畢業(yè)設(shè)計（論文）
文獻(xiàn)綜述
題 目 多功能跑步機結(jié)構(gòu)設(shè)計
專 業(yè)
班 級
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
文獻(xiàn)綜述
引言：本課題是進(jìn)行多功能跑步機結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計出的多功能跑步機，包括包括總體功能設(shè)計、傳動機構(gòu)設(shè)計、外形結(jié)構(gòu)設(shè)計、前后滾筒的設(shè)計。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(jìn)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。
研究背景及意義
隨著社會的發(fā)展，一方面我們需要良好的體質(zhì)適應(yīng)工作的需要，另一方面由于受到氣候、環(huán)境、場地等一些客觀因素的制約，我們到室外去跑步的機會也越來越少；隨著生活的節(jié)奏變快，時間也被人們充分的利用，導(dǎo)致辦公室一族沒有辦法保證身體的健康。
跑步機，其主要系在扶手架適當(dāng)位置處設(shè)一樞桿，復(fù)使該樞桿向機體前下方延伸，并使其另端樞結(jié)在跑步框架的適當(dāng)位置處，在跑步框架前端底部設(shè)有一貼地滑輪，因此，當(dāng)跑步框架由后方被舉起遂行折收作業(yè)時，該貼地滑輪將有助于使用者的施力，具有折收省力，撐持穩(wěn)固的特點。應(yīng)用跑步機在室內(nèi)健身，已成為大多數(shù)人在辦公、客觀因素等條件制約下首選健身方式。
因此，關(guān)于跑步機的研究與開發(fā)已成為主要發(fā)展方向。一臺多功能跑步機是由跑步機、劃船器、臥式健身車、立式健身車、放松機、腰旋器等功能器材組合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜愛。它的鍛煉方法同普通跑步機一樣，從健身器具備的使用舒服、方便，故本設(shè)計為多功能跑步機結(jié)構(gòu)設(shè)計。設(shè)計出的多功能跑步機根據(jù)自己的情況，適當(dāng)選擇運動方式進(jìn)行鍛煉對人的心肺功能以及上下肢肌肉力量的增強有良好的作用。在使用者的時間，空間得到更多節(jié)省，使得多功能跑步機具有更好的使用性。
國內(nèi)外發(fā)展情況
世界第一臺跑步機誕生于1875年，發(fā)明人是美國東部農(nóng)村的一位機械師這臺機器其實是一臺便攜式農(nóng)機設(shè)備，以牲畜作為動力來源。這可不是什么新鮮事，世界各地的農(nóng)民們早就用驢來拉磨了。不過，驢和任何動物一樣，不喜歡原地轉(zhuǎn)圈，想讓驢拉磨，就得用鞭子抽，還得蒙上它的眼睛。
除了拉磨，還有好多農(nóng)活可以讓動物干。早在16世紀(jì)，歐洲的農(nóng)民就發(fā)明了很多類似的傳動裝置，讓驢和馬來幫助農(nóng)民打谷或者汲水。不過，這些裝置都是讓動物爬樓梯，利用動物的體重來產(chǎn)生動力。
1866年，紐約州通過了美國第一部禁止虐待動物的法律，用鞭子打牲口被視為非法行為?！懊绹磳ε按齽游锝M織”指責(zé)那些爬樓式的動力裝置傷害了動物的膝關(guān)節(jié)，給動物造成了心理壓力。于是有人發(fā)明了水平跑步機，其傳送帶和地面平行，動物走在上面就像平時散步一樣自然。隨后，“被動式跑步機”（即最早期的跑步機，以人為主要的動力源進(jìn)行的原地跑步的機器；后來發(fā)展到現(xiàn)在，改早期的被動式為主動式跑步機，以跑步機內(nèi)置電機為主要動力源進(jìn)行原地跑步的機器）盛行于國外。由于長期使用會加速膝關(guān)節(jié)老化【1】，致使人們不得不使用電動機代替作為動力源。這種方式可以使人跑動的更加自如。
中國的第一臺跑步機于1996年誕生，自其誕生以來，中國健身行業(yè)一直致力于其產(chǎn)品科技含量和功能性的完善，先后推出了“具有倒走功能的跑步機”、“可自然長效釋放負(fù)氧離子的跑步機”等多款產(chǎn)品來滿足不同階層的消費需要。
具有數(shù)字VR系統(tǒng)的電動跑步機，在2006年生產(chǎn)出來。是由觸摸計算機、控制柱模板及電動跑步機構(gòu)成，給運動者提供一種虛擬的運動環(huán)境，具有高趣味性和互動性的方便安全運動器材，其涵蓋了健康數(shù)據(jù)管理、健身方案設(shè)定，曲線對比，互動游戲，互動競技等?！?】
具有倒走功能的電動跑步機，面世于2007年。常用跑步機使用電動機帶動跑帶往一個方向的運動，具備倒走功能的電動跑步機通過導(dǎo)正滾筒的設(shè)置，克服了反復(fù)調(diào)整跑帶的不便，通過改變滾筒的形狀，導(dǎo)軸、點擊設(shè)置來實現(xiàn)正走或倒走的功能。
2008年，同機異步康復(fù)跑步機面世。在一臺跑步機上設(shè)置左右對稱的兩套運動系統(tǒng)。由于配置左右對稱的兩套全運動系統(tǒng)，使運動方式實現(xiàn)正走、倒走、交替運動多種方式和模式，解決了現(xiàn)有跑步機只能單方向運動的技術(shù)問題，為鍛煉者方便、安全、先進(jìn)、獨特的運動器械和安全的鍛煉環(huán)境。
基于國內(nèi)外的發(fā)展，未來跑步機必將進(jìn)入多樣化、多層化、多用化，實現(xiàn)健身、康復(fù)、放松等多用途。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，社會文明程度的普遍提高，在物質(zhì)生活豐富，全民健身運動深入人心情況下，人們越來越注重精神生活上的追求。隨著人們對空間、以及實用性的需求，一臺跑步機多種用途已迅速的占據(jù)了廠商以及人們的心里，所以多功能的跑步機是現(xiàn)代跑步機的主要發(fā)展方向之一。
結(jié)構(gòu)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。
（一）電動機類型與參數(shù)的選擇
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，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。
（二）傳動機構(gòu)的設(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(hù)作用，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。
（三）基架和支架的設(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，基架和支架全部采用焊接結(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(zhǔn)。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。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。支架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。
（四）跑步板及跑步帶設(shè)計
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，導(dǎo)電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。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。
跑臺潤滑油的添加
1、減小跑步帶和跑步板之間的摩檫力，保護(hù)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。
（五）多功能性
一機多能，在鍛煉中穿插多個項目的訓(xùn)練，可以減少乏味和單調(diào)性，同時能起到不同的鍛煉目的。但是一味的強調(diào)多，也會影響健身的準(zhǔn)確性。所以適當(dāng)?shù)奶砑右粌蓚€項目，對跑步機的整體性能起到畫龍點睛的作用。在此設(shè)計中添加了扭腰盤和仰臥起坐架，結(jié)構(gòu)簡單，不會影響跑步的面積。
文獻(xiàn)出處
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[2] 鄒慧君主編.機械原理.北京.高等教育出版社，1999
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[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(xué)出版社，2000
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