家用电动跑步机各参数性能计算

曹银冬

摘 要：跑步已经是国内外流行并给予十分高的评价的健身运动，是保持每个人身心健康最有效果及其科学的健身方法。随着城市空气变得越来越差，生活节奏变得越来越快，跑步条件受到极其的限制，取而代之的是，最流行的健身活动是跑步，也成为现在最健康的运动方式。跑步机，不仅仅能让我们不受到汽车尾气之危害，也能让我们可以很方便的选择时间来进行锻炼。

关键词：电动跑步机;人机工程学;健身;电动机;传动机构

在国内，家用性跑步机的设计，已经发展为全民健身运动，简单的设计方式在面向市场时，既能加强经济的发展与多模式，也能提高其健身的乐趣，多多的参加室外及室内的健身活动，增强国民体质素质来更好的生活。当代人们的生活水平改善和节奏也越来越快，尤其是在大城市中生活的人们，他们拥有巨大的生存压力，身体也承受着巨大的压力，受到的伤害也会变得越来越大。希望可以通过体育锻炼，来改善身体机能，已经成为了上班一族、青年人的迫切需求，但是在紧凑的生活中，自由支配的时间和资金要被控制，进而使得进行体育锻炼变得更加困难。在种种的情况下，占用空间小，运动效果良好的跑步机，使室内运动得健身器械得到了足够的发展。特别是电动跑步机，因为它的占用空间小，模拟跑步运动的方式全面受到消费者的喜欢，并且在最近几年得到了广大的发展，大型的健身房也逐步走进了千家万户的家里。在历史的长河中跑步机的发展主要是增加跑步的舒服程度和形势，国内外的相关人员也在不同的跑步情况和跑步距离的条件下，因全身受力状况的不同，来进行变化不同的跑步感觉和感受，在此方面里大做文章。在未来的生活学习中，我们要根据自己场所能学习的知识来进行设计，来制造出更为简单有效的跑步机，来给人类未来幸福生活。

在机械书籍中的基础功能的说明外，当人们在跑步机上做跑步运动时，跑步机所承受的重量是运动者在跑步时体重的几倍，但是这种重量不会超过其3倍，但是电动机在此载重量下需要提供相应的动力，并提供要求的速度更能保持下去的动力人们在跑步机上运动，马达需要适当的负载，使人们走在跑步机上，跑步、跳跃能提供相应的驱动程序。一般的跑步机马力大概可提供约60kg的负重，但区域的大小也与跑步机马力运行并有着直接的关系，更大的马力跑步机，跑步带驱动面积更大。这样就可以提供直接动力了。

本次跑步机的设计为二百磅的标准，家用跑步机马达Z3-31型永磁直流电动机所能提供的最大驱动动力来适合跑步机的运行，处理的电磁结构在满足一定数量的前提下，也适用于相应的机械装置驱动部件[6]。电机显著的特点：高速精密运动，当人们在跑步机上，是一个冲击负荷，在这个程度的跑步机是在相同的载荷下不相差一转，保持同步转速，感受在地面一样。性能节省方便，调速范围宽，低速性能好，运行平稳，噪音低，效率高。

初始条件：选用的电动机是永磁直流电动机，在电机的额定传定比i= 1.07，轴转速为n=3000r/min，传动功率P=2200W，因此普通V性带适合于电动跑步机的需求，而且方便快捷，所以选择它。

以下计算过程用到的表来源：

（1）确定设计功率PC

PC=KAP

KA—正常工作的运行系数，根据跑步机的使用的性能，保持工作时间不小于10个小时的时间，负载改变不大。KA=1.1  故

Pc= KA P=1.1*2200=2420w

（2）选择V带型号

因为普通V带的种类依据设计的功率Pc=2.42 KW，以及轮带轴转速n1=3000r/min，由公式和参考文献中选取，选Z型普通V带。

（3）确定带轮直径d2、d1

小带轮基准直径：d1;d1 大于50mm，现取d1 =71mm

大带轮基准直径： d2

d2 =id1 （1-ε）=1.07*71*（1-0.02）=74.5≈75mm

由表格可知，取d2 =75mm，要求其误差小于5%

（4）计算带速v

v=πdp1n1 /（60×1000）m/s

注意：v越大 →离心力、离心应力越大→FQ越小→额定时间里的力环动数N增大;V越小，由P=F×v/100可知：功率一定时，力越大→张紧程度越大

一般v在5～25m/s，最30m/s，在8～15m/s较好

V=∏×71×3000×1000÷60≈11.15m∕s<30m/s，合适

（5）V带基准长度Ld和中心距a0

中心距的大小对带传动的影响：

中心距增大→构造越大→由于载荷变化引起带的振动→滑带

中心距减小→长度变小—→在相互速度下，額定的时间内应力变化次数N增大，会加速带的强度破坏;

当传动比i的取值大时，包角越小

对于V带传动，初步选取中心距

a0=1.5（d1 + d2 ）=1.5（71+75）mm=219

取a0 =200，且要符合  0.7（d1 + d2 ）<2（d1 + d2）

确定带的有效长度Ld

L0=2a0+∏/2（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0

=2*200+229.22+0.02=629.24mm

通过相关书籍可知，对Z型带选用Ld =630mm

结论：

普通V带就是对家用电动跑步机而言是十分相符合的，这是经济性的方面上。还有就是普通的V带方便我们设计研究，可以很方便的拿取和装卸，满足跑步机所需要的各种要求，且材料方便安装。不用我们再添加特殊的技能才能得要的产品，方便快捷。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.固定式健身器材第6部分：跑步机附加的特殊安全要求和试验方法[M]. 中国标准出版社：2009

[2] 徐华文，李文峰.电动跑步机的人机工程设计[J].机械，2004， （31）：17-19

[3] 王玉鸿.考虑人机工程学的结构设计问题[J].机械工程与自动化，2004，（1）：16