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：本文通過預(yù)估后進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和校核，通過大量的計(jì)算和校核，設(shè)計(jì)出既牢固、簡潔又合理美觀的內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)和外部基架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對多功能設(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、背頸部震動按摩等基本功能設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：跑步機(jī)；多功能；電動

隨著都市化進(jìn)程的發(fā)展以及生活水平的不斷提高，人們對跑步機(jī)的要求越來越高。跑步機(jī)也由原來單一的跑步功能向多功能發(fā)展。一臺多功能跑步機(jī)主要是由電動機(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，但從健身器應(yīng)具備的使用舒服、方便、安全、動作準(zhǔn)確合理上看，多功能跑步機(jī)還是有一定的缺點(diǎn)。因此，本次對多功能跑步機(jī)進(jìn)行的改進(jìn)，設(shè)計(jì)出既牢固、簡潔又合理美觀的內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)和外部基架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并對多功能設(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)的基本功能是通過跑帶的運(yùn)動形成一條跑道，運(yùn)動者的跑步方向與跑道的運(yùn)動方向正好相反，從而達(dá)到人與地面相對位置的固定不變。在跑步機(jī)的基礎(chǔ)上通過增加一些部件來增加其它功能，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型直流電動機(jī)，該電動機(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，并且保持同步轉(zhuǎn)速，讓人們在鍛煉時(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)是整臺機(jī)器的動力源，跟心臟對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機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、交流伺服電機(jī)，使用直流的有永磁無刷直流電機(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、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)間長等要求，本設(shè)計(jì)采用永磁直流電機(jī)作為驅(qū)動電機(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）型永磁直流電動機(jī)，該電動機(jī)是專門為大功率跑步機(jī)配套的專用驅(qū)動元件。此電機(jī)的特點(diǎn)是在無級調(diào)速，起動轉(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

電動跑步機(jī)的跑步板，它由基板和導(dǎo)電耐磨層構(gòu)成。對導(dǎo)電耐磨層的要求是，既要長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)生的靜電荷通過底座導(dǎo)出，從而避免靜電使人體產(chǎn)生的不舒感以及對跑步機(jī)造成的損害。根據(jù)滾筒和基架的長度，確定跑步板的長寬為L×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)自動微調(diào)設(shè)計(jì)，這就要求在跑步板的靠前端和考后端開一個(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、國際防滑型，以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動時(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、傳動功率大的高速傳動。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、傳動振動小、使用伸長小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、極限線速度高和傳動比大等特點(diǎn)，因而壽命更長；傳動效率高，節(jié)能效果明顯；傳動緊湊，占據(jù)空間小。此外，多楔帶的背面也能傳動，而且可使用自動張力調(diào)整器，使傳動更加安全、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隔離開，使跑臺處于懸吊狀態(tài)，從而吸收震動，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)很簡單，將四個(gè)擋腳柱與支架通過焊接的方式連接在一起，使用簡單、平穩(wěn)可靠，屬于很大眾化的設(shè)計(jì)，對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跑步機(jī)可以輕松地記錄運(yùn)動員的距離，運(yùn)動數(shù)據(jù)，耗時(shí)長，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)，拆裝方便簡易，對空間要求較小。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：TP276

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A