多功能电动跑步机设计

杨翠丽　谭文达（齐齐哈尔工程学院，黑龙江　齐齐哈尔　161000）



多功能电动跑步机设计

杨翠丽谭文达
（齐齐哈尔工程学院，黑龙江齐齐哈尔161000）

摘要：本文通过预估后进行强度计算和校核，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。

关键词：跑步机；多功能；电动

随着都市化进程的发展以及生活水平的不断提高，人们对跑步机的要求越来越高。跑步机也由原来单一的跑步功能向多功能发展。一台多功能跑步机主要是由电动机、机架、跑步皮带、可调电源及电子仪表控制盘组成，因占地少、锻炼方便、功能众多而受到人们的喜爱，但从健身器应具备的使用舒服、方便、安全、动作准确合理上看，多功能跑步机还是有一定的缺点。因此，本次对多功能跑步机进行的改进，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。

一、基本功能

跑步机的基本功能是通过跑带的运动形成一条跑道，运动者的跑步方向与跑道的运动方向正好相反，从而达到人与地面相对位置的固定不变。在跑步机的基础上通过增加一些部件来增加其它功能，从而达到实现多功能的目的。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。

二、构造设计

跑步机主要由以下部分组成：电机、机架和支架、跑步板及跑步带、避震系统、多功能构件以及电子显示器。

（一）电机

电机是跑步机的核心，相当于人的心脏，是整个跑步机的动力源，电机的选着关系到跑步机质量的好坏，一般家用跑步机适宜的马力至少1.6马力，故我们采用ZYT42型直流电动机，该电动机机最大的特点是能够在冲击负载作用下具有较好的优势，并且保持同步转速，让人们在锻炼时如履平地，而且，其调速范围也比较宽广，运行平稳，噪音低，效率较高。电机是整台机器的动力源，跟心脏对人体的作用一样的重要。电机的种类很多，使用交流电的有三相异步电动机、步进电机、交流伺服电机，使用直流的有永磁无刷直流电机、永磁直流电机、直流伺服电机等。永磁直流电机具有寿命长、抗干扰、噪音低、更安全、低故障率的特点。正是由于永磁直流电动机具有上述一系列优点，在本设计中结合机器在跑步时要噪音小、输出稳定、使用时间长等要求，本设计采用永磁直流电机作为驱动电机。在跑步机上跑步或步行，跑步机所承载的重量一般是人体体重的0.9～2.6倍，而跑步机需要在满足承载并维持跑步者所选择的速度的条件下，保持恒定的稳定性。此跑步机设计标准为80kg，初步确定跑步机滚筒直径为60mm，经计算，最大转矩应达到11.76N/m，转速应达到16.2次/秒，功率应达到1.2kW ，根据此要求，采用ZYT42 （NEMA）型永磁直流电动机，该电动机是专门为大功率跑步机配套的专用驱动元件。此电机的特点是在无级调速，起动转矩大，调速范围大，噪音较低，运行比较平稳，效率高。

（二）机架和支架

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，在设计中还需要将两边框设计足够的宽度，一方面可以为锻炼者在锻炼过程中提供短暂的休息提供两脚踩放的位置，支架的设计通过插拔的形式安装和拆卸，便于节省时间。

（三）跑步板和跑步带

1 跑步板

电动跑步机的跑步板，它由基板和导电耐磨层构成。对导电耐磨层的要求是，既要长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高，又要能够随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，从而避免静电使人体产生的不舒感以及对跑步机造成的损害。根据滚筒和基架的长度，确定跑步板的长宽为L×b＝1600mm×600mm，高h＝12mm，应为本设计的最大载重为80kg。由于本设计有一个自动微调设计，这就要求在跑步板的靠前端和考后端开一个方框，用于安装两个压力感应器。

2 跑步带

选用的跑步带要求双层粘合、高、传导性、国际防滑型，以实现运动时的安全可靠。我们知道，多楔带特别适用于结构要求紧凑、传动功率大的高速传动。多楔带的特点是与带轮的接触面积较大，因此摩擦力较大，并且载荷沿带宽的分布较为均匀，因而传动能力更大，而且，多楔带的工作应力小，可以在较小的带轮上工作，同时具有散热快、传动振动小、使用伸长小、运转平稳、极限线速度高和传动比大等特点，因而寿命更长；传动效率高，节能效果明显；传动紧凑，占据空间小。此外，多楔带的背面也能传动，而且可使用自动张力调整器，使传动更加安全、可靠。因此，本设计选择多楔带带轮。

（四）避震系统

跑步机的避震系统是采用具有弹性的橡胶垫将底座框架垫和跑台隔离开，使跑台处于悬吊状态，从而吸收震动，达到避震的效果。

（五）多功能构件

1 扭腰盘设计

根据人穿鞋子的大小，本设计确定扭腰盘的大小为直径250mm，要有足够的扭腰空间，扭腰盘中心距支架的距离为475mm。由于扭腰无冲击力，取最大承受180kg的重量。扭腰盘采用ABS塑料材料和磁铁制成，密度小，抗冲击强度高，并且便于运输，完全可以替代铸件，而且不用喷涂，表面光洁度好，可以节约费用3～5元的成本，重量轻，仅是铸件重量的1/7，在运输费用上也可以节省6/7，采用此材料，可使综合成本效益下降40%。

2 仰卧起坐架的设计

仰卧起坐架的结构很简单，将四个挡脚柱与支架通过焊接的方式连接在一起，使用简单、平稳可靠，属于很大众化的设计，对胸部和腰部大小肌肉的强化，以及消除腹部赘肉效果明显。

（六）电子显示器的布置

具有电子显示功能的电动跑步机可以轻松地记录运动员的距离，运动数据，耗时长，燃烧的卡路里，心脏速率，能准确显示当前心脏的运动速度等功能，使跑步者的锻炼方法更科学，更安全。显示器的高度由人眼与显示装置面板的距离决定，面板与人眼最合适的距离是约650mm，该显视器与水平面应保持22°～35°，显示器应尽可能使用者的视线垂直，以达到使用者最高的舒适度。

本设计在结构上采用折叠分离式设计，拆装方便简易，对空间要求较小。本设计的多功能设计结构合理，各方面校核完善，而且功能多样，可以供不同人群使用；避震的设计以及急停装置的设计，可以大大减少了使用者在运动中出现事故，安全性得到了进一步的提高。

参考文献

[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，1960.

中图分类号：TP276

文献标识码：A