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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
I、畢業(yè)設(shè)計(論文)題目：
電動跑步機的設(shè)計
II、畢 業(yè)設(shè)計(論文)使用的原始資料(數(shù)據(jù))及設(shè)計技術(shù)要求：
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。在此要求本設(shè)計
1）能實現(xiàn)跑步機的基本功能：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
2) 對使用直流電動機驅(qū)動跑步帶，使用脈沖寬度控制（PWM）方式實現(xiàn)調(diào)速。
3) 要有減震裝置
4) 適當添加別的運動功能，如扭腰盤和仰臥起坐
III、畢 業(yè)設(shè)計(論文)工作內(nèi)容及完成時間：
1. 查閱相關(guān)資料，外文資料翻譯（6000字符以上），撰寫開題報告。
第1周—第2周
2. 整體方案設(shè)計 第3周—第4周
3. 結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計 第5周—第8周
4. 繪制裝配圖及其各零件工作圖 第9周—第12周
5. 編制設(shè)計說明書 第13周
6. 撰寫畢業(yè)論文 第14周—第16周
7. 答辯準備及畢業(yè)答辯 第17周
Ⅳ 、主 要參考資料：
[1] 機械設(shè)計實用手冊編委會編. 機械設(shè)計實用手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009
[2] 吳宗澤主編. 機械設(shè)計師手冊. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2009
[3] 徐灝主編，機械設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12
[4] 李克永.化工機械手冊. 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5
[5] Mechanical design and systems handbook. New York:?McGraw-Hill Book Co., 1985
航空與機械工程 系 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè)類 班
學(xué)生（簽名）：
填寫日期： 2011 年 01 月 03 日
指導(dǎo)教師（簽名）：
助理指導(dǎo)教師(并指出所負責(zé)的部分)：
機械設(shè)計制造及其自動化 系主任（簽名）：
附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計說明書首頁。
學(xué)士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明
本人聲明，所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立完成的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含法律意義上已屬于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他學(xué)位申請的論文或成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。
作者簽名： 黎耀鴻 日期：2011年3月
學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書
本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。
作者簽名： 黎耀鴻 日期：2011年3月
導(dǎo)師簽名： 日期：
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文
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，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。電動跑步機使您在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣......
第一章. 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(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。
第二章. 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。直流電動機PWM調(diào)速原理圖如圖2-1所示。
圖2-1直流電動機PWM調(diào)速原理圖
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。
第三章. 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
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