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【多功能自动跑步机机械结构设计4800字（论文）】.docx

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2025-08-31 00:35

-1-多功能自动跑步机机械结构设计目录前言-1-1、跑步机的设计思路-1-1.1该跑步机要实现的功能-1-1.2该跑步机的机械设计原理-1-1.3机架结构要求-2-2、电动机及滚筒参数选择-2-2.1电动机类型与参数的选择-2-2.1.1选择电动机的类型和结构形式-2-2.1.2确定电动机的功率和型号-2-2.2电动滚筒类型功率及技术参数选择-3-2.1.1滚筒材料的选择-3-2.1.2筒体最小壁厚计算-3-2.1.3滚筒的功率及技术参数-3-2.3后滚筒的确定-4-2.3.1轴承的选定-4-2.3.2轴结构的设计-4-3、外型结构机械设计-4-3.1基架的设计-4-3.2支架的设计-5-3.3跑步板-6-3.4跑步带-7-3.5前罩-7-3.6后罩-7-4、多功能设计-7-4.1扭腰盘设计-7-4.2连接结构设计-8-4.3旋转结构设计-9-4.4仰卧起坐架的设计-9-结论-11-参考文献-11-12-前言本课题是首先调查和总结市场上现有的跑步机的优缺点，然后完成多功能跑步机的设计。通过大量的计算和校核，设计出既牢固、简洁又合理美观的内部传动结构和外部基架结构的设计，并对多功能设计的结构也做了一定的设计，尽量弥补一些传统跑步机所存在的缺陷，从而实现跑步机的其基本功能设计包括跑步、美腰、扭腰、仰卧起坐、背颈部震动按摩等基本功能设计。1、跑步机的设计思路1.1该跑步机要实现的功能跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道（跑步带），跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，但速度必须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼了。实现跑步机的功能，对跑步带的驱动与速度控制：通常使用直流电动机驱动，直流电动机通过半导体功率器件，使用脉冲宽度控制（PWM）方式实现调速。1.2该跑步机的机械设计原理多功能自动跑步机主要由机架、电动机、可调电源、跑步皮带及仪表控制盘组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮紧装在前滚筒的一端，电动机、可调电源，安装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端，仪表控制盘安装于扶手架上。传动方式采用带传动机构，传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和伏地挺身架使机器实现其多功能性。图1.1跑步机的外形图1.3机架结构要求保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。为此应保证机架钣金材料表面的平整度。机架的强度和刚度,对整机性能和主要零件寿命均有很大影响。因此,研究机架结构设计很有意义。机架差不多由钢板焊接而成，据经验，我们通常取钢板厚度为25mm-50mm左右。2、电动机及滚筒参数选择2.1电动机类型与参数的选择2.1.1选择电动机的类型和结构形式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過80公斤，則应选2.0持续(continuous)馬力以上的跑步机。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。2.1.2确定电动机的功率和型号该电动机显著的特点：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，保持同步转速，如同在平地上一样感觉。根据动力源和工作条件，选用一般用途的Y系列三相交流异步电动机，卧式封闭结构，电源的电压为380V，选ZYT42/06型电动机，额定功率为7.5千瓦，同步转速1000r/min，满载转速970r/min.型号ZYT42/06电压220VDC功率2.0HP电流不大于9.8A转速3400±7%转向逆时针绝缘等级F级图2.1电动机外型图2.2电动滚筒类型功率及技术参数选择2.1.1滚筒材料的选择筒体部分的质量占到整机的70%～80%,因此筒体的材质和壁厚是决定设备制作成本的重要因素。筒体的刚度主要是筒体截面在较大力作用下，抵抗径向变性的能力。同体的强度问题表现为筒体在载荷作用下产生裂纹及变形。筒体材料一般用A3钢、普通低合金钢，其中以16Mn用的较多；也可以用锅炉钢。要求耐腐蚀时，用不锈钢。本设计中筒体材料选用A3钢。2.1.2筒体最小壁厚计算筒体的最小壁厚按下式核算：式中：R——筒体半径，R=D/2=50cm——筒体材料在操作温度下的屈服应力（温度为150℃时的）K——抄板与筒体壁重量比的系数，对于举升式抄板，K=1.6C——材料腐蚀欲度，C=0.3cm表2.1筒体厚度与直径的关系（统计值）筒体直径D(m)<11.1~1.31.3~22~2.62.6~33.3~3.63.3~4筒体厚度（mm）8101214161820/D0.0080.009~0.00770.0092~0.0060.007~0.00540.0062~0.00530.006~0.0050.006~0.005当工作条件较差时(如物料对筒体磨损严重)，一般可增加2mm；长度较短时，可适当减薄；如果筒体只因刚度较差，其他都可以满足条件时，除增加壁厚外，还可以通过其他途径来增加筒体的刚度。2.1.3滚筒的功率及技术参数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。此跑步机设计标准为100公斤，跑步带面积50cm宽X143cm，而马力与功率的换算关系（1hp=746w），100公斤约需两马力带动，故而功率据表选为1.5kw综上对滚筒选择如下：型号：YDZ1.5-1.2-70×500标准：JB：JB4256.3-86

功率（KW）：1.5

滚筒直径（mm）：70滚筒带宽（mm）：500胶带速度（m/s）：0.42.3后滚筒的确定2.3.1轴承的选定本方案采用的是滚动轴承，与滑动轴承相比，具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、功率消耗少、润滑简便、易于交换等优点，所以获得广泛的应用。2.3.2轴结构的设计轴的材料可采用合金铸铁或球墨铸铁，主要采用中碳钢35或45钢和合金钢20Cr或40Cr等。最常用的是45钢，它具有较高的综合机械性能。各段轴的长度为，安装轴承段应符合轴承的宽度，安装齿轮段应符合齿轮宽度，外伸段的长度要符合所要安装零件的宽度，同时还要考虑安装工艺要求，安装零件段的长度与所要安装零件的宽度有一定的工艺要求，其余各段的长度应要根据实际装配来确定。心轴只固定于基座之上，故该轴可视作简支梁。至于结构的设计参照《机械设计》，提供的方法，可以从上面选定的轴承和基础框架的尺寸入手，得到轴的各部分尺寸，并按轴的布置绘制如下简图：图2.2轴的结构简图3、外型结构机械设计3.1基架的设计基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。主要是通过调研，看现有市场上的跑步机的基架结构的流行设计，在此基础上进行自己产品的开发，少走弯路，紧跟市场，在尺寸的确定方面参考了人体运动工学推算，45cm宽X130cm跑带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑电机的尺寸，传动机构带传动的中心距离，电机的安装，前后滚筒的位置，PWM调速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等等，设计了上图的基架，图3.1基架3.2支架的设计机架是整个跑步机的基础，为了保证整个系统的稳定性和良好的减震性，机架全部采用焊接结构。支架包括扶手，仪表安装辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接于辅助连杆上。与基架的连接采用螺栓连接，方便位置的调整和拆装。底部安有橡胶垫和尾套，保证平衡，最重要的是实现减震的二级缓冲。图3.2上支架图3.3下支架图3.4总支架3.3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。使用高密度或中密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好，本身也提供一部份的吸震功能，导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。3.4跑步带跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性，跑步带国际防滑型，运动时安全可靠跑步机，其实就是提供一个跑步的面积，所以绝对要在乎跑步带面积的大小，左右宽度及前后长度都要够。根据人体运动工学推算，45cm宽X130cm长，应是一个合宜的参考面积，然后再依个人的实际条件做增减。图3.5跑带的调整3.5前罩旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安全性，同时为了技术保护和美观，前罩使用ABS塑料，美观，有质感，能起到有效的防护作用。设计基准为基架，通过螺钉与基架连接，方便安装和维护维修。3.6后罩为了配合运动时，产生的跑步带偏移调整的需要，在末端设计了调整螺栓结构，而紧固这一机构必须通过螺栓配合连接，为此在后罩中保留了两个供连接使用的螺栓孔，。同时为了技术保护和美观，后罩使用ABS塑料，美观，有质感，能起到有效的防护作用。设计基准为基架，通过螺栓与基架连接，方便安装和维护维修。4、多功能设计4.1扭腰盘设计图4.1扭腰盘①采用ABS塑料+磁铁制成，抗冲击强度高，密度小，便于运输，完全可以替代铸件，表面光洁度好，不用喷涂，可节省费用3-5元，重量仅是铸件的1/7，从运费上可节省6/7，采用此产品综合成本效益可降低40%盘面突起直指病理反射区穴位，在扭腰同时进行脚底按摩。②附有磁铁，有足疗作用。③身体随着转盘扭动，使腰部、跨部得到充分锻炼，瘦腰美腿、保持身材。④通过磁疗，把磁波传列到人体，在细胞内发生旋涡状的二次电流，排除多余脂肪及毒素。⑤增强血液循环，健美强身两不误。4.2连接结构设计设计直径为250mm，通过长杆与支架相连，用时把铁销把出，旋转放在皮带上方，即可使用，锻炼完毕旋转折叠，插上铁销，则扭腰盘依附与支架上，可以进行别的项目的锻炼。图4.2扭腰盘支架4.3旋转结构设计此扭腰盘选用单向推力轴承和深沟球轴承配合完成对轴转动的的支撑。单向推力轴承计算：轴承类型：单向推力球轴承(50000)，轴承代号：51104轴承参数：轴承内径：20，轴承外径：35，轴承宽度：10，额定动载荷：11000，额定静载荷：19800，极限转速：6700，润滑方式：脂润滑工作参数：径向载荷：0，轴向载荷：1000，使用寿命：3000，工作转速：20，载荷系数：1.1计算结果：当量动载荷：1100.00，当量静载荷：1100.00，计算寿命：833350深沟球轴承只是简单起个轴向固定和保持轴位置的固定的作用。图4.3扭腰盘旋转机构图4.4扭腰盘折叠图4.4仰卧起坐架的设计此设计结构简单，与支架焊接在一起，平稳坚固、使用简单，属于很大众化的设计，对强化胸部、腰部大小肌肉，消除腹部赘肉最有效，在锻炼中与跑步配合，使跑步机不再成为乏味的单一运动器械，而且结构位置丝毫不影响跑步带锻炼。图4.5仰卧起坐架结论跑步机的设计内容，主要涵盖从零件到整机的装配设计，及各个零件的公差规格选定与校核，可以借鉴网上资源和利用身边的实物参照，进行发散思维，再通过查阅相关文献充分合理的完成整个设计内容。本文的设计的多功能跑步把很多健身的元素都融合进来了，但是我个人觉得，如果再多点经验，多点研究时间，还可以做的更好，开发出更好的功能。跑步机是服务于使用者，让使用者获得更多的用户体验，利用它来锻炼身体，娱乐身心。现在市面上也已经出现了很多的跑步机，但是我觉得价格还是偏高，功能偏简单。如果使得跑步机的功能更加完善，我们要去向那些经常使用跑步机锻炼的人去了解，明白他们的使用后感，这样我们就做到更好。由于时间仓促及能力有限，在设计的过程中缺乏经验，设计中难免会有缺点和错误，在此恳请各位老师批评指正，多提宝贵意见。参考文献[1]杨翠丽,谭文达.多功能电动跑步机设计[J].中国新技术新产品.2016(01)[2]徐拥军,宛霞.跑步机在中国健身器械行业发展历程的探究[J].辽宁体育科技.2015(01)[3]杨溢,郭顺生.基于进化计算的电动跑步机造型设计[J].机械制造.2014(10