1737_多功能電動跑步機設(shè)計,多功能,電動,跑步,設(shè)計
南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1緒論跑步是目前國際流行并被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評價的有氧健身運動,是保持一個人身心健康最有效、最科學(xué)的健身方式,也越來越受到大家喜愛。戶外長跑曾經(jīng)是大眾最喜聞樂見的運動形式,沿著林蔭道呼吸著早晨清新的空氣,聽著枝頭的鳥鳴,既能愉悅身心,又可鍛煉體魄。只是隨著都市的大氣變得污濁,生活節(jié)奏變得緊張,戶外長跑變得不那么流行了,而跑步機則成了時下健身最熱門的健身器械。跑步機不僅可以讓我們免受汽車尾氣之苦,也使我們可以選擇自己方便的時間隨時鍛煉。電動跑步機,又名電動跑臺,是多年來國際流行的大眾健身器材,通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多,鍛煉者可體驗不同的跑步環(huán)境,如平地跑、上坡跑、丘陵跑、變速跑等,個人可以根據(jù)自己的鍛煉目的進行鍛煉。跑步機在健身者運動時能顯示出跑步時的速度、時間、心率、熱量、節(jié)拍、距離等指標(biāo),使健身者能夠隨時根據(jù)自身的身體狀況調(diào)節(jié)訓(xùn)練強度。跑步機雙面寬厚的跑帶帶給您草地般舒適感覺,馬力強勁的電機帶給您澎湃恒久的動力,靈敏的控制器配合芯片使您在跑步過程中隨心所欲,堅固的鋼架以及防爆沖裝置使您的安全盡在掌握。電動跑步機使您在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣......南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2第一章. 總體方案設(shè)計1.1 基本功能跑步機的基本功能就是構(gòu)建一條運動的跑道(跑步帶),跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反,但速度必須自動保持一致,這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。實現(xiàn)跑步機的功能,對跑步帶的驅(qū)動與速度控制:通常使用直流電動機驅(qū)動,直流電動機通過半導(dǎo)體功率器件,使用脈沖寬度控制(PWM)方式實現(xiàn)調(diào)速。 1.2 構(gòu)造設(shè)計多功能電動跑步機主要由機架、電動機、可調(diào)電源、跑步皮帶及儀表控制盤組成,其特征在于框架與支架垂直連接,前軸與后軸分別裝在框架的兩端,前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上,跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上,跑步皮帶下裝有支撐跑步板,從動皮帶輪緊裝在前滾筒的一端,電動機、可調(diào)電源,安裝在框架的前端,控制傳感器裝在電動機上,速度傳感器安裝在緊靠在從動皮帶輪的框架上,皮帶調(diào)節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上,另一端連接在焊接于框架前端的孔板上,跑步機扶手架安裝于支架的頂端,儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動方式采用帶傳動機構(gòu),傳動級為一級。同時在支架上安有扭腰盤和伏地挺身架使機器實現(xiàn)其多功能性。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文31.3 功能原理的確定目前市場上比較常見的有傳統(tǒng)跑步機和電動跑步機兩種。傳統(tǒng)跑步機,俗稱“被動式跑步機”。 是我國上世紀 80 年代從國外引進健身觀念時、為適應(yīng)當(dāng)時國情而開發(fā)的具有“中國特色”的過渡產(chǎn)物。它的動力來源是使用者通過自身臂部、膝部、踝關(guān)節(jié)的活動,推動跑步機而產(chǎn)生的運動。速度由運動者自己控制。這種運動方式,表面上看起來似乎能消耗更多的能量,但其造成的運動傷害也要比在大自然中跑步高出數(shù)倍。據(jù)北醫(yī)三院運動醫(yī)學(xué)專家林共周博士解釋:在馬路上跑步,每跑 1000 米,每只腳就得撞擊地面約 1000 次左右。而在傳統(tǒng)跑步機上跑步,人體除自身重量產(chǎn)生的震蕩外,腳踝、膝部和臀部的肌肉,特別是肌腱,還要額外承擔(dān)向后的扭力來確保跑帶向后運動。由于扭力過度集中在韌帶、關(guān)節(jié)等幾個關(guān)鍵受力部位,更容易使受力部位肌腱組織產(chǎn)生慢性疲勞,造成損傷。很多傳統(tǒng)跑步機使用者,發(fā)現(xiàn)自己越是認真鍛煉,腿部就越跑越粗,關(guān)節(jié)也越練越?jīng)]有力氣。傳統(tǒng)跑步機并不適合患有脊椎軟骨突出、膝關(guān)節(jié)炎、踝關(guān)節(jié)扭傷、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎的人,因為長期的跑步可能會加重慢性扭傷的情形或加速膝關(guān)節(jié)的老化。電動跑步機是健身房及家庭較高檔的器材,這種跑步機能減輕傳統(tǒng)訓(xùn)練對關(guān)節(jié)的沖擊,避免運動受傷,比自然跑步有明顯的優(yōu)勢。跑步時后腳跟先著地,順著跑帶方向運動。手腳模仿跑步的動作,前后揮動,從而使全身肌肉得到均衡的鍛煉。由于跑帶的運動方向與腳步移動的方向一致,韌帶部位的扭力就抵消了,跑起來非常舒適??祻?fù)者、兒童、老年人也可以保持身體平衡,從而集中精力安心鍛煉。如果增加運動量,可以加快舞動手腳的速度。用電動跑步機能消除關(guān)節(jié)的負載,不但能減肥健身,還有益于受傷后身體的恢復(fù)。它通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步或走動。由于被動地形成跑和走,從動作外形上看,幾乎與普通在地面上跑或走一樣,但從人體用力上看,在電動跑步機上跑、走比普通跑、走省去了一個蹬伸動作。正是這一點使每一個在電動跑步機上走跑的人感到十分輕松自如,可使人比普通跑步多跑 1/3 左右的路程,能量消耗也比普通走、跑為多。另外,由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多,可體驗不同的跑步環(huán)境。小結(jié):電動跑步機就是構(gòu)造一條運動的跑帶,使運動者在原地進行跑步鍛煉。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文4第二章. 電動機類型與參數(shù)的選擇2.1 類型功率選擇當(dāng)人在跑步機上跑步或走路時,跑步機所承載的重量是人體重的 0.8~2.5 倍,而馬力就是在這樣的載重量下,還能滿足并維持所選擇的速度,讓人可以在跑步機上走跑自如的驅(qū)動力。通常跑步機一個馬力大概可提供 50~60 公斤的承載重量,但跑步帶面積大小也和跑步機馬力有相當(dāng)直接的關(guān)系,跑步機的馬力越大,可以帶動的跑步帶面積也越大,所以衡量效率及安全性后,一般建議,家用跑步機合宜的持續(xù)(continuous)馬力應(yīng)該至少 1.5 馬力以上,如果家人的體重有超過 80 公斤,則應(yīng)選 2.0 持續(xù)(continuous)馬力以上的跑步機。此跑步機設(shè)計標(biāo)準為 100 公斤,則電動跑步機用電動機—ZYT42(NEMA)型永磁直流電動機該型電動機系大功率跑步機中配套的專用驅(qū)動元件,經(jīng)一定的電磁、結(jié)構(gòu)派生處理也可適用于相應(yīng)的機械裝置中作為驅(qū)動元件。該電動機顯著的特點:具有轉(zhuǎn)速精度高,當(dāng)人在跑步機上運動時,是一個沖擊負載,該機在這種沖擊負載作用下一轉(zhuǎn)不差,保持同步轉(zhuǎn)速,如同在平地上一樣感覺。表現(xiàn)在調(diào)速方便(可無級調(diào)速) ,調(diào)速范圍寬,低速性能(啟動轉(zhuǎn)矩大) ,運行平穩(wěn),噪音低,效率高。直流電動機 PWM 調(diào)速原理圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 直流電動機 PWM 調(diào)速原理圖南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文52.2 技術(shù)參數(shù)型號 ZYT42/06 電壓 220 VDC功率 2.0 HP 電流不大于 9.8A轉(zhuǎn)速 3400±7% 轉(zhuǎn)向 逆時針絕緣等級 F 級圖 2-1 電動機外型圖L1=28.5 L2=272電動機特性曲線:表 2-1 電動機特性曲線南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6小結(jié):跑步機屬于健康器材類產(chǎn)品,由于跑步機驅(qū)動電機必須滿足各種體重的人來使用。一般使用跑步機的目的有兩種:健身、減肥瘦身;如果是減肥瘦身的人來使用,因為身體較肥胖,跑不快。因此驅(qū)動電機的低速必須轉(zhuǎn)矩大才能使用。相反的,健身的人跑步快,但是重量輕,因此高速時的轉(zhuǎn)矩需求較小,跑步機必須滿足家庭成員每一個人都能使用。因此調(diào)速范圍要寬廣,低速轉(zhuǎn)矩要大,才能滿足不同重量的人。目前跑步機使用的驅(qū)動裝置以直流有刷電機為多,優(yōu)點是價格便宜。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文7第三章. 傳動機構(gòu)設(shè)計工作機構(gòu)類型選擇帶傳動,屬于定傳動比勻速轉(zhuǎn)動機構(gòu)。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單,成本低廉 能緩和載荷沖擊,運行平穩(wěn),無噪聲,過載時將引起帶在帶輪上打滑,因而可防止其他零件的損壞,具有過載保護作用。3.1 設(shè)計步驟及參數(shù)選擇初始條件:選擇電機為專門為跑步機生產(chǎn)的永磁直流電動機,傳動功率 P=1.5KW,主動輪轉(zhuǎn)速為 n1=3400r/min 傳動比定為 i=2.1 由于多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場合,特別能適應(yīng)帶輪直徑小的傳動,所以擇之。以下計算過程所用到的表和圖來源: 卜炎主編. 機械傳動裝置設(shè)計手冊(上冊) ,機械工業(yè)出版社,19991、確定設(shè)計功率 PdPd=K AP (3-1)KA——工作情況系數(shù),根據(jù)跑步機使用的特性,選擇每天工作時間<10 小時,載荷變動小。K A=1.1 見表 8-9Pd=1.1*1.5=1.65kw2、帶型號的選擇對于多楔帶的型號可根據(jù)設(shè)計功率 Pd=1.65KW 和小帶輪轉(zhuǎn)速 n1=3400r/min 由圖 8—21 選取,選 PJ 型多楔帶。3、確定帶輪直徑 de1、de2(有效直徑)小帶輪有效直徑:由表 8-90demin=20mm,由表 8-91 選 de1=33.5mm大帶輪有效直徑:小帶輪節(jié)圓直徑dp1=de1+2△e=33.5+2*1.2=36mm由表 8-90,△e=1.2大帶輪節(jié)圓直徑 dp2=idp1=2*33.5=67mmde2=dp2-2△e=67-2*1.2=64.6mm由表 8-91,選 de2=63mm4、計算帶速 v南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8v=πd p1n1 /(60×1000) m/s (3-2)注意:v↑ —→離心力、離心應(yīng)力↑—→FQ↓—→單位時間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N↑v↓ —→P=F×v/100 可知,P 一定時,F(xiàn)↑—→張緊力↑一般 v 在 5~25 m/s,最大 30 m/s,在 8~15 m/s 較好V=∏*36*3400/60*1000=6.4<30m/s,合適。5、初定中心距 a0中心距的大小對帶傳動的影響:a↑—→結(jié)構(gòu)大—→由于載荷變化引起帶的顫動—→掉帶a↓—→帶的長度↓—→在一定速度下,單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù) N 愈多,會加速帶的疲勞損壞;—→當(dāng)傳動比 i 較大時,包角↓ 對于 V 帶傳動,中心距 a 一般可取2(d e1 +d e2 )≥a 0≥0.7(d e1+d e2) (3-3)67.55
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