電動(dòng)跑步機(jī)整體設(shè)計(jì)（含三維UG及CAD圖紙）
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摘 要
跑步機(jī)是家庭及健身房常備的健身器材，它的優(yōu)點(diǎn)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全性能高等特點(diǎn)，已廣泛用于家庭和健身房。專家們相信未來(lái)跑步機(jī)將以普及和人性化為主，市場(chǎng)也可能以高價(jià)位產(chǎn)品為主導(dǎo)，低價(jià)位產(chǎn)品銷售也不錯(cuò)。本課題設(shè)計(jì)是休閑類跑步機(jī)，根據(jù)人體工程學(xué)而設(shè)計(jì)的跑步機(jī)，而且具備使用壽命長(zhǎng)、容易維修、安全性能高、方便搬運(yùn)等。
本課題用三維軟件UG對(duì)跑步機(jī)整體零件進(jìn)行建模，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和各個(gè)零件的裝配。此外還使用CAD畫(huà)出了裝配圖和重要零件的剖面圖。設(shè)計(jì)包括支架、基架、滾筒、跑步板、跑步帶和扭腰盤(pán)等。設(shè)計(jì)中參考現(xiàn)有跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)和樣式，對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了精確計(jì)算與設(shè)計(jì)；并作出合理的選擇，設(shè)計(jì)出牢固、簡(jiǎn)潔又美觀的基架結(jié)構(gòu)；而且突出了減震系統(tǒng)的重要性和跑步板防靜電的功能性。
本課題設(shè)計(jì)不同的地方在于輔助構(gòu)件扭腰盤(pán)，它能幫助健身者進(jìn)行美腰鍛煉，展現(xiàn)出本課題對(duì)跑步機(jī)的創(chuàng)新面。完善跑步機(jī)的缺點(diǎn)，真正推出人性化跑步機(jī)。
關(guān)鍵詞：跑步機(jī)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；減震系統(tǒng)；輔助設(shè)計(jì)
Abstract
Treadmill is a permanent fitness equipment for families and gymnasiums. Its advantages are simple structure and high safety performance. It has been widely used in families and gymnasiums. Experts believe that the treadmill will be dominated by popularity and humanization in the future. The market may also be dominated by high priced products, and the sales of low price products are also good. This design is a leisure treadmill, a treadmill designed according to the ergonomics, and has long service life, easy maintenance, high safety performance, convenient handling and so on.
This project uses three-dimensional software UG to model, design and assemble parts of the treadmill. In addition, we use CAD to draw up the assembly drawing and the profile map of the important parts. The design includes scaffolds, chassis, rollers, running boards, running belts and waist plates. In the design, the structure and style of the existing treadmill are referred to, the precise calculation and design of the transmission mechanism are carried out, and a reasonable selection is made to design a solid, concise and beautiful base frame structure, and the importance of the shock absorption system and the anti static function of the running board are also highlighted.
The design of this topic is different from the waist twisting of auxiliary components, which can help the fitness workers perform the waist exercise, showing the innovation of this topic to the treadmill. Improve the shortcomings of the treadmill, and truly launch the humanized treadmill.
Key Words：Treadmill；Transmission structure；Shock absorption system；Aided design
目 錄
第1章 緒 論 1
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 3
2.1 基本功能 3
2.2 構(gòu)造設(shè)計(jì) 3
2.3 功能原理的確定 3
2.4 小結(jié) 5
第3章 電動(dòng)機(jī)類型與參數(shù)的選擇 7
3.1 類型功率選擇 7
3.2 技術(shù)參數(shù) 7
3.3 小結(jié) 8
第4章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
4.1 設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)選擇 9
4.2 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇 12
4.2.1 帶輪型號(hào) 13
4.3 帶傳動(dòng)的張緊裝置的選擇 13
4.4 小結(jié) 13
4.5 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.5.1 基架的設(shè)計(jì) 14
4.5.2 支架的設(shè)計(jì) 16
4.6 前后罩 18
4.7 小結(jié) 18
第5章 前后滾筒 21
5.1 軸承的計(jì)算 21
5.2 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22
5.2.1 軸的設(shè)計(jì) 22
5.2.2 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 23
5.3 軸的強(qiáng)度校核 23
5.4 滾筒要求 24
5.5 小結(jié) 25
第6章 跑步板及跑步帶設(shè)計(jì) 27
6.1 跑步板 27
6.2 跑步帶 27
6.3 跑帶調(diào)整：兩個(gè)螺栓調(diào)整法 27
6.4 跑臺(tái)潤(rùn)滑油的添加 29
6.5 小結(jié) 30
第7章 避震系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 31
7.1 避震系統(tǒng)的種類及原理 31
7.2 小結(jié) 33
第8章 輔助設(shè)計(jì) 35
8.1 扭腰盤(pán)設(shè)計(jì) 35
8.2 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 36
8.3 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37
8.3.1 扭腰盤(pán)軸承選用 37
8.3.2 單向推力軸承型號(hào) 37
8.4 小結(jié) 38
第9章 使用和維護(hù) 39
9.1 跑步機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng) 39
9.2 如何使用跑步機(jī) 39
9.3其他注意細(xì)節(jié) 39
9.4 小結(jié) 40
總 結(jié) 41
參考文獻(xiàn) 43
致 謝 45
第1章 緒 論
生命在于運(yùn)動(dòng)，健康源于運(yùn)動(dòng)。跑步是目前國(guó)際流行并被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評(píng)價(jià)的有氧健身運(yùn)動(dòng)，是保持一個(gè)人身心健康最有效、最科學(xué)的健身方式，也越來(lái)越受到大家喜愛(ài)。
跑步可以改善骨骼、心臟、心肌、腸胃等器官的功能，是人們鍛煉身體，預(yù)防疾病的法寶。戶外長(zhǎng)跑曾經(jīng)是大眾最常用而簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式，沿著林蔭道呼吸著早晨清新的空氣，聽(tīng)著枝頭的鳥(niǎo)鳴，既能愉悅身心，又可鍛煉體魄。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶外長(zhǎng)跑變得不那么流行了，而跑步機(jī)則成了時(shí)下健身最熱門的健身器械。跑步機(jī)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(shí)間隨時(shí)鍛煉。由于電動(dòng)跑步機(jī)上的電子輔助裝備功能非常多，鍛煉者可體驗(yàn)不同的跑步環(huán)境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等，個(gè)人可以根據(jù)自己的鍛煉目的進(jìn)行鍛煉。
本設(shè)計(jì)共設(shè)八章，首先確定總體方案設(shè)計(jì)，認(rèn)識(shí)跑步機(jī)的基本功能和原理，為下一章電機(jī)的參數(shù)選擇提供必要的技術(shù)參數(shù)。之后到傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，先理清設(shè)計(jì)步驟，了解跑步機(jī)帶輪傳動(dòng)系統(tǒng)的要求后確定帶傳動(dòng)的張緊裝置。根據(jù)本設(shè)計(jì)要求能夠確定外型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出基架、支架的最大能夠承受的應(yīng)力。第四章是前后滾筒軸與軸承的設(shè)計(jì)要求，確定軸的強(qiáng)度校核。第五章的跑步板及跑步帶是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，為了能讓健身者得到完美的體驗(yàn)，跑步板和跑步帶都要符合跑步機(jī)需求，還有避震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、輔助功能的設(shè)計(jì)。最后為了健身者能夠正常使用與增長(zhǎng)使用壽命，介紹了跑步機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)。
跑步機(jī)雙面寬厚的跑帶帶給您草地般舒適感覺(jué)，馬力強(qiáng)勁的電機(jī)帶給您澎湃恒久的動(dòng)力，能夠確保體重在特定范圍內(nèi)完美地鍛煉自己。電跑以功能多、占地少而受到人們的喜愛(ài)，使人們?cè)诜泵Φ墓ぷ髦嗳匀豢梢员M享運(yùn)動(dòng)的快感。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 基本功能
跑步機(jī)的基本功能就是構(gòu)建一條運(yùn)動(dòng)的跑道（跑步帶），跑道的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)者的跑動(dòng)方向相反，并且相對(duì)速度必須保持相同，這樣就使得運(yùn)動(dòng)者能夠在原地進(jìn)行跑步鍛煉了。實(shí)現(xiàn)跑步機(jī)的功能，對(duì)跑步帶的驅(qū)動(dòng)與速度控制：通常使用直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)半導(dǎo)體功率器件，通過(guò)改變電樞回路串電阻調(diào)速。在跑步機(jī)的基礎(chǔ)上通過(guò)增加一些部件來(lái)增加其它功能從而達(dá)到實(shí)現(xiàn)輔助性能，如扭腰和仰臥起坐等。
2.2 構(gòu)造設(shè)計(jì)
電動(dòng)跑步機(jī)主要由以下部分組成：電機(jī)、機(jī)架和支架、前后滾筒、跑步板及跑步帶、避震系統(tǒng)、多功能構(gòu)件以及電子顯示器維護(hù)，它的特征在于支架與框架垂直連接，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，跑步帶張緊繞裝在前后滾筒上，支撐跑步板安裝在跑步帶的下方，框架的前端安裝著電動(dòng)機(jī)與可調(diào)電源,前滾筒的一端緊裝著從動(dòng)帶輪，控制傳感器裝在電動(dòng)機(jī)上，速度傳感器安裝在緊靠在從動(dòng)帶輪的框架上，皮帶調(diào)節(jié)螺栓一端連接在電動(dòng)機(jī)外殼的孔板上，另一端連接在焊接于框架前端的孔板上，這樣就能夠很好地防止跑帶跑偏。跑步機(jī)扶手架設(shè)計(jì)于支架的頂端，方便健身者保持平衡。儀表控制盤(pán)安裝于扶手架上。傳動(dòng)方式采用帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)等級(jí)為一級(jí)。同時(shí)在支架上安有扭腰盤(pán)和仰臥起坐支架使機(jī)器實(shí)現(xiàn)其輔助性能。
2.3 功能原理的確定
目前市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的有主動(dòng)性跑步機(jī)和電動(dòng)跑步機(jī)兩種。主動(dòng)式跑步機(jī)是依靠人體為動(dòng)力而進(jìn)行主動(dòng)性跑步的跑步機(jī)，是鍛煉者自身的肌肉收縮作為能源，人停止運(yùn)動(dòng)時(shí)，器械亦停止運(yùn)動(dòng)。在主動(dòng)式跑步機(jī)上跑步時(shí)，人體除自身重量產(chǎn)生的震蕩外，腳踝部、膝部和臀部，特別是肌腱，還要承擔(dān)額外向后的扭力來(lái)確保跑帶向后運(yùn)動(dòng)，這種額外的扭力就是產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)傷害的根源，由于扭力過(guò)度集中在韌帶、關(guān)節(jié)等幾個(gè)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，從而打破這部分組織的局部平衡、損傷其健康。這種運(yùn)動(dòng)方式，表面上看起來(lái)似乎能消耗更多的能量，但其造成的運(yùn)動(dòng)傷害也要比在大自然中跑步高出數(shù)倍。很多傳統(tǒng)跑步機(jī)使用者，發(fā)現(xiàn)自己越是認(rèn)真鍛煉，腿部就越跑越粗，關(guān)節(jié)也越練越?jīng)]有力氣。
圖2-1 跑步機(jī)整體結(jié)構(gòu)
傳統(tǒng)跑步機(jī)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?yàn)殚L(zhǎng)期的跑步可能會(huì)加重慢性扭傷的情形或加速膝關(guān)節(jié)的老化。
電動(dòng)跑步機(jī)是健身房及家庭較高檔的器材，這種跑步機(jī)能減輕傳統(tǒng)訓(xùn)練對(duì)關(guān)節(jié)的沖擊，避免運(yùn)動(dòng)受傷，比自然跑步有明顯的優(yōu)勢(shì)。跑步時(shí)后腳跟先著地，順著跑帶方向運(yùn)動(dòng)。手腳模仿跑步的動(dòng)作，前后揮動(dòng)，從而使全身肌肉得到均衡的鍛煉。由于跑帶的運(yùn)動(dòng)方向與腳步移動(dòng)的方向一致，韌帶部位的扭力就抵消了，跑起來(lái)非常舒適?？祻?fù)者、兒童、老年人也可以保持身體平衡，從而集中精力安心鍛煉。如果增加運(yùn)動(dòng)量，可以加快舞動(dòng)手腳的速度。用電動(dòng)跑步機(jī)能消除關(guān)節(jié)的負(fù)載，不但能減肥健身，還有益于受傷后身體的恢復(fù)。本課題需要完成的結(jié)構(gòu)如圖2-1。
它通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)跑帶使人以不同的速度被動(dòng)地跑步或走動(dòng)。由于被動(dòng)地形成跑和走，從動(dòng)作外形上看，幾乎與普通在地面上跑或走一樣，但從人體用力上看，在電動(dòng)跑步機(jī)上跑、走比普通跑、走省去了一個(gè)蹬伸動(dòng)作。正是這一點(diǎn)使每一個(gè)在電動(dòng)跑步機(jī)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。由于電動(dòng)跑步機(jī)上的電子輔助裝備功能非常多，可體驗(yàn)不同的跑步環(huán)境，另外本次設(shè)計(jì)還加入扭腰輔助性能。
下圖2-2為跑步機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)工作原理圖。首先健身者打開(kāi)電源，顯示電子表，通過(guò)驅(qū)動(dòng)板調(diào)節(jié)速度完成熱身。電機(jī)自轉(zhuǎn)，通過(guò)傳動(dòng)軸帶動(dòng)主動(dòng)輪，主動(dòng)輪與從動(dòng)輪之間有多楔皮帶連接，致使從動(dòng)輪以一定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。前后滾筒也隨著轉(zhuǎn)動(dòng)，跑步帶開(kāi)始勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。健身者熱身完，通過(guò)電子表制動(dòng)驅(qū)動(dòng)板，實(shí)現(xiàn)調(diào)速，完成健身。
圖2-2 跑步機(jī)工作原理
2.4 小結(jié)
電動(dòng)跑步機(jī)就是由直流電機(jī)構(gòu)造一條勻速運(yùn)動(dòng)的跑帶，使運(yùn)動(dòng)者在原地進(jìn)行跑步鍛煉。 還能防止韌帶、關(guān)節(jié)等受力部位造成慢性疲勞，影響身體健康。
第3章 電動(dòng)機(jī)類型與參數(shù)的選擇
3.1 類型功率選擇
一般健身者使用跑步機(jī)有健身和減肥瘦身兩個(gè)目的，所以要求跑步機(jī)的驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)必須能讓不同體重的健身者正常地使用跑步機(jī)。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0.8～2.5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（1HP=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(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)馬力應(yīng)該至少1.5馬力以上，如果家人的體重有超過(guò)80公斤，則應(yīng)選2.0持續(xù)馬力以上的跑步機(jī)。
此跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為120公斤，功率為1.5HP。初步確定跑步機(jī)滾筒直徑為6cm
所以最大轉(zhuǎn)矩
Tmax=F×L （3-1）
式中：F——為滾筒受力
L——滾筒工作長(zhǎng)度
Tmax=1/2×120×9.8×0.03 = 17.64 N·m
所以
轉(zhuǎn)速 n=vs = = 7.98 r/s （3-2）
功率 P=Tn9550=17.64×7.98×609550 ≈ 0.88 kw （3-3）
為此電動(dòng)跑步機(jī)采用電動(dòng)機(jī)—ZYT42（NEMA）型永磁直流電動(dòng)機(jī)圖3-1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，調(diào)速方便（無(wú)級(jí)別可調(diào)），調(diào)整范圍寬，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高等特點(diǎn)。并當(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，如同在平地上跑步感覺(jué)一樣。
3.2 技術(shù)參數(shù)
永磁直流電動(dòng)機(jī)-ZYT42型，表3-1為電動(dòng)機(jī)型號(hào)特性，各個(gè)型號(hào)的額定值都不一樣，根據(jù)上面所計(jì)算的功率，選取了最佳的電動(dòng)機(jī)型號(hào)ZYT42/01，它的參數(shù)如圖3-2所示。
圖3-1 電動(dòng)機(jī)外型圖
表3-1 電動(dòng)機(jī)型號(hào)特性
型號(hào)
Model
?Unit
42ZYT01
42ZYT02
42ZYT03
額定電壓
Rated Voltage
V
DC24
額定轉(zhuǎn)速
Rated Speed
rpm
3480
3350
3350
額定轉(zhuǎn)矩
Rated Torque
Nm
0.03
0.05
0.07
額定功率
Rated Power
W
10
16
24
最大轉(zhuǎn)矩
Max. Torque
Nm
0.22
0.3
0.4
轉(zhuǎn)矩系數(shù)
Torque Constant
Nm/A
0.0558
效率
Efficiency
η
≥70％
電機(jī)長(zhǎng)度
L
mm
80
90
100
重量
Weight
Kg
0.3
0.5
2
表3-2 技術(shù)參數(shù)
型號(hào)
電壓
功率
ZYT42/01
220 V
1.5HP
轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)向
絕緣等級(jí)
3480±7%
逆時(shí)針
F級(jí)
3.3 小結(jié)
跑步機(jī)屬于健康器材類產(chǎn)品,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)矩需求較小;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)是啟動(dòng)快、制動(dòng)及時(shí)、可在大范圍內(nèi)平滑內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對(duì)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，另外價(jià)格也相對(duì)便宜。
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第4章 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)類型選擇帶傳動(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，容易維護(hù)，還能緩和載荷沖擊，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。
4.1 設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)選擇
初始條件：選擇電機(jī)為專門為跑步機(jī)生產(chǎn)的永磁直流電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)功率P=1.5KW，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為n1=3480r/min 傳動(dòng)比定為i=2.1 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)源：機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）[1] 。
圖4-1 永磁直流電機(jī)
（1）確定設(shè)計(jì)功率Pd
Pd=KAP （4-1）
式中 P ——為傳動(dòng)功率
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。根據(jù)文獻(xiàn)[1] ，選擇KA=1.2,得：
Pd=1.2×1.5=1.65 kw
（2）帶型號(hào)的選擇
對(duì)于多楔帶的型號(hào)可根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd=1.65KW和小帶輪轉(zhuǎn)速n1=3480r/min，
由文獻(xiàn)[1]選取,選PJ型多楔帶。
（3）確定帶輪直徑de1、de2（有效直徑）
小帶輪有效直徑：
由文獻(xiàn)[1] demin=20 mm, △e=1.2
由文獻(xiàn)[1]（8-91） 選de1=33.5 mm
小帶輪節(jié)圓直徑
dp1=de1+2?e=33.5+2×1.2=35.9 mm （4-2）
大帶輪節(jié)圓直徑
dp2=idp1=2.1×35.9=75.39 mm （4-3）
de2=dp2-2?e=75.39-2×1.2=72.99 mm （4-4）
大輪有效直徑選 de2=71 mm
（4）計(jì)算帶速
= πdn60×1000 （4-5）
式中：d——帶輪節(jié)圓直徑 mm
n——帶輪轉(zhuǎn)速 r/min
所以帶的速度
= 3.14×35.9×348060×1000 ≈ 6.54 m/s
注意：帶速增加時(shí)，帶輪的離心力和離心應(yīng)力都會(huì)增大導(dǎo)致單位時(shí)間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)應(yīng)力次數(shù)N增加，帶速減小時(shí)，因?yàn)镕=Pv1000，所以當(dāng)P一定時(shí)，F(xiàn)增大即張緊力增大。一般在5～25 m/s，最大30 m/s，在8～15 m/s較好。
因?yàn)閹?6.54 m/s ＜30 m/s，所以符合要求。
（5）初定中心距a0
中心距的大小對(duì)帶傳動(dòng)的影響：
中心距a越大，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)越大，所以載荷變化時(shí)容易引起帶的顫動(dòng)，導(dǎo)致帶掉；
中心距a越小，帶的長(zhǎng)度越短，在一定速度下，單位時(shí)間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù) 愈多，會(huì)加速帶的疲勞損壞；
當(dāng)傳動(dòng)比i較大時(shí)，包角較??；對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距a一般可取
2（de1+de2）≥a0≥0.7（de1+de2） （4-6）
73.15 mm≤a0≤209 mm
初定 a0=150 mm
（6）確定帶的有效長(zhǎng)度Le0
Le0=2a0+π（de1+de2）2+（de2-de1）24a0 （4-7）
=2×150+164.07+2.34
=466.41 mm
由（表8-52），選 =450 mm
（7）計(jì)算實(shí)際中心距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8-54知中心距的調(diào)整量為△min=5
a=a0+Le0-Le2 （4-8）
=150-8.205
=141.795 mm
則 a1=146.795 mm a2=133.795 mm
（8）計(jì)算小帶輪包角α1
α1=π-de2-de1a （4-9）
=3.14-0.264
=2.88 rad
（9）帶每楔所傳遞的額定功率及其增量
由帶型，de1=33.5 mm，n1=3480r/min;按(表8-55) 用插值法計(jì)算得：
P0=0.14 kw
由i=2.1，n1=3480r/min,有(表8-55) 用插值法計(jì)算得：
?P0=0.02 kw
（10）計(jì)算帶的楔數(shù)
由（表8-56）用插值法計(jì)算Kα=0.97，KL=0.78；
由 Z=P(P0+?P0)KαKL （4-10）
得: Z=1.65（0.16×0.970.78）
Z=13.63
由（表8-51）選取Z=12
（11）有效圓周力
FT=Pdv×103 （4-11）
=0.26×103
=252 N
（12）作用在軸上的載荷
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=1.57
由式
Fr=KrFTsinα12 (4-12)
則 Fr=1.57×252×0.991
=392.08 N
（13）多楔帶帶的選擇
圖4-1 多楔帶
多楔帶（圖4-1）也有眾多型號(hào)，每個(gè)型號(hào)的最大載荷也不同。所以根據(jù)以上計(jì)算。
跑步機(jī)最優(yōu)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇12PJ450多楔帶。
4.2 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇
（1） 要求
根據(jù)跑步機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的要求，應(yīng)該選擇質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好的多契帶帶輪；還需無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；帶輪質(zhì)量分均勻；轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡 ；輪槽工作面必
須要精細(xì)加工，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。
（2） 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；小功率時(shí)可用鑄鋁或塑料。
（3） 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：當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于3d(d為軸的直徑)時(shí)；
② 腹板式：當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑小于300～350mm時(shí)；
③ 輪幅式：當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑大于300～350mm時(shí)；
4.2.1 帶輪型號(hào)
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=33.5選取實(shí)心式，規(guī)格為：P12PJ33.5
大帶輪D=71選取腹板式，規(guī)格為：P12PJ71
以跑步機(jī)大帶輪P12PJ71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±0.03，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(yàn)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(dòng)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
=29.34 mm
現(xiàn)在楔頂圓角半徑rb，槽底圓弧半徑rt均為0.3，又由槽距e=2.34，槽角=40°，得到每個(gè)楔槽高度為2.06mm。
4.3 帶傳動(dòng)的張緊裝置的選擇
因?yàn)閹鲃?dòng)是依靠帶與帶輪間的摩擦力來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和功率的，所以在裝配時(shí)就應(yīng)使帶與帶輪間具有一定的壓緊力，使帶處于張緊狀態(tài)，并保持足夠的初拉力。經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的使用，由于帶長(zhǎng)期受拉力作用，將會(huì)發(fā)生永久變形，伸長(zhǎng)后的傳動(dòng)帶，減少了與帶輪間的摩擦力，回使傳動(dòng)能力降低，時(shí)常出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，為保持應(yīng)有的張緊力，減少打滑，需要用張緊裝置來(lái)調(diào)整。下表4-1為各個(gè)不同中心距所需要不同場(chǎng)合的張緊裝置。
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)，采用滑軌加螺旋或者浮動(dòng)軸。
4.4 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，還有帶體薄，富有柔軟性，特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動(dòng)；振動(dòng)小，發(fā)熱小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；最后多契帶還耐熱，耐油，耐磨，使用伸長(zhǎng)小，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。
表4-1 張緊裝置
4.5 外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.5.1 基架的設(shè)計(jì)
為了保證整個(gè)跑步機(jī)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)?；艿脑O(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)。只有先設(shè)計(jì)好基架，才能更好地確定支架和滾筒，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)，然后在此基礎(chǔ)下改進(jìn)，完成簡(jiǎn)潔美，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)面積和足夠的寬度扶手保持平衡，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，在設(shè)計(jì)中特意將兩邊框設(shè)計(jì)了足夠的寬度，設(shè)計(jì)出防滑道，以此為鍛煉過(guò)程中短暫的休息提供兩腳踩放的位置，另外也為預(yù)防跑步機(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。
底座外形長(zhǎng)度設(shè)計(jì)：跑步帶寬512mm，故設(shè)計(jì)滾筒長(zhǎng)度為530mm，再加上軸的固定孔位，取跑步機(jī)的整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的寬度為650mm，確定兩側(cè)平臺(tái)各取44mm，所以上底座的寬L=650+2×44=738mm.
由之前求得的實(shí)際中心距a0 =141.8mm，確定電動(dòng)機(jī)的寬L1=110mm，跑步帶長(zhǎng)是1300mm，取下底座的后壁到下滾筒的距離為45mm用于安裝和調(diào)節(jié)下滾筒的裝置。由于電動(dòng)機(jī)應(yīng)與前壁有一定間隙，并有一段是為安裝和調(diào)整電動(dòng)機(jī)位置，用于電動(dòng)機(jī)的安裝。故取上滾筒與前壁的距離La=415mm，所以上底座長(zhǎng)Lb=1300+45+415=1760mm。
圖4-2 基架力圖
圖4-3 同步帶承載繩斷裂損壞
主要：整個(gè)基架最有可能出現(xiàn)彎矩現(xiàn)象的地方在上基架中部，如上圖4-2、圖4-3所示。以基架一邊承受65kg計(jì)算其載荷，由于有一定的沖擊力，取跑步時(shí)腳相對(duì)于跑步板10m/s，與跑步板接觸0.2s計(jì)算，根據(jù)底座材料了解許用應(yīng)力［σ］=60MPa。跑步帶長(zhǎng)1300mm。
所以 Fs = m （4-13）
F = =6500 N
點(diǎn)1.2受力分別為
1250 N （4-14）
2000 N （4-15）
彎矩 1×106 （4-16）
所以彎矩應(yīng)力
=53.75 MPa ＜ 60 MPa （4-17）
綜上可用。
下圖為本課題根據(jù)最大許用應(yīng)力設(shè)計(jì)出的基架。
圖4-4 基架
4.5.2 支架的設(shè)計(jì)
支架設(shè)計(jì)分為上下兩部分，可以通過(guò)插拔的形式安裝和拆卸，裝卸操作簡(jiǎn)單并節(jié)省空間和安放空間，支架材料采用空心銅管，通過(guò)焊接連接，保證穩(wěn)定性。支架包括扶手如圖4-5，儀表安裝輔助支架，扭腰盤(pán)連接處等?；芎突艿倪B接采用翻轉(zhuǎn)連接，方便位置的調(diào)整、拆裝和清洗。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4-6下支架。
圖4-5 上支架
圖4-6 下支架
圖4-7 總支架
因?yàn)楹芏嘟∩碚咴谫?gòu)買跑步機(jī)時(shí)，害怕跑步機(jī)占用比較大的空間，又不好移動(dòng)跑步機(jī)。所以本課題設(shè)計(jì)的跑步機(jī)能夠更好地解決部分健身者的顧慮，更好地完善跑步機(jī)給健身者帶來(lái)的舒適度和使用方便。圖4-7為總支架。
4.6 前后罩
為了各機(jī)構(gòu)不會(huì)相互制約，旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須與執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離，保證技術(shù)，同時(shí)為了緊急情況和美觀感，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、清洗和維護(hù)維修。圖4-8為前罩，圖4-9為后罩。
4.7 小結(jié)
跑步機(jī)前后罩能夠很好地保護(hù)灰塵進(jìn)入內(nèi)部，使零件發(fā)生卡條，起了安全作用。還能調(diào)整螺栓，可以調(diào)節(jié)跑帶偏移。
圖4-8 前罩
圖4-9 后罩
第5章 前后滾筒
5.1 軸承的計(jì)算
根據(jù)跑步帶設(shè)計(jì)要求
⑴ 計(jì)算軸上功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
經(jīng)查手冊(cè)得，多契帶的傳動(dòng)效率為0.98
則軸上功率
=1500×0.98 W=1470 W （5-1）
軸上轉(zhuǎn)速
=3480× r/min=1657.14 r/min （5-2）
軸上轉(zhuǎn)矩
N·m=8.47 N·m （5-3）
⑵ 計(jì)算作用在大帶輪上的力
大帶輪的直徑=71mm
作用在大帶輪上的力：
=≈238.6 （5-4）
=238.6=85.9 （5-5）
238.6×0=0 （5-6）
綜上，作用在軸上是力，設(shè)計(jì)的軸為軸固定
⑶ 初步確定軸的最小直徑
先初步估計(jì)軸的最小直徑。按無(wú)特殊要求、重要性一般，選擇應(yīng)用最為廣泛的軸材料剛，查得轉(zhuǎn)矩計(jì)算軸時(shí)的
=10.57 mm （5-7）
⑷ 軸承的選擇
取安裝滾動(dòng)軸承處為軸頭為前滾筒軸的最小直徑dmin
我們選軸承為深溝球軸承6301型號(hào)，舊型號(hào)為301
軸承類型：深溝球軸承；
軸承型號(hào)：6301
軸承參數(shù)：軸承內(nèi)徑：12，軸承外徑：37，軸承寬度：12，額定動(dòng)載荷：7480，額定靜載荷：4650，極限轉(zhuǎn)速：22000， 潤(rùn)滑方式：脂潤(rùn)滑。
工作參數(shù)：徑向載荷：406.16，軸向載荷：0，使用壽命：30000，工作轉(zhuǎn)速：1819.8，載荷系數(shù)：1.5。
軸承特點(diǎn)：摩擦阻力小，轉(zhuǎn)速高
5.2 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.2.1 軸的設(shè)計(jì)
由于滾筒軸只承受彎矩，不承受扭矩（T=0，M≠0）所以設(shè)計(jì)的軸為心軸；
軸的結(jié)構(gòu)形式受載荷的性質(zhì)、大小、方向等因素影響，設(shè)計(jì)時(shí)，必須具體情況具體分析。設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該滿足1.軸和軸上零件應(yīng)有準(zhǔn)確的工作位置 2.軸上零件便于調(diào)整 3.軸的制造工藝性應(yīng)該良好 4.軸上零件要固定不動(dòng) 5.軸與軸之間防止應(yīng)力集中。
（1） 所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求
① 軸與軸上零件應(yīng)具有準(zhǔn)確的工作位置——定位要求
② 軸上零件應(yīng)易于裝拆和調(diào)整——安裝調(diào)整要求
③ 軸上零件的固定應(yīng)牢固可靠——緊固要求
④ 軸應(yīng)具有良好的制造工藝性——工藝要求
⑤ 應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中——提高疲勞強(qiáng)度的要求
（2） 軸的各部分結(jié)構(gòu)名稱制造安裝要求
① 為防止零件應(yīng)力集中，常將軸做成階梯軸。
② 為使軸上零件易于拆裝，軸端和各軸段的端部應(yīng)有導(dǎo)角
③ 軸的形狀和尺寸要求簡(jiǎn)潔，以便于加工
④ 軸上磨削的軸段應(yīng)該有有砂輪越程槽
（3） 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(qiáng)度高、剛度好、應(yīng)力集中的敏感度小，抗疲勞，加工性能好。
軸的毛坯一般用圓鋼。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(jī)械性能。
此設(shè)計(jì)采用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理。
5.2.2 軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
（1） 軸的設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：
① 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：使軸具有合理的結(jié)構(gòu)形狀，良好的加工工藝性。
② 強(qiáng)度計(jì)算：保證軸在正常載荷作用下不致斷裂或產(chǎn)生過(guò)大的變形。
（2） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
① 軸的端部應(yīng)有45度倒角，以便安裝時(shí)對(duì)中，防止銳邊劃手。
（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要根據(jù)以下幾個(gè)方面：
① 軸上零件的配置；
② 軸上零件的固定；
③ 軸上零件的裝拆；
④ 軸的加工工藝性。
（4） 軸上零件的固定可分為兩個(gè)方向：
① 周向固定：傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)。采用過(guò)盈配合；
② 軸向固定：防止零件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生軸向移動(dòng)。采用圓螺母。
圖5-1 滾筒結(jié)構(gòu)
5.3 軸的強(qiáng)度校核
由于心軸工作時(shí)只承受彎矩而不承受扭矩，所以在應(yīng)用上式時(shí)，應(yīng)取T=0。由于是固定心軸，只需考慮啟動(dòng)，停止等影響，彎矩在軸截面上所引起的應(yīng)力可視為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力。查得固定心軸的許用應(yīng)力［］=102MPa；
所以最大彎矩
=85.9×250×=21.48 · （5-8）
抗彎截面系數(shù)
= =1.7× （5-9）
彎矩應(yīng)力
（5-10）
則通過(guò)設(shè)計(jì)能承受足夠的工作強(qiáng)度。
5.4 滾筒要求
滾筒材質(zhì)市場(chǎng)上目前有鋼質(zhì)、鋁質(zhì)、鋼質(zhì)外包Pu塑料三種。鋼質(zhì)使用較多,性能穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng)；鋼質(zhì)外包塑料，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)之后，容易發(fā)軟和跑帶拈連。表面處理，滾筒上有細(xì)小的螺紋，可防止刮傷，有些品牌的滾輪沒(méi)有經(jīng)過(guò)這樣的表面處理，或處理得極為粗糙，容易生銹。一般來(lái)說(shuō),滾輪尺寸越大，在相同速度的情況下，轉(zhuǎn)的圈數(shù)越少，對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的壓力越小，使用壽命越長(zhǎng)，但同時(shí)家用跑步機(jī)又要考慮到馬達(dá)動(dòng)力及選型方面的因素。在保證馬達(dá)動(dòng)力足夠以及家用跑步機(jī)對(duì)外形要求的前提下，有部分廠家跑步機(jī)滾筒尺寸一般以45mm和60mm左右為主。
主動(dòng)滾筒的外圓全跳動(dòng)小于0.33mm，從動(dòng)滾筒的外圓全跳動(dòng)小于0.25mm。滾筒均采用2.1mm壁厚的優(yōu)質(zhì)鋼管，光潔度達(dá)到0.8以下。滾筒均有防靜電處理。滾筒外部經(jīng)防銹處理。下圖5-2，圖5-3分別為前后滾筒。
圖5-2 前滾筒
圖5-3 后滾筒
5.5 小結(jié)
滾筒要求做動(dòng)平衡調(diào)節(jié)、動(dòng)平衡精度高，噪音低。避免滾筒偏移，導(dǎo)致跑步帶發(fā)生扯裂，造成健身者發(fā)生意外。下圖為滾筒動(dòng)平衡調(diào)節(jié)模式，需要定時(shí)做的平衡調(diào)節(jié)。
圖5-4 滾筒的動(dòng)平衡調(diào)節(jié)
第6章 跑步板及跑步帶設(shè)計(jì)
6.1 跑步板
跑步機(jī)的跑步板，它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個(gè)表面的導(dǎo)電耐磨層構(gòu)成。導(dǎo)電耐磨層既可長(zhǎng)期承受跑步帶的摩擦，使用壽命高；又可隨時(shí)將摩擦產(chǎn)生的靜電荷通過(guò)底座導(dǎo)出，避免長(zhǎng)期的靜電對(duì)人體的不舒感和對(duì)跑步機(jī)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，比如膠合板、電木板。使用高密度纖維板時(shí)的破裂強(qiáng)度最佳，強(qiáng)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(dǎo)電耐磨層可以在基板上噴涂導(dǎo)電耐磨涂料固化制成，也可以在基板上復(fù)合耐磨金屬板制成。電木板的絕緣阻抗高，抗靜電效果好，表層任性佳，可延長(zhǎng)跑帶運(yùn)動(dòng)壽命，具備越用越滑順的特性。而業(yè)界常用以中密度纖維板和高密度纖維板居多。
6.2 跑步帶
跑帶要求雙層粘合跑帶，具有高傳導(dǎo)性，跑步帶國(guó)際防滑型，運(yùn)動(dòng)時(shí)安全可靠。跑步帶，其實(shí)就是提供一個(gè)跑步的面積，如果隨便設(shè)計(jì)跑步帶面積的大小，左右寬度及前后長(zhǎng)度不夠時(shí)，就無(wú)法自然邁開(kāi)步伐，跑起來(lái)及其不順暢，容易磕磕碰碰，造成健身者的損傷。根據(jù)之前了解的人體運(yùn)動(dòng)工學(xué)推算，45cm寬X130cm長(zhǎng)，應(yīng)是一個(gè)合宜的參考面積，然后再依120kg的實(shí)際條件做增減。理論上來(lái)說(shuō)，在相同的馬力條件下，如果跑步機(jī)所能提供的跑步帶面積越大，且整臺(tái)實(shí)際的占地面積越小，應(yīng)是較佳的設(shè)計(jì)，讓跑步者跑步時(shí)可以更加舒適。
6.3 跑帶調(diào)整：兩個(gè)螺栓調(diào)整法
圖6-1 跑帶的調(diào)整
（1） 兩個(gè)螺栓調(diào)整法：
如果跑帶偏向左邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)左后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)），還有以反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)右后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)）。勿過(guò)度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機(jī)的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動(dòng)作，直到跑帶位在中央位置。圖6-1所示跑帶的調(diào)整圖。
如果跑帶偏向右邊，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)左后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)），還有以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)右后側(cè)的滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)）。勿過(guò)度鎖緊跑帶。完成后，插入跑步機(jī)的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動(dòng)作，直到跑帶位在中央位置。
圖6-2 跑帶左右偏調(diào)整方式
（2） 增減跑帶張力：
要增加跑帶的張力時(shí)，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母板手，以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)后側(cè)的兩個(gè)滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)）。跑帶張力適當(dāng)時(shí)，應(yīng)該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺(tái)3mm-4mm。注意不能過(guò)度鎖緊跑帶如圖6-2。完成后，插入跑步機(jī)的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運(yùn)轉(zhuǎn)幾分種。重復(fù)本段動(dòng)作，直到跑帶張力調(diào)整到適當(dāng)為止。
要減少跑帶的張力時(shí)，先取出鑰匙，拔下電源插頭。使用六角螺母扳手，以反時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)跑臺(tái)后側(cè)的兩個(gè)滾筒調(diào)整螺栓轉(zhuǎn)90°（四分之一轉(zhuǎn)）。跑帶張力適當(dāng)時(shí)，應(yīng)該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺(tái)3mm-4mm。注意不能過(guò)度鎖緊跑帶如圖6-3。完成后，插入跑步機(jī)的電源插頭與鑰匙，讓跑帶運(yùn)轉(zhuǎn)幾分鐘。重復(fù)本段動(dòng)作，直到跑帶張力調(diào)整到適當(dāng)為止。
圖6-3 跑帶張力大小調(diào)整方式
6.4 跑臺(tái)潤(rùn)滑油的添加
之前已經(jīng)提到跑步機(jī)的跑步板，它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個(gè)表面的導(dǎo)電耐磨層構(gòu)成。為了更好地保護(hù)機(jī)器和舒適地使用跑步機(jī)，我們從中加入了潤(rùn)滑油，下面是：
（1） 使用潤(rùn)滑油的作用：
① 減小跑步帶和跑步板之間的摩檫力，保護(hù)跑步板表面的耐磨涂層，延長(zhǎng)跑帶、跑板的使用壽命；
② 減少跑步機(jī)的電能消耗；
③ 讓用戶在運(yùn)動(dòng)時(shí)更流暢。
（2） 品質(zhì)要求：
① 耐高溫；
② 黏度高；
③ 不易揮發(fā)。
（3） 使用方法：
① 先停機(jī)，防止加油過(guò)程中傷到手。
② 加油前最好清潔一下，特別是跑步板與跑步帶之間混進(jìn)雜物，灰塵。
③ 掀開(kāi)左側(cè)跑步帶，將潤(rùn)滑油沿跑步帶方向倒在跑步板上，控制用量為 10 ml，不可過(guò)量使用。右側(cè)同左側(cè)一樣操作方法。
④ 將跑步機(jī)通電運(yùn)轉(zhuǎn)在3 以內(nèi)，人站上去隨著跑步帶一起運(yùn)動(dòng)，用腳有意識(shí)的踏壓跑步帶下涂有潤(rùn)滑油的區(qū)域，使其在跑步板上散布均勻。
（4） 使用頻率與需要加油時(shí)間：
① 每天健身時(shí)間3-4小時(shí)左右的，加注潤(rùn)滑油的周期為3個(gè)月；
② 每天健身時(shí)間8小時(shí)左右的，加注潤(rùn)滑油的周期為2個(gè)月；
③ 每天健身時(shí)間12小時(shí)左右的，加注潤(rùn)滑油的周期為1個(gè)月。
（5） 注意事項(xiàng)：
不可過(guò)量使用，防止摩檫力太小以至于跑步帶和傳動(dòng)滾筒之間出現(xiàn)打滑影響正常使用。下圖為跑步板與跑步帶。
圖6-4 跑步板和跑步帶
6.5 小結(jié)
跑步板和跑步帶的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，不光要提供一個(gè)寬敞舒適的跑步平臺(tái)，還得考慮之間的調(diào)整形式，防止出現(xiàn)帶偏問(wèn)題，造成跑步機(jī)的損壞。跑步板和跑步帶之間摩擦產(chǎn)生的靜電問(wèn)題也是不可忽視的，應(yīng)該盡量通過(guò)細(xì)節(jié)的設(shè)計(jì)，提供一個(gè)真正的健康的鍛煉平臺(tái)。
第7章 避震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
7.1 避震系統(tǒng)的種類及原理
跑步機(jī)與戶外跑步的差別之一就是能夠很好地保護(hù)好膝蓋———跑步機(jī)具有緩沖減震的效果就是這個(gè)道理。使用跑步機(jī)比起在戶外路跑最大的好處是：跑步機(jī)它提供了避震效果，大量消除每一步伐的反作用沖擊力，保護(hù)了膝蓋關(guān)節(jié)。
目前市面下跑步機(jī)的避震系統(tǒng)主要有6種，其他的都是這6種避震方式的衍生或復(fù)合，例如加上二級(jí)避震系統(tǒng)。6種避震形式：
（1） 擺臂式避震系統(tǒng)；
（2） VCS避震系統(tǒng)；
（3） Cushion Flex專利避震系統(tǒng)；
（4） 弧形跑板減震系統(tǒng)；
（5） Supra Cushion避震系統(tǒng)；
（6） 軟跑板避震系統(tǒng)。
本次設(shè)計(jì)的跑步機(jī)的避震方式采用具彈性的橡膠墊將跑臺(tái)和底座框架墊隔開(kāi)，使跑臺(tái)成懸吊狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生吸收震動(dòng)的動(dòng)力而達(dá)到避震的效果。因此避震效果是否可以有效的展現(xiàn)發(fā)揮，完全得看跑步機(jī)的基座結(jié)構(gòu)是否牢靠穩(wěn)固。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(méi)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(gè)基架又對(duì)力產(chǎn)生一個(gè)緩沖，實(shí)現(xiàn)二級(jí)緩沖！本設(shè)計(jì)中之前提到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2.5公分以上，以確保在吸震同時(shí)，不因沖擊而龜裂，另外在使用時(shí)可在跑步機(jī)的支撐點(diǎn)下，加鋪具有彈性的鋪墊，以增加避震效果。
現(xiàn)在高級(jí)跑步機(jī)的最大賣點(diǎn)之一就是避震系統(tǒng)，所以設(shè)計(jì)和改進(jìn)跑步機(jī)避震系統(tǒng)首當(dāng)其沖，是設(shè)計(jì)思路和技術(shù)攻克的重點(diǎn)。“太空”牌跑步機(jī)減震系統(tǒng)設(shè)計(jì)相當(dāng)敏感，站上跑步板，它會(huì)自動(dòng)測(cè)出你的體重，根據(jù)數(shù)據(jù)，機(jī)器自動(dòng)調(diào)整適合你的減震指數(shù)，避免膝蓋受傷。健身器目的是鍛煉身體，好的避震系統(tǒng)是跑步機(jī)的保障，如果沒(méi)有對(duì)力的多重緩沖，跑步機(jī)就成為了跑步的隱型殺手，在不自覺(jué)中會(huì)損傷關(guān)節(jié)，而設(shè)計(jì)獨(dú)特的避震系統(tǒng)能給鍛煉者帶來(lái)草地般舒適感覺(jué)，使在跑步機(jī)上的運(yùn)動(dòng)真正成為一種享受。
圖7-1 支架減震
圖7-2 底座減震
7.2 小結(jié)
減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，是電動(dòng)跑步機(jī)的必需，也是設(shè)計(jì)思路和技術(shù)攻克的重點(diǎn)。減震系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和考慮程度決定著所設(shè)計(jì)跑步機(jī)的檔次。高檔跑步機(jī)可以根據(jù)體重自動(dòng)調(diào)節(jié)減震系數(shù)。能夠更好地保護(hù)健身者的膝部，完成高質(zhì)量的健身計(jì)劃。
第8章 輔助設(shè)計(jì)
8.1 扭腰盤(pán)設(shè)計(jì)
圖8-1 扭腰盤(pán)
圖8-2 扭腰盤(pán)力圖
根據(jù)人穿鞋子的大小，本次設(shè)計(jì)確定扭腰盤(pán)如圖8-1的大小直徑300mm，扭腰盤(pán)中心距支架的距離為401mm。上圖8-2為使用扭腰盤(pán)時(shí)的受力圖在扭腰盤(pán)上的應(yīng)力通常集中在小軸的兩端部分。由于扭腰無(wú)沖擊力，本設(shè)計(jì)以120kg為例。那么小軸處的力矩計(jì)算如下：
則力矩 =471576 ·mm （8-1）
（8-2）
所以，支點(diǎn)反力 （8-3）
（8-4）
（8-5）
所以截面切應(yīng)力
（8-6）
扭腰盤(pán)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：
（1） 采用 ABS塑料+磁鐵制成，抗沖擊強(qiáng)度高，密度小，便于運(yùn)輸，完全可以替代鑄件，表面光潔度好，不用噴涂，重量?jī)H是鑄件的1/7，從運(yùn)費(fèi)上可節(jié)省6/7，采用此產(chǎn)品綜合成本效益可降低40%
（2） 扭腰盤(pán)附有磁鐵，盤(pán)面突起直指病理反射區(qū)穴位，在扭腰同時(shí)進(jìn)行腳底按摩。有足療作用。
（3） 身體隨著轉(zhuǎn)盤(pán)扭動(dòng)，使腰部、跨部得到充分鍛煉，瘦腰美腿、保持身材。
（4） 通過(guò)磁療，把磁波傳列到人體，在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生旋渦狀的二次電流，排除多余脂肪及毒素。
（5） 增強(qiáng)血液循環(huán)，同時(shí)達(dá)到健美和鍛煉身體的目的。
8.2 連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)連接長(zhǎng)桿直徑為85mm，通過(guò)長(zhǎng)桿與跑步機(jī)前支架相連，相連處可翻轉(zhuǎn)，需要用到時(shí)，即把扭腰盤(pán)翻轉(zhuǎn)到皮帶上方，進(jìn)行鍛煉。鍛煉完畢后，可直接翻轉(zhuǎn)折疊與地面垂直，即扭腰盤(pán)依附在支架上，進(jìn)行跑步鍛煉。
此連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)在于方便使用，避免不必要的碰傷，有助于健身者的各方面鍛煉需求。如圖8-3。
圖8-3 扭腰盤(pán)支架
8.3 旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
8.3.1 扭腰盤(pán)軸承選用
此扭腰盤(pán)選用單向推力軸承和深溝球軸承配合完成對(duì)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的的支撐。
8.3.2 單向推力軸承型號(hào)
軸承類型： 單向推力球軸承(50000)，軸承代號(hào)： 51104
軸承參數(shù)：軸承內(nèi)徑：20，軸承外徑：35，軸承寬度：10，額定動(dòng)載荷：11000，額定靜載荷：19800， 極限轉(zhuǎn)速：6700，潤(rùn)滑方式：脂潤(rùn)滑
工作參數(shù)：徑向載荷：0，軸向載荷：1000，使用壽命：3000，工作轉(zhuǎn)速：20，載荷系數(shù)：1.1
計(jì)算結(jié)果：當(dāng)量動(dòng)載荷：1100.00，當(dāng)量靜載荷：1100.00，計(jì)算壽命：833350
深溝球軸承只是簡(jiǎn)單起個(gè)軸向固定和保持軸位置的固定的作用。
下圖8-4為扭腰盤(pán)旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。完善跑步機(jī)輔助構(gòu)件。
圖8-4 扭腰盤(pán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
8.4 小結(jié)
輔助設(shè)計(jì)表現(xiàn)在兩方面，一個(gè)是通過(guò)程序的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不同的模式使鍛煉者可以進(jìn)行不同程度的鍛煉。另一個(gè)是添加輔助器件，比如此設(shè)計(jì)中扭腰盤(pán)，但是不是功能越多越好，必須考慮彼此不影響，保證鍛煉的合理性。
第9章 使用和維護(hù)
9.1 跑步機(jī)的維護(hù)與保養(yǎng)
⑴ 擺放--跑步機(jī)最好不要室外使用,若陽(yáng)臺(tái)使用,務(wù)必防雨防暴曬.擺放場(chǎng)所要干凈平整,注意防潮,注意勿將跑步機(jī)放置厚地毯一類物品上,以免影響跑步機(jī)底遮板空氣流通。
⑵ 清潔--定期清除灰塵以保護(hù)部件的清潔.一定要清掃跑帶兩邊暴露在外的部分,減少跑帶下雜物的堆積.確保運(yùn)動(dòng)鞋干凈,避免把異物攜帶進(jìn)跑帶下磨損跑步板和跑帶.可用肥皂和清潔布清洗跑帶,切勿使用清潔劑，并在每次使用完跑步機(jī)后，將把手，跑帶上的汗水擦干。
⑶ 潤(rùn)滑油的使用--跑板和跑帶之間出廠前已經(jīng)涂好防靜電潤(rùn)滑油.如果你覺(jué)得在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)100小時(shí)后在跑帶和跑板間涂一次機(jī)器自帶的潤(rùn)滑油。
⑷ 跑帶對(duì)中調(diào)節(jié)--為了使跑步機(jī)更好的工作,我們油必要將跑帶調(diào)整到最佳狀態(tài).由于我們跑步時(shí)經(jīng)常左右腳的用力不一致,故有時(shí)跑帶會(huì)出現(xiàn)偏離的現(xiàn)象.如果跑帶偏向右邊,將右邊的調(diào)節(jié)螺栓沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)1/2圈,再將左邊的調(diào)節(jié)螺栓沿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)1/2圈即可.若跑帶偏向左邊,反之即可。
9.2 如何使用跑步機(jī)
（1） 在進(jìn)行跑步機(jī)訓(xùn)練之前，一定要記得不能空腹運(yùn)動(dòng)，最好先吃點(diǎn)東西，還要進(jìn)行準(zhǔn)備活動(dòng)，主要做一些腿部肌肉、關(guān)節(jié)的準(zhǔn)備活動(dòng)就可以了，比如側(cè)壓腿、活動(dòng)腳腕等。而且還要穿上干凈的運(yùn)動(dòng)鞋。
（2） 跑步機(jī)上跑步的時(shí)候，記得，自己的站位很重要，必須是選擇站在運(yùn)動(dòng)帶，也就是跑帶的中間部分，不要太靠前，也不要太靠后，否則太靠前會(huì)踩到前板，而太后的話，則會(huì)被跑帶甩出跑步機(jī)，出現(xiàn)意外傷害。
（3） 在跑步快結(jié)束的時(shí)候，記得，不能立刻停下來(lái)，而是需要慢慢地把速度調(diào)下來(lái)，并最終到慢走的狀態(tài)。記得，一定要用
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