基于ANSYS的椭圆跑步机机架静力学及模态分析

徐扬东，张皓文，刘 枫，牛茂东，金 恒，王兴中

(成都理工大学 核技术与自动化工程学院，四川 成都 610059)

0 引言

随着生活水平的日益提高，人们对身体健康越来越关注，所以人们选择健身来提高体质，本款新型椭圆跑步机就是因此而诞生的。为了保证产品质量和提高用户的使用舒适度，避免椭圆跑步机在工作时出现结构强度及共振的问题，所以有必要对其进行静力学分析和模态分析。

1 椭圆跑步机的结构及工作原理

本文分析的是一种新型的椭圆跑步机，它主要由动力部分、传动部分、执行部分、控制部分组成，能够利用控制模块控制阻力调节装置和步距调节装置，还能利用发电模块将动能转化成电能，并将获得的电能储存在蓄电池中，作为控制部分和显示面板的电力来源，因此其具有安全、节能等特点。椭圆跑步机结构示意图如图1所示。

该椭圆跑步机的工作原理如下：踏板将机械能传递给连杆，连杆带动两个带轮旋转，两个带轮通过传动带分别与张紧轮装置和磁发电装置相连，张紧轮装置用来调节阻力的大小，磁发电装置用来发电；在连杆末端处安装有步距调节装置，其中步距调节是通过电动螺杆实现的，具有一定的创新性。

2 机架的静力学分析

2.1 静力学分析数学模型[1]

对于机架产生的弹性变形，力与位移之间的关系满足下式：

[K]·{δ}={F}.

(1)

其中：[K]为系统结构刚度矩阵；{δ}为系统节点位移列阵；{F}为总载荷列阵。

2.2 建立机架的三维模型

在进行分析之前，需要建立正确的三维模型，本文分析中采用Pro/E进行整个椭圆跑步机的建模[2]，并将其中的机架部分提取出来。……