【正文】 1 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。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。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。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。傳動方式采用帶傳動機構(gòu)，傳動級為一級 。 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。 是我國上世紀(jì) 80年代從國外引進健身觀念時、為適應(yīng)當(dāng)時國情而開發(fā)的具有“中國特色”的過渡產(chǎn)物。速度由運動者自己控制。 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。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。 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。跑步時后腳跟先著地，順著跑帶方向運動。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。如果增加運動量，可以加快舞動手腳的速度。 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。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。 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。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 馬 力以上，如 果 家人的 體 重有超過 80 公斤，則 應(yīng)選 持續(xù) (continuous)馬力以上的跑步 機 。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。 . 技術(shù)參數(shù) 型號 ZYT42/06 電壓 220 VDC 功率 HP 電流不大于 轉(zhuǎn)速 3400177。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 。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 . 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=，主動輪轉(zhuǎn)速為 n1=3400r/min 傳動比定為 i= 由于多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合，特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動，所以擇之。 KA= 見表 89 Pd=*= 帶型號的選擇 對于多楔帶的型號可根據(jù)設(shè)計功率 Pd= 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=3400r/min 由圖8— 21 選取 ,選 PJ 型多楔帶。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= 計算小帶輪包角 8 α 1 ≈∏ （ de2de1 ） /a = = 帶每楔所傳遞的額定功率及其增量 由帶型， de1=， n1=3400r/min 按表 855 用插值法計算的 p0= 由 i=2, n1=3400r/min,有表 855 用插值法計算得 △ p0= 計算帶的楔數(shù) 由表 856用插值法計算 Kα =， KL= Z=（ **） = 由表 851選取 Z=12 11，有效圓周力 FT= Pd/v*103 =*103 =260N 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 得 Kr= 則 Fr=*260* = 多楔帶帶的選擇 9 圖 31 多楔帶 根據(jù)計算 跑步機傳動機構(gòu)選擇 12PJ450 多楔帶 . 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；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)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 ），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。 結(jié)構(gòu) 設(shè)計 帶輪由輪緣，輪輻和輪轂三部分組成 1）實心式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于 3d(d 為軸的直徑 )時 2）腹板式：帶輪基準(zhǔn)直徑小于 300～ 350mm時 3）輪幅式：帶輪基準(zhǔn)直徑大于 300～ 350mm 時 10 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)帶的型號及根數(shù)確定輪緣寬度，根據(jù)帶的型號確定輪槽尺寸 則小帶輪 D= 選取實心式，大帶輪 D=63 選取腹板式 小帶輪隨電機一起購買。槽距 e=177。 楔頂圓角半徑 rb,最小值 為 ，槽底圓弧半徑 rt最大值為 ，檢驗用圓球或圓柱直徑 db=177。 n槽數(shù)為 12。 . 表 31 張緊裝置 本跑步機中心距是可調(diào)的： a=a0+(Le Le0)/2 = = 則 a1= a2= 范圍在 之間，則通過螺栓的前后移動來調(diào)節(jié)電機的前后移動，從而實現(xiàn)帶的調(diào)緊和放松。 13 第 4章 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計 . 基架的設(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，基架全部采用焊接結(jié)構(gòu)。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)計的，所以設(shè)計開始首先考慮基架的設(shè)計，進行樣式，結(jié)構(gòu)，還有尺寸的確定。 圖 41 基架 14 . 支架的設(shè)計 支架設(shè)計分為上下兩部分通過插拔的形式安裝和拆卸，目的是包裝時節(jié)省空間，材料采用空心鋼管，連接為焊接，保證穩(wěn)定性。與基架的連接采用螺栓連接，方便位置的調(diào)整和拆裝。 圖 42 上支架 15 圖 43 下支架 圖 44 總支架 . 前后罩 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 16 后罩使用 ABS 塑料，美觀，有質(zhì)感，能起到有效的防護作用。 圖 45 前罩 圖 46 后蓋 小結(jié) 整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計用美國 SOLIDWORKS 公司的 SOLIDWORKS 進行三維的實體設(shè)計，使設(shè)計簡單化和設(shè)計化，可以把工作的精力都放在設(shè)計上而不是復(fù)雜的制圖上。 工作參數(shù)：徑向載荷： ，軸向載荷： 0，使用壽命： 30000，工作轉(zhuǎn)速： ，載荷系數(shù)： 。 結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求 軸與軸上零件應(yīng)具有準(zhǔn)確的工作位置 —— 定位要求 軸上零件應(yīng)易于裝拆和調(diào)整 —— 安裝調(diào)整要求 軸上零件的固定應(yīng)牢固可靠 —— 緊固要求 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性 —— 工藝要求 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 —— 為便于軸上零件的裝拆，常將軸做成階梯軸。 軸的材料主要采用中碳鋼 35 或 45 鋼和合金鋼 20Cr 或 40Cr 等。 此設(shè)計采用 45鋼。 * 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(jié)構(gòu)設(shè)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。采用過盈配合（軸承內(nèi)圈）、 軸向固定：防止零件在運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生軸向移動。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(yīng)力可視為脈動循環(huán)變應(yīng)力。 最大彎矩 M=*300= 抗彎截面系數(shù) W=∏ *d4/64 =[*()4/64]=2*108 強度 =M/W=81/(∏ *d4/64)=81/2*108=40MPa 材料采用 45 號調(diào)質(zhì)鋼許用彎應(yīng)力為 102MP 40〈 102 則通過設(shè)計能承受足夠的工作強度。滾筒均采用 壁厚的優(yōu)質(zhì)鋼 管，光潔度達到 以下。滾筒外部經(jīng)防銹處理。 圖 54 滾筒的動平衡調(diào)節(jié) 第 6章 跑步板及跑步帶設(shè)計 . 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(dǎo)電耐磨層構(gòu)成?；逵筛呙芏? 21 或中密度纖維板制作，也可由其它材料制作。導(dǎo)電耐磨涂料層工藝較簡單，成本也較低。復(fù)合耐磨金屬板為復(fù)合銅板時效果更好，更耐磨。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 。 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 。使用六角 螺母扳 手，以 順時針方向旋 轉(zhuǎn) 跑臺左 后側(cè) 的滾筒 調(diào) 整螺栓四分之一 轉(zhuǎn) ， 還 有以反 時針 方向旋 轉(zhuǎn) 跑臺右 后側(cè)的滾筒 調(diào) 整螺栓四分之一 轉(zhuǎn) 。完成 后 ，插入跑步 機 的 電 源插 頭與鑰匙 ， 讓 跑 帶運轉(zhuǎn)幾 分 鐘 。 如果跑 帶 偏向右 邊 ，先取出 鑰匙 ，拔下 電 源插 頭 。勿 過 度 鎖緊 跑 帶 。重 復(fù) 本段 動 作，直到跑 帶 位在中央位置。使用六角螺 母 板手，以 順時針 方向旋 轉(zhuǎn) 跑臺 后側(cè) 的 兩個 滾筒 調(diào)整 螺栓各四分之一 轉(zhuǎn) 。 不能過 度 鎖緊 跑 帶 。 重復(fù) 本段 動 作，直到跑 帶張 力 適當(dāng)為止 。使用六角螺 母扳 手，以反 時針 方向旋 轉(zhuǎn) 跑臺 后側(cè) 的 兩個 滾筒 調(diào)整 螺栓各四分之一 轉(zhuǎn) 。 不能過 度 鎖緊 跑 帶 。重 復(fù) 本段 動 作，直到跑 帶張 力 適當(dāng)為 止。 減少跑步機的電能消耗。 品質(zhì)要求 ： 耐高溫。 不易揮發(fā)。 右側(cè)同左側(cè)一樣操作方法。 使用頻率： 6 個月加注 1 次潤滑油 注意事項： 不可過量使用，防止摩檫力太小后跑步帶和傳動滾筒之間打滑影響正常使用。 第 7章 避震系統(tǒng)的設(shè)計 跑步的 “頭等大事 ”就是要保護好膝蓋 ———跑步鞋具有緩沖減震的效果就是這個道理。跑步 機 的避震方式 采用 具 彈 性的橡膠墊將 跑臺和底座框架 墊 隔 開 ，使跑臺成 懸 吊 狀態(tài) ， 進 而 產(chǎn) 生吸收 震動 的功能而 達 到避震的效果。 所以采 用 了 足 夠牢固 的 鋼材規(guī) 格， 結(jié)構(gòu)撐 架以焊熔 連接，沒有采 用螺栓 ，在基座結(jié)構(gòu)上再加上橡膠墊 和橡膠尾套，使整個基架又對力產(chǎn)生一個緩沖，實現(xiàn)二級 24 緩沖！本設(shè)計中跑步板采用高密度纖維板 ，本身也提供一部份的吸震功能，但厚度至少需有 公分以上，以 確 保在吸震同時，不因 沖擊 而 龜裂 ，另外 在使用時 可在跑步機 的支 撐點 下，加 鋪 具 有彈 性的 鋪墊 ，以增加避 震 效果。 “ 太空 ” 牌跑步機 減震系統(tǒng) 設(shè)計相當(dāng) 敏感，站上跑步板，它會自動測出你的體重，根據(jù)數(shù)據(jù)，機器自動調(diào)整適合你的減震指數(shù)，避免膝蓋受傷。 圖 71 支架減震 圖 72 底座減震 小結(jié) 減震系統(tǒng)的設(shè)計 ， 是電動跑步機的必需，減震系統(tǒng)的設(shè)計和考慮程度決定著所設(shè) 25 計跑步機的檔次。