电动跑步机的设计与改进

随着人们生活水平的提高，人们对身体越来越关爱，

更多地进行体育锻炼。健身器材作为进行健身活动的重要

工具之一，越来越受到人们的喜爱。跑步是最方便、最简

单的有氧健身锻炼方式，它可以促进人体血液循环，增强

心肺功能，发展肌肉力量，在慢跑时更能消耗人体脂肪;

在健身运动中，跑步最受人们的喜爱，跑步机成为人们最

受欢迎的健身器材。

人机工程学是本世纪50年代发展起来的一门新兴

学科，它由人体科学、工程技术、环境科学、安全科学和

社会科学等交叉而形成。人机工程学研究人和机器及环境

的相互作用，把人的因素作为产品设计的重要条件和原

则，使设计出的机器操作简便、省力、安全、可靠高效、

舒适。当前，人机工程学的研究和应用越来越广泛。人机

工程学的研究成果对于电动跑步机的设计有着非常重要

的意义。在人机这一系统中，人是核心因素，电动跑步机

的设计应符合人的生理，心理特点，在这方面的考虑失误，

可能会影响人们的健身效果，甚至会影响人们的安全、健

康。1

人体尺寸百分位数运用的基本原则电动跑步机的设计应符合人体的尺寸，这是很容易理解的。但是由于受人的年龄、性别、种族、地区等因素

的影响，人的身材大小各不相同，那么该用哪一种身材的

人作为跑步机设计的依据？在对人群进行统计性的人体

尺寸测量时，各种身材的人频数分布状态（出现率）用百分位数表示。在国标GB10000中分别给出了不同年龄段第1、5、10、50、90、95、99百分位的人体尺寸，在跑步机设计中，常用的是18~60岁年龄组的第5百分位数和第95百分位数，它考虑了绝大多数的使用者群体。

按人体尺寸确定相关结构与空间的尺寸的原则为：

（1）容空间尺寸设计按第95百分位数（P95）

包容空间是指以人为中心，包容人体（或某部分）的

空间。例如：最小作业空间（区域）、通道、维修空间、肢体自由活动空间、门、舱口等，对于这类空间，要求其能包容大多数人，按大身材人设计，小身材的人当然也就包括在内。

（2）被包容空间尺寸设计按第5百分位数（P5）

被包容空间是指以人为中心，被人体（或某部分）所

包容的空间。例如，肢体的可及范围、椅面高度、搬运物的宽度等，对于这类空间，应使小身材（P5）能包容其空间，大身材人当然也就没有问题。

（3）最佳工作区位置尺寸按第50百分位数（P50）

在包容与被包容关系中，要求空间适应人的极限状

态，而对于某些频繁使用的操纵器，则是希望能以最舒适

的状态来进行操作，才不容易疲劳，并达到准确和高效。例如，重要的、使用频繁的或需精细操作的开关、旋钮等控制器的设置，各类机械主要操作手柄的设置等。这时应按中等身材人设计，因第50百分位附近，人的密度高，可使多数人处于舒适、高效的作业状态下。

（4）可调节结构尺寸的调节范围为第5至第95百分

位数

由于人体尺寸的差异，欲使每个工作者能处于一种

舒适、准确、高效的工作状态，则应将有关节结构设计成为可调节的，例如，与控制台有关的座高度和脚踏板的高度等，应是可调节的，其尺寸应以P50为基准，调节范围

扩展到P5

最早的跑步机是没有动力的普通跑步机，在这种跑步

机上跑步时，需要用力蹬踏跑步机来完成运动，跑步的姿势不够自然，运动难以协调，效果并不理想。而应用人机工程学设计的电动跑步机，人们在跑步时，感到轻松、自如，运动状态更贴近自然运动状态。跑步机主要由以下部分组成：底架、跑步带、电机、电机盖、立架、扶手、以及电子显示器。如图1所示。

图1 跑步机

2 .1跑步带

跑步带是电动跑步机的一个重要部件，跑步带的性能

好坏直接影响着跑步机质量，影响跑步效果。要求跑步带抗延展性好，使用寿命长，不易变形。因此跑步带可以采用双层PVC+单层胚布材料。跑步带的尺寸应满足跑步这一功能的需要，长度方向应让人能轻松迈开步伐，设计为1300 mm；宽度应按照人体尺寸P 95的肩宽来确定，加上余量，设计为450 mm.。

2. 2电机

电动跑步机在电机选用上应根据跑步机的应用场所

来决定，家用的功率选小一点，而健身房的则选大一点。家用一般为2HP以上，健身房的一般在3HP以上，这样会防止电机的功率小，而产生小马拉大车的现象，造成电动跑步机不堪重负，容易损坏。

2. 3底架

底架主要由两边底管、跑步板和前后轴滚筒组成。底

管的长度由跑步带的长度和马达的长度来确定，既1300 + 400 = 1700 mm。底管是承担人体重量和跑步时动载荷的主要零件，因此必须要有足够的刚度，保证人体站在跑步

带上不变形，跑步时，不会发生颤动和振动，产生噪音。跑步带的下面是跑步板，为了减轻跑步时对人体的冲击，可在跑步板上装有缓冲橡胶垫。底架与地面之间采用高密橡胶垫，可减轻震动和噪音。电动跑步机的底架高度应该尽量降低，减少使用者（特别是老年使用者）使用时的危险性；电动跑步机前面带有调节高度的升降电机，调节整个跑台的倾斜角度。

2. 4扶手

扶手的作用主要有两个：一是在跑步时，用手扶在

上面，防止身体不稳定晃动而出现意外；二是不跑步时作双臂曲撑运动,锻炼上肢肌体。扶手的高度必须与运动者的身高相适应，扶手太高，作双臂曲撑运动时，感觉不安全；扶手太低，作双臂曲撑运动时必须缩着小腿。因此，扶手的高度一般按P95的立姿肘高的尺寸进行设计。扶手的最大高度可由下式确定：

H=A+B+C=1096+200+25= 1321（取1320）

式中：A为立姿肘高；B为底架高（包括底架本身高

度和距地面高度）；C为修正量。

上面确定的扶手高度是指最大高度。为了使大部分人

处于舒服的状态下，也可以考虑按P50的尺寸来设计，这时扶手的高度应为1250 mm，但同时将立柱结构设计成为可调节式的，调节范围为P5