電動跑步機機械結構設計

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I摘 要生命在于運動，健康源于運動。跑步是目前非常流行的一種有氧健身運動，它在醫(yī)學界和體育界享有高度評價，它是保持一個人身心健康最有效、最科學的健身方式。跑步機是家庭及健身房常備的器材，而且是當今家庭健身器材中最簡單的一種，是家庭健身器的最佳選擇。專家們相信未來跑步機市場將以高價位產(chǎn)品為主導。低價位產(chǎn)品銷售不錯，近幾年價格已有上升趨勢。注重生活時尚的消費者認為跑步機價格在萬元以上是理所當然的事。這些跡象表明，未來跑步機仍會持續(xù)增長。此次設計的任務為使用作圖軟件進行電動跑步機機械部分的零件建摸，結構設計，產(chǎn)品的裝配。設計包括支架，基架，滾筒，跑步板，跑步帶等，設計中參考了國內(nèi)外各品牌結構和樣式，對傳動機構和執(zhí)行機構進行了精確計算，對各構件進行校核檢驗，而且設計中重點突出了減震系統(tǒng)的重要性和跑步板防靜電的功能性，根據(jù)所學機械設計學知識，利用人機學原理，使設計更為人性化。由于跑步機的特殊性，安全問題更值關注，如何正確使用跑步機，和跑步機的保養(yǎng)同樣重要。設計過程中使用 Caxa 進行裝配圖和零件圖的繪制。關鍵詞：總體結構；傳動機構；減震系統(tǒng)；跑步板；跑步機使用；多功能設計IIAbstractLife is movement, movement from health. A kind of aerobic exercise currently very popular - running, In the medical profession and the sport enjoys a high rating, It is to keep a person well-being the most effective way of scientific fitness, but also increasingly being loved.The race apparatus is the family and apparatus always on the alert of gymnasium, and the simplest one in the body-building apparatus of the current family, it is the best choice of the family building up body device. The experts believe the race apparatus market will take high price products as the leading factor in the future. Low price products sell too good, price in recent years had the tendency to rise. Pay attention to consumers with fashionable life and think the price of the race apparatus is the natural thing above ten thousand dollars. Design and include the support, the base shelf, the cylinder, run board, is it bring to run, design consult domestic and international every brand structure and design, carry on accurate calculation by organization to transmission, and design stress shock attenuation systematic importance and run the static -proof functionality of the board especially, the design enables persons who run to experience the strength of the race apparatus. Because of the particularity of the race apparatus, safe problem is worth paying close attention to, how to use the race apparatus correctly, it is as important as maintenance of the race apparatus. These signs indicate, the race apparatus will still increase continuously in the future. I have used the two-dimensional entity software CAXA to carry on the entity modeling of the part in the course of designing, design with the ensemble architecture.Key words： Overall structure；Main transfer machinery；Damping system ；Run board； Run , machine use；Muti-function designIII目 錄摘 要 IAbstract.II第 1 章 緒 論 .11.1 設計題目背景 11.2 研究意義 11.3 國內(nèi)外相關情況 21.4 選題意義 3第 2 章 總體方案設計 .42.1 主要技術參數(shù)及要求 42.1.1 設計內(nèi)容包括 42.2.2 主要技術參數(shù)： 42.2 總體方案選擇及評價 42.2.1 基本功能 42.2.2 設計任務抽象化 52.2.3 確定工藝路線 52.2.4 構造設計 52.2.5 功能分解 52.3 確定邊界條件 62.3.1 邊界條件 62.3.2 方案評價 62.4 跑步系統(tǒng)設計 72.5 坡度調(diào)節(jié)及折疊系統(tǒng)設計 82.6 輔助鍛煉系統(tǒng) .92.7 總體結構布局 .9第 3 章 電動機類型與參數(shù)的選擇 .113.1 動力機的類型選擇 113.2 總傳動比計算及傳動比分配 113.3 選擇動力機功率 123.4 確定電動機轉(zhuǎn)速 123.5 各軸轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算 13第 4 章 傳動系統(tǒng)設計計算 .144.1 帶傳動設計計算 .14第 5 章 執(zhí)行系統(tǒng)設計 .19IV5.1 軸的設計計算 195.1.1 軸結構的設計 195.1.2 強度計算 205.2 滾動軸承的選擇及壽命驗算 235.2.1.滾動軸承的選擇 235.2.2.軸滾動軸承壽命驗算 235.3 鍵聯(lián)接的選擇和驗算 235.3.1.鍵聯(lián)接的類型和尺寸選擇 255.3.2.對電機軸上鍵聯(lián)接的強度校核 255.4 滾筒要求 .25第 6 章 跑步板及跑步帶設計 .266.1 跑步板 266.2 跑步帶 276.3 跑帶調(diào)整：兩個螺栓調(diào)整法 286.4 跑臺潤滑油的填加 29第 7 章 人機學設計 .317.1 人體尺寸百分位數(shù)運用的基本原則 317.2 電動跑步機的人機工程設計 32第 8 章 外型結構設計 .368.1 基架的設計 368.2 支架的設計 368.3 前后罩 37第 9 章 避震系統(tǒng)的設計 .38第 10 章 多功能設計 .3910.1 扭腰盤設計 3910.2 連接結構設計 3910.3 旋轉(zhuǎn)結構設計 3910.4 仰臥起坐架的設計 40第 11 章 驗算各折疊部分是否發(fā)生干涉現(xiàn)象 .40第 12 章 使用和維護 .4112.1.跑步機的維護與保養(yǎng) .4112.2 跑步機使用方法和注意事項 41第 13 章 總結 .43參 考 文 獻 .42致 謝 .43附錄Ⅰ 英語資料原文 .45附錄Ⅱ 中文譯文 .510第 1 章 緒 論1.1 設計題目背景電動跑步機，是近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。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、變速跑等，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。1.2 研究意義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：健身和減肥瘦身；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??；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。跑步機雙面寬厚的跑帶讓人有草坪般舒適感覺，馬力強勁的電機帶來恒久的動力，靈敏的控制器配合芯片讓人在跑步過程中隨心所欲，堅固的鋼架以及防護裝置使人的安全盡在掌握。電跑使人們在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣。通過這次畢業(yè)設計可以更好地檢查大學四年來我們所學的基礎知識、專業(yè)知1識和實際操作能力；通過設計，我們可以更好的把課本所學的知識運用到實際操作中，而且可以鍛煉我們的創(chuàng)新能力。1.3 國內(nèi)外相關情況1996 年之前,電動跑步機都是國外產(chǎn)品，進入家庭的大都是由自行車廠改制的生產(chǎn)廠制造的機械跑步機,國人對價格幾萬乃至十幾萬元的進口電動跑步機望而生畏。1993 年以后，隨著國際產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整，韓國企業(yè)向我國轉(zhuǎn)移，首先是山東祥和集團公司利用該地區(qū)電機、控制電源生產(chǎn)的優(yōu)勢，于 1994 年組建了專廠，通過充實機加工能力，結合國內(nèi)外信息，祥和集團于 1995 年生產(chǎn)出了全部為自制部件的家用電動跑步機，并于次年的南昌體博會上參展。被譽為第一個民族品牌的匯祥電動跑步機，當年產(chǎn)量達到七千臺，銷量達到五千臺，開了生產(chǎn)國產(chǎn)電動跑步機的先河。通過不停的技術改造，到 2004 年達到了年產(chǎn)十萬臺的生產(chǎn)能力，同年銷售跑步機 4.8 萬臺，產(chǎn)值 9360 萬元，銷售收入 7200 萬元，同時完成了 ISO9001 及歐盟 CE 認證，并被評為山東名牌產(chǎn)品。匯祥電動跑步機為擴大生產(chǎn)規(guī)模，合理利用生產(chǎn)資源，先后為一些國產(chǎn)企業(yè)貼牌生產(chǎn)，極大地提高了電動跑步機的國產(chǎn)占有率，也為眾多企業(yè)提供了發(fā)展樣品，帶動了整個行業(yè)的蓬勃發(fā)展。目前，生產(chǎn)電動跑步機的企業(yè)集中在長江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區(qū)，總數(shù)約為 50 余家，其中具備規(guī)模的約為 15 家，而合資、獨資企業(yè)約占50%。21.4 選題意義本次論文的題目主要來源于實際的生產(chǎn)生活中。電動跑步機設計是時代和人民生活水平發(fā)展所需，非常具有現(xiàn)實意義。有力推進全民健身，拉動體育消費的，有效地帶動了體育產(chǎn)業(yè)的長足發(fā)展，對提升中國體育用品公眾認知度具有深遠意義，對包括電動跑步機在內(nèi)的體育用品業(yè)的發(fā)展，對促進體育用品業(yè)行業(yè)的整體提升，構筑規(guī)模效益，進入全球市場，都將提供一個大舞臺。3第 2 章 總體方案設計2.1 主要技術參數(shù)及要求2.1.1 設計內(nèi)容包括1、跑步機跑步系統(tǒng)設計；2、坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計；3、折疊系統(tǒng)設計；4、輔助鍛煉系統(tǒng)設計。2.2.2 主要技術參數(shù)：1、馬力：4-6 匹馬力交流電機；2、坡度升降調(diào)節(jié)范圍：0—15 o ；3、速度范圍：5—12 公里/小時；4、占地面積：面積 450~550 毫米×1500~1600 毫米；5、凈重：小于 200 公斤；6、電機：跑步機專用可調(diào)電機；7、人機學：符合人機學；8、特制緩沖墊，起到減震效果；9、安全性：安全鑰匙緊急停止開關和安全帶。2.2 總體方案選擇及評價2.2.1 基本功能設計一臺電動跑步機就是構建一條運動的跑道（跑步帶），跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉，實現(xiàn)跑步機的功能，通常使用直流電動機驅(qū)動對跑步帶進行驅(qū)動，控制速度，直流電動4機通過半導體功率器件，使用脈沖寬度控制(PWM)方式實現(xiàn)調(diào)速。設計添加坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和折疊系統(tǒng)，實現(xiàn)坡度調(diào)節(jié)，并能進行折疊以方便存放。2.2.2 設計任務抽象化本次設計的任務是根據(jù)跑步者需要進行不同速度的跑步運動。并能實現(xiàn)多項健身運動。根據(jù)上述條件繪制黑箱如圖 2-1。2.2.3 確定工藝路線本設計的工藝路線即從系統(tǒng)接到開始信號，驅(qū)動動力源，動力源通過傳動系統(tǒng)把運動和動力傳遞給執(zhí)行機構.根據(jù)以上過程繪制工藝路線圖，如圖 2-2。2.2.4 構造設計實現(xiàn)跑步機各項功能，動力系統(tǒng)連接傳動系統(tǒng)連接執(zhí)行系統(tǒng)，包括坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，折疊系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。2.2.5 功能分解跑步機功能分解如下表表 2.1 跑步機功能分解黑箱靜止運動者動力源信號跑動運動員信號圖 2-1 黑箱動力信號 跑帶運作圖 2-2 工藝路線帶動人跑步5跑步功能 跑步系統(tǒng) 帶傳動 電動調(diào)節(jié)坡度 坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 齒輪齒條+桿機構 手動實現(xiàn)折疊 折疊系統(tǒng) 桿機構 手動輔助鍛煉 輔助鍛煉系統(tǒng) 軸與軸承 手動安全防護 安全防護系統(tǒng) 安全帶，防滑道，急停開關多功能可折疊電動跑步機控制選項 電控系統(tǒng) 另行設計對機器的動力功能，傳動功能，執(zhí)行功能進行功能分解。功能分解的目的是有更多的方案解用來參考，以便找到最優(yōu)的設計方案。動力功能 傳動功能 執(zhí)行功能????氣 壓 機液 壓 機內(nèi) 燃 機電 動 機 ????桿 機 構 傳 動齒 輪 齒 條 傳 動鏈 傳 動帶 傳 動 ???跑 道跑 帶2.3 確定邊界條件2.3.1 邊界條件溫度合適，環(huán)境潔凈，控制噪音，體積適中，動力自動調(diào)節(jié)，節(jié)省能源。2.3.2 方案評價1.執(zhí)行機構的動力源考慮到本機器為小型非重載的機械，所以從方便簡單啟動考慮選擇電動機提供動力。2.執(zhí)行系統(tǒng)傳動首先考慮帶傳動，因為帶傳動適用于非重載遠距離的機械中，制造和設計比較容易是比較理想的傳動機構。帶傳動即可實現(xiàn)準確降速進而較容易的實現(xiàn)機構所需的速度。3.啟停制動功能此功能是為了操縱本機械的人能夠不用切斷電源的情況下實現(xiàn)執(zhí)行系統(tǒng)的啟動和停止。選擇電腦程序的控制，操作選用觸摸屏。急停按鈕采用傳統(tǒng)按鈕形式。4.總結出設計最佳方方案，方案解如表 2.26表 2.2 最佳方案解執(zhí)行機構的動力源 執(zhí)行系統(tǒng)傳動 折疊坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 啟停制動形式直流電動機 帶傳動 桿機構 觸摸屏2.4 跑步系統(tǒng)設計跑步系統(tǒng)由支架，電機，電控系統(tǒng)，帶輪，多楔帶，滾筒，軸，軸承，跑帶，安全防滑道，安全帶等部分組成，電控系統(tǒng)控制電機旋轉(zhuǎn)帶動帶輪轉(zhuǎn)動，通過帶傳動，實現(xiàn)一級變速。機器開始運行后跑帶帶動人在其上奔跑。通過兩滾筒間距調(diào)節(jié)預緊跑帶。跑帶采用防滑帶，帶兩側設有防滑道，系統(tǒng)設置急停開關，以防止意外發(fā)生。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，所以在跑步機設計時要盡多的考慮安全問題。圖 2-3 跑步系統(tǒng)2.5 坡度調(diào)節(jié)及折疊系統(tǒng)設計坡度調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用杠桿原理，手輪轉(zhuǎn)動帶動齒輪轉(zhuǎn)動，然后將旋轉(zhuǎn)運動傳多楔帶多楔帶輪電機跑帶防滑道7給齒條作直線運動，在與調(diào)節(jié)杠桿連接處施力，調(diào)節(jié)桿桿支點固定在跑步機支架上，通過桿機構調(diào)節(jié)實現(xiàn)坡度調(diào)節(jié)，原理圖如圖 2-3。圖 2-4 所示為折疊前后機構極限位置。圖 2-4 坡度調(diào)節(jié)及折疊機構=圖 2-5 折疊前后示意圖2.6 輔助鍛煉系統(tǒng)輔助鍛煉系統(tǒng)包括扭腰盤旋轉(zhuǎn)機構和仰臥起坐架，圖四是扭腰盤旋轉(zhuǎn)機構手輪齒輪齒條支架跑道8圖 2-6 扭腰盤旋轉(zhuǎn)機構2.7 總體結構布局整體布局結構要緊湊，在整體部局上要符合人機工程學原理。如圖 5 所示。圖 2-7 總體結構布局圖9圖 2-8 總體布置簡圖綜上所述：設計的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等組成，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，傳動級為一級。跑步機配有坡度調(diào)節(jié)裝置，可實現(xiàn)坡度調(diào)節(jié)，同時結合折疊功能的二合一設計。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。10第 3 章 電動機類型與參數(shù)的選擇3.1 動力機的類型選擇根據(jù)工作負荷的大小和性質(zhì)、工作機的特性和工作環(huán)境等選擇。當人在跑步機上跑步或走路時，由于產(chǎn)生動量，跑步機所承載的重量是人體重的 1~2.5倍，而電動機動力在這樣的載重量下，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。通常跑步機一個馬力(1 馬力=736W)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，跑步機合宜的持續(xù)馬力應該至少 1.5 馬力以上，如果人的體重有超過 80公斤，則應選 2.0 持續(xù)馬力以上的跑步機。此跑步機設計標準為 100 公斤，則電動跑步機轉(zhuǎn)用電動機—ZYT42 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、結構派生處理也可適用于相應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。3.2 總傳動比計算及傳動比分配當設計多級傳動的傳動裝置時，分配傳動比很重要。要做到尺寸緊湊，結構協(xié)調(diào)，成本低，維修方便。注意以下幾點：1) 各級傳動比應在薦用值范圍內(nèi)。2) 各級傳動間應作到尺寸協(xié)調(diào)，結構勻稱。一般使 iVB iG.若帶傳動的傳動比分配過大，大帶輪的外徑 v 大于減速器中心 H 時，會造成尺寸不協(xié)調(diào)或安裝不便。113) 各級傳動件彼此不發(fā)生碰撞現(xiàn)象。4) 兩級齒輪傳動比可按下式分配i1=(1.3 ~ 1.4)i2 i =[(1.3 ~ 1.4)iΣ ]-1/2 5) 傳動比分配總傳動比:i=n 0/nW=3,據(jù)表 4.2-9：取 i 多楔帶=2.5 ，n 0=4000r/min則跑帶帶傳動比：i 跑帶=i/i 多楔帶=3/2.5=1.23.3 選擇動力機功率傳動筒所需功率： PW =FV /1000 傳動裝置的總效率 ： η= η 多楔帶 η 跑帶 η 2 承按表 4.2-9 確定各部分效率如下：皮帶傳動效率：η 多楔帶=0.95；η 跑帶= 0.90滾動軸承效率： η 承 = 0.99則傳動總效率：η=0.95×0.90×0.99 2=0.816所需電動機功率： Pr = PW/η P 電機=P/η 多楔帶 η 帶 η 軸承=2×736÷0.95×0.90×0.99 2=1668.76W 取 1670W3.4 確定電動機轉(zhuǎn)速由表 4.12-1 查得電動機數(shù)據(jù)永磁式直流馬達-型號：ZY120-8060 馬達容量：1.5HP 電壓：DC180V 功率：1.5KW轉(zhuǎn)速：4000rpm123.5 各軸轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算電動機軸Po=Pr=1670w no=4000r/min 3989.5Nm???40167950nPT前軸：P1=P0×η 帶 =1670×0.9=1503Wn1=no/i 帶=4000/2.5=1600r/min 8971Nm ???160539501T后軸：P2=P1×η 帶 =1503×0.95=1428w n2=n1/i12= 1600/1.2=1333.3r/minNm1023489502???T上述結果匯于下表：軸序號 功率 P(kw) 轉(zhuǎn)速 n(r/min) 轉(zhuǎn)距 T(Nm) 傳動形式 傳動比 i 效率 η1 1670 4000 3989.52 1503 1600 8971 帶傳動 2.5 0.953 1428 1333.3 10230 帶傳動 2 0.9按工作要求條件選用電動跑步機專用永磁直流電動機結構，電壓 380 伏，YT42型。13第 4 章 傳動系統(tǒng)設計計算4.1 帶傳動設計計算輸出功率 P=1.5kw，滿載轉(zhuǎn)速 n1=4000r/min，從動軸轉(zhuǎn)速 n2=1600r/min，載荷有輕度沖擊，使用 5 年。動力來源：電力三相交流 380/220V。速度允差小于5%。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=1.7KW，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構緊湊的場合，特別能適應帶輪直徑小的傳動，所以擇之。 1、確定設計功率 Pc由文獻[17] 第 14 篇中表 3-4，根據(jù)跑步機使用的特性，選擇每天工作時間dmin=80mm 對傳動有利，按表 3-6 取標準值，取 dd1=90mm小帶輪有效直徑：由多楔帶直徑系列表知 demin=20mm,由表選取 de1=33.5mm小帶輪節(jié)圓直徑dp1=de1+2△e=33.5+2×1.2=36mm由表，△e=1.2確定從動輪基準直徑 dd2 14dd2=n1/n2×dd1=1420/507×90=252mm 查表 3-6 取標準值 dd2=250mm大帶輪節(jié)圓直徑 dp2=idp1=2×33.5=67mm大帶輪有效直徑:de2=dp2－2△e=67－2×1.2=64.6mm由表，選 de2=63mm4、計算帶速 v驗算帶速 V V=πd d1n1/(60×1000)=π×90×1420/(60×1000)=6.68/s在 5 ~ 25m/s 之間，故合乎要求。v=πdp1n1 /(60×1000) m/s 注意：v↑ —→離心力、離心應力↑—→F Q↓—→單位時間內(nèi)的應力循環(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=π×36×3400/60×1000=6.4 m/s 1200 符合要求。9、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16FT= Pd/v×103 =0.26×103=260N12．作用在軸上的載荷確定初拉力 F0 按式(3-30)查表 3-1 得 q=0.1kg/mmF0 =500pc/vZ(2.5/kα-1)+qv 2=500×2.49/(6.68×3)×(2.5/0.956-1)+0.1×6.682 = 125NQ=2F0Zsin(α/2)=2×125×2×sin(1620/2)= 622.24N為設計軸和軸承，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根據(jù)計算跑步機傳動機構選擇 12PJ450 多楔帶13. 多楔帶帶輪結構和尺寸選擇要求：質(zhì)量?。唤Y構工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應力；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。帶輪的結構設計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結構形式，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d1=1.8d=1.8×25=45mm 查表 7-8 得 e=15，f=10，he =12，δ=6，φ=34 0，ba=11mm，h amin=2.75B=(z-1)e+2f=(4-1)×15+2×10=65mm L=2d=2×28=56mm 17查表 7-9 得 δ=min=10mm，da1=da2+2ha=34mmda2=da2+2ha=65mm小帶輪 D=33.5mm≤(2.5-3)d，采用實心式結構；大帶輪 D=63mm 選取腹板式。小帶輪隨電機一起購買。以跑步機大帶輪 P12PJ63 為例確定其結構和尺寸：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±0.0，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 取 30mm18第 5 章 執(zhí)行系統(tǒng)設計5.1 軸的設計計算5.1.1 軸結構的設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。1)結構設計應滿足的基本要求：1、 軸與軸上零件應具有準確的工作位置——定位要求2、 軸上零件應易于裝拆和調(diào)整——安裝調(diào)整要求3、 軸上零件的固定應牢固可靠——緊固要求4、 軸應具有良好的制造工藝性——工藝要求5、 應盡量減少應力集中——提高疲勞強度的要求2)軸的各部分結構名稱制造安裝要求：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有導角；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，應有推刀槽。3)軸的材料選擇：軸常在交變應力的作用下工作，其材料的要求是：強度高、剛度好、應力集中的敏感度小，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。此設計采用 45#鋼。4)軸的設計包括兩個方面：結構設計：使軸具有合理的結構形狀，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。軸的結構設計軸的端部應有 45 度倒角，以便安裝時對中，防止銳邊劃手。19軸的結構設計主要根據(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。采用過盈配合軸向固定：防止零件在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向移動。5.1.2 強度計算 由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應用上式時，應取 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力可視為脈動循環(huán)變應力。所以固定心軸的許用應力應為 1.7[σ-1] 。最大彎矩 M=0.54/2×300=81N.M抗彎截面系數(shù) W=π×d 4/64 =[3.14×(0.012)4/64]=2×10-8 強度=M/W=81/(π×d 4/64)=81/2×10-8=40MPa材料采用 45 號調(diào)質(zhì)鋼許用彎應力為 40〈102則通過設計能承受足夠的工作強度。軸的材料選 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理 估算前軸最小直徑d1min≥A 0(D/n)1/3=130(2.45/507)1/3=21.9m 取 25mm 估算后軸安軸承處最小直徑d2min≥A 0(D/n)1/3=130(2.24/119.8)1/3=34.5mm 取 35mm軸的強度計算已知：T 1=43.98Nm，Q=622.24N,d 1=48.78mm,β=11.4 0, =20.370t?5.1.3 按彎矩合成強度條件校核軸1)畫出空間力系圖，如圖所示。20Ft=2 T1/d1=(2×43.89×1000)/48.78=1800NFr=Ft =1800N× =666N ?an037.2tanFa=Fttanβ =1490×tan11.4°=356N NFraQRH6591720501 ????7882mMH?4531 mNRMH??379022NdFa???421202RtV71 FtV16952V?6380123)求軸的彎矩 M，畫彎矩圖，如下圖所示。M1=M1H=48535NmmNmVH74213222 ???000074213Nmm72044Nmm48535Nmm63806Nmm215）畫軸的扭矩圖，Ｔ＝31930Nmm,如下圖所示。5)求計算彎矩 Mca，畫計算彎矩圖根據(jù)： ，并取 ，算得2)(atMc??6.0??Nm344896.00?c5219)(5321a760.720 ???NmMc84)4360(22?6)確定危險剖面，校核強度根據(jù)圖一中軸的結構尺寸，選擇彎矩最大的 剖面和彎矩較大、軸頸較?細的 剖面進行驗算。?剖面的計算應力：???安 全MPabPaWMca59142.078613 ????????剖面的計算應力：??安 全ca351.921?5.1.4 按疲勞強度安全系數(shù)校核軸45 鋼調(diào)質(zhì)的機械性能參數(shù)： ， ，MPab60??Pa2681???MPa15???Ш 剖面疲勞強度安全系數(shù)校核。因軸單項轉(zhuǎn)動，彎矩應力為對稱循環(huán)變應力。扭剪應力按脈動循環(huán)處理。， ，MPaW2.8351.074max???? MPa2.8maxin???， ，?0m?WT365.019??22，0min??MPam68.2ax???根據(jù)教材附表查取應力集中系數(shù)、絕對尺寸影響系數(shù)和表面質(zhì)量系數(shù)。根據(jù)： ，8.7135.4??rdD028.351?dr查得： , , , , ,并取 ，則0.2??K6.?.??.?95.?25.0???46.1308295.031 ?????mkS?????7.2368.0.29581.061 ????????mkS?????所以 Ш 剖面疲勞強度??.1~517.2346.2 ??? SS??滿足要求。5.2 滾動軸承的選擇及壽命驗算5.2.1.滾動軸承的選擇減速器中的軸承主要承受徑向載荷，可采用角接觸球軸承。軸上按 4.6-2 標準可得軸直徑 35mm，可得軸承代號 7107C；前軸直徑 40mm，可得軸承代號 7208C；后軸軸直徑 50mm，可得軸承代號 7210C。軸承類型：深溝球軸承，軸承代號：6301 5.2.2.軸滾動軸承壽命驗算R1=(R1H2+R1V2)1/2=841N R2=(R2H2+R2V2)1/2=1484N A1=653N A2=1009 23查 2.5-1 得 cr=15000N c0=10000N 載荷由 1 軸承承受 A1/c0=0.035 e1=0.22 A2/c0=0 e2=0.22 A1/R1=0.77 〉 e1，取 X=0.44 Y=1.47 取輕微沖擊載荷 fd=1.0p1=fd(x1R1+Y1A1)=1.0×0.56×906.7+1.9×347.2=1167.4NA2/R2=0.67〈 e2 由表 2.5-1 得 X2=1 Y2=0此軸承受力矩載荷 fm=1.5 輕微沖擊載荷 fd=1.0p2=fdfm(x2R2+Y2A2)=1.5×0.56×2088.1=1754N p2 p1 故按 p2 計算軸承壽命。溫度系數(shù) ft 由 9-4 得 ft=0.85。hPCfnLth 16950)17825.0(6)(60133 ???軸承適用24第 6 章 鍵聯(lián)接的選擇和驗算6.3.1.鍵聯(lián)接的類型和尺寸選擇由于精度為 8 級，應有較好對中性，故選圓頭普通平鍵。鍵的材料：45 鋼。電機軸上的鍵：軸徑為 54mm、41mm，采用不同鍵寬，選鍵 14×9 和 12×8，選鍵長分別為L=45mm、L=70mm。6.3.2.對電機軸上鍵聯(lián)接的強度校核鍵聯(lián)接的失效形式是軸、輪轂和鍵三個零件中較弱零件的壓潰。故應進行擠壓強度校核。鍵工作長度：L=L-b=50-10=40mm 由表 5-1 查得：[ σp]=100N/mm 2 σp=4T/dhL=4×43890/20×6×40=19.2N/mm 2σp ，安全25第 7 章 跑步板及跑步帶設計7.1 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電耐磨層構成。導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，導電耐磨層可以在基板上噴涂導電耐磨涂料固化制成，也可以在基板上復合耐磨金屬板制成。導電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。復合耐磨金屬板則更牢固。復合耐磨金屬板為復合銅板時效果更好，更耐磨。力學模型如圖 7-1 所示。