395 多功能自動跑步機(機械部分設(shè)計)
395 多功能自動跑步機(機械部分設(shè)計),多功能,自動,跑步,機械,部分,部份,設(shè)計
I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 -II9.1. 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 -- 1 -緒論跑步是目前國際流行并被醫(yī)學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，使健身者能夠隨時根據(jù)自身的身體狀況調(diào)節(jié)訓練強度。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......- 2 -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。- 3 -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 80 年代從國外引進健身觀念時、為適應(yīng)當時國情而開發(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。康復(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。- 4 -第 2 章 電動機類型與參數(shù)的選擇2.1. 類型功率選擇當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)計標準為 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，當人在跑步機上運動時，是一個沖擊負載，該機在這種沖擊負載作用下一轉(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- 5 -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- 6 -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，19991、確定設(shè)計功率 PdPd＝K AP （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。K A=1.1 見表 8-9Pd=1.1*1.5=1.65kw2、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、d e2（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=67mmde2=dp2-2△e=67-2*1.2=64.6mm由表 8-91，選 de2=63mm4、計算帶速 v- 7 -v=πd p1n1 /（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；—→當傳動比 i 較大時，包角↓ 對于 V 帶傳動，中心距 a 一般可取2（d e1 ＋d e2 ）≥a 0≥0.7（d e1＋d e2） （3-3）67.55〈a 0〈193初定 a 0=150mm6、確定帶的有效長度 Le Le0=2a0+∏/2（d e1＋d e2）+(d e2-de1)2/4a0=2*150+151.505+1.45=452.96mm由表 8-52，選 Le=450mm7、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- 8 -則 a1=153.52mm a2=140.52mm8、計算小帶輪包角α 1 ≈∏-（d e2-de1 ）/a=3.14-0.199=2.94rad9、帶每楔所傳遞的額定功率及其增量由帶型，d e1=33.5mm，n 1=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△p 0=0.02kw10、計算帶的楔數(shù)由表 8-56 用插值法計算 Kα =0.97，K L=0.78Z=1.65/（0.16*0.97*0.78）=13.63由表 8-51 選取 Z=1211，有效圓周力FT= Pd/v*103=0.26*103=260N12．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 F r=1.57*260*0.995=406.16N- 9 -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??；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：帶輪基準直徑小于 3d(d 為軸的直徑)時2）腹板式：帶輪基準直徑小于 300～350mm 時- 10 -3）輪幅式：帶輪基準直徑大于 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=40 o±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- 11 -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。- 12 -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。- 13 -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)。基架的設(shè)計是整個設(shè)計的基礎(chǔ)，也是其他設(shè)計的基準。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- 14 -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- 15 -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，- 16 -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。- 17 -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：當量動載荷：609.24當量靜載荷：609.24計算壽命：169505.2. 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?！獮槭馆S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- 18 -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=∏*d 4/64 =[3.14*(0.012)4/64]=2*10-8 強度=M/W=81/(∏*d 4/64)=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- 19 -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- 20 -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)- 21 -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。基板由高密度或中密度纖維板制作，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- 22 -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。- 23 -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- 24 -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?，F(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- 25 -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)。- 26 -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- 27 -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：當量動載荷：1100.00，當量靜載荷：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。- 28 -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。- 29 -*/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，保證鍛煉的準確性。- 30 -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 在練習跑步機之前，準備活動比較簡單，主要做一些腿部肌肉、關(guān)節(jié)的準備活動就可以了，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，或在練習時一邊聽自己喜歡的音樂一邊練習也可以，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，在練習時經(jīng)常給自己大聲地鼓勵，這樣可以很好地活躍練習時的氣氛。 3 ．其他注意細節(jié)： （１）即使在家中練習跑步機，也要穿運動裝和運動鞋進行練習，不要光腳練習。 （２）在練習的過程中，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。 （４）訓練次數(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跑步機，可在練習期間配合腹部力量訓練，如仰臥起坐等。 （７）練習跑步機不是一兩天就能看見練習效果的，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期間減少吸煙的次數(shù)。- 31 -（ 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。- 32 -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 進行了學習，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)計中學習軟件，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)的去學習軟件對應(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)計中學到了很多東西，四年學習了很多，可又似很模糊，現(xiàn)在從一個產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的角度去學習，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)的學習。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！- 33 -參考文獻[1] 王三明主編 .機械原理與設(shè)計課程設(shè)計。北京：機械工業(yè)出版社，2005[2] 鄒慧君主編.機械原理.北京.高等教育出版社，1999[3] 申永勝主編.機械原理教程.北京.清華大學出版社，1999[4] 張偉社主編.機械原理.西北工業(yè)大學出版社，2001[5] 鄒慧君主編.機械原理課程設(shè)計手冊.高等教育出版社，1998[6] 趙松年主編.現(xiàn)代機械創(chuàng)新產(chǎn)品分析與設(shè)計，2000[7] 楊家軍主編.機械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計.華中理工大學出版社，2000[8] 張春林主編.機械創(chuàng)新設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1999[9] 機械設(shè)計手冊編委會. 機械設(shè)計手冊新版 2，3 卷, 機械工業(yè)出版社，2004[10] 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英文資料The electronic race apparatus trade calls China's famous brandThe domestic electricity wins the race in the familyBefore 1996, electronic race apparatuses were all foreign products, the ones that entered the family were mostly mechanical race apparatuses that factories reformed system of by the bicycle factory made, compatriots inspire awe even from distance to the imported electronic race apparatus of the price of several ten thousand and even more than ten ten thousand yuanAfter 1993, with the adjustment of the international industrial structure, S.Korean enterprises shifted to our country, it is the happy and auspicious group company of Shandong that utilizes the electrical machinery of this area, controls the advantage that the power produces at first, set up the special factory in 1994, through the working ability of the substantiating machine, combined domestic and international information, the happy and auspicious group all produced the electronic race apparatus of family expenses in order to make the part by oneself in 1995, and exhibit at the rich meeting of body of Nanchang of next year. Praised as gathering together the auspicious electronic race apparatus of the brand of the first nationality, the output reached 7,000 in that year, the sales volume reaches 5,000, has held the beginning of producing the domestic electronic race apparatus. - 34 -Up to the production capacity of producing 100,000 per year by 2004 through the technological transformation not stopping , sell race apparatus 4 in the same year. 80,000, output value is 93,600,000 yuan, income from sales is 72 million yuan, finished ISO9001 and European Union CE authentication at the same time , and is chosen as leading brand products in Shandong.Gather together the auspicious electronic race apparatus in order to expand the production scale , the resources of production of rational utilization, successively for some domestic enterprise's sticking brand production , improved the domestic occupation rate of the electronic race apparatus greatly, have offer for numerous enterprises and develop samples too, has driven the flourishing development of the whole trade.The electricity runs: Fashionable body-building products of the fairly comfortable lifeAt present, enterprises which produce the electronic race apparatus centre in the coastal area of the Changjiang Delta , Shandong Peninsula , Guangdong , Fujian, the total amount is about more than 50, it is about 15 that possess scale among them, and the joint-venture , proprietorship account for 50%.The electronic race apparatus is the integrated products of electromechanics, adopt assembler language programming, control with the computer, it is the development trade that the country encourages . The development of this product has driven making, plastic products , electronics industry of steel tube , electrical machinery industry ,etc. series develop , make people health is it limit by place , environment , climate to do exercises, contain physical training in recreation amusement, improve the national physique in an all-round way. In this production course, there are not pollutant and harmful substance that are produced , purchase the
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