1、- 1 -绪 论跑步机的研究背景和目的跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。如果你想强壮，跑步吧！ 如果你想健美，跑步吧！如果你想聪明，跑步吧！这是2500 多年前，在古希腊埃拉多斯山岩上刻着的三句名言。如今，两千多年过去了，医学有了高度的发展。但，跑步仍是人们锻炼身体，预防疾病，使自己健美的法宝。综述其好处有以下七个方面。 一、跑步是一种全身运动，它能使全身的肌肉有节律的收缩和松弛，使肌肉纤维增多，蛋白质含量增高。肌肉发达是健美的标志之一。 二、骨骼是身体的支架，人体活动的杠杆。处在生长发育期的青少年，坚
2、持跑步能改善血液循环，增加骨细胞营养物质的供应，提高骨细胞的生长能力，从而促进了骨的正常发育。老年人，新陈代谢减弱，肌肉逐渐萎缩，骨骼出现退行性改变，骨与关节疾病也越来越多。坚持跑步能加强新陈代谢，延迟骨骼的退行性改变，预防老年性骨与关节病的发生，从而使您延缓衰老。 三、心脏是全身血液供应的总枢纽，生命的动力。长期坚持跑步，会使您心肌强壮有力，蛋白和肌红蛋白量增加。在 x 线透视下可以清楚地看到运动员的心脏比一般人大，外形丰满，搏动有力。一般人心脏容血量为 765785 毫升，而坚持锻练的人容血量可达 10151027 毫升，心跳可比正常人减慢 1020 次/分，这样心脏的工作就减轻了负担。另
3、一方面，跑步能增强心脏的耐受力，大家知道，一般人当心跳超过 100 次/分时，就会感到头昏、心慌、气喘；而长期跑步的人，可忍受到 150 次/分。 四、人的生命活动一刻也离不开氧，吸入新鲜氧气，呼出二氧化碳。衡量呼吸机能健康的重要标志是肺活量和最大通气量。跑步，能使呼吸肌发达，肺活量增加 12 升，有训练的运动员最大吸氧量可比常人提高 3360。 五、跑步可以使胃肠蠕动力增强，消化液分泌增多，提高了消化和吸收能力，从而增加了食欲，补充了营养，强壮了体质。 六、跑步对妇女来说，有助于调节月经，减少妇科疾病。美国妇产科医生香戈介德对1979 年纽约马拉松长跑 394 名女运动员的月经周期进行了调查
4、，发现 26的月经失调的妇女恢复了正常周期，17的闭经妇女恢复了月经。这是因为跑步增加了新陈代谢，- 2 -促进了消化吸收，调节了神经系统功能，改善了内分泌功能。 七、跑步能磨炼人的意志和毅力，增强韧性和耐心，提高灵敏度，促进对环境的适应能力。长期坚持运动的人，在完成定量工作时有三大特点：一是行动快；二是潜力大，能发挥最大的机能潜力去完成任务；三是恢复快，疲劳消除快亦彻底，能迅速恢复到平静水平。但由于环境的限制，无法享受脚踩泥土、贴近大自然的跑步，所以跑步机就成了健身者特别是想减肥的女性的首选。怎样才能让跑步机全功能的为个人健身服务，运动时，跑步机的电子表帮助你记下时速、时间、心率、热量、节拍
5、、距离等指标，使运动中随时掌握自己身体情况并进行调整。如果体能较差，开始时每次消耗 100200 千卡/次为宜，待体能逐步改善后，可以增加至 200300 千卡/次，中等体能者每次可以消耗 200400 千卡/次，体能较佳者可能消耗 400 千卡/次以上（具体情况因人而异） 。如果跑步机上没有标示热量，可以简便公式计算，体重（kg）时间（h）速度（km/h）=能量消耗（千卡） ，练习效果，在跑步机上走或跑，从运作外形上看，几乎与平时在地面上走或跑一样，但从人体实际用力看，它比陆地上走或跑省去了蹬伸动作，正是这一点使健身者感到十分轻松自如，并比在陆地多跑 1/3 的路程，能量消耗也大于陆地训练。
6、装有多种辅助装备的跑步机可模拟平地、上破、丘陵、变速等各种跑法，不论练习者选用哪种方式，都要注意使速度由慢到快逐渐地提升，不要一开始就进入快速跑。因为人的心血管系统和内脏器官“惰性”较大，需要慢慢进入状态。我们可以利用心率随时调整我们的运动强度。理想的运动中心率是最高心率的 80%即理想运动中心率是（195年龄）*80%。运动时最好不要超过理想运动中心率。当要停下来时要缓缓的停，不要聚起聚停。如感到胸闷、气短、恶心时，应立刻停下来或改成走步。电动跑步机以马达带动跑带转动。从而使跑步者被动性地作出跑步动作，跑步感觉真实自然，速度快慢可调，高档机型还配置电脑预设各种跑步程式，电动可调坡度，以令在跑
7、步机上的跑步感觉接近真正的实地跑步。机械跑步机为主动性跑步，跑步的真实感不够强烈，速度快慢是由跑步者本人控制，由于是主动控制，易令跑步疲劳及产生惰性，但好处是价格便宜- 3 -多功能跑步机的主要功能和动作要领：跑步运动：可消耗能量、改善心肺技能、加快血液循环，达到减肥目的，主要锻炼腿部肌群。跑步的动作要领：速度要从慢到快，跑步期间，肩部要自然放松，收腹、挺胸、上体保持正直或稍稍前倾，大腿前提带动小腿向前自然摆动。脚掌着地是后脚跟先着地然后过度到前脚掌。跑步时呼吸要均匀，尽量控制在 3 或 4 步完成一次呼吸。电跑和机械跑的区别在于是否要有小腿的趴地动作。仰卧起座运动：主要锻炼腹部和背脊下部的肌
8、群，又可以做到保护腹腔，健康减肥的作用。动作要领准备：脚勾住固定杆，大腿和小腿呈 100 度左右的夹角，仰卧于跑台上。双手可以放在大腿上、后脑勺处或双臂交叉放于胸前或双手捏住耳根，双手内收。开始：腹部用力将上身抬起，动作时躯干和跑台平面的夹角在 1545 度之间运动。躯干抬起时速度要快，下落时要缓慢，而且要调整呼吸，躯干抬起时呼气，下落时吸气。另外：也可以做静力练习,躯干和跑台呈 30 度的夹角，练习的标准是以这样姿势保持时间的长短来衡量。静力练习的效果特别明显。划船运动：主要锻炼腹部和背部手部肩部等肌群，提高协调能力。动作要领：准备：上体直立坐在坐垫上，脚放在踏板上（最好用绷带把脚固定在踏板
9、上） 。两腿弯曲，两手抓紧把手。开始：动作时两腿缓慢用力蹬，身体稍向前倾，同时两臂外展向体前拉引，动作做到一定程度后还原成准备姿势，反复这样做就可以了。注意：上肢、下肢、躯干要协调用力，动作要自然、流畅。定式自行车运动：主要锻炼大脚肌、腹知肌。动作：先坐在坐垫上，把两脚用固定带固定在脚踏板上，两手交替用力蹬。就像在路上骑自行车的一样。注意：两腿用力要均匀，膝关节向着正前方，要调好身体和踏板之间的距离。扭腰运动：主要锻炼腰部。手抓住扶手，双脚站立于扭腰盘上，上体保持正直，双肩不动，使用腰部力量带动臀部以及下肢左右转动。转动幅度越到越好，但是要注意不要扭伤。另外：扭腰盘还可以对肩关节及背阔肌进行拉
10、伸。动作：准备姿势同上，但是要抓紧扶手，躯干和下肢整体进行左右扭动，使一侧肌肉和关节有绷紧感觉后换另外一侧，反复这样做就可以了。按摩运动：主要锻炼和放松颈部至小腿部位肌群，还起到护肤瘦身的作用。动作：取按摩带放在需要放松或去脂美体的部位，如：颈、肩、上臂、前臂、腰、腹、臀、大腿、小腿等进行按摩。- 4 -跑步机的危害和发展史当上世纪 80 年代健身观念传入我国时，为适应当时国情而开发了一种具有“中国特色”的跑步机-机械跑步机（又叫“被动式”跑步机） 。其动力来源是使用者通过自身臂部、膝部、踝关节及相关肌肉产生向后的推力，推动跑步机产生运动。 使用这种运动跑步机锻炼，表面上看起来似乎能消耗更多的
11、能量，但其产生的运动伤害数倍于在大自然中跑步产生的运动伤害，运动医学专家称：马路上跑步，每跑一千米，每只脚就得撞击地面约 1000 次左右，脚踝部、膝部和臀部都受到震荡，容易导致肌肉扭伤或韧带拉伤，而在机械跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝部、膝部和臀部，特别是肌腱，还要承担额外向后的扭力来确保跑带向后运动，这种额外的扭力就是产生运动伤害的根源。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，从而打破这部分组织的局部平衡、损伤其健康。把运动变成一种疲劳、是打击人们产生运动兴趣的克星，也是大部分运动者运动失败的主要原因。越来越多的传统跑步机使用者
12、，发现自己越是认真锻炼，腿部越跑越粗、而关节部位越练越没有力气就不足为奇了。 跑步健身要讲求方法，选择不同的跑步器械和跑步方式会产生不同的健身效果。如果您是中老年人，您以强筋健骨、活血健身、医疗康复、延年益寿为目的，建议您选择电动走步机，这是目前专家公认的运动伤害最小的跑步器械。近年来，网络游戏由于得到政府的大力支持和市场需求的强劲拉动，而得到快速的发展，逐步形成了一支拥有广阔发展前景的新兴产业，并创造了较大的经济和社会产值，带动了相关产业的发展，对促进我国网络经济和娱乐业的发展，丰富互联网时代人民群众的文化娱乐生活起到了积极的作用。然而，目前市场上的大多数网络游戏主要是以计算机为介面平台，以
13、电脑键盘为操作手段的方式进行参与，由于玩游戏时人的身体一般是坐在椅子上，除了手关节外，其他关节几乎没有什么得到运动，当玩的时间长了，人的身体和大脑就会出现疲劳状态，长久下去，对人身心就带来了极大的伤害，而且目前市场上的游戏类型是以角色扮演类、即时战略类、第一视角射击打斗类为主，基本上没有平常生活化、休闲娱乐化、游玩运动类的游戏，这样，就造成玩游戏变成主要是为了追求暂时刺激的活动。在世纪，随着人们物质生活基本得到越来越丰富的满足，人们更加关注个人健康问题和精神上的满足，如果人们在玩游戏的同时，能够玩出健康，在运动同时又- 5 -能够得到更大的娱乐，那不是很好吗？鉴于此，我们研究了这个项目，叫做计
14、算机集成跑步健身车及游戏系统开发，其主要是以健身器材与计算机相结合，让人们在玩游戏的同时可以得到身体锻炼，又避免了单纯在健康器材上运动时的枯燥无味性。与之相关的游戏是以休闲、游玩、运动为主内容，这样就使游戏更具健康性，健身更具娱乐性，玩的趣味性更浓，而且适应的人群更广。跑步机的研究内容与方法本课题的题目叫做家用电动跑步机的设计与三维建模，是一种以普通计算机、跑步机为硬件设备的新型健身器材。其研究的主要内容是利用电动机为主要动力来源，实现人机互动的作用，从而产生亲临真实环境的感受和体验，让运动者既健身又方便。综合考虑，本课题在开始阶段就暂时选用跑步机为研究对象来进行初步的试验，那是因为跑步机是目
15、前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式。- 6 -第一章 总体方案设计1.1、跑步机的基本功能跑步机的基本功能就是在一条运动的跑道相对于地面原地跑动。跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须保持一致，这样可以使得运动者能够相对于原地进行跑步锻炼了。要实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制，通常通过使用直流电动机实现，直流电动机通过可以改变半导体功率的器件来实现调速。1.2、跑步机的构造设计家用电动跑步机主要由机架、踏板部分、扶手部分、电动机、可调电源、跑步皮带、折叠机构、可移动部分及仪表控制盘组成。其特征在于框架与支架呈 2
16、0 度科学力学角度连接，前轴与后轴分别装在框架的两端，前滚筒与后滚筒分别与轴承套装配在前后轴上，跑步带恰当张紧绕装在前后滚筒上，跑步带下装有支撑跑步板，从动皮带轮紧装在前滚筒的一端。电动机、可调电源,折叠机构都安装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，使用者能通过跑步机上面的平台进行调速，因为传感器的控制部分安装在跑步机的平台上。皮带调节螺栓安装上跑步机的末端，通过扭旋张紧跑步带，电动机焊接在底架前端的最前轴上，跑步机扶手架安装于平台上，仪表控制盘安装于平台上。传动方式采用带传动机构，传动级为一级。在底架的底端还装有滚动机构，方便跑步机的移动。- 7
17、-1.3、跑步机的功能原理设计新世纪在市场上传统跑步机逐渐被淘汰，而比较常见的有多功能跑步机和家用电动跑步机两种。传统跑步机，俗称“被动式跑步机”。 是我国上世纪 80 年代从国外引进健身观念时、为适应当时国情而开发的具有“中国特色”的过渡产物。它的动力来源是使用者通过自身臂部、膝部、踝关节的活动，推动跑步机而产生的运动。速度由运动者自己控制。这种运动方式，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，但其造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍，同时它对人体也会造成严重的伤害。运动医学专家称：马路上跑步，每跑一千米，每只脚就得撞击地面约 1000 次左右，脚踝部、膝部和臀部都受到震荡，容易导致肌肉扭伤
18、或韧带拉伤，而在机械跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝部、膝部和臀部，特别是肌腱，还要承担额外向后的扭力来确保跑带向后运动，这种额外的扭力就是产生运动伤害的根源。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，从而打破这部分组织的局部平衡、损伤其健康。把运动变成一种疲劳、是打击人们产生运动兴趣的克星，也是大部分运动者运动失败的主要原因。越来越多的传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部越跑越粗、而关节部位越练越没有力气就不足为奇了。传统跑步机并不适合患有脊椎软骨突出、膝关节炎、踝关节扭伤、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人，因为长期的跑步可能会加
19、重慢性扭伤的情形或加速膝关节的老化。多功能电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材，这种跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。跑步时后脚跟先着地，顺着跑带方向运动。手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。由于跑带的运动方向与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，跑起来非常舒适。康复者、儿童、老年人也可以保持身体平衡，从而集中精力安心锻炼。如果增加运动量，可以加快舞动手脚的速度。用电动跑步机能消除关节的负载，不但能减肥健身，还有益于受伤后身体的恢复。但现在由于一般家庭很难承担去健身房这种高消费的地方，为了能把跑步机大众化，我设计了这款家用电
20、动跑步机。小结家用电动跑步机就是构造一条运动的跑道，方便运动者在家里原地进行跑步锻炼。- 8 -第二章 电动机类型与参数选择2.1、电动机的类型与功率选择根据科学书籍有关说明，当人在跑步机上做正常运动时，跑步机所承载的重量是人体重的 0.82.5 倍，这时电动机需要在这样的载重量下，提供满足并维持所选择的速度，让人可以在跑步机上走跑自如的驱动力。通常跑步机一个马力大概可提供 5060公斤的承载重量，但跑步带面积大小也和跑步机马力有相当直接的关系，跑步机的马力越大，可以带动的跑步带面积也越大。此跑步机设计标准为 100 公斤，则此家用电动跑步机用电动机Z3-31 型永磁直流电动机作为跑步机中配套
21、的专用驱动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动元件。该电动机显著的特点：具有转速精度高，当人在跑步机上运动时，是一个冲击负载，该机在这种冲击负载作用下一转不差，保持同步转速，如同在平地上一样感觉。表现在调速方便，调速范围宽，低速性能，运行平稳，噪音低，效率高。2.2、电动机的技术参数选择根据电动机修理手册得：型号 Z3-31 电压 220 VDC功率 2.2KW 电流不大于 12.5A转速 3000 r/min 转向 逆时针绝缘等级 B 级2.3、电动机的保护异步电动机的保护与控制关系电动机的保护主要有两大类：采用电流检测型的有热继电器、带有热一磁脱扣的电动机保护
22、用断路器、电子式和固态继电器、带电子式脱扣的电动机保护用断路器以及软起动器；直接检测电压降低或为零时的欠压保护和失压保护。1） 、电动机的保护电动机的保护往往与其控制方式有一定关系.即保护中有控制，控制中有保护。- 9 -2） 、电动机保护装置电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的。而绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的。对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类。3） 、保护装置与异步电动机的协调配合为了确保异步电动机的正常运行及对其进行有效的保护。必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合。特别是大容量电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出。4） 、异步电动机的保护
23、是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键之一。直接监测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于需要埋人电动机绕组里，价格较高、维修困难等原因。仅在部分频繁操作场合使用；从经济性方面考虑。采用电流监测型更为有利，加热继电器仍是一种价廉、简单、可靠的电动机保护方式；对动作性能要求较高或价格昂贵的大容量电动机，则可采用电子式或固态继电器；对于一般工作环境的电动机，则采用带热一磁脱扣的电动机保护用断路器更为实用。无论采用何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的协调配合。小结跑步机属于健康器材类产品,由于跑步机驱动电机必须满足各种体重的人来使用.
24、一般使用跑步机的目的有两种:健身,减肥瘦身;如果是减肥瘦身的人来使用,因为身体较肥胖,跑不快,因此驱动电机的低速必须转矩大才能使用.相反的,健身的人跑步快,但是重量轻,因此高速时的转矩需求较小;跑步机必须满足家庭成员每一个人都能使用,因此调速范围要宽广,低速转矩要大,才能满足不同重量的人.目前跑步机使用的驱动装置以直流有刷电机为多,优点是价格便宜- 10 -第三章 传动机构设计3.1、设计步骤及参数选择初始条件：电动机的选择专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率P=2.2KW，主动轮转速为 n1=3000r/min 传动比定为 i= 1.07 由于普通 V 带适于 家用电动跑步机这种功率，
25、所以择之。以下计算过程所用到的表来源： 程光蕴，李仲生主编. 机械设计基础M.北京：高等教育出版社，2006.51、确定设计功率 PCPcK AP （3-1）KA工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间10 小时，载荷变动小。K A=1.1 见表 13-8 故 Pc= KA P=1.1*2.2=2.42 kw2、选择 V 带型号对于普通 V 带的型号可根据设计功率 Pc=2.42 KW 和小带轮转速 n1=3000r/min 由图 1315 选取,选 Z 型普通 V 带。3、确定带轮直径 d2、d 1小带轮基准直径：d 1由表 13-9, d1 应不小于 50，现取 d1 =71m
26、m大带轮基准直径: d 2 d2 =id1 （1-）=1.07*71*(1-0.02)=74.575mm由表 13-9 取 d2 =75mm（虽使 d2 略小，但其误差小于 5%，故允许）4、计算带速 vv=d p1n1 /（601000） m/s （3-2）注意：v 越大 离心力、离心应力越大FQ 越小- 11 -单位时间内的应力循环次数 N 越大 V 越小 P=Fv/100 可知，P 一定时，F 越大张紧力越大一般 v 在 525 m/s，最大 30 m/s，在 815 m/s 较好V=*71*3000/60*1000=11.14730m/s,合适5、V 带基准长度 Ld和中心距 a0中心
27、距的大小对带传动的影响：A 增大结构越大由于载荷变化引起带的颤动掉带A 减小带的长度越小在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数 N 愈多，会加速带的疲劳损坏；当传动比 i 较大时，包角越小 对于 V 带传动，初步选取中心距a0=1.5（d 1 + d2 ）=1.5（71+75）mm=219取 a0 =200，符合 0.7（d 1 + d2 ）2（d 1 + d2 ）确定带的有效长度 Ld L0=2a0+/2（d 1d 2）+(d 2-d1)2/4a0=2*200+229.22+0.02=629.24mm查表 13-2，对 Z 型带选用 Ld =630mm6、计算实际中心距 aaa 0 +(L
28、d - L0)/2=200 7、计算小带轮包角 1=180- （d 2-d1）a*57.3=178120 合适。8、V 带根数 Z Z= Pc /(Po+Po)K KL今 n1=3000r/min,d1=71mm,查表 13-3 得Po=0.5KW查表 13-5 得Po=0.04由 1 =178查表 13-7 得 K =1，查表 13-2 得 KL=0.96，由此可得z=2.42/(0.5+0.04)*1*0.96=1.25 取 2 根- 12 -9、作用在带轮轴上的压力 FQ 查表 13-1 得 q=0.06kg/m,故由式 13-17 得单根 V 带的初拉力Fo=500 Pc /zv *(
29、2.5/K -1)+qv2=90N作用在轴上的压力FQ=2z Fosin/2=2*2*90*sin178/2=360N3.2、普通 V 带带轮结构和尺寸选择要求质量小和分布均匀，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，转速高时要经过动平衡 ，轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。材料带轮常用铸铁制造，有时也采用钢或非金属材料（塑料、木材）。铸铁带轮（HT150、HT200）允许的最大圆周速度为 25m/s。速度更高时，可采用铸铁钢或钢板冲压后焊接。塑料带轮的重量轻、摩擦系数大，常用于机床中。带轮直径较小时可采用实心式；中等直径的带轮可采用腹板
30、式；直接大于 350mm时可采用轮辐式。带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸则小带轮和大带轮都是用 D1=71，D2=75 选取实心式 3.3、带传动的张紧装置的选择带传动不仅安装时必须把带张紧在带轮上，而且当带工作一段时间之后，因永久伸长松弛时，还应将带重新张紧。带传动常用的张紧方法是调节中心距。- 13 -小结一般用普通 V 带就适用于家用电动跑步机，这也是经济实惠的一方面。第四章 外形结构设计4.1、支架的设计支架在跑步机中起到支撑其他部件的作用，跑步板展开时，支撑着踏板的前端和扶手部分，跑步板折叠起来时，就支撑着
31、整个跑步机。跑步机的支架一般分成底部支架和上部支架两部分，通过插拔的形式安装和拆卸，目的是包装时节省空间，材料采用空心钢管，连接为焊接，保证稳定性。底部支架与地面接触，为了实现二级缓冲，通常会在其上按有橡胶垫和尾套；上部支架是两条斜安装的管，支架还包括扶手，仪表安装，辅助支架等。支架的设计如下图所示：- 14 -图 4.1（1） 下支架- 15 -图 4.1（2） 上支架- 16 -图 4.1（2） 总支架4.2、基架的设计基架的设计是整个跑步机稳定的保证，全部采用镶嵌式固定。支架，滚筒以及前罩等等，都要靠基架来维持平衡。通过调研，看现有市场上的跑步机的基架结构的流行设计，在此我基础上进行自己
32、产品的开发，紧跟市场，在尺寸的确定方面参考了人体运动工学推算，450mm 宽 X1400mm 长跑步带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑电机的尺寸，传动机构带传动的中心距离，电机的安装，前后滚筒的位置，PWM 调速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等等，设计了下图的基架，在设计中特意将两边框设计了足够的宽度，以此为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外也为万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。- 17 -图 4.2 基架4.3、前罩的设计旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安全性，同时为了技术保护和美观，
33、前罩使用 ABS 塑料，美观，有质感，能起到有效的防护作用。设计基准为基架，通过螺钉与基架连接，方便安装和维护维修。如下图所示：- 18 -图 4.3 前罩小结整个结构的设计 SOLIDWORKS2006 进行三维的实体设计，使设计简单化和真实化，可以把工作的精力都放在设计上而不是复杂的制图上。第五章 前后滚筒的设计5.1、轴承的选择和计算- 19 -本方案采用的是滚动轴承，它是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成，与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、功率消耗少、润滑简便、易于交换等优点，所以获得广泛的应用 。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体摩擦的滑动轴承
34、。轴承类型：深沟球轴承，轴承代号：630 轴承参数：轴承内径：30，轴承外径：40，轴承宽度：12，额定动载荷：7480，额定静载荷：4650，极限转速：22000， 润滑方式：脂润滑。工作参数：径向载荷：406.16，轴向载荷：0，使用寿命：30000，工作转速：1载荷系数：1.5。计算结果：当量动载荷：609.24当量静载荷：609.24计算寿命：16950下面是其的三维图：图 5.1 轴承5.2、轴结构的设计滚筒轴属于固定心轴，轴的毛坯一般用圆钢或锻件。轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。其主要要求是：1）轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； - 20 -2）轴和轴上零件要有
35、准确的工作位置；3）各零件要牢固而可靠地相对固定；4）改善受力状况，减小应力集中和提高疲劳强度。轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是：强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。轴的材料主要采用中碳钢 35 或 45 钢和合金钢 20Cr 或 40Cr 等。最常用的是 45#钢，它具有较高的综合机械性能。此设计采用 45#钢。图 5.2 前后轴5.3 强度计算 根据文献工程力学。广州：华南理工大学出版社，1989.5由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取 T=0。由于是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为
36、脉动循环变应力。所以固定心轴的许用应力应为 1.7 -1 。FQ=2z Fosin/2=2*2*90*sin178/2=360N- 21 -根据公式：M= F Q L/2最大弯矩：M=0.68*360/2=122.4N.M抗弯截面系数：W=*d 4/64 =3.14*(0.03)4/64=4*10-8 强度：P=M/W=122.4/(*d 4/64)=122.4/4*10-8=30.6MPa材料采用 45 号调质钢许用弯应力为 102MP 30.6MPa102MPa则通过设计能承受足够的工作强度。5.4 滚筒要求主动滚筒的外圆全跳动小于 0.33mm，从动滚筒的外圆全跳动小于 0.25mm。滚
37、筒均采用 2.1mm 壁厚的优质钢管，光洁度达到 0.8 以下。滚筒均有防静电处理。滚筒外部经防锈处理。图 5.4 滚筒部分装配体小结滚筒要求做动平衡调节、动平衡精度高，噪音低。第六章 跑步板及跑步带的设计6.1 跑步板的设计- 22 -电动跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高；又可随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，避免静电对人体的不舒感和对跑步机造成的损害。基板由高密度或中密度纤维板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好，本身也提供一部份的吸震功能，导电耐
38、磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨。图 6.1 跑步板6.2 跑步带的设计跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性，跑步带国际防滑型，运动时安全可靠。跑步机，其实就是提供一个跑步的面积，所以绝对要在乎跑步带面积的大小，左右宽度及前后长度都要够，否则无法自然迈开步伐，跑起來弯扭不顺畅，更容易跌倒。根据人体运动工学推算，45cm 宽 X130cm 长，应是一个合宜的参考面积，然后再依个人的实际条件做增减。有不少厂商生产“加码“跑步机，跑台加宽，左右踏条增大，以
39、营造物超所值得虚胖假象，但最重要的跑步带面积并没增加；所以焦点要放在跑步带面- 23 -积上。理论上來说，在相同的马力条件下，如果跑步机所能提供的跑步带面积越大，且整台实际的占地面积越小，应是较佳的设计。图 6.2 跑步带6.3 跑步带的调节方法图 6.3 跑步带的调整如果跑带偏向左边，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母扳手，以顺时针方向旋转跑台左后侧的滾筒调整螺栓四分之一转，还有以反时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。勿过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑帶位在中央位置。- 24 -如果跑带偏向右边，先取出钥匙，拔下电源插头
40、。使用六角螺母扳手，以反时针方向旋转跑台左后侧的滾筒调整螺栓四分之一转，还有以顺时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。勿过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑带位在中央位置。要增加跑带的张力时，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母板手，以顺时针方向旋转跑台后侧的两个滾筒调整螺栓各四分之一转。跑带张力适当时，应该可以将跑带的任何一边移离跑台 3-4“。不能过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的电源插头与钥匙，让跑带运转几分种。重复本段动作，直到跑带张力适当为止。要减少跑带的张力时，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母扳手，以反时针方向旋
41、转跑台后侧的两个滾筒调整螺栓各四分之一转。跑帶张力适当时，应该可以将跑带的任何一边移离跑台 3-4“。不能过度锁紧跑带。完成后，插入跑步机的電源插头与钥匙，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑带张力适当为止。6.4 跑步台润滑油的填加1、减小跑步带和跑步板之间的摩檫力，保护跑步板表面的耐磨涂层，延长跑带、跑板的使用寿命。2、减少跑步机的电能消耗。3、让用户在运动时更流畅。品质要求：1、耐高温。2、黏度高。3、不易挥发。使用方法：1、掀开左侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上，控制用量为 10 ml。2、右侧同左侧一样操作方法。3、将跑步机通电运转在 3 KM / H 以内，人站上去随着
42、跑步带一起运动，用脚有意识的踏压跑步带下涂有润滑油的区域，使其在跑步板上散布均匀。使用频率：6 个月加注 1 次润滑油注意事项：- 25 -不可过量使用，防止摩檫力太小后跑步带和传动滚筒之间打滑影响正常使用。图 6.4 跑步板与跑步带小结跑步板和跑步带的设计是设计的重点，不光要提供一个宽敞舒适的跑步平台，还得考虑之间的摩擦问题，还有摩擦产生的静电问题，尽量通过细节的设计，提供一个真正的健康的锻炼平台。第七章 折叠功能的设计7.1 折叠功能的设计背景- 26 -随着人口的增长，人们生活的空间越来越窄，很多人都会为了怎么才能有效地合理利用空间。由此而来，折叠功能受到了广大人们群众的欢迎。随着折叠技
43、术的发展，技术人员将这种技术应用到各行各业，从而解决了很多空间上的难题。下面陈列一些日常生活中的例子：相信大家对于折叠自行车这个名词已经非常熟悉了吧，折叠自行车是一种便捷的交通工具！全球的汽车盛行以及一些国家城市建设的无序化，让原本规划就不那么有前瞻性的一些大城市不堪重负，而自行车的高丢失率又让多数打算购买普通自行车代步的人群望而却步，创新自行车折叠车以其轻便、快捷而备受广大消费者的青睐。当今的城市人们出行方式有轿车、公共交通与自行车等。通常政府提倡乘坐公共交通车，但因为堵车，因为并不能解决车站与目的地的交通，有时极为低效，而用折叠自行车往往能弥补这一点，用它来完成线路两头的路程方便快捷。如果
44、是异地出差，用折叠车也是非常方便的，比如乘火车旅行，折叠后的折叠车不比一个大行李箱大多少，放入行李架方便快捷，等到达目的地即可展开骑行，避免许多麻烦。折叠床在人口众多城市是倍受欢迎的。在一些并不富裕的家庭里，其生活空间往往会比较窄小，在这个时候折叠床就可以为你解决烦恼了。当你睡醒的时候就可以把床翻进墙壁里，这样可以为你在家里活动时提供更多的空间。现在我就把折叠这个强大的功能应该到跑步机上来，以减少跑步机在待机时所占的空间大小为目的。我所设计的折叠功能十分简单，但是实用性很强。在成本上节约很多，而且应用方便。7.2 连接机构的设计设计一个双向的连接键，用以连接跑步机的基架和主体部分，通过螺栓的扭
45、转来固定其位置。- 27 -图 7.1 连接机构7.2 跑步机的折叠方式图 7.2 折叠（a）- 28 -图 7.2 折叠(b)小结多功能的设计表现在两方面，一个是通过程序的设计，设计不同的模式使锻炼者可以进行不同程度的锻炼，另一个是添加附属器件，比如此设计中扭腰盘和仰卧起坐架，但是不是功能越多越好，必须考虑彼此不影响，保证锻炼的准确性。- 29 -第八章 车轮系统8.1 车轮系统的设计背景为了跑步机能简便而自由的移动，我特意为它设计了车轮系统。在车轮设计这方面我主要参考了汽车的车轮设计，但相对于汽车的车轮来说简便很多，而且其制作过程也很简单，适用于绝大多数的跑步机。车轮在汽车行驶安全性方面是
46、最重要的部件之一，它承受车辆的垂直负荷、横向力、驱动制动扭矩等，并承受在行驶中所产生的各种应力，因为它是回转体，所以要求高精度的尺寸，不平衡度小，支撑轮胎的轮辋外形(轮廓、尺寸、形状)正确，而且还要有一定的刚度和弹性，耐疲劳，重量轻，经济性好.汽车车轮是汽车的重要部件，汽车与地面之间的所有相互作用力和力矩(例如驱动力、制动力、侧向力、垂直力以及回力矩等)都是通过车轮传递，因此车轮对汽车的多种性能有重要的影响，尤其是安全性和可靠性。由于车轮是回旋体，所以要求尺寸精度高，平衡度好，支撑轮胎的轮辋外形(包括轮廓、尺寸、形状)正确，而且具有一定的刚度和弹性，耐疲劳，重量轻，经历适用。机车车轮和车辆车轮
47、的结构有什么区别?机车车轮，它主要包括轮胎、轮体和压圈，轮胎的踏面带有斜度，轮体的端部内侧带有向外倾斜的轮缘角。该车轮结构减少了轮胎踏面在通过曲线时因内外轮线速度不同而产生的滑动，利于机车在通过曲线时的强迫导向，适应现有广泛应用的公共车轮无差速驱动的轮轴系统，使轮轴的驱动装置变得简单，利于降低制作成本。 车辆车轮由车轮和轮箍生产厂按产品供货技术条件交货的铁路车轮和轮箍，在使用中通常会发现或发生各种不同类型的失效，主要反映在磨耗、疲劳裂纹、剥离、掉块、崩块、崩箍等。从目前国内车轮、轮箍运用情况来看，踏面剥离现象占了失效的绝大多数，从国外的运用现状来看也是如此。车轮、轮箍踏面剥离是一个比较复杂的失
48、效种类，导致其剥离的因素很多，无论是车轮、轮箍材质本身，还是运用工况的变化或机车车辆的结构设计等方面缺陷，均有可能导致剥离现象的产生，因此，正确判别剥离失效的特性，找出产生剥离的主要原因，对指导现场进行正确的预防，保证机车车辆的安全行驶具有重要意义。我们可以运用失效分析手段，根据各种典型剥离现象的宏观和微观形貌特征，总结出车轮、轮箍踏面剥离的四种类型(接触疲劳剥离、局部接触疲劳剥离、制动剥离、局部擦伤剥离)，其中对制动剥离提出了它的两种产生方- 30 -式(制动热裂纹和马氏体碎裂)，每种剥离类型均配有实物宏观和微观金相照片，指出了各自的宏观形貌表现特征，并对其各自的形成原因进行了机理上的分析和探讨。需要说明的是，在实际运用过程中，很可能在同一个车轮或轮箍上同时出现文中所提的两种或两种以上的剥离类型，这时就需要根据经验和各种失效形态的表现程度及相关数据，进行进一步的分析和判定。由于本论文是针对比较简单的车轮设计，因此就不需要那么复杂，利用橡胶材料，把车轮做成类似圆柱形就可以运作。图 8.1 车轮小结车轮系统的设计，是电动跑步机的必需，通过车轮系统可以简便地移动跑步机。
