短跑阻尼跑步機的設計

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Based on the current training for professional athletes treadmill technology is not yet mature, and can not make the athletes in the training process to play out the full potential of the problem, the paper added to the treadmill damping adjustment device can be appropriately adjusted when running roller resistance, increased training intensity improve training efficiency. This design is the use of engineering principles others, select the appropriate size of each part treadmill, treadmill combines the mechanical characteristics of the work program to determine the design. The design focuses on the design of damping adjustment system, which is installed in the front of the rubber roller drum rear, by adjusting the rubber roller and roller contact force, in order to increase or decrease the damping force, to achieve different training requirements . In addition, the design of a treadmill plus a small friction-type generators, athletes training at the same time, you can drive the generator, the generated energy is stored in batteries for lighting and other purposes, effectively saving energy. Key word: Treadmill, damping control system, generator  第 3 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  目錄 1 緒 論······························································5 1.1 跑步機的介紹·····················································5 1.1.1 跑步機的分類·················································5 1.1.2 跑步機存在的問題及發(fā)展趨勢··································10 1.2 設計內容和研究意義··············································10 1.3 本章小結·······················································10 2 跑步機的人機工程設計···············································11 3 跑步機主要零部件的設計············································12 3.1 跑步帶和跑步板的設計···········································12 3.1.1 跑步帶的設計················································12 3.1.2 跑步板的設計················································13 3.2 基架及底架的設計················································14 3.2.1 基架的設計··················································14 3.2.2 底架的設計··················································16 3.2.3 清掃裝置的設計··············································17 3.2.4 坡度調節(jié)裝置的設計··········································18 3.3 滾筒的設計計算·················································18 3.3.1 前滾筒的設計計算············································18 3.3.2 后滾筒的設計計算············································20 3.4 阻尼調節(jié)裝置的初步設計·········································22 3.4.1 阻尼裝置的介紹···············································22 3.4.2 阻尼器的分類及優(yōu)缺點·········································22 3.4.3 阻尼裝置的選擇及初步設計·····································23 3.4.4 其他主要零部件的初步設計····································23 3.5 支撐軸的設計計算···············································24 3.6 扶手的設計·····················································25 3.7 固定架和固定帶的設計···········································26 3.8 本章小結·······················································27 4 阻尼調節(jié)裝置的最終設計············································28 4.1 阻尼裝置尺寸的設計··············································28 5 發(fā)電機的選擇······················································29 5.1 發(fā)電機的類型····················································29 5.2 發(fā)電機選型······················································29 6 主要研究結論及進一步研究議········································30 6.1 主要研究結論 ···················································30 6.2 進一步研究建議·················································30 致謝································································31 參考文獻····························································32 附錄································································33  第 4 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  1 緒論 1.1 跑步機的介紹 世界第一臺跑步機誕生于 1875 年，發(fā)明人是美國東部農村的一位機械師這臺機器其 實是一臺便攜式農機設備，以牲畜作為動力來源?，F(xiàn)代意義上的跑步機從 80 年代流行至 今已發(fā)展到第四代產品,第一代產品機械跑步機，是用圓形滾筒組合排列而成的跑臺，在 兩個滾筒中間加裝塑膠跑帶及跑板,主要運動方式是依靠跑步者腳與跑步帶的摩擦力帶動 來運行從而達到跑步及走步的效果.第二代跑步機模擬電動跑步機，是在原有第一代的基 礎上增加電機傳動裝置和升降裝置,以及一些電腦控制程序和傳感器,通過傳感器傳輸和 接收馬達的工作信號，用電腦控制程序達到調節(jié)跑步機速度、坡度、距離等功能，第三代 跑步機數(shù)字跑步機，在原有第二代跑步機的基礎上去除了傳感器，以單片機的數(shù)據控制馬 達的工作狀態(tài)，不會受到外界的干擾，從而使跑步機運動更穩(wěn)定、更安全。第四代跑步機 是采用的數(shù)字變頻技術，采用 HK 變頻調速器和交流馬達組成跑步機的動力系統(tǒng)，因為交 流電機結構中沒有碳刷，所以終生不需要維護，所以第四代變頻跑步機具有更安全、更耐 用、更安靜、更節(jié)能、更穩(wěn)定 5 大優(yōu)點,使跑步機運動在真正意義上超越了傳統(tǒng)室外跑步 運動。跑步機主要由扶手、底架、跑步帶和跑步板、支架、滾筒等幾部分組成。 1.1.1 跑步機的分類 （1）按驅動動力分類 1）機械跑步機 圖 1.1  機械跑步機 機械跑步機是依靠跑步者腳與跑步帶的摩擦力帶動來運行的，簡單的說就是沒有電動 機的跑步機。機械跑步機的傳動系統(tǒng)是由一個傳送帶套子，里面兩端兩根固定軸把傳送帶 拉緊，有一個軸和滾軸連接，一個可調式開關和一個固定架構成，主要是依靠跑步者腳與 跑步帶的摩擦力帶動來運行的；機械跑步機費力，不方便所以也不容易堅持。 2）電動跑步機 電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材，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  第 5 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  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。 圖 1.2 電動跑步機 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，如平 地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，使用者可根據自己的鍛煉目的進行選擇。 （2）按用途分類 1） 商用跑步機 商用跑步機融合了創(chuàng)新性的專利技術和整體娛樂選項能夠提供卓越的用戶體驗。多重 預設程序的設計實現(xiàn)了多樣化的跑步機練習。 圖 1.3  愛康跑步機 ①配備 IFT 驅動控制器； IFT 驅動控制器支持 4.0 馬力高壓 AC 感應電機結合集成 Footplant TM 技術用來控制 速度帶，在跑步或行走過程中，帶給用戶平滑、自然的感受。lGround Effects®控制 技術獨特的懸掛系統(tǒng)，易于佩戴在膝蓋、腿部和背部，在保持響應性的同時可以減輕沖擊 和控制橫向運動。 ②完全一體式娛樂選擇；  第 6 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  Cardio Theater 整體娛樂設計的個人可視化屏幕為使用者創(chuàng)造了一個獨一無二的高 端有氧健身房，也提高了使用者的終極會員體驗服務。 ③簡易操作的電腦編程； 只需 6 個按鈕就能完成多重預設項目，包括一些多樣化的跑步機練習。在運動過程中， 用戶可以自由選擇或者改變訓練內容。 ④持久耐用； IFT 驅動控制器支持 4.0 馬力高壓 AC 感應電機確保了此產品的持久耐用。商用跑步機 系列高度的可靠性和精確性是其商用設備的代表。 ⑤控制地面沖擊系統(tǒng)； 在保持皮帶與人的步伐速度相對應的前提下，該跑步機獨一無二的懸掛系統(tǒng)的設計減 緩了沖擊并且在保持反彈的情況下控制了側面的振蕩，從而減輕了人的膝蓋、小腿以及背 部的壓力。 ⑥感應式面板和娛樂運動一體化系統(tǒng)； 直接可以選擇 26 個程序：只有 6 個鍵就可以控制 26 個程序，包括六個體能測試程序。 使用過程中操作者可以任意轉換至其他程序。該按鍵為人提供快速的按鍵反應以及提示按 鍵聲，無論是初學者還是專家都很容易使用這種傳統(tǒng)式按鍵，即使使用者在使用娛樂系統(tǒng) ， 也不妨礙跑步機信息的輸入。 圖 1.4  商用跑步機 2）家用跑步機 耐用，低沖擊，基本性能滿足用戶需求，盡顯商業(yè)品質。流線型的顯示屏和整合娛樂 系統(tǒng)，使用戶充分享受動感和高效的健身體驗。 ①16 種健身方案； ②流線型顯示屏； ③具有 3.0 馬力功率的馬達：它能夠平穩(wěn)地提供功率，無噪音。自我冷卻馬達不停旋 轉從而取消了風扇裝置，提高馬達的壽命和可靠性； ④控制地面沖擊系統(tǒng)：跑步機獨一無二設計控制了側面的振蕩，從而減輕了關節(jié)的壓 力； ⑤跑床板使運動變得更加理想：僅 7.5 英寸高的跑步板讓任何使用者在上面如履平地， 為物理治療提供理想的區(qū)域； ⑥流線形控制面板操作簡便：友好的用戶界面及程序反饋使運動更加簡便易行；  第 7 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  圖 1.5  家用跑步機 （3）按功能分類 1）單功能跑步機 單功能跑步機從結構上分為兩類，一類是滾輪式跑步機，一類是平板式跑步機。滾輪 式跑步機工作時噪音很大，已被淘汰。平板式跑步機是由人主動在上面運動，所以使人感 到與普通跑步一樣。它的電子表可幫助訓練者記錄下時速、時間、心率、熱量、節(jié)拍、距 離等指標。使使用者可以隨時了解自己跑步機的訓練情況，進行有目的的調整。  第 8 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  圖 1.6  單功能跑步機 2）多功能跑步機 一臺多功能跑步機是由跑步機、劃船器、臥式健身車、立式健身車、放松機、腰旋器等功 能器材組合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜愛。它的鍛煉方法同普通跑步機一 樣，但從健身器所應具備的使用舒服、方便，技術動作準確合理上看，多功能跑步機有一 定缺陷。 圖 1.7  多功能跑步機  第 9 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  1.1.2 跑步機存在的問題及發(fā)展趨勢 盡管國內外對短跑阻尼跑步機的研制在不停地進行，但是從其目前發(fā)展情況來看，仍 存在著一些問題，急需改善。 （1）噪聲的污染。使用在訓練時受到噪聲影響容易影響心情，而影響鍛煉。 （2）制造成本高。目前的阻尼跑步機制造成本普遍很高，因此售價也很高，這就導致一 部分買不起這種專業(yè)訓練跑步機，如何降低成本也是個重要的問題。 （3）控制系統(tǒng)的智能化程度低。當使用者需要以不同速度不同坡度鍛煉，或者控制鍛煉 時間時都要手動調節(jié)或者半自動調節(jié)，也占用了使用者的部分時間。 （4）適用于運動員的專業(yè)訓練跑步機技術不夠成熟。 （5）其他問題，如結構復雜等。 從跑步機存在的問題來看，其未來的發(fā)展趨勢就是將這些問題逐一解決。如改善潤滑 系統(tǒng)降低噪音，采用智能化終端控制系統(tǒng)等，以方便使用者。待這些問題逐漸被解決，短 跑阻尼跑步機也將得到完善，大大地改善跑步機的工作情況，從而促使健身器材行業(yè)的發(fā) 展越來越好。 1.2 設計內容和研究意義 上節(jié)提到了現(xiàn)在的短跑阻尼跑步機存在的制造成本高、適用于運動員的專業(yè)訓練跑步 機技術不夠成熟的問題。短跑阻尼跑步機主要由支架、滾筒、阻尼調節(jié)裝置、扶手、固定 架、跑步帶和跑步板等及部分組成，若要滿足專業(yè)運動員的訓練要求，各部分技術還需進 一步完善和改進。隨著跑步機的發(fā)展，短跑阻尼跑步機一定也會隨著出現(xiàn)更多的功能，更 適合專業(yè)運動員進行訓練。因此針對上述提到的一些問題，在機械跑步機的基礎上，設計 了阻尼調節(jié)裝置，并安裝了發(fā)電機，這樣當運動員在訓練時就可以自己調節(jié)阻力，增加訓 練強度，提高訓練效果，同時還能產生電能，供照明等用途，節(jié)約了能源。 本文通過給定條件：跑步機長度為 1500mm，寬度為 600mm；結合人機工程學設計原理， 對跑步機的各部分組成系統(tǒng)進行了合理的選擇和設計。主要包括阻尼調節(jié)裝置的設計，底 架、扶手、固定架和滾筒的設計。 1.3 本章小結 本章簡要介紹了跑步機的歷史及分類，列舉了一些目前跑步機存在的問題，并提出研 究適合專業(yè)運動員訓練的短跑阻尼跑步機的理念，相信隨著跑步機的發(fā)展，適合不同人群 不同年齡層次人群的跑步機都會相繼出現(xiàn)并一步步得到改進和完善。最后闡述了該項設計 的內容和研究意義，初步確定了研究方向和設計內容，在現(xiàn)有技術和成果的基礎上提出了 一些構想。  第 10 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  2 跑步機的人機工程設計 人機工程學是本世紀 50 年代發(fā)展起來的一門新興學科，它由人體科學、工程技術、 環(huán)境科學、安全科學和社會科學等交叉而形成。人機工程學研究人和機器及環(huán)境的相互作 用，把人的因素作為產品設計的重要條件和原則，使設計出的機器操作簡便、省力、安全、 可靠高效、舒適。當前，人機工程學的研究和應用越來越廣泛。人機工程學的研究成果對 于電動跑步機的設計有著非常重要的意義。在人機這一系統(tǒng)中，人是核心因素，電動跑步 機的設計應符合人的生理，心理特點，在這方面的考慮失誤，可能會影響人們的健身效果， 甚至會影響人們的安全、健康。 人體尺寸百分位數(shù)運用的基本原則 ： 電動跑步機的設計應符合人體的尺寸，這是很容易理解的。但是由于受人的年齡、性 別、種族、地區(qū)等因素的影響，人的身材大小各不相同，那么該用哪一種身材的人作為跑 步機設計的依據？在對人群進行統(tǒng)計性的人體尺寸測量時，各種身材的人 頻數(shù)分布狀態(tài) （出現(xiàn)率）用百分位數(shù)表示。在國標 GB10000 中分別給出了不同年齡段第 1、5、10、50、 90、95、99 百分位的人體尺寸，在跑步機設計中，常用的是 18~60 歲年齡組的第 5 百分 位數(shù)和第 95 百分位數(shù)，它考慮了絕大多數(shù)的使用者群體。按照人機工程學原理進行設計 的跑步機，人們在跑步時感到輕松自如，運動狀態(tài)更貼近自然運動狀態(tài)。 按人體尺寸確定相關結構與空間的尺寸的原則為： （1）容空間尺寸設計按第 95 百分位數(shù)（P95） 包容空間是指以人為中心，包容人體（或某部分）的空間。例如：最小作業(yè)空間（區(qū) 域）、通道、維修空間、肢體自由活動空間、門、艙口等，對于這類空間，要求其能包容 大多數(shù)人，按大身材人設計，小身材的人當然也就包括在內。 （2）被包容空間尺寸設計按第 5 百分位數(shù)（P5） 被包容空間是指以人為中心，被人體（或某部分）所包容的空間。例如，肢體的可及 范圍、椅面高度、搬運物的寬度等，對于這類空間，應使小身材（P5）能包容其空間，大 身材人當然也就沒有問題。 （3）最佳工作區(qū)位置尺寸按第 50 百分位數(shù)（P50） 在包容與被包容關系中，要求空間適應人的極限狀態(tài)，而對于某些頻繁使用的操縱器， 則是希望能以最舒適的狀態(tài)來進行操作，才不容易疲勞，并達到準確和高效。例如，重要 的、使用頻繁的或需精細操作的開關、旋鈕等控制器的設置，各類機械主要操作手柄的設 置等。這時應按中等身材人設計，因第 50 百分位附近，人的密度高，可使多數(shù)人處于舒 適、高效的作業(yè)狀態(tài)下。 （4）可調節(jié)結構尺寸的調節(jié)范圍為第 5 至第 95 百分位數(shù)由于人體尺寸的差異，欲使 每個工作者能處于一種舒適、準確、高效的工作狀態(tài)，則應將有關節(jié)結構設計成為可調節(jié) 的，例如，與控制臺有關的座高度和腳踏板的高度等，應是可調節(jié)的，其尺寸應以 P50 為 基準，調節(jié)范圍擴展到 P5 至 P95。  第 11 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  3 跑步機主要零部件的設計 3.1 跑步帶和跑步板的設計 3.1.1 跑步帶的設計 跑步帶是跑步機的一個重要部件，跑步帶的性能好壞直接影響跑步機的質量，影響跑 步效果。要求跑步帶抗延展性好，使用壽命長，不易變形。跑步帶的尺寸應滿足跑步這一 功能的需要，長度方向應讓人能輕松邁開步伐，設計為 1420mm;寬度應按照人體尺寸 P9 的肩寬來確定，加上余量，設計為 410mm。 圖 3.1  跑步帶示意圖 跑步帶的其余參數(shù)選擇如下： （1） 跑步機跑帶的接口： 咱們看到跑步機的跑帶通常有平面也有鋸齒接口，可是與滾軸聯(lián)絡最重要的技能點在 于膠合技能，保證接口滑 潤，才會讓跑帶作業(yè)堅持最小的噪音，讓跑步更安靜。 （2）跑步機跑帶的構成： 跑帶的構成是由最上面一層ＰＶＣ橡膠，中心一層聚酯絲網，最下面的經緯紗組成的， 最上面的橡膠添加沖突，背 面的經緯紗削減沖突，兩層材料超卓的接合是跑帶質量過硬 的要害之一，聚脂絲網（網格狀尼龍纖維）就是最棒的媒體。經緯紗主要為網狀尼龍織物 能夠十分有用的防止跑帶發(fā)作變形，延伸距離跑帶的運用壽數(shù)，加大跑帶底層的耐磨性， 而且十分好的減小沖突，行進跑步帶的導電性，維護運用者和設備的安康。 （3）跑步機跑帶的厚度： 跑帶分為不一樣的標準，從１．６ｍｍ到４．０ｍｍ不等，通常在國內呈現(xiàn)多種厚度 標準的跑帶，有廠家偏重超厚及柔軟的舒適度，若與馬力及滾軸匹配不妥，不免對馬達構 成過重的擔負，下降運用壽數(shù)。在歐美更偏重直接地上式的跑 步，且在運用跑步機時均  第 12 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  會穿上合適的跑步鞋來添加舒適感及防止不必要的運動損傷。所以在廠家描繪跑帶的時 分 ，均會對運用性、實用性、耐久性做最佳的組合。厚一點的跑帶它的導靜電性能和跑 起來的舒適性來說，是最好的，作為專業(yè)訓練跑步機，舒適性也是影響運動員訓練效果的 重要因素之一，因此跑步帶厚度選為 3.1mm。 （4） 跑步機跑帶的斑紋： 跑帶表面的那層ＰＶＣ也就是塑膠，有多種斑紋，以鉆石紋和圓點紋、冰花紋為常見， 意圖就是讓凹凸感來添加沖突力，讓運動者在跑步過程中不容易摔跤，所以挑選哪種斑紋 就看購買者的小我運用習氣。專業(yè)運動員在訓練時往往會穿比賽專用運動鞋，鞋子本身就 具有了較好的摩擦力，因此跑步帶相對于沖突里而言，容易清掃就變得更為重要一些，所 以本跑步機選用球紋的跑步帶。 3.1.2 跑步板的設計 跑步機的跑步板，就是指起支撐作用的鋼板，在跑步板上面是跑步帶，當使用者在跑 步時，腳踩在跑步帶上面，跑步帶有跑步板的支撐就不會陷下去使跑步帶斷裂甚至摔傷使 用者。跑步板焊接在底架上面，安全可靠。 用作專業(yè)跑步訓練的跑步機，在跑步機高速運轉的時候，人很難保持在一條直線上跑， 所以才預增了跑步板的寬度，如果太寬也不好，因為跑完要下跑步機時跨距太大，不容易 同時踩穩(wěn)邊條，而導致摔傷。鑒于跑步機寬度為 600mm，因此跑步板寬度選擇為 600mm， 厚度為 4mm 的鋼板。當跑步板安裝在前后滾筒之間，既要起到支撐作用，又不能與滾筒接 觸而摩擦，因此選擇跑步板的長度為 1100mm。在跑步板中間位置開有邊長 60mm、寬 40mm 的方形孔，以使支撐軸上的軸承可以透過跑步板接觸到跑步帶，既可以減小跑步帶與跑步 板的摩擦，又能起到良好的支撐作用，如圖 3.2 所示。 圖 3.2  跑步板示意圖  第 13 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  3.2 基架及底架的設計 3.2.1 基架的設計 基架是跑步機組成部件的安裝架，即是說所有零部件都要安裝在基架上。為了便于安 裝和生產，基架選擇用槽鋼來設計?；谂懿綑C長度 1500mm，寬度 600mm，所以基架的尺 寸最大為長 1500mm，寬 600mm。槽鋼是截面為凹槽形的長條鋼材。其規(guī)格以腰高(h)*腿寬 (b)*腰厚(d)的毫米數(shù)表示，如 120*53*5，表示腰高為 120 毫米，腿寬為 53 毫米的槽鋼， 腰厚為 5 毫米的槽鋼，或稱 12#槽鋼，如圖 3.3 所示。 h---高度 b---腿寬 t---平均腿寬  ｒ1---推斷圓弧半徑 d---腰厚 i---慣性半徑 r---內圓弧半徑 z0---YY 軸與 Y1Y1軸間距離 圖 3.3  熱軋普通槽鋼圖示及各部分含義(摘自 GB/T707—1988) 表 3.1 熱軋普通槽鋼尺寸及其重量規(guī)格表  第 14 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  由表 3.1，現(xiàn)選擇 18#a 型號的槽鋼作為基架，其高度為 180mm，腿寬 68mm，腰厚 7mm， 平均腿厚 10.5mm?；苌厦嬉信懿綑C各部件的安裝位置，從而使所有部件能組合成一個 短跑阻尼跑步機。由于基架是兩個尺寸大小相等的槽鋼，所以要設計一個固定架來固定住 這兩個槽鋼不發(fā)生偏移。基架固定架采用矩形管焊接而成，共有兩個，分別用螺栓螺柱固 定在基架的兩邊特定位置，矩形管截面長邊長 40mm，短邊長 16mm，壁厚度為 6mm。在基架 固定架上有直徑 15mm 的安裝孔，用來將基架和該固定架固定在一起，如圖 3.4 所示。  第 15 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  圖 3.4 基架固定架示意圖 3.2.2 底架的設計 底架主要由兩邊底管、支架和底座組成。底管的長度由基架的長度來確定，即取長 1500mm，寬 600mm。底管是承擔人體重量和跑步時動載荷的主要零件，因此必須要有足夠 的剛度，保證人體站在跑步帶上不變形，跑步時，不會發(fā)生顫動和振動，產生噪聲。支架 是用來固定基架的，以保證槽鋼不會發(fā)生偏移。底座則是承載基架的座，實際上是整個跑 步機的底座，底座上安裝有坡度調節(jié)螺栓，可以調節(jié)跑步機的坡度。底架下面有支撐腿， 高度為 34mm，支撐腿與地面之間使用高密橡膠墊，可減輕震動和噪聲。跑步機的底架高度 應該盡量降低，減少使用者使用時的危險性。同時底架上懸吊有清掃裝置，可以在使用的 同時對跑步帶里部進行清掃，可以保證跑步帶和托輥所接觸的地方盡量干凈，減小摩擦力。 底架用矩形鋼管焊接而成，要求矩形管有足夠的剛度，可以承受人和跑步機的總重量 而不變形。由 GB/T3094-2000 選擇截面長邊長 40mm，短邊長 16mm，壁 6mm，的矩形鋼管。 由于底架上還要安裝坡度調節(jié)裝置，所以要預留安裝坡度調節(jié)裝置的安裝孔。同時底架是 基架的支撐架，基架要固定在底架上。底架由兩部分組成，一部分時支撐腿和支撐座，主 要是增加支撐腿與地面的接觸面積，可以有效增加底架的穩(wěn)定性，保證運動員的人身安全 和跑步機的安全；第二部分是底座，底座就是基架的固定座。  第 16 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  1、支撐腿 2、底座 圖 3.5 底架示意圖 3.2.3 清掃裝置的設計 清掃粘結在輸送帶表面的物料，對于提高跑步帶的使用壽命和保證跑步機的正常運轉 將具有重要意義。 對清掃裝置的基本要求是：清掃干凈，清掃阻力小，不損傷跑步帶的覆蓋層，結構簡 單而可靠。輸送帶的清掃效果，對于延長跑步帶的使用壽命和滾筒的穩(wěn)定運行有很大影響。 常用的清掃裝置有刮板清掃器、清掃刷，此外，還有水力沖刷、振動清掃器等，采用哪種 裝置，應視所輸送物料的粘性而定。 本次設計清掃裝置分為兩部分：清掃刷和固定板，固定板為寬度為 20mm 厚度為 3mm 的塑料板，清掃刷為普通刷絲，固定在塑料板上即是清掃裝置。清掃裝置設計為折形，安 裝時突出的那部分朝向前滾筒，這樣在跑步帶轉動的時候，灰塵會沿著折行想跑步機兩邊 移動，從而達到清掃的目的。清掃裝置上面有兩個孔，是用來把它固定在底架上的。整個 清掃裝置厚度為 8mm，安裝時要求刷毛與跑步帶內部相接觸，否則無法起到清掃作用。 圖 3.6 清掃裝置示意圖  第 17 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  3.2.4 坡度調節(jié)裝置的設計 坡度調節(jié)裝置就是調節(jié)跑步機坡度的裝置，前面提到坡度調節(jié)裝置是安裝在底架上 的，所以實際上也是跑步機的支撐腿。本次設計中坡度調節(jié)裝置有調節(jié)螺栓和底座兩部分 組成。調節(jié)螺栓采用直徑 20mm，長度 150mm 的六角螺栓，底座則是厚度為 4mm，邊長 80mm 的 45 號鋼板，用以增加螺栓與地面的接觸面積，使跑步機更穩(wěn)定。坡度調節(jié)裝置安裝在 底架的中間和前面，共四個位置，在需要調節(jié)坡度時，只需要旋扭前面的兩個調節(jié)螺栓， 來增加或者減小底架與地面的距離，當達到需要的坡度時，再旋扭中間的兩個調節(jié)螺栓， 使底架的六個支撐腿都著地，這樣不僅能起到調節(jié)坡度的目的，還能是跑步機更穩(wěn)定更安 全。這種調節(jié)的方式優(yōu)點就是操作簡單，缺點是比較麻煩，需要一個個的調節(jié)，而且不太 能統(tǒng)一四個調節(jié)螺栓的高度，但是問題不大，可以在底架的合適位置貼上帶有刻度紙條， 來使調節(jié)時調節(jié)的高度得到一致。 1、 坡度調節(jié)螺栓 2、支撐座 圖 3.7 坡度調節(jié)裝置示意圖 3.3 滾筒的設計計算 滾筒表面有裸露光鋼面、人字形和菱形花紋橡膠覆面。小功率、小帶寬及環(huán)境干燥時 可采用裸露光鋼面滾筒。人字形花紋膠面磨擦系數(shù)大，防滑性和排水性好，但有方向性。 菱形膠面用于雙向運行的輸送機。用于重要場合的滾筒，最好采用硫化橡膠覆面。本次設 計滾筒為槽型滾筒，可以防止跑步帶跑偏。滾筒由軸、圓柱滾子軸承、內徑擋圈和筒體及 其他輔助零件組成。其中軸承通過軸套和緊定螺栓固定在軸上，防止軸承發(fā)生軸向移動。 筒體為裸露光鋼面，厚度為 4mm。 3.3.1 前滾筒的設計計算 前滾筒是無動力滾筒，由于跑步機高度 180mm，在基架內部還要安裝阻尼調節(jié)裝置、 清掃裝置等，所以滾筒直徑不宜過小或者過大，否則不便于安裝。所以取筒體直徑為 197mm， 筒體為厚度 4mm 的裸露光鋼面。 （1） 軸的設計 滾筒軸屬于固定心軸，只承受彎矩，M≠0；不承受扭矩 T=0。  第 18 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  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——定要求； ② 上零件應易于裝拆和調整——安裝調整要求； ③ 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。 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； 軸的材料： 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[8]。 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 軸的端部為方形，以使安裝滾筒時可以保持滾筒的固定，不發(fā)生橫向移動后者軸向移 動。根據計算，軸的最小直徑應大于 10.56mm，所以選擇軸的端部橫截面為邊長 20mm 的正 方形。在軸的兩端要倒角，以方便安裝。 因為跑步機寬度為 600mm，采用的腿寬為 68mm、腿厚 10.5mm 的槽鋼作為基架，所以軸 的最小長度為 485mm。為了便于安裝，本次設計軸的長度為 504mm，分為 7 段，第 3-4 段 和第 5-6 段為安裝軸承的位置。第 1-2 段和第 6-7 段是軸的固定部分，截面為正方形，可 以使軸固定在基架上而不發(fā)生移動。 圖 3.8  前滾筒軸的示意圖 （2）軸承的選擇設計 軸承要安裝在軸的第 3-4 段和第 5-6 段，因為該軸段直徑為 50mm，所以取軸承的內徑 為 50mm。軸承類型：圓柱滾子軸承。軸承代號：N210/P5。軸承參數(shù)：軸承內徑 50mm，軸 承外徑 90mm，軸承寬度 20mm；潤滑方式：脂潤滑。 （3）滾筒整體結構的設計 本次設計滾筒軸是固定不動的，當跑步機工作時，軸承轉動，帶動筒體轉動。由于該 滾筒是槽型滾筒，所以筒體寬度要不小于跑步帶的寬度，由于跑步帶寬度為 410mm，所以 設計筒體寬度為 416mm。筒體兩邊的擋圈直徑應該大于筒體直徑和跑步帶厚度之和，跑步 帶厚度為 3.1mm，筒體直徑為 197mm，所以擋圈直徑應該大于 203.1mm，取 207mm。  第 19 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  1、 滾筒軸  2、緊定螺釘  3、軸套  4、圓柱滾子軸承 5、筒體 6、內徑擋圈 圖 3.9 前滾筒結構示意圖 3.3.2 后滾筒的設計 后滾筒相當于從動滾筒，也是無動力滾筒，結構采取和前滾筒一樣的結構，也是由軸、 圓柱滾子軸承、內徑擋圈、筒體及其他輔助零件組成。因為后滾筒上需要安裝張緊裝置和 發(fā)電機，所以后滾筒的軸要具有安裝這些裝置的部位。 前面提到后滾筒軸上要有安裝張緊裝置和發(fā)電機的位置，所以該軸要比前滾筒軸長一 點?；诒敬卧O計所選擇的發(fā)電機為 12V6W 的小型摩擦式發(fā)電機，發(fā)電機的摩擦頭通過與 后滾筒的內徑擋圈的外延相接觸，在后滾筒轉動的時候，帶動發(fā)電機摩擦頭的轉動，進而 使發(fā)電機轉子轉動，產生電能。由于張緊裝置實際上是通過調整軸的橫向位置來張緊跑步 帶的，所以要使發(fā)電機不收張緊的影響，就要把發(fā)電機固定在該軸上。 （1） 張緊裝置的設計 張緊裝置的作用是在跑步帶太松或者太緊時，通過調整軸的位置來調整跑步帶的張緊 度。拉緊裝置：拉緊裝置分為螺旋式、車式、垂直式三種。 ① 螺旋式：適用輸送機較短， <80 米，功率較小的輸送機上，按機長 1%選取螺旋行程。行程有 500mm、800 mm 兩種。 選用螺旋張緊方式不僅與機長有關，而且還與功率大小有關（功率大小與螺旋的許用張力 有關）。 ② 車式張緊適用輸送機較長，功率較大的場合，應優(yōu)先采用。 ③ 垂直拉緊張 緊較復雜，用在車式拉緊布置有困難的場合，缺點是改向滾筒多， 螺旋型張緊裝置屬于手動張緊裝置，它利用人力旋轉螺桿，使帶有螺母的滑架及安裝 在上面的張緊滾筒沿輸送機方向縱向移動，以調節(jié)輸送帶張力，這種裝置結構比較簡單 。 螺旋型張緊裝置一般用于結構簡單，輸送距離小的輸送機上 。本例選擇螺旋式張緊裝置 進行設計。 該螺旋式張緊裝置選取一個 M20 長度為 100mm 的六角螺栓作為張緊螺栓，張緊螺栓 通過軸上的螺紋孔，并被基架上的擋板擋住而不能繼續(xù)移動，當需要張緊時，用六角螺栓  第 20 頁 共 33 頁 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計  專用扳手旋轉螺栓，由于另一端無法繼續(xù)向前移動忙所以只能帶動滾筒軸向后移動，即可 以起到張緊作用。 （2）軸的設計 前面提到該軸上要有安裝張緊裝置和發(fā)電機的位置，所以該軸的兩端要有螺紋孔來安 裝張緊螺栓，螺紋孔的規(guī)格為要與張緊螺栓規(guī)格相匹配。 軸的端部為方形，以使安裝滾 筒時可以保持滾筒的固定，不發(fā)生橫向移動后者軸向移動。根據計算，軸的最小直徑應大 于 10.56mm，而張緊螺栓的外螺紋 20mm，所以選擇軸的端部橫截面為邊長 25mm 的正方形。 因為發(fā)電機也要安裝在該軸上，所以要使軸的一端較長，用來焊接發(fā)電機架安裝發(fā)電機。 本次設計軸的材料為 45#鋼，軸的長度為 658mm，分為 7 段，第 3-4 段和第 5-6 段為安裝 軸承的位置。第 1-2 段和第 6-7 段是軸的固定部分，截面為正方形，可以使軸固定在基架 上而不發(fā)生移動。 圖 3.10 后滾筒軸的示意圖 （3）發(fā)電機架的設計 根據發(fā)電機摩擦頭直徑 20mm，發(fā)電機殼體直徑 70mm，及后滾筒軸的軸心距離基架 的距離可以確定發(fā)電機架的尺寸。由于本次設計中所選擇發(fā)電機為小型發(fā)電機，重量很輕， 所以發(fā)電機架用厚度為 4mm 的 45#鋼板焊接而成即可。發(fā)電機架腿部為寬度為 10mm 的 鋼板，