它可以减少传统跑步机对关节的影响并避免运动伤害。与自然户外跑步相比，它具有节省空间和随时运动的优势。跑步时，步行带被视为户外。在跑步带上跑步就像在户外陆地上跑步一样，来回摆动手脚来锻炼身体的肌肉。步行带的方向与行驶方向相同，因此在跑步过程中，跑步者韧带上的扭矩会抵消，从而使跑步变得容易。如果增加运动量，则跑步者可以加快在跑带上的奔跑速度。电动机可以为跑步机提供足够的动力，因此可以消除关节上的负荷，这不仅减轻了体重，减轻了身体不适，而且还促进了受伤后身体的恢复。电动跑步机通过电动机驱动跑步带并调节电动机的速度，以使跑步者以不同的速度被动运行。跑步者在跑步带上跑步时会感到非常舒适，并且非常容易跑步，这使跑步者比普通的步行和跑步消耗更多的能量，从而有效地达到了减肥或健身的目的。此外，电动跑步机还可以根据跑步者的需求设计其他附加功能，从而使跑步者可以在不同的环境中运行。第三节结构设计多功能跑步机主要由有机机架，电机，跑带，可调电源和仪表控制面板组成。支架垂直连接到框架，前轴和后轴安装在框架的两端，前轴和后轴由滚子通过轴承套组装。前后辊紧紧地缠绕在跑步机皮带上，通过张紧轮将跑步带收紧，在跑步带下方安装了一块支撑跑板，车架的前端装有电动机和可调功率供应。前鼓的一端用从动皮带轮固定，控制传感器安装在电动机上，速度传感器安装在框架上，靠近驱动轮。可调螺栓的一端连接到电机壳体的孔板，另一端连接到孔板和焊接在机架前部的支架。将顶部安装在顶部，然后将仪器控制板安装在顶部。它采用传输的传输方式，这是一级传输阶段。为了反映跑步机的多功能性，该支架配备了一块旋转板，一个仰卧起坐架和内置立体声系统，可以播放音乐。跑步机的高度和倾斜度可以根据需要进行调整。跑步机在此主题中的功能被确定为腰部美容机，仰卧起坐，扭腰，内置声音，可以播放音乐，测量心率，测量里程，测量能量消耗，调节跑步机的高度，等等。其结构由有机机架，电机，皮带，可调电源和仪表控制面板组成。

第四章电动机类型与参数选择第一节电动机结构形式和类型可以根据电源类型，工作环境，空间大小和负载特性选择电动机的结构和类型。尽管直流电动机的结构不像交流电动机那样简单并且易于维护，但是在启动性能和调速性能方面，它远优于交流电动机。跑步机的设计涉及速度调节，因此这里选择了直流电动机。Z系列电动机在1980年代被替换。由于其高效，节能，低振动，低噪音，运行安全可靠，功率等级和安装规模符合IEC国际标准，因此适用于各种无特殊要求的机械设备。三相异步交流电动机适用于冲击振动大，过载能力大，转动惯量小的工作条件。它适用于频繁的起步工作和需要反向制动的机械。同一系列的某些电动机还将具有不同的安装和保护形式，应根据特定的工作环境和要求进行选择。第二节确定电动机的容量电动机容量的选择应根据作业机械容量的需求来决定。如果所选电动机的容量太大，将不可避免地增加成本并造成浪费；电动机的正常工作能力不能太小，否则可能会使电动机长时间过载，产生过多热量，影响电动机的寿命并造成过早损坏。因此，在选择电动机类型时，其额定功率P1应等于或稍大于电动机所需要的实际功率P2。电动机所需要的实际功率即电动机的输出功率，用公式表示为Pd=Pw/ηakw（3-1）式中Pd——电动机所需要的实际功率，单位为kw；Pw——工作机所需输入功率，单位为kw；ηa——电动机至工作机之间传动装置的总效率，这里取0.872。工作机所需要的功率Pw由工作机的工作机阻力（F或T）和运动参数（n）按下式计算：Pw=Fv/1000=μmg·V/1000=0.3×125×10×9.42/1000≈3.53kw所以Pd=Fv/1000ηa=4.05kw式中μ——摩擦系数，取0.3；F——工作机的阻力，单位为N；v——工作机的线速度，即V带带速，单位为m/s；T——工作机的阻力矩，单位为N•m；n——工作机的转速，单位为r/min。该电动跑步机的标准重量为125千克。选择直流电动机作为驱动跑步机的动力源应具有较高的速度和精度。当跑步者在跑步机上的跑步带上跑步时，会有一定的负荷。在这种情况下，跑步机的跑步带应与跑步者的速度保持同步并同步旋转，就像在户外跑步一样。跑步机应易于加速，以满足不同重量和不同跑步速度的跑步者的需求。第三节电机转速的选择对于具有相同额定功率的类似电动机，有多种速度可供选择。三相异步电动机常用的同步速度为：3000r/min，2000r/min，1500r/min，1000r/min，750r/min。该电动机具有速度高，体积小，质量小，价格便宜的特点，但也会增加传动装置的传动比，增加结构尺寸，增加成本。反之亦然。因此，必须综合考虑和综合比较电动机和变速器，以确定电动机的合理转速。由于跑步机的速度应在较大的调节范围内，因此选择大约2000r/min的速度。第四节选择电动机类型及其技术参数根据所选择的电动机转速约为2000rpm，跑步机的最大重量为125kg，请查阅机械设计手册，选择电动机型号Z4-112/4-1，其主要参数如下。型号：Z4-112枫叶4-1电压：220VDC。功率：4.5kw转向：逆时针旋转。速度：2000r/min，效率：87.2％。绝缘等级：F级。第五节小结跑步机属于保健设备类别。电动跑步机就像跑步带一样，它使跑步者可以就地跑步。由于跑步机驱动电机的运行皮带在运行，因此其设计可确保几乎每个人都可以满足使用条件。通用跑步机旨在满足减肥目的和适合用户的需求。如果想满足使用减肥的用户的需求，由于这些用户体重较大，因此电动机的转速应较小，转矩应较大；如果健美运动员使用它，则健美运动员的体重会更轻，跑步速度会更快。当时，电速度更快，扭矩更小，可以满足要求。如果要同时满足减肥和健身的要求，则可以调整电动机的速度和转矩要求。当前，市场上大多数电动跑步机都使用相对便宜的直流电动机。

第五章传动部分的设计机械传动主要有三种类型：皮带传动，链条传动和齿轮传动。本实用新型的优点是结构简单，传动平稳，价格低廉，减震减振。虽然链条传动对制造精度和安装精度要求较低，但只能实现两个方向的同向传动。在平行轴之间转动，并且在运行过程中无法保持恒定的瞬时传动比。佩戴后容易跳齿，而且工作时很吵。齿轮传动效率最高，结构紧凑，运行可靠，使用寿命长，传动比稳定，但齿轮会使机械过于笨重。齿轮传动装置的制造具有很高的安装精度和较高的价格，不适用于传动距离过大的情况。总之，本文选择了皮带传动的传动方式。皮带传动装置主要分为：平皮带，圆皮带，三角皮带，多三角皮带。在这里，使用三角皮带驱动。第一节设计步骤及参数选择由上面的条件知选择型号为Z4-112/5-1的电动机，传动功率P为4.5KW，转速为2000r/min,初定传动比为2。一、确定计算功率计算功率Pca是根据传递的功率P和带的工作条件而确定的Pca=KAP(5-1)式中：Pca——计算功率，kw；KA——工作情况系数，跑步机每天工作时间<10h，载荷平稳，查机械设计手册KA取1.0。P——所需传递的额定功率，如电动机的额定功率，kw。查机械设计手册，工作情况系数KA取1.0。故Pca=KAP=1.0x4.5=4.5kw二、选择V带的带型根据计算功率Pca和小带轮转速n1，查机械设计手册，选取普通V带的带型。由Pca=4.5kwn1=2000r/min查机械设计手册，选用A型V带，且小带轮基准直径在80-100mm范围内。三、确定带轮的基准直径dd并验算带速v(1）初选小带轮的基准直径dd1根据V带带型，参考表5-1和表5-2确定小带轮基准直径dd1,应使dd1≥（dd）min，取小带轮基准直径dd1=90mm。(2）验算带速vv=π·dd1·n1/（60×1000）m/s（5-2）式中，n1为主动轮的转速，单位为r/min。带速不宜过高或过低，一般应使之在5~25m/s，最高速度不可以超过30m/s。根据公式5-2，得V=π×90×2000/(60×1000)≈9.42m/s，带速适合。表5-1V带轮的最小基准直径表5-2普通V带轮的基准直径系列(3）计算大带轮的基准直径由dd2=i•dd1（5-3）计算得dd2=i•dd1=2×90=180mm，根据表4-2圆整后取为180mm。四、确定V带的中心距a和基准长度Ld（1)根据0.7（dd1+dd2）≤a0≤2（dd1+dd2）(5-4)初定中心距a0=200mm。（2）根据公式Ld0≈2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）^2/4a0，(5-5)计算出带所需的基准长度Ld0≈834.24mm。查机械设计手册，选带的基准长度Ld为800mm。(3)按公式a≈a0+（Ld-Ld0）/2，(5-6)计算实际中心距a得a≈182.88mm。考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充的张紧的需要，通常给出中心距的变动范围amin=a-0.015Ld,amax=a+0.03Ld,(5-7)得amin=170.88mmamax=206.88mm，故中心距变化范围为170.88~206.88mm。五、验算小带轮上的包角α1根据α1=180°-（dd2-dd1）57.3°/a(5-8)计算得α1=180°-（180-90）57.3°/194≈153.42°≥90°六、计算带的根数z(1）计算单根V带的额定功率Pr由dd1=90mm,n1=2000r/min,查机械设计手册得单根普通V带的基本额定功率P0=1.768kw。根据n1=2000r/min,i=2和A型带，查机械设计手册得单根普通V带额定功率得增量△P0=0.432kw。查机械设计手册得Kα=0.92052，KL=0.85，故Pr=(P0+△P0)•Kα•KL=（1.768+0.432）×0.92052×0.85≈1.721kw(2）计算V带的根数z由公式Z=Pca/Pr（5-9）计算得，Z=Pca/Pr=4.5÷1.721≈2.614，取3根。七、计算单根V带的初拉力的最小值（F0）min表5-3V带单位长度的质量由表5-3得A型带的单位长度质量q=0.1kg/m，所以（F0）min=500（2.5-Kα）Pca/(Kαzv)+qv2=[500×(2.5-0.92052)×3.7/(0.92052×3×9.42)+0.1×9.42×9.42]≈121.2N应使带的实际初拉力F0>（F0）min。八、压轴力FP的计算最小压轴力为（FP）min=2z(F0）minsin（α1/2）=2×3×121.2×sin76.71=707.72N综上所述，选取3根A型V带，且小带轮基准直径为90mm。第二节带轮结构设计一、带轮材料的选择带轮材料选用常用的灰铸铁200，它的最低抗拉强度200MPa。二、带轮设计的结构及带轮的轮槽V带轮选取的结构与基准直径有关。当带轮基准直径为dd≤2.5d（d为安装带轮的轴的直径，mm）时，采用实心式；dd≤300mm时，采用腹板式；dd≤300mm且D1-d1≥100mm时，采用孔板式；dd>300mm时，采用轮辐。V带轮的轮槽与选用的V带的型号相对应，见表5-4。表5-4轮槽截面尺寸图5-1轮槽截面尺寸带轮所设计的结构主要是根据带轮的基准直径来确定的，再由带的型号确定轮槽尺寸，故小带轮D1=75mm选取实心式，大带轮D2=150mm选取腹板式。要求带轮每毫米有效直径的轮槽轴向圆跳动公差值为0.002mm。轮槽表面粗糙度Ra最大允许值为3.2。槽距15±0.3，槽角40o±0.5°，轮槽基准直径到带轮外圆的最小高度2.75mm，轮槽基准直径到带轮底部的最小高度8.7mm,如图5-1所示。第三节带传动的张紧、安装和防护一、V带传动的张紧V带传动运转一段时间以后，会因为带的长时间的使用而发生塑性变形和磨损。为了保证带能够在传动过程中正常进行，因定期检查带的松弛程度，采取相应的补救措施。当中心距可以调节时，可以通过定期改变中心距的方法来调节带的初拉力F0，使带重新张紧。当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。此时应注意：（1）张紧轮一般应安装在皮带松边的内侧，尽可能减少带的弯曲变形；（2）张紧轮还应尽量靠近大带轮，以避免带在小带轮上的包角；（3）张紧轮的轮槽尺寸应该和带轮相同，且张紧轮直径略小于小带轮直径。若中心距过小，可以将张紧轮设置在带的松边外侧，同时应靠近小带轮。二、V带传动的安装安装V带时应该使各带轮的轴线相互平行，并且使各带轮相对应的V型槽的对称平面重合，保证它们之间的误差不相差过大。若使用多根V带传动，则应该把带的配组公差控制在规定的范围内，来避免各根V带出现载荷分布不均的现象。三、V带传动的防护为了保证V带传动中的安全问题，应该在铁丝网或保护罩的保护下进行带的传动，不能直接让V带外露。第四节V带的装配本课题使用Solidworks2014软件绘图，所作小带轮零件图如图5-2所示，大带轮零件图如图5-3所示，V带与带轮之间的装配如图5-4所示,两带轮具体尺寸见附录。图5-2V带小带轮图5-3V带大带轮图5-4V带带轮装配

第六章跑步板及跑步带的设计第一节跑步板材料的选择跑步机的跑步板的材料使用比较多的是胶合板、中密度纤维板，高密度纤维板，电木板。高密度纤维板的破裂强度最好，电木板的绝缘阻抗比较高，且抗静电效果好，表层的韧性比较好，所以可以延长跑带的运动寿命。而跑步机常用的跑板以中密度纤维板和高密度纤维板居多，为了减少成本，这里选用中密度纤维板。第二节跑步带的设计所设计的跑步带长1400mm，宽700mm,厚3mm。为了增加表面摩擦力，使跑步者在跑步的运动过程中不易摔倒，就需要设计跑带的表面有花纹，跑步者跑步时也需要穿跑鞋跑步，不能使用拖鞋、皮鞋等不适合跑步的鞋跑步。跑带的接口也要平滑，使跑带运转时产生的噪音比较小，使跑步者更舒心的享受跑步。所设计的跑步板跑带如图6-1所示。图6-1跑步板跑带第三节支架的设计一、支架材料的选择支架的材料选用比较常见的钢材料，考虑到机身不能太笨重和减少跑步机的制造成本，所以采用空心的合金钢材料。二、支架的外形设计支架在跑步者跑步时主要起支撑作用。跑步机支架应满足一定的刚度、强度、稳定性要求。其中，最主要的是刚度要求。若支架的刚性不足，就会产生变形，振动明显，使跑步机的定位精度、加工精度受影响。除此之外，应该使跑步机支架尽量美观，要使支架上的零部件便于安装和挑战，也要使跑步机支架耐磨、耐腐蚀，那样才可以减少支架的损坏和延长使用寿命。所设计的跑步机支架如图6-1所示。图6-2跑步机支架

第七章轴和轴承的设计第一节轴的设计一、轴的材料的选取轴的主要材料是碳钢和合金钢。由于碳钢的价格较合金钢较低，应力集中的敏感性也较低，同时提高其耐磨性和抗疲劳强度的方法比较多，所以碳钢尤其是45#钢使用广泛，故这里也使用45#钢。二、轴的结构设计由于轴只受弯矩而不受扭矩，所以设计的轴为心轴。轴的结构形式受载荷的性质、大小、方向等因素影响，设计时，必须具体情况具体分析。设计轴的结构时，应该满足：轴和轴上零件应有准确的工作位置；轴上零件便于调整；轴的制造工艺性应该良好，故这里可以采用阶梯轴以防止应力集中。轴的长度应小于跑带的宽度，且不宜过长，故取小带轮和大带轮对应轴的长度分别为150mm、200mm。三、轴的强度计算因为所设计的轴为心轴，工作时只受弯矩不受扭矩，故扭矩T=0。弯矩在轴截面上的应力为脉动循环变应力。通常，固定心轴的许用应力[σ-1]为1.7σ-1。查表7-1知45#钢的σB=640MPa，σ-1=275MPa，τ-1=155MPa。由V带传动中计算可知：（F0）min=121.2N最大弯矩M=200×121.2/2=12120N•mm表7-1轴常用几种材料的[τT]及A0值由表7-1选取A0=105MP，由公式d≥A0（P/n）⅓（7-1）得d≥16.24mm抗弯截面系数W=πd3/32=[3.14x(16.24)3/32]≈420.28mm³强度=M/W=12120/(πd3/32)=12120/420.28≈28.84MPa材料采用45号调质钢许用弯应力为120MP，因为28.84〈120MP，所以设计的轴满足工作强度的需要。小轴直径初选17mm，大轴初选30mm。轮毂长度B=1.5d~2d，为保证轴向定位可靠，与带轮等零件相配合部分的轴段长度一般应比轮毂长度短2-3mm。由前故与两带轮配合处的轴径分别为17mm、30mm。当10mm＜d≤18mm时，倒角C取0.8；当18mm＜d≤30mm时，C取1。故两轴承结构如下图所示。图7-1小带轮和大带轮对应轴的示意图第二节轴承的型号与寿命校核查机械设计手册，选取型号6303轴承，查询机械设计手册上该型号轴承参数可知：轴承内径为17mm，轴承外径为47mm，轴承宽度为14mm，极限转速为18000rpm，润滑方式为机油润滑。径向承载能力为13.5kN，轴向承载能力为6.58kN。轴承采用滴油润滑，有关参数如表7-2所示。其中d为滚动轴承内径，n为滚动轴承转速。单位分别为mm和r/min。表7-2适用于脂润滑和油润滑的dn值极限（表值×104）（min·r/min）由表可知dn为40mm·r/min，又因为所选滚动轴承内径为17mm，故n=40/17≈2.35r/min。查机械设计手册可知：C=Cr=13.5kN,P=Cr0=6.58kN。故轴承使用寿命Lh=106(C/P)3/60n=61171.685h，若按设计跑步机时每天10h使用时间计算，可使用6117.1685天，约16.76年，故使用寿命至少为16年，符合设计的目标。第三节其他辅助功能传统自动跑步机在设计时要考虑跑步机的减震效果，减震效果的优良是衡量一个跑步机产品质量和性能的重要指标。在各类机械的设计中，减震系统多使用弹簧减震。弹簧减震器如图7-2所示。图7-2弹簧减震器鉴于传统自动跑步机功能单一，在传统自动跑步机的基础上，还可以添加一些新的功能，如如扭腰盘、哑铃、俯卧撑支架、内置音响可播放音乐等。如下面图示所示。第四节扭腰盘图7-3扭腰盘扭腰盘如图7-3所示，为防止运动者在锻炼的过程中出现脚下打滑使其扭伤，扭腰盘上应带有凹凸不平的纹路，以增加脚下的摩擦力，使运动者扭腰时更平稳、舒适。使用时：双腿半蹲，左右扭动脚踝。这样有利于加速腿部的血液循环。伸开双臂呈对角形其中一臂垂直向下，另一臂垂直向上然后左右扭动，重复练习可以减掉腰部与腹部的脂肪。身体向前弯曲然后左右扭动，这样有助增大肺活量。第五节仰卧起坐架图7-4仰卧起坐架仰卧起坐架如图7-4所示。仰卧起坐是一项重要的运动项目。它们可以锻炼腹部和背部肌肉，消除腹部脂肪，改变运动员的姿势，并达到减肥和健身的效果。仰卧起坐既简单又方便，因此运动员可以进行仰卧起坐而不受场地和天气的影响，方便公众锻炼。第六节内置立体声可以播放音乐跑步机仪表板周围有内置扬声器，可使运动员在感到疲劳时听音乐并安静地放松身心，从而使工作与休息结合起来。内置扬声器具有耳机插孔和USB插孔，可以通过运动员携带的SD卡存储音乐并在运动