机械创新设计—多功能健身器(第十一组)

多功能健身器材
学院：机电工程学院
班级：机械09现代
组
别：第11组
绪论
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，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。

户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。

只是随着都市的大气变得污浊，
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。

据北医三院运动医学专家林共周博士解释：在马路上跑步，每跑1000米，每只脚就得撞击地面约1000次左右。

而在传统跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝、膝部和臀部的肌肉，特别是肌腱，还要额外承担向后的扭力来确保跑带向后运动。

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，造成损伤。

很多传统
跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部就越跑越粗，关节也越练越没有力气。

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重慢性扭伤的情形或加速膝关节的老化。

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，
机使用。

设计任务书
设计任务书
设计要求
本次设计的任务是根据跑步者需要进行不同速度的跑步运动。

并能实现多项健身运动。

根据上述条件绘制黑箱如图2-1。

黑箱电动 跑步机
静止运动者 动力源
信号
跑动运动员 信号
图1-1黑箱
三、总功能分析
本设计的工艺路线即从系统接到开始信号，驱动动力源，动力源通过传动系统把运动和动力传递给执行机构.根据以上过程绘制工艺路线图，如图2-2。

图1-2
方案求解
表2.1跑步机功能求解
出于安全考虑。

发电系统中的加速机构选择复合轮系，应为复合轮系结构紧凑，传动比大。

储能元件用蓄电池，发电机产生的电能通过整流器整流后，有蓄电池储存。

系统原理方案确定
最佳的方案是：
表2-2最佳方案
边界条件
噪音要小、安全可靠、无极变速、节能、室温、减震、灰尘小。

机构简图
当人在跑步机上跑步或走路时，跑步机所承载的重量是人体重的0.8~2.5倍，而马力就是在这样的载重量下，还能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50~60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，所以衡量效率及安全性后，一般建议，家用跑步
机合宜的持续(continuous)马力应该至少1.5马力以上，如果家人的体重有超过80公斤，则应选2.0持续(continuous)马力以上的跑步机。

此跑步机设计标准为100公斤，则电动跑步机用电动机—ZYT42（NEMA）型永磁直流电动机该型电动机系大功率跑步机中配套的专用驱动元件，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。

该电动机显着的特点：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，
绝缘等级F 级
图3-1电机特性曲线图
各轴转速、功率及转矩的计算
传动比的分配：
1)各级传动比应在荐用值范围内。

n 1=no/i 带=3400/2=1700r/min
=⨯=⨯=1700
385.195509550111n P T 7.781Nm 后轴：
P 2=P 1×η带=1385×0.96=1329.6w n 2=n 1/i 12=1700/2.5=680r/min
6744.18680
3296.195509550222=⨯=⨯
=n P T Nm 上述结果汇于下表：
表3-1各轴运动及动力参数汇总表
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
传动系统设计
载荷有轻度冲击，使用5年。

动力来源：电力220V 。

速度允差小于5%。

选
择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率P=1.5KW ，主动轮转速
为n
1
=3400r/min传动比定为i=2由于多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，所以择之。

卜炎主编.机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社
1、确定设计功
P d ＝K
A
P（4-23）
K
A
——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见机械设计表4-4
P
d
=1.1*1.5=1.65kw
2、带型号的选择
对于V带传动，中心距a一般可取
2（d
e1＋d
e2
）>a
>0.7（d
e1
＋d
e2
）（3-3）
67.55〈a
〈193
初定a
=150mm
6、确定带的有效长度L
e
L e0=2a
+∏/2（d
e1
＋d
e2
）+(d
e2
-d
e1
)2/4a
0 =2*150+151.505+1.45
=452.96mm
由表8-52，选L
e
=450mm
7、计算实际中心距a
中心距的变动范围
考虑安装调整和补偿张紧力的需要（如胶带伸长而松弛后的张紧），尚需给中心距留有一定的调整余量。

由表8-54知中心距的调整量为△min=5,￡min=8.
a=a
0+(L
e
-L
e0
)/2
=150-1.48 =148.52mm
则a
1=153.52mma
2
=140.52mm
8、计算小带轮包角
α1≈∏-（d e2-d e1）/a
图3-1多楔带
根据计算
跑步机传动机构选择12PJ450多楔带
多楔带带轮结构和尺寸选择
要求
质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般为3.2），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
带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢（或用钢板冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。

径r
b,最小值为0.2，槽底圆弧半径r
t
最大值为0.4，检验用圆球或圆柱直径d
b
=1.5
±0.01,2X公称值为0.23，2N最大值1.22，f最小值为1.8，有效线差公称值￡
e
=1.2径向跳动公差0.25，槽间直径差值最大0.16。

n槽数为12。

带轮宽=11*2.34+1.8*2
=29.34mm
执行系统设计
跑步板
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
发电系统是将人踩动健身车踏板产生的机械能转化成电能储存起来供跑步机使用，由于人踩动踏板速度较慢，所以要使用加速装置。

考虑到整体结构比较紧凑，所以采用复合轮系加速机构；加速后将动力传给发电机，发电机产生的电能经过整流器整流后存入蓄电持中；蓄电池中的电能可供跑步机的电动机使用。

蓄电池复合轮系
仰卧起坐椅
仰卧起坐椅是与健身车的座椅共用的，这样可以节约空间，将健身车座椅的靠背做成可调式的，再在健身车上加上勾脚，就可变成仰卧起坐椅。

七、展望
对于本多功能健身器材的设计，我们小组每个人都积极参与。

但设计结构仍然存在一些不能忽视的问题。

会在以后的道路努力拼搏，不断的提升我们自己！！！
参考文献[1]王三明主编.机械原理与设计课程设计。

北京：机械工业出版社，2005
[2]邹慧君主编.机械原理.北京.高等教育出版社，1999
[3]申永胜主编.机械原理教程.北京.清华大学出版社，1999
[4]张伟社主编.机械原理.西北工业大学出版社，2001
[5]邹慧君主编.机械原理课程设计手册.高等教育出版社，1998
[6]赵松年主编.现代机械创新产品分析与设计，2000
[7]杨家军主编.机械系统创新设计.华中理工大学出版社，2000
[8]张春林主编.机械创新设计.机械工业出版社，1999
[9]机械设计手册编委会.机械设计手册新版2，3卷,机械工业出版社，2004
[10]卜炎主编.机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社。

1999。