家用自動跑步機機械結(jié)構(gòu)設(shè)計2【含7張CAD圖紙+文檔說明書】

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It is also one of the popular fitness equipment in todays family fitness equipment. In this design, the mechanical structure design of the treadmill is completed after investigating the background of the treadmill and the advantages and disadvantages of the treadmill on the market. First, the overall structural plan is determined, including basic functions and structural designs. Then, the design of the transmission mechanism and the design of the external structure are performed. The design of the transmission mechanism includes the choice of the type of motor and the calculation parameters of the multi-wedge belt pulley structure and size selection, belt drive tensioning device selection. The design of the exterior structure includes the design of the frame, the bracket, and the hood.Key words: treadmill; automatic; home; structural design 第1章 緒論1 緒 論1.1跑步機研究背景和意義跑步機最初誕生的意義不是為了人類的運動，而是當(dāng)時國外農(nóng)民機械師為了規(guī)避法律而造出來對動物進行勞作的工具，但是到了現(xiàn)今，跑步機已經(jīng)成為人們依靠的一種健身器材。隨著社會的不斷發(fā)展，我們對環(huán)境開始造成越來越多的傷害，大自然也在對我們進行暴富，北京的霧霾就是一個很好的體現(xiàn)，不是說其他地方?jīng)]有霧霾，只是北京的霧霾已經(jīng)成為了一個典型的代表。環(huán)境的惡化使得我們想保持身體健康越來越困難，畢竟因為室外環(huán)境的惡劣，很多地方已經(jīng)不能夠進行我們所需要的鍛煉，于是室內(nèi)的跑步機應(yīng)時代的需求，人民的心愿而生，給人們帶來一種新的鍛煉方式。跑步機不僅應(yīng)用于人們的日常鍛煉中，而且被應(yīng)用于體育運動界，甚至被應(yīng)用于醫(yī)療中，結(jié)合藥物與運動，來幫助一些患者恢復(fù)身體。諸多的作用使得人們愈發(fā)重視跑步機，同時對跑步機的需求也在提高，對跑步機所具備的功能也在增添。由此研發(fā)部門又開始對跑步機進行整合，取各種電子輔助裝備，使得跑步機的功能不再是單一的運動跑步器材，而是具備多種功能的多功能器材。醫(yī)療和體育用途的跑步機甚至可以記載顯示使用者的心率等，來實時監(jiān)測跑步者的身體狀況。1.2跑步機主要類型1.2.1按驅(qū)動動力分類1）機械跑步機機械跑步機的動力來源是摩擦力，其實就是依靠人行動時腳板踩踏在跑步帶所產(chǎn)生的摩擦力來帶動機械跑步機。人與跑步機上的跑步帶實現(xiàn)了物體間的相對運動，因為兩個運動方向相反，人在跑步帶上運動，兩個有接觸面，接觸面產(chǎn)生了阻礙人行動的相對運動的摩擦，人在跑步帶上跑步的速度越快，產(chǎn)生的摩擦力就越大，就能給跑步機帶來更多的動力，可以說機械跑步機就是利用人力來作用的無電動設(shè)備的機械產(chǎn)物。因為動力由人來提供，不可避免的就是人在其上運動的時候會花費比平常運動更多的體力，有研究表明，對比人在室外運動所產(chǎn)生的運動量，大概多了將近30%的路程運動量，但是機械跑步機設(shè)計出來后卻并沒有受到很多人的喜歡，很多人都感覺使用機械跑步機太過勞累，被許多人拋棄。一般來說，機械跑步機的傳送系統(tǒng)由五大部分組成，分別是：固定軸、開關(guān)、固定架、傳送帶以及滾軸。固定軸一般有兩根，分處兩端，連接著一個滾軸，開關(guān)是可調(diào)式的。2）電動跑步機前面所說的機械跑步機逐漸被電動裝置的跑步機所替代，與機械跑步機不同的是，它不再依靠人力為動力來源，而是主要依靠電力來推動跑步機的運動。并且應(yīng)使用者的要求，現(xiàn)代跑步機上增添了很多電子輔助裝備，讓運動者可以享受不同的跑步樂趣，營造在室外不同的跑步感覺，例如在丘陵地帶跑步的感覺，在上坡地帶跑步的感覺等等。因為技術(shù)的不斷進步，甚至很多運動員也選擇了電動跑步機，在家進行訓(xùn)練。電動跑步機可以依據(jù)每個人不同的需求來調(diào)節(jié)不同的跑步速度，讓人可以更好的享受運動帶來的快感。因為是被動的使人進行運動，可以節(jié)省很多體力，消耗更多的人體脂肪以及熱量，廣受運動者的喜愛1。1.2.2按用途分類1）商用跑步機我們經(jīng)常在健身房見到的跑步機就是商用跑步機了，大部分健身房都會選擇這種來進行設(shè)備添置。商用跑步機一般被用來從事商業(yè)活動，和家用跑步機不同的不僅僅是其常用場所，還有內(nèi)在構(gòu)造。一般只有健身房、星級酒店等場所對跑步機數(shù)量要求較多的地方才會選擇商用跑步機進行使用，這些商用跑步機的跑帶一般在450-650mm之間，大范圍的跑帶可以適用于更多的人，方便健身房和星級酒店接納不同需求的客戶。商用跑步機相比較于家用跑步機，持久性更好，電機可以連續(xù)待機更長的時間，驅(qū)動方式選擇了變頻器和交流電機合力的方式。圖1.1 ST830AP商用跑步機2）家用跑步機家用跑步機是一種家庭安置在家中的室內(nèi)健身器材，具有科學(xué)性、方便性、有效性等優(yōu)點。雖然說家用跑步機是源于歐美，近年來卻活躍于中國市場，國民經(jīng)濟的增長使得國民生活條件逐漸提高，很多生活奔入小康并且有條件的人都會在家中置辦一個家用跑步機。隨著人民大眾健康意識的逐漸提高，對高品質(zhì)生活的逐漸追求，使得人們對跑步機的要求也越來越高，因此性價比較高且實用有效的家用跑步機便應(yīng)需求而生，受到大眾的熱捧。1965年全球第一臺家用的跑步機在北歐芬蘭唐特力的手里誕生，這臺跑步機是根據(jù)傳速帶的原理改變而成?，F(xiàn)代意義上真正的家用跑步機由此出現(xiàn)，歐美等國的人開始逐漸接受在家里就能進行的跑步。不過最開始的跑步機，也只能在上面進行快走運動，跑步也略微有點令人感覺不舒服。圖1.2 全球首臺家用跑步機1.3跑步機國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀1875年一名美國土生土長的機械師創(chuàng)造出人類有史以來的第一臺跑步機，動力來源是牲畜，之后經(jīng)過人類的研究發(fā)展最終成為電動。這臺機器誕生的根本原因1866年通過的那部禁止虐待動物的法律，其中有一條規(guī)定將鞭打動物認定為違法的虐待動物行為。起初的跑步機是一種“被動式跑步機”，能源供給者是人，利用人力來推動跑步機產(chǎn)生運動。 我們所看不見的背后這種運動方式不僅鍛煉效率較低，而且容易給人造成傷害，同比消耗的熱量卻得不到應(yīng)有的鍛煉效果。可能對人造成的傷害有很多，例如最常見的膝關(guān)節(jié)的加速老化，因此被很多人嫌棄。為了自身的健康著想，機智的人們決定使用電力代替人力作為動力源，減少對人體的損傷。 隨著全球民眾生活水平的逐漸提高，我們不在滿足于現(xiàn)有的跑步機，開始對跑步機有更多的要求，應(yīng)買家需求，商家開始對跑步機進行改造，而跑步機也由原來單一功能的跑步機向多功能跑步機改進。我國的第一臺跑步機在1996年于匯祥誕生了，此后的日子里各大研發(fā)商一直在追求更高的科技技術(shù)以及更完善的功能。為了滿足人們的不同需求，我們可以看到陸續(xù)出現(xiàn)了多種不同功能的跑步機產(chǎn)品，例如“可自然長效釋放負氧離子的跑步機”、“具有倒走功能的跑步機”等，可以說在跑步機市場上萬花齊放了。2015年具有數(shù)字VR系統(tǒng)的電動跑步機正式面世。和普通的跑步機不同的是，VR系統(tǒng)跑步機在設(shè)備上添置了控制模板以及觸摸屏計算機系統(tǒng)。運動者可以享受虛擬現(xiàn)實技術(shù)所帶來的高趣味性和互動性運動感受。2016年具有倒走功能的電動跑步機正式面世。和常用跑步機不同的是，倒走跑步機利用滾筒的差異設(shè)置，使得運動者可以實現(xiàn)倒走運動。最初的跑步機只有一個運動方向，我們通過對滾筒、導(dǎo)軸、電機等不同構(gòu)造的不同設(shè)計，使得跑步機不僅可以正向運動還可以反向運動。2017年同機異步康復(fù)跑步機正式面世。同機異步康復(fù)跑步機的特點就是一臺電動跑步機上存在著左右對稱的兩套運動系統(tǒng)，利用這種不同設(shè)計，使用者不僅可以實現(xiàn)正常的跑步鍛煉，還可以使用跑步機的新添功能來運動，例如交替、倒走等，鍛煉者可以依據(jù)自己的需求進行選擇。此外，還有很多其他新型的電動跑步機就不一一列舉了。1.4跑步機的發(fā)展前景我國的國家性質(zhì)決定了我國以人為本的政策，因此大力發(fā)展群眾體育運動來保證國民身心健康很重要。隨著現(xiàn)今我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，國民對物質(zhì)生活的要求越來越高了，運動已經(jīng)深入人心，成為大眾所認可的一種生活方式。隨著五天工作制的政令頒布，以及對節(jié)假日強行的放假要求，人們逐漸開始擁有更多的休閑時間，導(dǎo)致體育健身器材行業(yè)出現(xiàn)出現(xiàn)一大片的空白市場。各大跑步機開發(fā)商、生產(chǎn)廠家都在摩拳擦掌，準備瓜分這一塊利潤巨大的市場蛋糕，不斷對跑步機進行新的研究和開發(fā)，以求能夠滿足不同鍛煉者的不同需求2。1.5本課題主要工作內(nèi)容本課題先去市場上調(diào)查了現(xiàn)有大部分跑步機目前存在的優(yōu)缺點，并且完成了總結(jié)，隨后又對家用自動跑步機的進行了內(nèi)在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計。課題過程中的主要工作如下所示：（1）總體方案設(shè)計包括基本功能、構(gòu)造設(shè)計和功能原理的確定。（2）傳動機構(gòu)設(shè)計包括電動機類型功率選擇及技術(shù)參數(shù)、傳動機構(gòu)設(shè)計步驟及參數(shù)選擇、多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇、帶傳動張緊裝置選擇。（3）外型結(jié)構(gòu)設(shè)計包括機架的設(shè)計、支架的設(shè)計、機罩的設(shè)計。27 第2章 總體方案確定2 總體方案確定2.1設(shè)計參數(shù)的確定根據(jù)任務(wù)書的設(shè)計及要求，本課題需要完成家用自動跑步機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，并完成CAD圖紙的繪制，設(shè)計參數(shù)圖表2.1所示：表2.1 跑步機設(shè)計參數(shù)要求設(shè)計載重跑帶寬度跑帶長度150KG500mm15002.2家用自動跑步機的設(shè)計及確定跑步機具有利用電力來帶動人的工作的原理，這樣人處于一種被動的運動，可以減少更多的消耗得到更多的鍛煉效果。雖然在跑步帶上運動的人，方向和跑步帶運動方向相反，即形成相互運動，但是兩者的從動率卻是相同頻率的，使得人在跑道上跑步而方位不變，一直保持原位。為了調(diào)節(jié)控制跑步機的速度，驅(qū)動方面此設(shè)計選擇了直流電動機。2.3傳動方式確定機械傳動在此跑步機中是非常重要的。所以對傳動的設(shè)計我們需要全面掌握各種傳動方式，并能熟練的應(yīng)用。常見的幾種機械傳動方式可以按照傳力方式來將其劃分為摩擦傳動以及嚙合傳動。其中摩擦傳動又可以細致地劃分為摩擦帶傳動和摩擦輪傳動等，嚙合傳動又可以細致劃分為齒輪傳動、鏈傳動、渦輪蝸桿傳動等等。如果將機械傳動按照傳動比又可以將其劃分為變傳動比和定傳動比傳動兩種不同的方式。2.3.1皮帶傳動一般皮帶傳動有三大組成，分別是皮帶、主動輪、從動輪。作用原理是張力，利用皮帶和滑輪的接觸面摩擦而產(chǎn)生緊力。當(dāng)驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動時，由摩擦力驅(qū)動從動輪，使驅(qū)動軸的動力傳遞到從動軸上。根據(jù)用途的不同，皮帶傳動可分為一般工業(yè)傳動帶、汽車傳動帶、農(nóng)機傳動帶和家用電器傳動帶。根據(jù)截面形狀的不同，將摩擦型帶分為平帶、V帶和特殊帶（多楔帶、圓環(huán)帶）等。圖2.1皮帶傳動皮帶傳動的優(yōu)勢可以簡述為以下四種： （1）構(gòu)造較為簡單、方便使用者或者工人維護。 （2）當(dāng)載重過多時，皮帶會在輪上打滑，可以有效降低零件損壞率。 （3）皮帶具有可緩沖性和彈性，可以使得傳動更加穩(wěn)定，降低噪音。 （4）可以在兩軸中心進行較大距離的傳動工作。 2.3.2齒輪傳動齒輪傳動在傳動中屬于一種比較傳統(tǒng)的傳動方式，其主要構(gòu)造是主動軸以及相互嚙合的兩個齒輪。圖2.2齒輪傳動齒輪傳動是生活和工業(yè)中應(yīng)用最多的一種傳動形式，主要有以下四個特點：（1）結(jié)構(gòu)緊湊、運作效率很高。 （2）制造和安裝的精度要求較高。（3）可傳動的動力較大。（4）傳動比一般很穩(wěn)定。 各種齒輪，按其不同形狀可將其劃分圓錐型，以及圓柱型。圓柱型外形呈圓柱形，在圓柱在牙齒表面的分布，根據(jù)齒和齒輪軸的相對位置，圓柱齒輪分為直齒輪和斜齒輪，即現(xiàn)在的人字齒輪，一般用于外部齒輪，使得圓柱齒輪可以正常傳動，也可以作為內(nèi)部驅(qū)動齒輪，使得齒條正常傳動。錐齒輪也稱為錐齒輪，其齒分布在錐面上。通常在相交的軸之間使用，軸的角度可以是任意的，但最常見的是90度。2.3.3鏈傳動鏈傳動一般由兩個結(jié)構(gòu)組成，兩個結(jié)構(gòu)分別為一條閉合的鏈條和兩個具有特殊齒形的的齒輪。最常見的鏈傳動就如自行車車鏈，通過鏈節(jié)與連輪的齒相嚙合從而使得傳動作用發(fā)生，帶動鏈輪。圖2.3 鏈傳動鏈傳動的特點有以下四點：（1）比皮帶傳動精準。 （2）比齒輪傳動更遠。 （3）只能進行平行傳動。 （4）易發(fā)生鏈條磨損脫鏈現(xiàn)象。2.3.4蝸輪蝸桿傳動蝸輪蝸桿傳動一般作用于兩軸交叉成90度的情況下，并且兩軸需要滿足兩條件，一個是彼此間不相交，另一個是彼此間不平行。這種傳動中一般蝸輪是被動件，而蝸桿才是主動件。圖2.4 渦輪蝸桿傳動一般來說蝸輪蝸桿傳動有以下六個特點： （1）傳動功率范圍大，并且結(jié)構(gòu)緊湊。 （2）具有反向自鎖功能，可以有較大的減速化。（3）獲得的傳動比較大。（4）工作平穩(wěn)且噪音較小。（5）傳動效率低，蝸輪一般由有色金屬打造而成。（6），輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上34。考慮到跑步機設(shè)計不需要太大的傳動比，而且兩軸中心距離較大，最關(guān)鍵需要可以緩沖沖擊和震動，最終選擇帶傳動的方式，因為電機可以變頻調(diào)速，因此這里傳動方式選擇1級傳動即可。2.4總體結(jié)構(gòu)方案確定多功能電動跑步機主要有五大結(jié)構(gòu)，分別是跑步皮帶、儀表控制盤、電動機、可調(diào)電源和機架?？蚣軆啥搜b有前后軸，并且由軸承套裝。跑步的皮帶纏繞在滾筒表面，皮帶下裝有支撐跑步板。皮帶調(diào)節(jié)螺栓的兩端分別鏈接著不同的孔板。設(shè)計中在框架上增添了速度傳感器設(shè)備，在電動機上增添了控制傳感器。結(jié)構(gòu)方案簡圖如圖2.5所示。防滑道跑帶皮帶輪皮帶電機圖2.5 結(jié)構(gòu)方案簡圖 第3章 家用自動跑步機傳動機構(gòu)設(shè)計3 家用自動跑步機傳動機構(gòu)設(shè)計3.1 電動機選擇計算3.1.1電機功率的選擇與確定此次跑步機設(shè)計時限重150KG，額定功率定為1.5HP，滾筒直徑計算為42mm，計算出最大轉(zhuǎn)矩為：跑步機功率就是跑步機馬達功率，其功率不僅要滿足自身體重要求，還要保證運行時的平穩(wěn)和小的噪音。跑步機功率又分為家用和商用的,家用跑步機的額定功率常見的有:1.0HP、1.25HP、1.5HP、1.75HP、2.0HP、2.5HP、2.75HP、3.0HP超過3.0HP就屬于商用了，其中HP=馬力，1馬力=735W，家用跑步機的功率一般就在1.5KW-2.5KW之間，正常情況下，根據(jù)運動者的體型體重的不同跑步機的功率也不同5；此次跑步機設(shè)計標準為限重150kg，功率1.5HP。初步確定跑步機滾筒直徑為42mm，所以最大轉(zhuǎn)矩 其中：Tmax轉(zhuǎn)矩 F跑步機受到的載荷 L轉(zhuǎn)矩長其中：n轉(zhuǎn)速 V線速度 S滾筒周長其中：P功率為此我選擇博特的采用編號為SLM2200的交流型電動機。該電動機有很多被人認可的優(yōu)點，例如調(diào)速很方便、運行平穩(wěn)、產(chǎn)生的噪音較小等。在一般情況下，鍛煉者在跑步機上跑步不會有任何的不適感，和在平地跑步?jīng)]有太大差別，跑步帶的速度一般較為穩(wěn)定，不會出現(xiàn)什么差錯。3.1.2電動機的技術(shù)參數(shù)根據(jù)上述計算所選擇的電動機的型號是SLM2200該電動機參數(shù)如下：電壓為 220V（伏特）額定功率：2.2額定轉(zhuǎn)速：2860rpm3.2傳動系統(tǒng)設(shè)計一般電動都都選擇了帶傳功進行運行，這樣傳動系統(tǒng)才可以提供更加勻速的轉(zhuǎn)動。我們熟知帶傳動是具有撓性件的一種傳動，有很多優(yōu)點，例如可以有效緩和載荷沖擊，過載時及時轉(zhuǎn)變?yōu)樵趲л喩洗蚧瑏頊p少對零件的損壞等。帶傳動在生活中的應(yīng)用范圍更廣，且成本較為低廉，中間結(jié)構(gòu)簡單。選擇交流型電動機，傳動功率為P=1120W，轉(zhuǎn)速為n1=3400r/min ，傳動比為i=2.1 。（1）確定其設(shè)計的功率Pd：PdKAP 3-1工作情況系數(shù)為KA。根據(jù)我們?nèi)粘Ｊ褂门懿綑C的頻率，暫時確定跑步機一天運行10小時。根據(jù)參考文獻3表11.5選擇KA=1.2 3.3 帶傳動類型的選擇及其計算帶傳動類型選擇的很關(guān)鍵，關(guān)系的設(shè)計結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，選取不當(dāng)?shù)脑捒赡軙钩杀境杀对黾?，設(shè)計不好可能會使帶傳動的基本功能實現(xiàn)起來也比較困難。3.3.1帶傳動類型的選擇帶傳動在設(shè)備設(shè)計過程中，有著普遍的應(yīng)用，其種類非常多，主要一下幾種：1、普通V帶特征：普通V帶是機械傳動中應(yīng)用較為廣泛的傳動帶。它的驅(qū)動功率大，結(jié)構(gòu)簡易，價格實惠。皮帶和滑輪是V型槽的表面摩擦，所以它能產(chǎn)生比平面更大的有效圓周力（約3倍）。普通V帶有兩種類型的包裝V帶和修剪V帶，如下圖3.1所示。普通V帶的一般型號通常有y，z，a，b，c，d，e和其他型號，V型帶的截面依次增加。圖3.1 普通V帶型號和截面關(guān)系2、多楔帶多楔帶（如下圖3.2所示）具有V帶和平帶兩個的優(yōu)點。具有平帶柔軟韌性好的優(yōu)點，具有V帶結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點6。因此，它有著廣泛的用途和主要的特點：（1）隨著身體整體的不同，不同的傳遞現(xiàn)象得以消除，并充分發(fā)揮了磁帶的作用；（2）當(dāng)空間相同時，多楔帶的驅(qū)動功率比普通V帶的驅(qū)動功率高30%；（3）具有薄體，彈性好，能適應(yīng)小皮帶輪的傳動；（4）適合高速傳動，皮帶速度可高達40米/秒，熱量少，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。多楔帶的一般型號有以下5種：PH、PJ、PK、PL、PM。圖3.2 多楔帶結(jié)構(gòu)圖3、同步帶同步帶（如下圖3.3所示）傳動結(jié)合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的多種優(yōu)點。齒帶工作面，與帶輪槽的齒輪傳動，具有抗拉層承受負載，所以沒有相對滑動帶輪之間，使主、從動輪，可以使非同步傳輸滑。同步帶傳動的速度范圍非常寬，從每分鐘到幾線速度為40米/秒，傳動效率可達99.5%，傳動比可達10，輸送功率從幾瓦到幾百瓦6。同步帶廣泛應(yīng)用于各種儀器、計算機、汽車、工業(yè)縫紉機、紡織機械等通用機械。同步帶模型是可用的：MXL、XXL、XL、L、H、XH、XXH等上述同步帶的節(jié)距依次增大。圖3.3 同步帶傳動綜合上述的對比，我們知道多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合。因為載荷沿帶寬的分布較均勻，使得帶輪與楔帶的接觸面積較大，從而使得產(chǎn)生的摩擦力較大，最終導(dǎo)致傳動能力更大。由于同步帶的帶體較為輕薄、并且柔性較好，因此可以選擇較小一點的帶輪，比較產(chǎn)生的應(yīng)力不大。此外多楔帶話劇被散熱快、工作平穩(wěn)、伸長以及振動小等優(yōu)點7。測試多楔帶可以得到很明顯的結(jié)果，消耗的能量更少，更加綠色節(jié)能，并且因為多楔帶的傳動結(jié)構(gòu)較為緊湊，也可以節(jié)省很多室內(nèi)地方。此外多楔帶使用了自動張力調(diào)整器，其可運作的背面?zhèn)鲃邮沟脵C器更加安全、可靠，適合需求功率大的高速傳動。多楔帶傳動相較之其他傳動優(yōu)點太多，被廣為采納使用。3.3.2帶型號的初步選擇以下計算過程所用到的表和圖采用機械工業(yè)出版社出版的由卜炎主編的 機械傳動裝置設(shè)計手冊（上冊），1999。 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1=3400r/min和設(shè)計功率Pd=1.0KW選擇型號為PJ 型多楔帶。3.3.3確定帶輪直徑de1、de2（有效直徑）小帶輪有效直徑：以下數(shù)據(jù)根據(jù)參考文獻4選擇根據(jù)表8-90選demin=20mm，e=1.2，由表8-91選取de1=33.5mm小帶輪節(jié)圓直徑：dp1=de1+2e=33.5+21.2=35.9mm 大帶輪節(jié)圓直徑 dp2=idp1=2.135.9=75.39mmde2=dp2-2e=75.39-21.2=72.99mm 由表8-91，選de2=71mm3.3.4帶速的確定按式 3-2帶的速度 =在操作中，我們需要注意，當(dāng)帶速增加時，帶動增加了離心力和其應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力循環(huán)次數(shù)會以N倍在單位時間中增加。帶速減小時，因為P=Fv/100，所以當(dāng)P為相同值時，緊力F增大。一般來說帶速v的最大速度，為每秒30米，常見速度為每秒5到25米。因為所求帶速v為每秒6.388米，沒有超過每秒30米的最大范圍，所以實踐的出的數(shù)據(jù)符合要求。3.3.5初定中心距a0中心距的大小對帶傳動的影響：中心距a過大，容易使得載荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致戴顫動引發(fā)掉帶的意外。中心過小，帶的長度過短，容易加速帶的損壞，原因是一定速度下，應(yīng)力變化次數(shù)過多，導(dǎo)致帶過于疲勞。當(dāng)傳動比i較大時，包角較小 對于V帶傳動，中心距a一般可取 0.7（+） 2(+) 3-3 73.15a0209初定 a0=150mm3.3.6確定帶的有效長度Le根據(jù)式 3-4 =2150+164.07+2.34 =466.41mm 由表8-52 選Le=450mm3.3.7計算實際中心距a中心距的變動范圍一般需要給中心距留下一定的調(diào)整范圍，用來補償張緊力的需求以及方便安裝調(diào)整，例如張緊力中膠帶伸長而導(dǎo)致帶松弛后的張緊調(diào)節(jié)。由表8-54知中心距的調(diào)整量為min=5。按式 3-5 =150-8.205 =141.795mm則a1=146.795mm a2=133.795mm3.3.8計算小帶輪包角=3.14-0.264=2.88rad3.3.9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=2.1, n1=3400r/min,用插值法計算得P0=0.02kw3.3.10計算帶的楔數(shù)由表8-56用插值法計算K=0.97，KL=0.78由式 Z= 3-6 Z=1.65/（0.160.970.78） =13.63 由表8-51選取Z=123.3.11有效圓周力 =0.258103 =258N3.3.12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，由式 3-7 得Kr=1.57 則 Fr =1.572580.991 =401.46N3.3.13多楔帶的最終選擇根據(jù)計算：跑步機傳動機構(gòu)選擇12PJ450多楔帶。3.3.14多楔帶帶輪的選擇我們一般選擇質(zhì)量較好且分量較輕、具有完好結(jié)構(gòu)的多楔帶帶輪，用來滿足跑步機傳動系統(tǒng)的高要求。選擇時，需要注意帶輪的輪槽工作面是否被精心加工過，這樣才可以有效減少對帶的損耗，增加使用壽命8。為了使得載荷分布均勻，我們必須保證各帶輪輪槽的角度和尺度達到需要的精準度，確定鑄造內(nèi)應(yīng)力低到可以使帶輪的質(zhì)量分布均勻。選擇多楔帶帶輪的結(jié)構(gòu)形式時，主要看重其基準直徑，隨后確定型號、輪槽等。則小帶輪D=33.5mm選取實心式，規(guī)格為P12PJ33.5。大帶輪D=71mm選取腹板式，規(guī)格為P12PJ71。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。槽角=40o0.5o，槽距e=2.340.03，槽底圓弧半徑rt最大值為0.4楔頂圓角半徑rb,最小值為0.2，檢驗用圓球或圓柱直徑db=1.50.01，2X公稱值為0.23，2N最大值1.22，f最小值為1.8，徑向跳動公差0.25，有效線差公稱值=1.2，槽間直徑差值最大0.16，n槽數(shù)為12。所以 帶輪寬b=112.34+1.82=29.34mm現(xiàn)用楔頂圓角半徑rb,槽底圓弧半徑rt均為0.3，又由槽距e=2.34，槽角=40o，得到每個楔槽高度2.06mm。3.4帶傳動張緊裝置的選擇一般帶傳動張緊裝置采用張緊輪、滑軌加螺旋或者浮動軸。三者的適用范圍略有不同，主要取決于其傳動中心是否可以變動調(diào)節(jié)。當(dāng)傳動中心不可以變動調(diào)節(jié)的時候，一般選用滑軌加螺旋或者浮動軸；當(dāng)傳動中心可以變動調(diào)節(jié)的時候，一般選用張緊輪。本跑步機中心距是可調(diào)的：a=a0+(Le- Le0)/2=150-8.20 =141.79mm則a1=146.79mm a2=133.79mm范圍在133.79mm到146.7mm之間，需要調(diào)節(jié)帶的寬松時，前后移動螺栓即可。 第4章 跑步機外型結(jié)構(gòu)和軸的設(shè)計4跑步機外型結(jié)構(gòu)和軸的設(shè)計一個產(chǎn)品給人的第一信息就是其外形結(jié)構(gòu)，同時外形結(jié)構(gòu)也是吸引給消費者的第一道展示，因此跑步機的外形結(jié)構(gòu)設(shè)計一定要有更高的要求，例如外表美觀、造型牢固、使用輕便等9。4.1機架的設(shè)計一般部分我們會全部采用焊接結(jié)構(gòu)，這是為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并且使得減震系統(tǒng)能夠充分有效發(fā)揮其作用。其中基架是設(shè)計的基礎(chǔ)，依據(jù)基架的尺寸和形狀設(shè)計我們可以對前后ABS塑料罩、滾筒及支架進行選擇，所以我們先考慮基架的設(shè)計，對基架進行尺寸、結(jié)構(gòu)、樣式等各方面的確定。通過市場調(diào)研，充分了解市面上現(xiàn)有跑步機的各項數(shù)據(jù)，參考其基架的結(jié)構(gòu)，記錄不同的時期流行因素以及運用在跑步機外形上的設(shè)計，然后在此基礎(chǔ)上進行跑步機的研究開發(fā)，對跑步機做出新的創(chuàng)新，盡量少走彎路，緊緊跟住時代的潮流和市場。為了滿足人體運動工學(xué)的要求，以及大部分人對運動面積的需求，將跑帶面積設(shè)計為45cm*130cm的尺寸。設(shè)計中特意加長了寬度，確保邊框距離夠大，同時可以保留位置提供可以兩腳踩放的面積，使得運動者在鍛煉中途可以短暫休息，同時增加了保護效果，可以預(yù)防跑步機突然失靈造成的意外，具體設(shè)計如上圖基架所示。當(dāng)跑步機突然失靈時使用者可快速使得兩腳分開脫離旋轉(zhuǎn)的跑帶站到休息地區(qū)的安全踩放點10。底座外長度設(shè)計：跑帶寬為500mm，取滾筒550mm，加上軸的固定孔，取跑步機的整體的傳動系統(tǒng)的寬度為550mm，兩側(cè)的平臺各取105mm，上底座的寬；由第3章求的兩帶輪的中心距，電機的寬，跑步帶長是1500mm，取下底座的前壁寬是25mm，尾部距下滾筒中心距是60mm用于安裝和調(diào)節(jié)下滾筒的裝置，由于電機應(yīng)與前壁有一定間隙，并有一段是為安裝和調(diào)整電動機位置，且這一段的寬度是35mm，用于電動機的安裝。故取上滾筒與前壁的距離，所以上底座長。圖4.1 機架圖4.2支架的設(shè)計支架設(shè)計分為上下兩部分，可以通過插拔的形式進行安裝和拆卸，裝卸操作簡單并節(jié)省包裝時間和安放空間，支架材料采用空心鋼管，通過焊接連接，穩(wěn)定性高。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在輔助連桿上。支架與基架采用螺栓連接，方便跑步機位置的調(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4.2，4.3，為主要支架，上支架和下支架，上支架主要安裝儀表盤和供使用者扶持；下支架用于支撐和安裝機架。圖4.4為上下支架連接以后的模型，支架用于支撐和安裝機架，安裝仰臥起坐支撐棒和扭腰盤，這部分需要給人舒適和美觀感。4.2 上支架4.3 下支架4.3機罩設(shè)計旋轉(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)計機準為機架，通過螺釘與機架連接，方便安裝和維護維修11。4.4軸設(shè)計與計算滾筒軸屬于固定心軸只承受彎矩M0；不承受扭矩T=0；軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件。（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求：（2）軸與軸上零件應(yīng)具有準確的工作位置定位要求；（3）軸上零件應(yīng)易于裝拆和調(diào)整安裝調(diào)整要求；（4）軸上零件的固定應(yīng)牢固可靠緊固要求；（5）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性工藝要求；（6）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：（1）為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸；（2）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；（3）軸的形狀和尺寸力求簡單，以便于加工；（4）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。4.4.1計算軸上功率P、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩T查手冊得，多楔帶的傳動效率為0.98。則P=P=11200.98W=1097.6Wn=3400r/min=1619.05r/min T=6.49Nm 4-14.4.2計算作用在大帶輪上的力 大帶輪的直徑=71mm 用在大帶輪上的力: 4-2 作用在軸上是力：因為軸固定，所以4.4.3初步確定軸的最小直徑 先按式初步估計軸的最小直徑。按無特殊要求則選擇45鋼為軸材料，查按轉(zhuǎn)矩計算軸時的和C值表，取C=110，于是得 =10.65mm 4-34.4.4軸承的選擇一般的最小直徑是取自安裝滾動軸承處為軸頭為前滾筒軸。軸承類型： 深溝球軸承，軸承代號：6301 額定靜載荷：4650，極限轉(zhuǎn)速：22000， 潤滑方式：脂潤滑。工作參數(shù)： 軸向載荷：0，徑向載荷：406.16，使用壽命：30000，工作轉(zhuǎn)速：1619.05，載荷系數(shù)：1.5。4.5跑步板設(shè)計電動跑步機的跑步板，組成結(jié)構(gòu)上分為兩個，分別是基板、表面的導(dǎo)電耐磨層。基板一般由中密度或者高密度纖維板制作，這樣制作出來的基板不僅分量較低，而且強度高效果好，也可以降低其制作成本，同時附帶了吸震的功能。上下兩個導(dǎo)電耐磨層可以有效降低機器的損壞率，壽命較高，可以長時間地承受跑步帶的摩擦。耐磨層還有一個作用就是可以將靜電荷從底座導(dǎo)出。人在運動時難免會發(fā)生摩擦，隨后導(dǎo)致靜電荷產(chǎn)生，增加耐磨層可以使用戶得到更高的體驗效果。導(dǎo)電耐磨涂料層的制作成本不高，需要的工藝較也不復(fù)雜，一般基板上下的導(dǎo)電耐磨層都是由導(dǎo)電耐磨涂料噴涂后固化制成的。根據(jù)滾筒和基架的長度，初步將跑步板的長寬設(shè)定為為L*b=1500x500mm，高h=12mm.應(yīng)為本設(shè)計的最大載重為150kg。已知中密度的纖維板的靜曲強度為50MPa，所以最大彎矩 抗彎截面彎矩應(yīng)力所以可用，跑步板的長寬高L*b*h=1500x500x12mm。由于本設(shè)計有一個自動微調(diào)設(shè)計，這就要求我們開兩個方框。需要注意的是跑步板的靠前端和靠后端部分必須開一個方框，因為本設(shè)計添加了自動微調(diào)的設(shè)備，前后開的兩個方框是用來安裝壓力感應(yīng)器的。4.6跑步帶設(shè)計因為跑步機實際上的作用僅僅是提供一個可以跑步的長度，所以一般不過多在意寬度，而是將重點放在跑步帶面積的大小上，確保左右寬度可以使人正常運動即可，前后長度要可以使得用戶能夠放寬心邁出步伐。如果寬度不夠，很容易不注意掉落跑步機，長度不夠則會令用戶感覺憋屈，得不到跑步的快感12。一般的跑步帶都要求最低配置是雙層的粘合跑帶，這樣可以使用戶使用時得到更高的安全保障。根據(jù)人體運動工學(xué)推算出最適宜的設(shè)計方案是寬50cm寬*長150cm，根據(jù)不同用戶的需求可以在寬與長是做出適當(dāng)?shù)脑黾雍蜏p少，適應(yīng)每個人不同的體型和要求。從理論上來看，如果是兩個相同馬力的跑步機，那么跑步帶面積較大的那個跑步機實際占地就較小，設(shè)計更佳13。本設(shè)計要求跑步帶的寬度為500mm，取跑道長為1500mm。材料選擇草地紋雙層材料，厚度為2.5mm的跑帶帶給用戶草地般舒適感覺。4.7跑帶調(diào)整機構(gòu)設(shè)計調(diào)整跑帶結(jié)構(gòu)可以選擇螺栓調(diào)整法。螺栓調(diào)整法時如果跑帶偏向左邊一點，就需要將旋轉(zhuǎn)炮臺左后側(cè)的滾筒按照順時針的方向去旋轉(zhuǎn)四分之一的角度，操作時不可以鏈接電源，謹防觸電或其他隱患，工具可以選擇六角螺母扳手。注意旋轉(zhuǎn)時不能過度鎖住跑帶。調(diào)整好可以通電試用幾分鐘，如果跑帶沒有在中央位置，重復(fù)以上操作即可，直至調(diào)整到中央位置。跑帶偏向右邊，操作與偏向左邊的過程相似，只需要注意旋轉(zhuǎn)角度為逆時針即可。當(dāng)我們需要增加跑帶的張力時，可以順時針調(diào)整滾筒上的螺栓，調(diào)整角度一般為一轉(zhuǎn)的1/4，滾筒位于旋轉(zhuǎn)跑臺的后側(cè)，當(dāng)張力調(diào)整完畢后，一般可以使跑帶任意一邊偏移跑臺3-4。無論是進行什么操作，都必須拔下鑰匙，拉斷電源，保證操作的安全性。完成操作后，同樣接上電源后啟動設(shè)備，試用幾分鐘，看跑帶運轉(zhuǎn)，如果張力還不夠適當(dāng)，多次重復(fù)以上操作，直到試用時張力適當(dāng)為止14。當(dāng)我們需要減少跑帶的張力時，可以逆時針調(diào)整滾筒上的螺栓，調(diào)整角度一般為一轉(zhuǎn)的1/4，滾筒位于旋轉(zhuǎn)跑臺的后側(cè)，當(dāng)張力調(diào)整完畢后，一般可以使跑帶任意一邊偏移跑臺3-4。無論是進行什么操作，都必須拔下鑰匙，拉斷電源，保證操作的安全性，同時需要注意不能過度鎖緊跑帶。完成操作后，同樣接上電源后啟動設(shè)備，試用幾分鐘，看跑帶運轉(zhuǎn)，如果張力還不夠適當(dāng)，多次重復(fù)以上操作，直到試用時張力適當(dāng)為止。4.8避震系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)我們跑步的時候一定要注意保護自身安全，例如我們的膝蓋，防止老化。很多跑步鞋都進行了緩沖減震的設(shè)計，可以在鍛煉運動的時候更好地保護身體。我們在戶外進行運動時，偶爾會因為自身注意力的不集中等各種因素導(dǎo)致無意間的摔倒，而戶外的一般較為粗糙，很容易擦破皮，并且很多人在戶外運動的時候夏天穿的衣服較少，更容易使人受傷。相比于戶外運動，跑步機是在室內(nèi)，場地較為平滑，摔倒也不易受傷，而且跑步機本身便自帶了避震的效果。現(xiàn)在大部分跑步機都可以消除反作用沖擊力，使我們運動時得到有效的保護。一般跑步機都會采用具有彈性的橡膠墊作為材料，間隔開跑臺和底座框架墊，使得整個跑臺處于一種懸吊的狀態(tài)，從而達到避震的效果。可以說跑步機的避震效果，完全取決于其基座是否構(gòu)建地穩(wěn)固。一般我們利用焊熔來連接結(jié)構(gòu)撐架，而不是使用螺栓，材料也要選擇規(guī)格較高較為牢固的鋼材。為了二級緩沖，一般我們會在基座結(jié)構(gòu)上增加橡膠墊和橡膠尾套。本設(shè)計中的跑步板選用高密度纖維板作為材料，厚度低配選擇2.5公分，不僅可以吸震，還可以減少因為沖擊而產(chǎn)生龜裂的可能性。同時我們在跑步機的支撐點下，加鋪了一層具有彈性的軟墊，使得避震的效果更好15?，F(xiàn)在很多廠家都在研發(fā)跑步機的避震效果，因為高級跑步機的看重點就是避震效果，同時也是賣家推銷的賣點之一。距離一個品牌的跑步機，“太空”牌，它的減震效果非常好，原因就是因為當(dāng)使用者在跑步機上時，這個跑步機會自動檢測出使用者的身體數(shù)據(jù)，按照每個人不同的身體需求調(diào)整適合不同人的不同減震指數(shù)，可以有效保護好使用者18。我們運動使用健身器材的最終目的是鍛煉身體，所以選擇一個好的跑步機是首要注意點。如果一個跑步機沒有減震系統(tǒng)，那我們在跑步的時候?qū)ι眢w造成了損傷，豈不是得失不等。設(shè)計獨特的避震系統(tǒng)不僅能給鍛煉者多加一層保護，而且可以提高運動享受感。 第5章 結(jié)論5 結(jié) 論今天跑步已成為國內(nèi)外千百萬人參加的群眾性健身運動，深受人們歡迎，被譽為最好的健身方法，最完美的健身運動。而多功能跑步機在跑步機的基礎(chǔ)上添加了其他的運動器材，從而實現(xiàn)一機多用節(jié)省空間，更實用的目的。本課題主要進行了跑步機的傳動機構(gòu)和外型結(jié)構(gòu)設(shè)計，本設(shè)計可以供不同人群使用，避震設(shè)計比較完善，可以避免使用者在運動中容易出現(xiàn)的不必要事故。由于本人設(shè)計經(jīng)驗不足，所以課題的設(shè)計工作在很多方面還不夠完善。接下來，還需對該裝置做進一步完善。 參考文獻參考文獻1 劉玉德, 侯亞茹, 宋貝貝. 基于人機工程學(xué)的家用多功能跑步機優(yōu)化設(shè)計J. 機械工程師, 2017(2):18-20.2 陳愛平, 向勁松. 家用跑步機的設(shè)計技術(shù)研究J. 科技展望, 2017, 27(6).23-243 李鑫. 電動跑步機上速度自使用控制系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)J. 自動化與儀器儀表, 2016(3):219-220.4 盧純福, 胡明艷, 唐智川,等. 跑步機人機界面可用性評估及再設(shè)計研究J. 包裝工程, 2017(22):1-5.5 顧新鋒, 倪晨剛, 徐榮,等. 一種跑步機3D視頻同步播放系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J. 微型機與應(yīng)用, 2017, 36(20):101-103.6 彭楊, 鐘廈, 張冰. 面向辦公人士的彎道體驗跑步機設(shè)計J. 大眾文藝, 2016(10).55-687 潘志庚, 劉從晉, 葛瑩瑩,等. 支持自然交互的虛擬跑步機系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)J. 系統(tǒng)仿真學(xué)報, 2017, 29(11):2753-2759.8 楊學(xué)達. 嵌入式技術(shù)在體育健身跑步機控制系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用J. 自動化與儀器儀表, 2016(4):98-99.9 袁玲. 基于人機工程學(xué)的家用電動跑步機設(shè)計與生產(chǎn)研究D.太原：太原理工大學(xué), 2011.10 吳志昊, 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Archives of Physical Medicine & Rehabilitation, 2013, 94(11):2061-2067. 致謝致 謝在畢業(yè)設(shè)計即將接近尾聲，在老師的親切指導(dǎo)下和同學(xué)的幫助下，此次設(shè)計才得以完成?；仡欉@個畢業(yè)設(shè)計，我也感觸很多。通過這次畢業(yè)設(shè)計的學(xué)習(xí)和運用使我認識到理論和實踐是需要結(jié)合起來的，沒有理論，實踐是得不到技術(shù)保障，沒有實踐，理論也只是理論數(shù)據(jù)，沒有操作可談。即使每天都要學(xué)習(xí),沒有休息，也不能讓中斷,堅持就是勝利。此次畢業(yè)設(shè)計的完成主要歸功于堅持。此外，平時要有自學(xué)能力,對于一些自己的薄弱點和知識的盲區(qū)，自學(xué)是必不可少的。在老師的幫助下，自學(xué)的效果也會大大提高。在學(xué)習(xí)相應(yīng)的專業(yè)知識的過程中，要不斷的學(xué)習(xí)其它相關(guān)聯(lián)的知識，增加串聯(lián)性才能使專業(yè)知識融會貫通，在今后的工作中也會更加的得心應(yīng)手，從各個方面提高自己的綜合能力。最后，交流學(xué)習(xí)是必不可少的，比如我經(jīng)常會遇見一些不會的問題，這時候向同學(xué)和老師請教是最好的解決方式；多和別人交流問題，也許從別人的思考方式中可以獲得很大的收獲，交流一些遇到的問題也可以有效的避免出現(xiàn)同樣的錯誤，取人之長補己之短，在短時間內(nèi)得到快速的提高，豐富自己的知識。感謝四年來學(xué)院對我的教育以及各位專業(yè)老師對我的指導(dǎo)。正是由于他們的栽培，我才能夠體系全面地掌握機械設(shè)計的基礎(chǔ)理論知識，順利完成各項實踐部分，從而形成了一定的專業(yè)素養(yǎng)和扎實的專業(yè)技能。感謝同學(xué)在我需要尋找各種資料的時候，能夠熱心的提供給我，使我減少了許多查找資料的時間，加快了畢業(yè)論文的設(shè)計速度，你們也是功不可沒。