【多功能自動(dòng)跑步機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4800字（論文）】

-1-多功能自動(dòng)跑步機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄前言 -1-1、跑步機(jī)的設(shè)計(jì)思路 -1-1.1該跑步機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能 -1-1.2該跑步機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)原理 -1-1.3機(jī)架結(jié)構(gòu)要求 -2-2、電動(dòng)機(jī)及滾筒參數(shù)選擇 -2-2.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型與參數(shù)的選擇 -2-2.1.1選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式 -2-2.1.2確定電動(dòng)機(jī)的功率和型號(hào) -2-2.2電動(dòng)滾筒類(lèi)型功率及技術(shù)參數(shù)選擇 -3-2.1.1滾筒材料的選擇 -3-2.1.2筒體最小壁厚計(jì)算 -3-2.1.3滾筒的功率及技術(shù)參數(shù) -3-2.3后滾筒的確定 -4-2.3.1軸承的選定 -4-2.3.2軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) -4-3、外型結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì) -4-3.1基架的設(shè)計(jì) -4-3.2支架的設(shè)計(jì) -5-3.3跑步板 -6-3.4跑步帶 -7-3.5前罩 -7-3.6后罩 -7-4、多功能設(shè)計(jì) -7-4.1扭腰盤(pán)設(shè)計(jì) -7-4.2連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -8-4.3旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) -9-4.4仰臥起坐架的設(shè)計(jì) -9-結(jié)論 -11-參考文獻(xiàn) -11-12-前言本課題是首先調(diào)查和總結(jié)市場(chǎng)上現(xiàn)有的跑步機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，然后完成多功能跑步機(jī)的設(shè)計(jì)。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)。1、跑步機(jī)的設(shè)計(jì)思路1.1該跑步機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能跑步機(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，但速度必須自動(dòng)保持一致，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，使用脈沖寬度控制（PWM）方式實(shí)現(xiàn)調(diào)速。1.2該跑步機(jī)的機(jī)械設(shè)計(jì)原理多功能自動(dòng)跑步機(jī)主要由機(jī)架、電動(dòng)機(jī)、可調(diào)電源、跑步皮帶及儀表控制盤(pán)組成，其特征在于框架與支架垂直連接，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，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動(dòng)皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電動(dòng)機(jī)、可調(diào)電源，安裝在框架的前端，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)皮帶輪的框架上，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，跑步機(jī)扶手架安裝于支架的頂端，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)級(jí)為一級(jí)。同時(shí)在支架上安有扭腰盤(pán)和伏地挺身架使機(jī)器實(shí)現(xiàn)其多功能性。圖1.1跑步機(jī)的外形圖1.3機(jī)架結(jié)構(gòu)要求保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過(guò)的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺(tái)；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。為此應(yīng)保證機(jī)架鈑金材料表面的平整度。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度,對(duì)整機(jī)性能和主要零件壽命均有很大影響。因此,研究機(jī)架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很有意義。機(jī)架差不多由鋼板焊接而成，據(jù)經(jīng)驗(yàn)，我們通常取鋼板厚度為25mm-50mm左右。2、電動(dòng)機(jī)及滾筒參數(shù)選擇2.1電動(dòng)機(jī)類(lèi)型與參數(shù)的選擇2.1.1選擇電動(dòng)機(jī)的類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式家用跑步機(jī)合宜的持續(xù)(continuous)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)(continuous)馬力以上的跑步機(jī)。此跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100公斤，則電動(dòng)跑步機(jī)用電動(dòng)機(jī)—ZYT42（NEMA）型永磁直流電動(dòng)機(jī)該型電動(dòng)機(jī)系大功率跑步機(jī)中配套的專(zhuān)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。2.1.2確定電動(dòng)機(jī)的功率和型號(hào)該電動(dòng)機(jī)顯著的特點(diǎn)：具有轉(zhuǎn)速精度高，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，如同在平地上一樣感覺(jué)。根據(jù)動(dòng)力源和工作條件，選用一般用途的Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，臥式封閉結(jié)構(gòu)，電源的電壓為380V，選ZYT42/06型電動(dòng)機(jī)，額定功率為7.5千瓦，同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速970r/min.型號(hào)ZYT42/06電壓220VDC功率2.0HP電流不大于9.8A轉(zhuǎn)速3400±7%轉(zhuǎn)向逆時(shí)針絕緣等級(jí)F級(jí)圖2.1電動(dòng)機(jī)外型圖2.2電動(dòng)滾筒類(lèi)型功率及技術(shù)參數(shù)選擇2.1.1滾筒材料的選擇筒體部分的質(zhì)量占到整機(jī)的70%～80%,因此筒體的材質(zhì)和壁厚是決定設(shè)備制作成本的重要因素。筒體的剛度主要是筒體截面在較大力作用下，抵抗徑向變性的能力。同體的強(qiáng)度問(wèn)題表現(xiàn)為筒體在載荷作用下產(chǎn)生裂紋及變形。筒體材料一般用A3鋼、普通低合金鋼，其中以16Mn用的較多；也可以用鍋爐鋼。要求耐腐蝕時(shí)，用不銹鋼。本設(shè)計(jì)中筒體材料選用A3鋼。2.1.2筒體最小壁厚計(jì)算筒體的最小壁厚按下式核算：式中：R——筒體半徑，R=D/2=50cm——筒體材料在操作溫度下的屈服應(yīng)力（溫度為150℃時(shí)的）K——抄板與筒體壁重量比的系數(shù)，對(duì)于舉升式抄板，K=1.6C——材料腐蝕欲度，C=0.3cm表2.1筒體厚度與直徑的關(guān)系（統(tǒng)計(jì)值）筒體直徑D(m)<11.1~1.31.3~22~2.62.6~33.3~3.63.3~4筒體厚度（mm）8101214161820/D0.0080.009~0.00770.0092~0.0060.007~0.00540.0062~0.00530.006~0.0050.006~0.005當(dāng)工作條件較差時(shí)(如物料對(duì)筒體磨損嚴(yán)重)，一般可增加2mm；長(zhǎng)度較短時(shí)，可適當(dāng)減?。蝗绻搀w只因剛度較差，其他都可以滿足條件時(shí)，除增加壁厚外，還可以通過(guò)其他途徑來(lái)增加筒體的剛度。2.1.3滾筒的功率及技術(shù)參數(shù)通常跑步機(jī)一個(gè)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(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。此跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為100公斤，跑步帶面積50cm寬X143cm，而馬力與功率的換算關(guān)系（1hp=746w），100公斤約需兩馬力帶動(dòng)，故而功率據(jù)表選為1.5kw綜上對(duì)滾筒選擇如下：型號(hào)：YDZ1.5-1.2-70×500標(biāo)準(zhǔn)：JB：JB4256.3-86

功率（KW）：1.5

滾筒直徑（mm）：70滾筒帶寬（mm）：500 膠帶速度（m/s）：0.42.3后滾筒的確定2.3.1軸承的選定本方案采用的是滾動(dòng)軸承，與滑動(dòng)軸承相比，具有摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、功率消耗少、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便、易于交換等優(yōu)點(diǎn)，所以獲得廣泛的應(yīng)用。2.3.2軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)軸的材料可采用合金鑄鐵或球墨鑄鐵，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，它具有較高的綜合機(jī)械性能。各段軸的長(zhǎng)度為，安裝軸承段應(yīng)符合軸承的寬度，安裝齒輪段應(yīng)符合齒輪寬度，外伸段的長(zhǎng)度要符合所要安裝零件的寬度，同時(shí)還要考慮安裝工藝要求，安裝零件段的長(zhǎng)度與所要安裝零件的寬度有一定的工藝要求，其余各段的長(zhǎng)度應(yīng)要根據(jù)實(shí)際裝配來(lái)確定。心軸只固定于基座之上，故該軸可視作簡(jiǎn)支梁。至于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》，提供的方法，可以從上面選定的軸承和基礎(chǔ)框架的尺寸入手，得到軸的各部分尺寸，并按軸的布置繪制如下簡(jiǎn)圖：圖2.2軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3、外型結(jié)構(gòu)機(jī)械設(shè)計(jì)3.1基架的設(shè)計(jì)基架的設(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)。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)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行自己產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，少走彎路，緊跟市場(chǎng)，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，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，設(shè)計(jì)了上圖的基架，圖3.1基架3.2支架的設(shè)計(jì)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)。支架包括扶手，儀表安裝輔助支架，扭腰盤(pán)連接處等，仰臥起坐架直接焊接于輔助連桿上。與基架的連接采用螺栓連接，方便位置的調(diào)整和拆裝。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。圖3.2上支架圖3.3下支架圖3.4總支架3.3跑步板電動(dòng)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。使用高密度或中密度纖維板時(shí)，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。導(dǎo)電耐磨涂料層工藝較簡(jiǎn)單，成本也較低。3.4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)安全可靠跑步機(jī)，其實(shí)就是提供一個(gè)跑步的面積，所以絕對(duì)要在乎跑步帶面積的大小，左右寬度及前后長(zhǎng)度都要夠。根據(jù)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，然后再依個(gè)人的實(shí)際條件做增減。圖3.5跑帶的調(diào)整3.5前罩旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)必須與執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔離，保證安全性，同時(shí)為了技術(shù)保護(hù)和美觀，前罩使用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，方便安裝和維護(hù)維修。3.6后罩為了配合運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生的跑步帶偏移調(diào)整的需要，在末端設(shè)計(jì)了調(diào)整螺栓結(jié)構(gòu)，而緊固這一機(jī)構(gòu)必須通過(guò)螺栓配合連接，為此在后罩中保留了兩個(gè)供連接使用的螺栓孔，。同時(shí)為了技術(shù)保護(hù)和美觀，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)螺栓與基架連接，方便安裝和維護(hù)維修。4、多功能設(shè)計(jì)4.1扭腰盤(pán)設(shè)計(jì)圖4.1扭腰盤(pán)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，可節(jié)省費(fèi)用3-5元，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%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。②附有磁鐵，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)，健美強(qiáng)身兩不誤。4.2連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)直徑為250mm，通過(guò)長(zhǎng)桿與支架相連，用時(shí)把鐵銷(xiāo)把出，旋轉(zhuǎn)放在皮帶上方，即可使用，鍛煉完畢旋轉(zhuǎn)折疊，插上鐵銷(xiāo)，則扭腰盤(pán)依附與支架上，可以進(jìn)行別的項(xiàng)目的鍛煉。圖4.2扭腰盤(pán)支架4.3旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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。單向推力軸承計(jì)算：軸承類(lèi)型：?jiǎn)蜗蛲屏η蜉S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。圖4.3扭腰盤(pán)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圖4.4扭腰盤(pán)折疊圖4.4仰臥起坐架的設(shè)計(jì)此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與支架焊接在一起，平穩(wěn)堅(jiān)固、使用簡(jiǎn)單，屬于很大眾化的設(shè)計(jì)，對(duì)強(qiáng)化胸部、腰部大小肌肉，消除腹部贅肉最有效，在鍛煉中與跑步配合，使跑步機(jī)不再成為乏味的單一運(yùn)動(dòng)器械，而且結(jié)構(gòu)位置絲毫不影響跑步帶鍛煉。圖4.5仰臥起坐架結(jié)論跑步機(jī)的設(shè)計(jì)內(nèi)容，主要涵蓋從零件到整機(jī)的裝配設(shè)計(jì)，及各個(gè)零件的公差規(guī)格選定與校核，可以借鑒網(wǎng)上資源和利用身邊的實(shí)物參照，進(jìn)行發(fā)散思維，再通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)充分合理的完成整個(gè)設(shè)計(jì)內(nèi)容。本文的設(shè)計(jì)的多功能跑步把很多健身的元素都融合進(jìn)來(lái)了，但是我個(gè)人覺(jué)得，如果再多點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，多點(diǎn)研究時(shí)間，還可以做的更好，開(kāi)發(fā)出更好的功能。跑步機(jī)是服務(wù)于使用者，讓使用者獲得更多的用戶體驗(yàn)，利用它來(lái)鍛煉身體，娛樂(lè)身心?，F(xiàn)在市面上也已經(jīng)出現(xiàn)了很多的跑步機(jī)，但是我覺(jué)得價(jià)格還是偏高，功能偏簡(jiǎn)單。如果使得跑步機(jī)的功能更加完善，我們要去向那些經(jīng)常使用跑步機(jī)鍛煉的人去了解，明白他們的使用后感，這樣我們就做到更好。由于時(shí)間倉(cāng)促及能力有限，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中缺乏經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中難免會(huì)有缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，在此懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正，多提寶貴意見(jiàn)。參考文獻(xiàn)[1]楊翠麗,譚文達(dá).多功能電動(dòng)跑步機(jī)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品.2016(01)[2]徐擁軍,宛霞.跑步機(jī)在中國(guó)健身器械行業(yè)發(fā)展歷程的探究[J].遼寧體育科技.2015(01)[3]楊溢,郭順生.基于進(jìn)化計(jì)算的電動(dòng)跑步機(jī)造型設(shè)計(jì)[J].機(jī)械制造.2014(10