【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 跑帶，使運(yùn)動(dòng)者在原地進(jìn)行跑步鍛煉。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 7 頁(yè) 共 35 頁(yè) 2 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型與參數(shù)的選擇 類(lèi)型功率選擇 當(dāng)人在跑步機(jī)上跑步或走路時(shí)，跑步機(jī)所承載的重量是人體重的 ~ 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(jī)上走跑自如的驅(qū)動(dòng)力。通常跑步機(jī)一個(gè)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(jī)馬力有相當(dāng)直接的關(guān)系，跑步機(jī)的馬力越大，可以帶動(dòng)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(jī)合宜的持續(xù) (continuous)馬力應(yīng)該至少 馬力以上，如果家人的體重有超過(guò) 80 公斤，則應(yīng)選 持續(xù) (continuous)馬力以上的跑步機(jī) [2]。 此跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為 100 公斤，則電動(dòng)跑步機(jī)用電動(dòng)機(jī) — ZYT42（ NEMA）型永磁直流電動(dòng)機(jī)該型電動(dòng)機(jī)系大功率跑步機(jī)中配套的專用驅(qū)動(dòng)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(jī)械裝置中作為驅(qū)動(dòng)元件。該電動(dòng)機(jī)顯著的特點(diǎn)：具有轉(zhuǎn)速精度高，當(dāng)人在跑步機(jī)上運(yùn)動(dòng)時(shí)，是一個(gè)沖擊負(fù)載，該機(jī)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(jué)。表現(xiàn)在調(diào)速方便（可無(wú)級(jí)調(diào)速） ，調(diào)速范圍寬，低速性能（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大），運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高。 技術(shù)參數(shù) 型號(hào) ZYT42/06 電壓 220 VDC 功率 HP 電流不大于 轉(zhuǎn)速 3400177。 7% 轉(zhuǎn)向 逆時(shí)針 絕緣等級(jí) F 級(jí) 圖 電動(dòng)機(jī)外型圖 L1= L2=272 電動(dòng)機(jī)特性曲線： 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圖 電動(dòng)機(jī)特性曲線 [3] 小結(jié) 跑步機(jī)屬于健康器材類(lèi)產(chǎn)品，由于跑步機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)必須滿足各種體重的人來(lái)使用。一般使用跑步機(jī)的目的有兩種：健身，減肥瘦身；如果是減肥瘦身的人來(lái)使用，因?yàn)樯眢w較肥胖，跑不快，因此驅(qū)動(dòng)電機(jī)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(shí)的轉(zhuǎn)矩需求較??；跑步機(jī)必須滿足家庭成員每一個(gè)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(jī)使用的驅(qū)動(dòng)裝置以直流有刷電機(jī)為多，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格便宜。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 35 頁(yè) 3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 工作機(jī)構(gòu)類(lèi)型選擇帶傳動(dòng) ,屬于定傳動(dòng)比勻速轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，能緩和載荷沖擊，運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)噪聲，過(guò)載時(shí)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(guò)載保護(hù)作用。 設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)選擇 初始條件：選擇電機(jī)為專門(mén)為跑步機(jī)生產(chǎn)的永磁直流電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)功率 P=，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為 n1=3400r/min， 傳動(dòng)比定為 i=，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(chǎng)合，特別能 適應(yīng)帶輪直徑小的傳動(dòng)，所以擇之。以下計(jì)算過(guò)程所用到的表和圖來(lái)自卜炎主編的機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)： Pd Pd＝ KAP （ 31） KA—— 工作情況系數(shù)，根據(jù)跑步機(jī)使用的特性，選擇每天工作時(shí)間〈 10 小時(shí)，載荷變動(dòng)小。 KA= 見(jiàn)表 89 Pd=*= 對(duì)于多楔帶的型號(hào)可根據(jù)設(shè)計(jì)功率 Pd= 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=3400r/min 由圖 8— 21 選取 ,選 PJ 型多楔帶。 de de2（有效直徑 ） 小帶輪有效直徑： 由表 890demin=20mm,由表 891 選 de1= 大帶輪有效直徑 : 小帶輪節(jié)圓直徑 dp1=de1+2△ e=+2*=36mm 由表 890，△ e= 大帶輪節(jié)圓直徑 dp2=idp1=2*=67mm de2=dp22△ e=672*= 由表 891，選 de2=63mm v 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 35 頁(yè) v=π dp1n1 /（ 60 1000） m/s （ 32） 注 意： v↑ — →離心力、離心應(yīng)力↑ — → FQ↓ — →單位時(shí)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(shí)， F↑ — →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=30m/s,合適 a0 中心距的大小對(duì)帶傳動(dòng)的影響： a↑ — →結(jié)構(gòu)大 — →由于載荷變化引起帶的顫動(dòng) — →掉帶 a↓ — →帶的長(zhǎng)度↓ — →在一定速度下，單位時(shí)間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù) N 愈多，會(huì)加速帶的疲勞損壞； — →當(dāng)傳動(dòng)比 i 較大時(shí)，包角↓ 對(duì)于 V 帶傳動(dòng)，中 心距 a 一般可取 2（ de1 ＋ de2 ）≥ a0≥ （ de1＋ de2） （ 33） 〈 a0〈 193 初定 a0=150mm Le Le0=2a0+∏ /2（ de1＋ de2） +(de2de1)2/4a0 =2*150++ = 由表 852，選 Le=450mm a 中心距的變動(dòng)范圍 考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償張緊力的需要（如膠帶伸長(zhǎng)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 854 知中心距的調(diào)整量為△ min=5,￡ min=8. a=a0+(Le Le0)/2 = = 則 a1= a2= 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 35 頁(yè) α 1≈∏ （ de2de1） /a = = 由帶型， de1=， n1=3400r/min 按表 855 用插值法計(jì)算的 p0= 由 i=2： n1=3400r/min，有表 855 用插值法計(jì)算得 △ p0= 的楔數(shù) 由表 856 用插值法計(jì)算 Kα =， KL= Z=（ **） = 由表 851 選取 Z=12 FT= Pd/v*103 =*103 =260N 為設(shè)計(jì)軸和軸承，需確定帶傳動(dòng)作在軸上的力 Fr 得 Kr= 則 Fr=*260*= 多楔帶帶的選擇 根據(jù)計(jì)算 ， 跑步機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇 12PJ450 多楔帶 。 圖 多楔帶 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 35 頁(yè) 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇 要求 質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好；無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡；輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為 ），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(hào)為 HT150 或 HT200；轉(zhuǎn)速較高時(shí)宜采用鑄鋼（或用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成 1）實(shí)心式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于 3d(d 為軸的直徑 )時(shí) 2）腹板式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于 300～ 350mm 時(shí) 3）輪幅式：帶輪基準(zhǔn)直 徑大于 300～ 350mm 時(shí) 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)帶的型號(hào)及根數(shù)確定輪緣寬度，根據(jù)帶的型號(hào)確定輪槽尺寸。 則小帶輪 D= 選取實(shí)心式，大帶輪 D=63 選取腹板式 小帶輪隨電機(jī)一起購(gòu)買(mǎi)。規(guī)格： 以跑步機(jī)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(dòng)公差值為 Ra的最大允許值為 。槽距 e=177。 α =40o177。 楔頂圓角半徑 rb,最小值為 ，槽底圓弧半徑 rt 最大值 為 ，檢驗(yàn)用圓球或圓柱直徑 db=177。 ,2X 公稱值為 ，2N 最大值 ， f 最小值為 ，有效線差公稱值￡ e= 徑向跳動(dòng)公差 ，槽間直徑差值最大 。 n 槽數(shù)為 12。 帶輪寬 =11*+*2 = 帶傳動(dòng)的張緊裝置的選擇 傳動(dòng)中心不可變時(shí)，采用張緊輪傳動(dòng)中心可調(diào)時(shí)，采用滑軌 +螺旋或者浮動(dòng)軸。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圖 張緊裝置 [3] 本跑步機(jī)中心距是可調(diào)的： a=a0+(Le Le0)/2== 則 a1= a2= 范圍在 之間，則通過(guò)螺栓的前后移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)電機(jī)的前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)帶的調(diào)緊和放松。 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(chǎng)合，特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動(dòng)。 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 35 頁(yè) 4 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 基架的設(shè)計(jì) 為了保證整個(gè)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(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是其他設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)。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(jì)的，所以設(shè)計(jì)開(kāi)始首先考慮基架的設(shè)計(jì)，進(jìn)行樣式，結(jié)構(gòu)，還有尺寸的確定。主要是 通過(guò)調(diào)研，看現(xiàn)有市場(chǎng)上的跑步機(jī)的基架結(jié)構(gòu)的流行設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自己產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，少走彎路，緊跟市場(chǎng)，在尺寸的確定方面參考了人體運(yùn)動(dòng)工學(xué)推算， 45cm 寬 X130cm 跑帶面積，以此保證給人以足夠的運(yùn)動(dòng)面積，為主要數(shù)據(jù)展開(kāi)對(duì)基架的設(shè)計(jì)，再考慮電機(jī)的尺寸，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶傳動(dòng)的中心距離，電機(jī)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(jì)了上圖的基架，在設(shè)計(jì)中特意將兩邊框設(shè)計(jì)了足夠的寬度，以此為鍛煉過(guò)程中短暫的休息提供兩腳踩放的位置，另外也為萬(wàn)一跑步機(jī)失靈發(fā)生意外，人可快速兩腳分開(kāi)脫 離旋轉(zhuǎn)的跑帶，提供足夠的安全踩放位置 [4]。如圖 。 圖 基架 支架的設(shè)計(jì) 支架設(shè)計(jì)分為上下兩部分通過(guò)插拔的形式安裝和拆卸，目的是包裝時(shí)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，扭腰中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 35 頁(yè) 盤(pán)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(shí)現(xiàn)減震的二級(jí)緩沖。如圖 ，圖 ，圖 。 圖 上支架 圖 下支架 中北大學(xué) 2021 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 35 頁(yè) 圖 總支架 前后罩 旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須與執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離，保證安全性，同時(shí)為了技術(shù)保護(hù)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(hù)作用。設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為基架，通過(guò)螺釘與基架連接，方便安裝和維護(hù)維修 [5]。 圖 前罩 中北大學(xué)