楊翠麗　譚文達(dá)（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江　齊齊哈爾　161000）

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多功能電動(dòng)跑步機(jī)設(shè)計(jì)

楊翠麗譚文達(dá)
（齊齊哈爾工程學(xué)院，黑龍江齊齊哈爾161000）

摘要：本文通過(guò)預(yù)估后進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核，通過(guò)大量的計(jì)算和校核，設(shè)計(jì)出既牢固、簡(jiǎn)潔又合理美觀的內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和外部基架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)多功能設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)也做了一定的設(shè)計(jì)，盡量彌補(bǔ)一些傳統(tǒng)跑步機(jī)所存在的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)跑步機(jī)的其基本功能設(shè)計(jì)包括跑步、美腰、扭腰、仰臥起坐、背頸部震動(dòng)按摩等基本功能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：跑步機(jī)；多功能；電動(dòng)

隨著都市化進(jìn)程的發(fā)展以及生活水平的不斷提高，人們對(duì)跑步機(jī)的要求越來(lái)越高。跑步機(jī)也由原來(lái)單一的跑步功能向多功能發(fā)展。一臺(tái)多功能跑步機(jī)主要是由電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、跑步皮帶、可調(diào)電源及電子儀表控制盤組成，因占地少、鍛煉方便、功能眾多而受到人們的喜愛(ài)，但從健身器應(yīng)具備的使用舒服、方便、安全、動(dòng)作準(zhǔn)確合理上看，多功能跑步機(jī)還是有一定的缺點(diǎn)。因此，本次對(duì)多功能跑步機(jī)進(jìn)行的改進(jìn)，設(shè)計(jì)出既牢固、簡(jiǎn)潔又合理美觀的內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和外部基架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對(duì)多功能設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)也做了一定的設(shè)計(jì)，盡量彌補(bǔ)一些傳統(tǒng)跑步機(jī)所存在的缺陷。

一、基本功能

跑步機(jī)的基本功能是通過(guò)跑帶的運(yùn)動(dòng)形成一條跑道，運(yùn)動(dòng)者的跑步方向與跑道的運(yùn)動(dòng)方向正好相反，從而達(dá)到人與地面相對(duì)位置的固定不變。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)多功能的目的。其基本功能設(shè)計(jì)包括跑步、美腰、扭腰、仰臥起坐、背頸部震動(dòng)按摩等。

二、構(gòu)造設(shè)計(jì)

跑步機(jī)主要由以下部分組成：電機(jī)、機(jī)架和支架、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。

（一）電機(jī)

電機(jī)是跑步機(jī)的核心，相當(dāng)于人的心臟，是整個(gè)跑步機(jī)的動(dòng)力源，電機(jī)的選著關(guān)系到跑步機(jī)質(zhì)量的好壞，一般家用跑步機(jī)適宜的馬力至少1.6馬力，故我們采用ZYT42型直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)機(jī)最大的特點(diǎn)是能夠在沖擊負(fù)載作用下具有較好的優(yōu)勢(shì)，并且保持同步轉(zhuǎn)速，讓人們?cè)阱憻挄r(shí)如履平地，而且，其調(diào)速范圍也比較寬廣，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率較高。電機(jī)是整臺(tái)機(jī)器的動(dòng)力源，跟心臟對(duì)人體的作用一樣的重要。電機(jī)的種類很多，使用交流電的有三相異步電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)，使用直流的有永磁無(wú)刷直流電機(jī)、永磁直流電機(jī)、直流伺服電機(jī)等。永磁直流電機(jī)具有壽命長(zhǎng)、抗干擾、噪音低、更安全、低故障率的特點(diǎn)。正是由于永磁直流電動(dòng)機(jī)具有上述一系列優(yōu)點(diǎn)，在本設(shè)計(jì)中結(jié)合機(jī)器在跑步時(shí)要噪音小、輸出穩(wěn)定、使用時(shí)間長(zhǎng)等要求，本設(shè)計(jì)采用永磁直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)。在跑步機(jī)上跑步或步行，跑步機(jī)所承載的重量一般是人體體重的0.9～2.6倍，而跑步機(jī)需要在滿足承載并維持跑步者所選擇的速度的條件下，保持恒定的穩(wěn)定性。此跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為80kg，初步確定跑步機(jī)滾筒直徑為60mm，經(jīng)計(jì)算，最大轉(zhuǎn)矩應(yīng)達(dá)到11.76N/m，轉(zhuǎn)速應(yīng)達(dá)到16.2次/秒，功率應(yīng)達(dá)到1.2kW ，根據(jù)此要求，采用ZYT42 （NEMA）型永磁直流電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)是專門為大功率跑步機(jī)配套的專用驅(qū)動(dòng)元件。此電機(jī)的特點(diǎn)是在無(wú)級(jí)調(diào)速，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍大，噪音較低，運(yùn)行比較平穩(wěn)，效率高。

（二）機(jī)架和支架

機(jī)架是整個(gè)跑步機(jī)的基礎(chǔ)，為了保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的減震性，機(jī)架全部采用焊接結(jié)構(gòu)，在設(shè)計(jì)中還需要將兩邊框設(shè)計(jì)足夠的寬度，一方面可以為鍛煉者在鍛煉過(guò)程中提供短暫的休息提供兩腳踩放的位置，支架的設(shè)計(jì)通過(guò)插拔的形式安裝和拆卸，便于節(jié)省時(shí)間。

（三）跑步板和跑步帶

1 跑步板

電動(dòng)跑步機(jī)的跑步板，它由基板和導(dǎo)電耐磨層構(gòu)成。對(duì)導(dǎo)電耐磨層的要求是，既要長(zhǎng)期承受跑步帶的摩擦，使用壽命高，又要能夠隨時(shí)將摩擦產(chǎn)生的靜電荷通過(guò)底座導(dǎo)出，從而避免靜電使人體產(chǎn)生的不舒感以及對(duì)跑步機(jī)造成的損害。根據(jù)滾筒和基架的長(zhǎng)度，確定跑步板的長(zhǎng)寬為L(zhǎng)×b＝1600mm×600mm，高h(yuǎn)＝12mm，應(yīng)為本設(shè)計(jì)的最大載重為80kg。由于本設(shè)計(jì)有一個(gè)自動(dòng)微調(diào)設(shè)計(jì)，這就要求在跑步板的靠前端和考后端開(kāi)一個(gè)方框，用于安裝兩個(gè)壓力感應(yīng)器。

2 跑步帶

選用的跑步帶要求雙層粘合、高、傳導(dǎo)性、國(guó)際防滑型，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)的安全可靠。我們知道，多楔帶特別適用于結(jié)構(gòu)要求緊湊、傳動(dòng)功率大的高速傳動(dòng)。多楔帶的特點(diǎn)是與帶輪的接觸面積較大，因此摩擦力較大，并且載荷沿帶寬的分布較為均勻，因而傳動(dòng)能力更大，而且，多楔帶的工作應(yīng)力小，可以在較小的帶輪上工作，同時(shí)具有散熱快、傳動(dòng)振動(dòng)小、使用伸長(zhǎng)小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、極限線速度高和傳動(dòng)比大等特點(diǎn)，因而壽命更長(zhǎng)；傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果明顯；傳動(dòng)緊湊，占據(jù)空間小。此外，多楔帶的背面也能傳動(dòng)，而且可使用自動(dòng)張力調(diào)整器，使傳動(dòng)更加安全、可靠。因此，本設(shè)計(jì)選擇多楔帶帶輪。

（四）避震系統(tǒng)

跑步機(jī)的避震系統(tǒng)是采用具有彈性的橡膠墊將底座框架墊和跑臺(tái)隔離開(kāi)，使跑臺(tái)處于懸吊狀態(tài)，從而吸收震動(dòng)，達(dá)到避震的效果。

（五）多功能構(gòu)件

1 扭腰盤設(shè)計(jì)

根據(jù)人穿鞋子的大小，本設(shè)計(jì)確定扭腰盤的大小為直徑250mm，要有足夠的扭腰空間，扭腰盤中心距支架的距離為475mm。由于扭腰無(wú)沖擊力，取最大承受180kg的重量。扭腰盤采用ABS塑料材料和磁鐵制成，密度小，抗沖擊強(qiáng)度高，并且便于運(yùn)輸，完全可以替代鑄件，而且不用噴涂，表面光潔度好，可以節(jié)約費(fèi)用3～5元的成本，重量輕，僅是鑄件重量的1/7，在運(yùn)輸費(fèi)用上也可以節(jié)省6/7，采用此材料，可使綜合成本效益下降40%。

2 仰臥起坐架的設(shè)計(jì)

仰臥起坐架的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，將四個(gè)擋腳柱與支架通過(guò)焊接的方式連接在一起，使用簡(jiǎn)單、平穩(wěn)可靠，屬于很大眾化的設(shè)計(jì)，對(duì)胸部和腰部大小肌肉的強(qiáng)化，以及消除腹部贅肉效果明顯。

（六）電子顯示器的布置

具有電子顯示功能的電動(dòng)跑步機(jī)可以輕松地記錄運(yùn)動(dòng)員的距離，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，耗時(shí)長(zhǎng)，燃燒的卡路里，心臟速率，能準(zhǔn)確顯示當(dāng)前心臟的運(yùn)動(dòng)速度等功能，使跑步者的鍛煉方法更科學(xué)，更安全。顯示器的高度由人眼與顯示裝置面板的距離決定，面板與人眼最合適的距離是約650mm，該顯視器與水平面應(yīng)保持22°～35°，顯示器應(yīng)盡可能使用者的視線垂直，以達(dá)到使用者最高的舒適度。

本設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上采用折疊分離式設(shè)計(jì)，拆裝方便簡(jiǎn)易，對(duì)空間要求較小。本設(shè)計(jì)的多功能設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，各方面校核完善，而且功能多樣，可以供不同人群使用；避震的設(shè)計(jì)以及急停裝置的設(shè)計(jì)，可以大大減少了使用者在運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)事故，安全性得到了進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn)

[1]濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，1960.

中圖分類號(hào)：TP276

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