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目 錄
緒論 - 1 -
第1章 總體方案設(shè)計 - 2 -
1.1. 基本功能 - 2 -
1.2. 構(gòu)造設(shè)計 - 2 -
1.3. 功能原理的確定 - 3 -
小結(jié) - 3 -
第2章 電動機類型與參數(shù)的選擇 - 4 -
2.1. 類型功率選擇 - 4 -
2.2. 技術(shù)參數(shù) - 4 -
小結(jié) - 5 -
第3章 傳動機構(gòu)設(shè)計 - 6 -
3.1. 設(shè)計步驟及參數(shù)選擇 - 6 -
3.2. 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇 - 9 -
3.3. 帶傳動的張緊裝置的選擇 - 11 -
小結(jié) - 12 -
第4章 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 13 -
4.1. 基架的設(shè)計 - 13 -
4.2. 支架的設(shè)計 - 14 -
4.3. 前后罩 - 16 -
小結(jié) - 16 -
第5章 前后滾筒 - 17 -
5.1. 軸承的計算 - 17 -
5.2. 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計 - 17 -
5.3. 強度計算 - 18 -
5.4. 滾筒要求 - 19 -
小結(jié) - 20 -
第6章 跑步板及跑步帶設(shè)計 - 21 -
6.1. 跑步板 - 21 -
6.2. 跑步帶 - 21 -
6.3. 跑帶調(diào)整：兩個螺栓調(diào)整法 - 21 -
6.4. 跑臺潤滑油的填加 - 22 -
小結(jié) - 23 -
第7章 避震系統(tǒng)的設(shè)計 - 24 -
小結(jié) - 25 -
第8章 多功能設(shè)計 - 26 -
8.1. 扭腰盤設(shè)計 - 26 -
8.2. 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 26 -
8.3. 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計 - 27 -
8.4. 仰臥起坐架的設(shè)計 - 28 -
小結(jié) - 29 -
第9章 使用和維護 - 30 -
9.1. 跑步機的維護與保養(yǎng) - 30 -
9.2. 如何使用跑步機 - 30 -
小結(jié) - 31 -
致謝 - 32 -
參考文獻 - 33 -
- 32 -
緒論
跑步是目前國際流行并被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評價的有氧健身運動，是保持一個人身心健康最有效、最科學(xué)的健身方式，也越來越受到大家喜愛。
戶外長跑曾經(jīng)是大眾最喜聞樂見的運動形式，沿著林蔭道呼吸著早晨清新的空氣，聽著枝頭的鳥鳴，既能愉悅身心，又可鍛煉體魄。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶外長跑變得不那么流行了，而跑步機則成了時下健身最熱門的健身器械。跑步機不僅可以讓我們免受汽車尾氣之苦，也使我們可以選擇自己方便的時間隨時鍛煉。
電動跑步機，又名電動跑臺，是多年來國際流行的大眾健身器材，通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，鍛煉者可體驗不同的跑步環(huán)境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，個人可以根據(jù)自己的鍛煉目的進行鍛煉。跑步機在健身者運動時能顯示出跑步時的速度、時間、心率、熱量、節(jié)拍、距離等指標(biāo)，使健身者能夠隨時根據(jù)自身的身體狀況調(diào)節(jié)訓(xùn)練強度。
跑步機雙面寬厚的跑帶帶給您草地般舒適感覺，馬力強勁的電機帶給您澎湃恒久的動力，靈敏的控制器配合芯片使您在跑步過程中隨心所欲，堅固的鋼架以及防爆沖裝置使您的安全盡在掌握。電跑使您在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣......
第1章 總體方案設(shè)計
1.1. 基本功能
跑步機的基本功能就是構(gòu)建一條運動的跑道（跑步帶），跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，但速度必須自動保持一致，這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。實現(xiàn)跑步機的功能，對跑步帶的驅(qū)動與速度控制：通常使用直流電動機驅(qū)動，直流電動機通過半導(dǎo)體功率器件，使用脈沖寬度控制（PWM）方式實現(xiàn)調(diào)速。
1.2. 構(gòu)造設(shè)計
多功能電動跑步機主要由機架、電動機、可調(diào)電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成，其特征在于框架與支架垂直連接，前軸與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電動機、可調(diào)電源,安裝在框架的前端，控制傳感器裝在電動機上，速度傳感器安裝在緊靠在從動皮帶輪的框架上，皮帶調(diào)節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架前端的孔板上，跑步機扶手架安裝于支架的頂端，儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動方式采用帶傳動機構(gòu)，傳動級為一級。同時在支架上安有扭腰盤和伏地挺身架使機器實現(xiàn)其多功能性。
1.3. 功能原理的確定
目前市場上比較常見的有傳統(tǒng)跑步機和電動跑步機兩種。傳統(tǒng)跑步機，俗稱“被動式跑步機”。 是我國上世紀(jì)80年代從國外引進健身觀念時、為適應(yīng)當(dāng)時國情而開發(fā)的具有“中國特色”的過渡產(chǎn)物。它的動力來源是使用者通過自身臂部、膝部、踝關(guān)節(jié)的活動，推動跑步機而產(chǎn)生的運動。速度由運動者自己控制。這種運動方式，表面上看起來似乎能消耗更多的能量，但其造成的運動傷害也要比在大自然中跑步高出數(shù)倍。
據(jù)北醫(yī)三院運動醫(yī)學(xué)專家林共周博士解釋：在馬路上跑步，每跑1000米，每只腳就得撞擊地面約1000次左右。而在傳統(tǒng)跑步機上跑步，人體除自身重量產(chǎn)生的震蕩外，腳踝、膝部和臀部的肌肉，特別是肌腱，還要額外承擔(dān)向后的扭力來確保跑帶向后運動。由于扭力過度集中在韌帶、關(guān)節(jié)等幾個關(guān)鍵受力部位，更容易使受力部位肌腱組織產(chǎn)生慢性疲勞，造成損傷。很多傳統(tǒng)跑步機使用者，發(fā)現(xiàn)自己越是認(rèn)真鍛煉，腿部就越跑越粗，關(guān)節(jié)也越練越?jīng)]有力氣。
傳統(tǒng)跑步機并不適合患有脊椎軟骨突出、膝關(guān)節(jié)炎、踝關(guān)節(jié)扭傷、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人，因為長期的跑步可能會加重慢性扭傷的情形或加速膝關(guān)節(jié)的老化。
電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，這種跑步機能減輕傳統(tǒng)訓(xùn)練對關(guān)節(jié)的沖擊，避免運動受傷，比自然跑步有明顯的優(yōu)勢。跑步時后腳跟先著地，順著跑帶方向運動。手腳模仿跑步的動作，前后揮動，從而使全身肌肉得到均衡的鍛煉。由于跑帶的運動方向與腳步移動的方向一致，韌帶部位的扭力就抵消了，跑起來非常舒適?？祻?fù)者、兒童、老年人也可以保持身體平衡，從而集中精力安心鍛煉。如果增加運動量，可以加快舞動手腳的速度。用電動跑步機能消除關(guān)節(jié)的負(fù)載，不但能減肥健身，還有益于受傷后身體的恢復(fù)。
它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走，從動作外形上看，幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動跑步機上走跑的人感到十分輕松自如，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、跑為多。另外，由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗不同的跑步環(huán)境。
小結(jié)
電動跑步機就是構(gòu)造一條運動的跑帶，使運動者在原地進行跑步鍛煉。
第2章 電動機類型與參數(shù)的選擇
2.1. 類型功率選擇
當(dāng)人在跑步機上跑步或走路時，跑步機所承載的重量是人體重的0.8~2.5倍，而馬力就是在這樣的載重量下，還能滿足并維持所選擇的速度，讓人可以在跑步機上走跑自如的驅(qū)動力。通常跑步機一個馬力大概可提供50~60公斤的承載重量，但跑步帶面積大小也和跑步機馬力有相當(dāng)直接的關(guān)系，跑步機的馬力越大，可以帶動的跑步帶面積也越大，所以衡量效率及安全性后，一般建議，家用跑步機合宜的持續(xù)(continuous)馬力應(yīng)該至少1.5馬力以上，如果家人的體重有超過80公斤，則應(yīng)選2.0持續(xù)(continuous)馬力以上的跑步機。
此跑步機設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100公斤，則電動跑步機用電動機—ZYT42（NEMA）型永磁直流電動機該型電動機系大功率跑步機中配套的專用驅(qū)動元件，經(jīng)一定的電磁、結(jié)構(gòu)派生處理也可適用于相應(yīng)的機械裝置中作為驅(qū)動元件。該電動機顯著的特點：具有轉(zhuǎn)速精度高，當(dāng)人在跑步機上運動時，是一個沖擊負(fù)載，該機在這種沖擊負(fù)載作用下一轉(zhuǎn)不差，保持同步轉(zhuǎn)速，如同在平地上一樣感覺。表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無級調(diào)速），
調(diào)速范圍寬，低速性能（啟動轉(zhuǎn)矩大），運行平穩(wěn)，噪音低，效率高。
2.2. 技術(shù)參數(shù)
型號 ZYT42/06 電壓220 VDC
功率 2.0 HP 電流不大于9.8A
轉(zhuǎn)速3400±7% 轉(zhuǎn)向 逆時針
絕緣等級 F級
圖2-1 電動機外型圖
L1=28.5 L2=272
電動機特性曲線：
表2-1 電動機特性曲線
小結(jié)
跑步機屬于健康器材類產(chǎn)品,由于跑步機驅(qū)動電機必須滿足各種體重的人來使用.一般使用跑步機的目的有兩種:健身,減肥瘦身;如果是減肥瘦身的人來使用,因為身體較肥胖,跑不快,因此驅(qū)動電機的低速必須轉(zhuǎn)矩大才能使用.相反的,健身的人跑步快,但是重量輕,因此高速時的轉(zhuǎn)矩需求較小;跑步機必須滿足家庭成員每一個人都能使用,因此調(diào)速范圍要寬廣,低速轉(zhuǎn)矩要大,才能滿足不同重量的人.
目前跑步機使用的驅(qū)動裝置以直流有刷電機為多,優(yōu)點是價格便宜
第3章 傳動機構(gòu)設(shè)計
工作機構(gòu)類型選擇帶傳動,屬于定傳動比勻速轉(zhuǎn)動機構(gòu)。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉 能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)，無噪聲，過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞，具有過載保護作用
3.1. 設(shè)計步驟及參數(shù)選擇
初始條件：選擇電機為專門為跑步機生產(chǎn)的永磁直流電動機，傳動功率P=1.5KW，主動輪轉(zhuǎn)速為n1=3400r/min 傳動比定為i=2.1 由于多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動，所以擇之。以下計算過程所用到的表和圖來源：
卜炎主編. 機械傳動裝置設(shè)計手冊（上冊），機械工業(yè)出版社，1999
1、確定設(shè)計功率Pd
Pd＝KAP （3-1）
KA——工作情況系數(shù)，根據(jù)跑步機使用的特性，選擇每天工作時間〈10小時，載荷變動小。KA=1.1見表8-9
Pd=1.1*1.5=1.65kw
2、帶型號的選擇
對于多楔帶的型號可根據(jù)設(shè)計功率Pd=1.65KW和小帶輪轉(zhuǎn)速n1=3400r/min由圖8—21選取,選PJ型多楔帶。
3、確定帶輪直徑de1、de2（有效直徑）
小帶輪有效直徑：
由表8-90demin=20mm,由表8-91選de1=33.5mm
大帶輪有效直徑:
小帶輪節(jié)圓直徑
dp1=de1+2△e=33.5+2*1.2=36mm
由表8-90，△e=1.2
大帶輪節(jié)圓直徑dp2=idp1=2*33.5=67mm
de2=dp2-2△e=67-2*1.2=64.6mm
由表8-91，選de2=63mm
4、計算帶速v
v=πdp1n1 /（60×1000） m/s （3-2）
注意：v↑ —→離心力、離心應(yīng)力↑—→FQ↓
—→單位時間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N↑
v↓ —→P=F×v/100可知，P一定時，F(xiàn)↑—→張緊力↑
一般v在5～25 m/s，最大30 m/s，在8～15 m/s較好
V=∏*36*3400/60*1000=6.4<30m/s,合適
5、初定中心距a0
中心距的大小對帶傳動的影響：
a↑—→結(jié)構(gòu)大—→由于載荷變化引起帶的顫動—→掉帶
a↓—→帶的長度↓—→在一定速度下，單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)N愈多，會加速帶的疲勞損壞；
—→當(dāng)傳動比i較大時，包角↓
對于V帶傳動，中心距a一般可取
2（de1 ＋de2 ）≥a0≥0.7（de1＋de2） （3-3）
67.55〈a0〈193
初定 a0=150mm
6、確定帶的有效長度Le
Le0=2a0+∏/2（de1＋de2）+(de2-de1)2/4a0
=2*150+151.505+1.45
=452.96mm
由表8-52，選Le=450mm
7、計算實際中心距a
中心距的變動范圍
考慮安裝調(diào)整和補償張緊力的需要（如膠帶伸長而松弛后的張緊），尚需給中心距留有一定的調(diào)整余量。由表8-54知中心距的調(diào)整量為△min=5,￡min=8.
a=a0+(Le- Le0)/2
=150-1.48
=148.52mm
則a1=153.52mm a2=140.52mm
8、計算小帶輪包角
α1 ≈∏-（de2-de1 ）/a
=3.14-0.199
=2.94rad
9、帶每楔所傳遞的額定功率及其增量
由帶型，de1=33.5mm，n1=3400r/min按表8-55用插值法計算的
p0=0.14kw
由i=2, n1=3400r/min,有表8-55用插值法計算得
△p0=0.02kw
10、計算帶的楔數(shù)
由表8-56用插值法計算Kα=0.97，KL=0.78
Z=1.65/（0.16*0.97*0.78）
=13.63
由表8-51選取Z=12
11，有效圓周力
FT= Pd/v*103
=0.26*103
=260N
12．作用在軸上的載荷
為設(shè)計軸和軸承，需確定帶傳動作在軸上的力Fr
得Kr=1.57
則 Fr=1.57*260*0.995
=406.16N
多楔帶帶的選擇
圖 3-1 多楔帶
根據(jù)計算
跑步機傳動機構(gòu)選擇12PJ450多楔帶
3.2. 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇
要求
質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡 ；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為3.2），以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用材料的牌號為HT150或HT200；轉(zhuǎn)速較高時宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可用鑄鋁或塑料。
結(jié)構(gòu)設(shè)計
帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成
1）實心式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于3d(d為軸的直徑)時
2）腹板式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于300～350mm時
3）輪幅式：帶輪基準(zhǔn)直徑大于300～350mm時
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)帶的型號及根數(shù)確定輪緣寬度，根據(jù)帶的型號確定輪槽尺寸
則小帶輪D=33.5選取實心式，大帶輪D=63選取腹板式
小帶輪隨電機一起購買。規(guī)格：P12PJ33.5
以跑步機大帶輪P12PJ63為例確定其結(jié)構(gòu)和尺寸：
要求帶輪每毫米有效直徑的輪槽軸向圓跳動公差值為0.002mm.輪槽表面粗糙度Ra的最大允許值為3.2。槽距e=2.34±0.03 槽角α=40o±0.5o 楔頂圓角半徑rb,最小值為0.2，槽底圓弧半徑rt最大值為0.4，檢驗用圓球或圓柱直徑db=1.5±0.01,2X公稱值為0.23，2N最大值1.22，f最小值為1.8，有效線差公稱值￡e=1.2徑向跳動公差0.25，槽間直徑差值最大0.16。n槽數(shù)為12。。
帶輪寬=11*2.34+1.8*2
=29.34MM
3.3. 帶傳動的張緊裝置的選擇
傳動中心不可變時，采用張緊輪??????????????????
傳動中心可調(diào)時，采用滑軌+螺旋或者浮動軸。
3.3.1.
??
表3-1張緊裝置
本跑步機中心距是可調(diào)的：
a=a0+(Le- Le0)/2
=150-1.48
=148.52mm
則a1=153.52mm a2=140.52mm
范圍在140.52---153.52之間，則通過螺栓的前后移動來調(diào)節(jié)電機的前后移動，從而實現(xiàn)帶的調(diào)緊和放松。
小結(jié)
多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動。
第4章 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1. 基架的設(shè)計
為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和減震系統(tǒng)的有效性，基架全部采用焊接結(jié)構(gòu)?；艿脑O(shè)計是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，也是其他設(shè)計的基準(zhǔn)。支架，滾筒的選擇，以及前后ABS塑料罩等等，都是依據(jù)基架的尺寸和形狀設(shè)計的，所以設(shè)計開始首先考慮基架的設(shè)計，進行樣式，結(jié)構(gòu)，還有尺寸的確定。主要是通過調(diào)研，看現(xiàn)有市場上的跑步機的基架結(jié)構(gòu)的流行設(shè)計，在此基礎(chǔ)上進行自己產(chǎn)品的開發(fā)，少走彎路，緊跟市場，在尺寸的確定方面參考了人體運動工學(xué)推算，45cm寬X130cm跑帶面積，以此保證給人以足夠的運動面積，為主要數(shù)據(jù)展開對基架的設(shè)計，再考慮電機的尺寸，傳動機構(gòu)帶傳動的中心距離，電機的安裝，前后滾筒的位置，PWM調(diào)速電源的安裝位置，以及傳感器安裝位置的預(yù)留等等，設(shè)計了上圖的基架，在設(shè)計中特意將兩邊框設(shè)計了足夠的寬度，以此為鍛煉過程中短暫的休息提供兩腳踩放的位置，另外也為萬一跑步機失靈發(fā)生意外，人可快速兩腳分開脫離旋轉(zhuǎn)的跑帶，提供足夠的安全踩放位置。
圖4-1 基架
4.2. 支架的設(shè)計
支架設(shè)計分為上下兩部分通過插拔的形式安裝和拆卸，目的是包裝時節(jié)省空間，材料采用空心鋼管，連接為焊接，保證穩(wěn)定性。支架包括扶手，儀表安裝
輔助支架，扭腰盤連接處等，仰臥起坐架直接焊接于輔助連桿上。與基架的連接采用螺栓連接，方便位置的調(diào)整和拆裝。底部安有橡膠墊和尾套，保證平衡，最重要的是實現(xiàn)減震的二級緩沖。
圖 4-2 上支架
圖 4-3 下支架
圖4-4 總支架
4.3. 前后罩
旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)必須與執(zhí)行機構(gòu)隔離，保證安全性，同時為了技術(shù)保護和美觀，前后罩使用ABS塑料，美觀，有質(zhì)感，能起到有效的防護作用。設(shè)計基準(zhǔn)為基架，通過螺釘與基架連接，方便安裝和維護維修。
圖 4-5 前罩
圖 4-6 后蓋
小結(jié)
整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計用美國SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS進行三維的實體設(shè)計，使設(shè)計簡單化和設(shè)計化，可以把工作的精力都放在設(shè)計上而不是復(fù)雜的制圖上。
第5章 前后滾筒
5.1. 軸承的計算
軸承類型：深溝球軸承，軸承代號：6301
軸承參數(shù)：軸承內(nèi)徑：12，軸承外徑：37，軸承寬度：12，額定動載荷：7480，額定靜載荷：4650，極限轉(zhuǎn)速：22000， 潤滑方式：脂潤滑。
工作參數(shù)：徑向載荷：406.16，軸向載荷：0，使用壽命：30000，工作轉(zhuǎn)速：1819.8，載荷系數(shù)：1.5。
計算結(jié)果：
當(dāng)量動載荷：609.24
當(dāng)量靜載荷：609.24
計算壽命：16950
5.2. 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計
滾筒軸屬于固定心軸——只承受彎矩M≠0；不承受扭矩T=0；軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件。
結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求
1、 軸與軸上零件應(yīng)具有準(zhǔn)確的工作位置——定位要求
2、 軸上零件應(yīng)易于裝拆和調(diào)整——安裝調(diào)整要求
3、 軸上零件的固定應(yīng)牢固可靠——緊固要求
4、 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性——工藝要求
5、 應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中——提高疲勞強度的要求
軸的各部分結(jié)構(gòu)名稱制造安裝要求
——為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸。
——為使軸上零件易于安裝，軸端和各軸段的端部應(yīng)有導(dǎo)角
——軸的形狀和尺寸力求簡單，以便于加工
——軸上磨削的軸段有砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應(yīng)有推刀槽；
軸的材料
軸常在交變應(yīng)力的作用下工作，其材料的要求是：強度高、剛度好、應(yīng)力集中的敏感度小，抗疲勞，加工性能好，有的軸表面要求也較高。
軸的材料主要采用中碳鋼35或45鋼和合金鋼20Cr或40Cr等。
最常用的是45#鋼（含碳量０.45％），它具有較高的綜合機械性能。
此設(shè)計采用45#鋼。
軸的設(shè)計包括兩個方面：
* 結(jié)構(gòu)設(shè)計：使軸具有合理的結(jié)構(gòu)形狀，良好的加工工藝性。
* 強度計算：保證軸在載荷作用下不致斷裂或產(chǎn)生過大的變形。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
* 軸的端部應(yīng)有45度倒角，以便安裝時對中，防止銳邊劃手。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要根據(jù)以下幾個方面： 軸上零件的配置；軸上零件的固定；軸上零件的裝拆；軸的加工工藝性。
軸上零件的固定可分為兩個方向：
周向固定：傳遞扭矩和運動。采用過盈配合（軸承內(nèi)圈）、
軸向固定：防止零件在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向移動。采用圓螺母
圖5-1 滾筒結(jié)構(gòu)
5.3. 強度計算
由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應(yīng)用上式時，應(yīng)取T=0。由于是固定心軸，考慮啟動，停止等影響，彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力可視為脈動循環(huán)變應(yīng)力。所以
固定心軸的許用應(yīng)力應(yīng)為1.7[σ-1] 。
最大彎矩M=0.54/2*300=81N.M
抗彎截面系數(shù)W=∏*d4/64 =[3.14*(0.012)4/64]=2*10-8
強度=M/W=81/(∏*d4/64)=81/2*10-8=40MPa
材料采用45號調(diào)質(zhì)鋼許用彎應(yīng)力為102MP 40〈102
則通過設(shè)計能承受足夠的工作強度。
5.4. 滾筒要求
主動滾筒的外圓全跳動小于0.33mm，從動滾筒的外圓全跳動小于0.25mm。滾筒均采用2.1mm壁厚的優(yōu)質(zhì)鋼管，光潔度達(dá)到0.8以下。滾筒均有防靜電處理。滾筒外部經(jīng)防銹處理。
圖5-2 前滾筒
圖 5-3 后滾筒
小結(jié)
滾筒要求做動平衡調(diào)節(jié)、動平衡精度高，噪音低。
圖5-4 滾筒的動平衡調(diào)節(jié)
第6章 跑步板及跑步帶設(shè)計
6.1. 跑步板
電動跑步機的跑步板，它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個表面的導(dǎo)電耐磨層構(gòu)成。導(dǎo)電耐磨層既可長期承受跑步帶的摩擦，使用壽命高；又可隨時將摩擦產(chǎn)生的靜電荷通過底座導(dǎo)出，避免靜電對人體的不舒感和對跑步機造成的損害?；逵筛呙芏然蛑忻芏壤w維板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纖維板時，強度較高、重量較輕，成本較低，效果較好，本身也提供一部份的吸震功能，導(dǎo)電耐磨層可以在基板上噴涂導(dǎo)電耐磨涂料固化制成，也可以在基板上復(fù)合耐磨金屬板制成。導(dǎo)電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。復(fù)合耐磨金屬板則更牢固。復(fù)合耐磨金屬板為復(fù)合銅板時效果更好，更耐磨。
6.2. 跑步帶
跑帶要求雙層粘合跑帶，具有高傳導(dǎo)性，跑步帶國際防滑型，運動時安全可靠
跑步機，其實就是提供一個跑步的面積，所以絕對要在乎跑步帶面積的大小，左右寬度及前后長度都要夠，否則無法自然邁開步伐，跑起來彎扭不順暢，更容易跌倒。根據(jù)人體運動工學(xué)推算，45cm寬X130cm長，應(yīng)是一個合宜的參考面積，然后再依個人的實際條件做增減。有不少廠商生產(chǎn)"加碼"跑步機，跑臺加寬，左右踏條增大，以營造物超所值得虛胖假象，但最重要的跑步帶面積并沒增加；所以焦點要放在跑步帶面積上。理論上來說，在相同的馬力條件下，如果跑步機所能提供的跑步帶面積越大，且整臺實際的占地面積越小，應(yīng)是較佳的設(shè)計。
6.3. 跑帶調(diào)整：兩個螺栓調(diào)整法
圖6-1 跑帶的調(diào)整
如果跑帶偏向左邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以順時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺左后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓四分之一轉(zhuǎn)，還有以反時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺右后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓四分之一轉(zhuǎn)。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動作，直到跑帶位在中央位置。
如果跑帶偏向右邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺左后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓四分之一轉(zhuǎn)，還有以順時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺右后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓四分之一轉(zhuǎn)。勿過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動作，直到跑帶位在中央位置。
圖6-2 跑帶左右偏調(diào)整方式
要增加跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母板手，以順時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺后側(cè)的兩個滾筒調(diào)整螺栓各四分之一轉(zhuǎn)。跑帶張力適當(dāng)時，應(yīng)該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉(zhuǎn)幾分種。重復(fù)本段動作，直到跑帶張力適當(dāng)為止。
要減少跑帶的張力時，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時針方向旋轉(zhuǎn)跑臺后側(cè)的兩個滾筒調(diào)整螺栓各四分之一轉(zhuǎn)。跑帶張力適當(dāng)時，應(yīng)該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動作，直到跑帶張力適當(dāng)為止。
圖 6-3 跑帶張力大小調(diào)整方式
6.4. 跑臺潤滑油的填加
1、減小跑步帶和跑步板之間的摩檫力，保護跑步板表面的耐磨涂層，延長跑帶、跑板的使用壽命。
2、減少跑步機的電能消耗。
3、讓用戶在運動時更流暢。
品質(zhì)要求：
1、耐高溫。
2、黏度高。
3、不易揮發(fā)。
使用方法：
1、掀開左側(cè)跑步帶，將潤滑油沿跑步帶方向倒在跑步板上，控制用量為 10 ml。
2、右側(cè)同左側(cè)一樣操作方法。
3、將跑步機通電運轉(zhuǎn)在3 KM / H以內(nèi)，人站上去隨著跑步帶一起運動，用腳有意識的踏壓跑步帶下涂有潤滑油的區(qū)域，使其在跑步板上散布均勻。
使用頻率：
6個月加注1次潤滑油
注意事項：
不可過量使用，防止摩檫力太小后跑步帶和傳動滾筒之間打滑影響正常使用。
圖 6-4 跑步板和跑步帶
小結(jié)
跑步板和跑步帶的設(shè)計是設(shè)計的重點，不光要提供一個寬敞舒適的跑步平臺，還得考慮之間的摩擦問題，還有摩擦產(chǎn)生的靜電問題，盡量通過細(xì)節(jié)的設(shè)計，提供一個真正的健康的鍛煉平臺。
第7章 避震系統(tǒng)的設(shè)計
跑步的“頭等大事”就是要保護好膝蓋———跑步鞋具有緩沖減震的效果就是這個道理。使用跑步機比起在戶外路跑最大的好處是：跑步機它提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用沖擊力，保護了膝蓋關(guān)節(jié)。跑步機的避震方式采用具彈性的橡膠墊將跑臺和底座框架墊隔開，使跑臺成懸吊狀態(tài)，進而產(chǎn)生吸收震動的功能而達(dá)到避震的效果。因此避震效果是否可以有效的展現(xiàn)發(fā)揮，完全得看跑步機的基座結(jié)構(gòu)是否牢靠穩(wěn)固。所以采用了足夠牢固的鋼材規(guī)格，結(jié)構(gòu)撐架以焊熔連接，沒有采用螺栓，在基座結(jié)構(gòu)上再加上橡膠墊和橡膠尾套，使整個基架又對力產(chǎn)生一個緩沖，實現(xiàn)二級緩沖！本設(shè)計中跑步板采用高密度纖維板，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，以確保在吸震同時，不因沖擊而龜裂，另外在使用時可在跑步機的支撐點下，加鋪具有彈性的鋪墊，以增加避震效果。
現(xiàn)在高級跑步機的最大賣點之一就是避震系統(tǒng)，所以設(shè)計和改進跑步機避震系統(tǒng)首當(dāng)其沖，是設(shè)計思路和技術(shù)攻克的重點?！疤铡迸婆懿綑C減震系統(tǒng)設(shè)計相當(dāng)敏感，站上跑步板，它會自動測出你的體重，根據(jù)數(shù)據(jù)，機器自動調(diào)整適合你的減震指數(shù)，避免膝蓋受傷。健身器目的是鍛煉身體，好的避震系統(tǒng)是跑步機的保障，如果沒有對力的多重緩沖，跑步機就成為了跑步的隱型殺手，在不自覺中會損傷關(guān)節(jié)，而設(shè)計獨特的避震系統(tǒng)能給鍛煉者帶來草地般舒適感覺，使在跑步機上的運動真正成為一種享受。
圖7-1支架減震
圖7-2 底座減震
小結(jié)
減震系統(tǒng)的設(shè)計，是電動跑步機的必需，減震系統(tǒng)的設(shè)計和考慮程度決定著所設(shè)計跑步機的檔次。高檔跑步機可以根據(jù)體重自動調(diào)節(jié)減震系數(shù)。
第8章 多功能設(shè)計
8.1. 扭腰盤設(shè)計
圖 8-1 扭腰盤
【特點】：
①采用 ABS塑料+磁鐵制成，抗沖擊強度高，密度小，便于運輸，完全可以替代鑄件，表面光潔度好，不用噴涂，可節(jié)省費用3-5元，重量僅是鑄件的1/7，從運費上可節(jié)省6/7，采用此產(chǎn)品綜合成本效益可降低40%
盤面突起直指病理反射區(qū)穴位，在扭腰同時進行腳底按摩。
②附有磁鐵，有足療作用。
③身體隨著轉(zhuǎn)盤扭動，使腰部、跨部得到充分鍛煉，瘦腰美腿、保持身材。
④通過磁療，把磁波傳列到人體，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生旋渦狀的二次電流，排除多余脂肪及毒素。
⑤增強血液循環(huán)，健美強身兩不誤。
8.2. 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計
設(shè)計直徑為250mm，通過長桿與支架相連 ，用時把鐵銷把出，旋轉(zhuǎn)放在皮帶上方，即可使用，鍛煉完畢旋轉(zhuǎn)折疊，插上鐵銷，則扭腰盤依附與支架上，可以進行別的項目的鍛煉。
圖8-2 扭腰盤支架
8.3. 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計
此扭腰盤選用單向推力軸承和深溝球軸承配合完成對軸轉(zhuǎn)動的的支撐。
單向推力軸承計算：
軸承類型： 單向推力球軸承(50000)，軸承代號： 51104
軸承參數(shù)：軸承內(nèi)徑：20，軸承外徑：35，軸承寬度：10，額定動載荷：11000，額定靜載荷：19800， 極限轉(zhuǎn)速：6700，潤滑方式：脂潤滑
工作參數(shù)：徑向載荷：0，軸向載荷：1000，使用壽命：3000，工作轉(zhuǎn)速：20，載荷系數(shù)：1.1
計算結(jié)果：當(dāng)量動載荷：1100.00，當(dāng)量靜載荷：1100.00，計算壽命：833350
深溝球軸承只是簡單起個軸向固定和保持軸位置的固定的作用。
圖8-3 扭腰盤旋轉(zhuǎn)機構(gòu)
圖8-4 扭腰盤折疊圖
8.4. 仰臥起坐架的設(shè)計
根據(jù)美國醫(yī)療協(xié)會報導(dǎo),做仰臥起坐對人體新陳代謝 有絕對的幫助,其可增進肺部運動量因而提升免疫力。此設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，與支架焊接在一起，平穩(wěn)堅固、使用簡單，屬于很大眾化的設(shè)計，對強化胸部、腰部大小肌肉，消除腹部贅肉最有效，在鍛煉中與跑步配合，使跑步機不再成為乏味的單一運動器械，而且結(jié)構(gòu)位置絲毫不影響跑步帶鍛煉。
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圖8-5 仰臥起坐架
小結(jié)
多功能的設(shè)計表現(xiàn)在兩方面，一個是通過程序的設(shè)計，設(shè)計不同的模式使鍛煉者可以進行不同程度的鍛煉，另一個是添加附屬器件，比如此設(shè)計中扭腰盤和仰臥起坐架，但是不是功能越多越好，必須考慮彼此不影響，保證鍛煉的準(zhǔn)確性。
第9章 使用和維護
9.1. 跑步機的維護與保養(yǎng)
1、在您第一次或定期使用本電動跑步機時，請用潤滑劑涂在跑步帶的內(nèi)表面，以減少相互間的磨擦阻力，減輕電動機的負(fù)荷。
2、經(jīng)常在跑步機的各部位用干凈的抹布清潔，除灰塵，以維護各零件正常運轉(zhuǎn)的性能。
3、定期地使用一滴或二滴潤滑油在輥軸軸承上，以保證軸承較好的滾動性能。
4、定期地檢查跑步機的各個螺釘、螺栓及螺帽，若有松動，請立即用工具鎖緊固定。
9.2. 如何使用跑步機
1 在練習(xí)跑步機之前，準(zhǔn)備活動比較簡單，主要做一些腿部肌肉、關(guān)節(jié)的準(zhǔn)備活動就可以了，比如側(cè)壓腿、活動腳腕等。
2如果想要跑步機練習(xí)變得活躍、豐富起來，可以將跑步機放置在電視機前，一邊看自己喜歡的電視節(jié)目一邊練習(xí)，或在練習(xí)時一邊聽自己喜歡的音樂一邊練習(xí)也可以，但大部分的注意力一定要放在跑步機上還可以讓家人配合，在練習(xí)時經(jīng)常給自己大聲地鼓勵，這樣可以很好地活躍練習(xí)時的氣氛。
3．其他注意細(xì)節(jié)：
（１）即使在家中練習(xí)跑步機，也要穿運動裝和運動鞋進行練習(xí)，不要光腳練習(xí)。
（２）在練習(xí)的過程中，最好每１５分鐘就補充一定的水分，但不可太多。
（３）不要在跑步機上進行倒走練習(xí)。
（４）訓(xùn)練次數(shù)每周不要超過四次，在飯后一個小時進行為好。
（５）訓(xùn)練強度不宜過大，不一定非要練得大汗淋淋，這樣的效果并不見得就好，患有心臟疾病或高血壓的朋友更不宜大運動量使用跑步機，室內(nèi)空氣要保持暢通，空調(diào)不宜開得過低。
（６）如果是為了減脂而練習(xí)跑步機，可在練習(xí)期間配合腹部力量訓(xùn)練，如仰臥起坐等。
（７）練習(xí)跑步機不是一兩天就能看見練習(xí)效果的，要配合其他的戶外有氧鍛煉，在平時要注意減少高油脂食物的攝入量，吸煙的朋友要在練習(xí)期間減少吸煙的次數(shù)。
? （ 9）不要閑談。破壞了運動節(jié)律,使動作質(zhì)量數(shù)量難以保證,鍛煉效果大大折扣。
（10）不要亂開玩笑。超負(fù)荷鍛煉,必須全神貫注,全力以赴,亂開玩笑會轉(zhuǎn)移運動者的注意力或因發(fā)笑泄氣,破壞運動節(jié)奏。
（11）不要立即入浴。應(yīng)提倡運動后休息30～60分鐘,適當(dāng)補充水份后,再以溫水沖淋,時間不要過長。
小結(jié)
跑步機是由電機帶動，則跑步者須與跑帶節(jié)奏保持一致，在跑步時出現(xiàn)意外，要迅速的使跑步帶停下來，所以在跑步機設(shè)計時要盡多的考慮安全問題。
致謝
漫長的設(shè)計接近了尾聲，從開始的迷茫到現(xiàn)在的任務(wù)的完成。走過彎路，想過放棄，最后還是堅持下來了。由于跑步機資料的缺少，開始的工作舉步唯艱，只能是漫長的調(diào)研和上網(wǎng)查詢。但是涉及到專利技術(shù)的保護，收獲甚微，只好無數(shù)次的猜想和論證，走了很多彎路，感受到了什么叫萬事開頭難，甚至覺的憑自己所掌握的知識完不成跑步機的設(shè)計，只好開始了漫無目的的收集資料。
在收集資料的過程中，只要是對自己有幫助的就收藏起來，一幅圖，一句話都不放過，發(fā)現(xiàn)一點點有幫助的知識點，欣喜半天，慢慢堅定了自己要完成設(shè)計任務(wù)的信心，終于在一幅圖上發(fā)現(xiàn)了自己想要的東西，很快的很多工作可以展開了思路，在主要數(shù)據(jù)反復(fù)計算完成后，確定了自己的方案。接下來任務(wù)就是三維零件實體建模了，在軟件的選擇上，選了美國SOLIDWORKS公司的SOLIDWORKS進行了學(xué)習(xí)，此軟件的特點就是上手快，而且在很多公司都要求會SOLIDWORKS，因為此軟件便宜但功能還比較強大，在很多公司的設(shè)計采購里是首選，容易實現(xiàn)其普遍性和正版化。在設(shè)計中學(xué)習(xí)軟件，進度很快，因為心理明白要設(shè)計的是什么需要怎么去設(shè)計，相應(yīng)的去學(xué)習(xí)軟件對應(yīng)的功能，就明白了軟件的某功能可以干什么，能完成什么。在零件的建模中，慢慢的自己很多模糊的東西都明顯化，和矛盾化，需要自己去明確的數(shù)據(jù)去論證，更嚴(yán)重的是核心的東西也有可能是錯誤的，但值的高興的是，自己從設(shè)計中學(xué)到了很多東西，四年學(xué)習(xí)了很多，可又似很模糊，現(xiàn)在從一個產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的角度去學(xué)習(xí)，很多東西恍然，欣喜自己找到了以后深造的方向，可以在畢業(yè)后能繼續(xù)本專業(yè)的學(xué)習(xí)。
建模過程占據(jù)了設(shè)計的大部分時間和經(jīng)歷，有些零件反反復(fù)復(fù)很多次，在無法完成的情況下，只好再去各大商場去調(diào)研，有了前面的工作，接下來的調(diào)研顯的收獲很大，使自己越來越專注于自己的設(shè)計，感覺每個數(shù)據(jù)，每個零件特征的繪制都流淌著自己的血。
隨著時間的一天天過去，自己的成績也明朗化，終于整個結(jié)構(gòu)完成了，進行了零件的裝配，按照任務(wù)書的進度，設(shè)計也慢慢接近了尾聲，在過程中，指導(dǎo)老師羅春陽做了整體把握，對細(xì)節(jié)問題給予了莫大的幫助，使設(shè)計更精益求精，對設(shè)計中沒有注意到的問題給予了指出。在此工作完成之時，忠心謝過！
雖然設(shè)計任務(wù)完成了，但還有很多需要改進的方面，我的努力只能說是此新課題的一個開始，希望在以后的設(shè)計中能被更多的同學(xué)去進行大膽和新思路的創(chuàng)新，逐步完善這個課題，吸收和借鑒國外和國內(nèi)先進和時尚的理念，設(shè)計開發(fā)我們自己特色的產(chǎn)品。隨著人們健身意識的不斷提高，健身器械的需求越來越大，希望老師能把此課題作為健身器械系列課題一直做下去，做為開始的我無比榮幸！
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