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