家用自動(dòng)跑步機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含7張CAD圖,家用,自動(dòng),跑步,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),cad
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
1 緒 論 1
1.1跑步機(jī)研究背景和意義 1
1.2跑步機(jī)主要類型 1
1.2.1按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力分類 1
1.2.2按用途分類 2
1.3跑步機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.4跑步機(jī)的發(fā)展前景 4
1.5本課題主要工作內(nèi)容 4
2 總體方案確定 6
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 6
2.2家用自動(dòng)跑步機(jī)設(shè)計(jì)功能確定 6
2.3傳動(dòng)方式確定 6
2.3.1皮帶傳動(dòng) 6
2.3.2齒輪傳動(dòng) 7
2.3.3鏈傳動(dòng) 8
2.3.4蝸輪蝸桿傳動(dòng) 8
2.4總體結(jié)構(gòu)方案確定 9
3 家用自動(dòng)跑步機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算 11
3.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
3.3 帶傳動(dòng)類型的選擇及其計(jì)算 12
3.4帶傳動(dòng)張緊裝置的選擇 17
4跑步機(jī)外型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 18
4.1機(jī)架的設(shè)計(jì) 18
4.2支架的設(shè)計(jì) 18
4.3機(jī)罩設(shè)計(jì) 19
4.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
4.5跑步板設(shè)計(jì) 21
4.6跑步帶設(shè)計(jì) 22
4.7跑帶調(diào)整機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
4.8避震系統(tǒng)設(shè)計(jì) 23
5 結(jié) 論 24
參考文獻(xiàn) 25
致 謝 27
IV
家用自動(dòng)跑步機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
跑步機(jī)是多年來(lái)國(guó)際流行的大眾健身器材，也是當(dāng)今家庭健身器材中廣受歡迎的健身器材之一。
本設(shè)計(jì)在調(diào)查跑步機(jī)的背景以及市場(chǎng)上的跑步機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)后完成跑步機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，首先確定總體結(jié)構(gòu)方案，包括基本功能、構(gòu)造設(shè)計(jì)，其次進(jìn)行了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和外形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括選擇電動(dòng)機(jī)的類型及計(jì)算參數(shù) 多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇、帶傳動(dòng)張緊裝置選擇。外形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)包括機(jī)架、支架、機(jī)罩的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：跑步機(jī)；自動(dòng)；家用；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Mechanical structure design of household automatic treadmill
Abstract
Treadmill is an international popular fitness equipment for many years. It is also one of the popular fitness equipment in today's family fitness equipment.
In this design, the mechanical structure design of the treadmill is completed after investigating the background of the treadmill and the advantages and disadvantages of the treadmill on the market. First, the overall structural plan is determined, including basic functions and structural designs. Then, the design of the transmission mechanism and the design of the external structure are performed. The design of the transmission mechanism includes the choice of the type of motor and the calculation parameters of the multi-wedge belt pulley structure and size selection, belt drive tensioning device selection. The design of the exterior structure includes the design of the frame, the bracket, and the hood.
Key words: treadmill; automatic; home; structural design
1 緒 論
1.1跑步機(jī)研究背景和意義
跑步機(jī)最初誕生的意義不是為了人類的運(yùn)動(dòng)，而是當(dāng)時(shí)國(guó)外農(nóng)民機(jī)械師為了規(guī)避法律而造出來(lái)對(duì)動(dòng)物進(jìn)行勞作的工具，但是到了現(xiàn)今，跑步機(jī)已經(jīng)成為人們依靠的一種健身器材。
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，我們對(duì)環(huán)境開始造成越來(lái)越多的傷害，大自然也在對(duì)我們進(jìn)行暴富，北京的霧霾就是一個(gè)很好的體現(xiàn)，不是說(shuō)其他地方?jīng)]有霧霾，只是北京的霧霾已經(jīng)成為了一個(gè)典型的代表。環(huán)境的惡化使得我們想保持身體健康越來(lái)越困難，畢竟因?yàn)槭彝猸h(huán)境的惡劣，很多地方已經(jīng)不能夠進(jìn)行我們所需要的鍛煉，于是室內(nèi)的跑步機(jī)應(yīng)時(shí)代的需求，人民的心愿而生，給人們帶來(lái)一種新的鍛煉方式。
跑步機(jī)不僅應(yīng)用于人們的日常鍛煉中，而且被應(yīng)用于體育運(yùn)動(dòng)界，甚至被應(yīng)用于醫(yī)療中，結(jié)合藥物與運(yùn)動(dòng)，來(lái)幫助一些患者恢復(fù)身體。諸多的作用使得人們愈發(fā)重視跑步機(jī)，同時(shí)對(duì)跑步機(jī)的需求也在提高，對(duì)跑步機(jī)所具備的功能也在增添。由此研發(fā)部門又開始對(duì)跑步機(jī)進(jìn)行整合，取各種電子輔助裝備，使得跑步機(jī)的功能不再是單一的運(yùn)動(dòng)跑步器材，而是具備多種功能的多功能器材。醫(yī)療和體育用途的跑步機(jī)甚至可以記載顯示使用者的心率等，來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)跑步者的身體狀況。
1.2跑步機(jī)主要類型
1.2.1按驅(qū)動(dòng)動(dòng)力分類
1）機(jī)械跑步機(jī)
機(jī)械跑步機(jī)的動(dòng)力來(lái)源是摩擦力，其實(shí)就是依靠人行動(dòng)時(shí)腳板踩踏在跑步帶所產(chǎn)生的摩擦力來(lái)帶動(dòng)機(jī)械跑步機(jī)。人與跑步機(jī)上的跑步帶實(shí)現(xiàn)了物體間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閮蓚€(gè)運(yùn)動(dòng)方向相反，人在跑步帶上運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)有接觸面，接觸面產(chǎn)生了阻礙人行動(dòng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦，人在跑步帶上跑步的速度越快，產(chǎn)生的摩擦力就越大，就能給跑步機(jī)帶來(lái)更多的動(dòng)力，可以說(shuō)機(jī)械跑步機(jī)就是利用人力來(lái)作用的無(wú)電動(dòng)設(shè)備的機(jī)械產(chǎn)物。因?yàn)閯?dòng)力由人來(lái)提供，不可避免的就是人在其上運(yùn)動(dòng)的時(shí)候會(huì)花費(fèi)比平常運(yùn)動(dòng)更多的體力，有研究表明，對(duì)比人在室外運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)量，大概多了將近30%的路程運(yùn)動(dòng)量，但是機(jī)械跑步機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)后卻并沒有受到很多人的喜歡，很多人都感覺使用機(jī)械跑步機(jī)太過(guò)勞累，被許多人拋棄。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)械跑步機(jī)的傳送系統(tǒng)由五大部分組成，分別是：固定軸、開關(guān)、固定架、傳送帶以及滾軸。固定軸一般有兩根，分處兩端，連接著一個(gè)滾軸，開關(guān)是可調(diào)式的。
2）電動(dòng)跑步機(jī)
前面所說(shuō)的機(jī)械跑步機(jī)逐漸被電動(dòng)裝置的跑步機(jī)所替代，與機(jī)械跑步機(jī)不同的是，它不再依靠人力為動(dòng)力來(lái)源，而是主要依靠電力來(lái)推動(dòng)跑步機(jī)的運(yùn)動(dòng)。并且應(yīng)使用者的要求，現(xiàn)代跑步機(jī)上增添了很多電子輔助裝備，讓運(yùn)動(dòng)者可以享受不同的跑步樂(lè)趣，營(yíng)造在室外不同的跑步感覺，例如在丘陵地帶跑步的感覺，在上坡地帶跑步的感覺等等。因?yàn)榧夹g(shù)的不斷進(jìn)步，甚至很多運(yùn)動(dòng)員也選擇了電動(dòng)跑步機(jī)，在家進(jìn)行訓(xùn)練。電動(dòng)跑步機(jī)可以依據(jù)每個(gè)人不同的需求來(lái)調(diào)節(jié)不同的跑步速度，讓人可以更好的享受運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的快感。因?yàn)槭潜粍?dòng)的使人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，可以節(jié)省很多體力，消耗更多的人體脂肪以及熱量，廣受運(yùn)動(dòng)者的喜愛[1]。
1.2.2按用途分類
1）商用跑步機(jī)
我們經(jīng)常在健身房見到的跑步機(jī)就是商用跑步機(jī)了，大部分健身房都會(huì)選擇這種來(lái)進(jìn)行設(shè)備添置。商用跑步機(jī)一般被用來(lái)從事商業(yè)活動(dòng)，和家用跑步機(jī)不同的不僅僅是其常用場(chǎng)所，還有內(nèi)在構(gòu)造。一般只有健身房、星級(jí)酒店等場(chǎng)所對(duì)跑步機(jī)數(shù)量要求較多的地方才會(huì)選擇商用跑步機(jī)進(jìn)行使用，這些商用跑步機(jī)的跑帶一般在450-650mm之間，大范圍的跑帶可以適用于更多的人，方便健身房和星級(jí)酒店接納不同需求的客戶。商用跑步機(jī)相比較于家用跑步機(jī)，持久性更好，電機(jī)可以連續(xù)待機(jī)更長(zhǎng)的時(shí)間，驅(qū)動(dòng)方式選擇了變頻器和交流電機(jī)合力的方式。
圖1.1 ST830AP商用跑步機(jī)
2）家用跑步機(jī)
家用跑步機(jī)是一種家庭安置在家中的室內(nèi)健身器材，具有科學(xué)性、方便性、有效性等優(yōu)點(diǎn)。雖然說(shuō)家用跑步機(jī)是源于歐美，近年來(lái)卻活躍于中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)使得國(guó)民生活條件逐漸提高，很多生活奔入小康并且有條件的人都會(huì)在家中置辦一個(gè)家用跑步機(jī)。隨著人民大眾健康意識(shí)的逐漸提高，對(duì)高品質(zhì)生活的逐漸追求，使得人們對(duì)跑步機(jī)的要求也越來(lái)越高，因此性價(jià)比較高且實(shí)用有效的家用跑步機(jī)便應(yīng)需求而生，受到大眾的熱捧。
1965年全球第一臺(tái)家用的跑步機(jī)在北歐芬蘭唐特力的手里誕生，這臺(tái)跑步機(jī)是根據(jù)傳速帶的原理改變而成。現(xiàn)代意義上真正的家用跑步機(jī)由此出現(xiàn)，歐美等國(guó)的人開始逐漸接受在家里就能進(jìn)行的跑步。不過(guò)最開始的跑步機(jī)，也只能在上面進(jìn)行快走運(yùn)動(dòng)，跑步也略微有點(diǎn)令人感覺不舒服。
圖1.2 全球首臺(tái)家用跑步機(jī)
1.3跑步機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1875年一名美國(guó)土生土長(zhǎng)的機(jī)械師創(chuàng)造出人類有史以來(lái)的第一臺(tái)跑步機(jī)，動(dòng)力來(lái)源是牲畜，之后經(jīng)過(guò)人類的研究發(fā)展最終成為電動(dòng)。這臺(tái)機(jī)器誕生的根本原因1866年通過(guò)的那部禁止虐待動(dòng)物的法律，其中有一條規(guī)定將鞭打動(dòng)物認(rèn)定為違法的虐待動(dòng)物行為。
起初的跑步機(jī)是一種“被動(dòng)式跑步機(jī)”，能源供給者是人，利用人力來(lái)推動(dòng)跑步機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。 我們所看不見的背后這種運(yùn)動(dòng)方式不僅鍛煉效率較低，而且容易給人造成傷害，同比消耗的熱量卻得不到應(yīng)有的鍛煉效果?？赡軐?duì)人造成的傷害有很多，例如最常見的膝關(guān)節(jié)的加速老化，因此被很多人嫌棄。為了自身的健康著想，機(jī)智的人們決定使用電力代替人力作為動(dòng)力源，減少對(duì)人體的損傷。
隨著全球民眾生活水平的逐漸提高，我們不在滿足于現(xiàn)有的跑步機(jī)，開始對(duì)跑步機(jī)有更多的要求，應(yīng)買家需求，商家開始對(duì)跑步機(jī)進(jìn)行改造，而跑步機(jī)也由原來(lái)單一功能的跑步機(jī)向多功能跑步機(jī)改進(jìn)。
我國(guó)的第一臺(tái)跑步機(jī)在1996年于匯祥誕生了，此后的日子里各大研發(fā)商一直在追求更高的科技技術(shù)以及更完善的功能。為了滿足人們的不同需求，我們可以看到陸續(xù)出現(xiàn)了多種不同功能的跑步機(jī)產(chǎn)品，例如“可自然長(zhǎng)效釋放負(fù)氧離子的跑步機(jī)”、“具有倒走功能的跑步機(jī)”等，可以說(shuō)在跑步機(jī)市場(chǎng)上萬(wàn)花齊放了。
2015年具有數(shù)字VR系統(tǒng)的電動(dòng)跑步機(jī)正式面世。和普通的跑步機(jī)不同的是，VR系統(tǒng)跑步機(jī)在設(shè)備上添置了控制模板以及觸摸屏計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。運(yùn)動(dòng)者可以享受虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)所帶來(lái)的高趣味性和互動(dòng)性運(yùn)動(dòng)感受。
2016年具有倒走功能的電動(dòng)跑步機(jī)正式面世。和常用跑步機(jī)不同的是，倒走跑步機(jī)利用滾筒的差異設(shè)置，使得運(yùn)動(dòng)者可以實(shí)現(xiàn)倒走運(yùn)動(dòng)。最初的跑步機(jī)只有一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向，我們通過(guò)對(duì)滾筒、導(dǎo)軸、電機(jī)等不同構(gòu)造的不同設(shè)計(jì)，使得跑步機(jī)不僅可以正向運(yùn)動(dòng)還可以反向運(yùn)動(dòng)。
2017年同機(jī)異步康復(fù)跑步機(jī)正式面世。同機(jī)異步康復(fù)跑步機(jī)的特點(diǎn)就是一臺(tái)電動(dòng)跑步機(jī)上存在著左右對(duì)稱的兩套運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，利用這種不同設(shè)計(jì)，使用者不僅可以實(shí)現(xiàn)正常的跑步鍛煉，還可以使用跑步機(jī)的新添功能來(lái)運(yùn)動(dòng)，例如交替、倒走等，鍛煉者可以依據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇。
此外，還有很多其他新型的電動(dòng)跑步機(jī)就不一一列舉了。
1.4跑步機(jī)的發(fā)展前景
我國(guó)的國(guó)家性質(zhì)決定了我國(guó)以人為本的政策，因此大力發(fā)展群眾體育運(yùn)動(dòng)來(lái)保證國(guó)民身心健康很重要。隨著現(xiàn)今我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，國(guó)民對(duì)物質(zhì)生活的要求越來(lái)越高了，運(yùn)動(dòng)已經(jīng)深入人心，成為大眾所認(rèn)可的一種生活方式。隨著五天工作制的政令頒布，以及對(duì)節(jié)假日強(qiáng)行的放假要求，人們逐漸開始擁有更多的休閑時(shí)間，導(dǎo)致體育健身器材行業(yè)出現(xiàn)出現(xiàn)一大片的空白市場(chǎng)。各大跑步機(jī)開發(fā)商、生產(chǎn)廠家都在摩拳擦掌，準(zhǔn)備瓜分這一塊利潤(rùn)巨大的市場(chǎng)蛋糕，不斷對(duì)跑步機(jī)進(jìn)行新的研究和開發(fā)，以求能夠滿足不同鍛煉者的不同需求[2]。
1.5本課題主要工作內(nèi)容
本課題先去市場(chǎng)上調(diào)查了現(xiàn)有大部分跑步機(jī)目前存在的優(yōu)缺點(diǎn)，并且完成了總結(jié)，隨后又對(duì)家用自動(dòng)跑步機(jī)的進(jìn)行了內(nèi)在機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。課題過(guò)程中的主要工作如下所示：
（1）總體方案設(shè)計(jì)
包括基本功能、構(gòu)造設(shè)計(jì)和功能原理的確定。
（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
包括電動(dòng)機(jī)類型功率選擇及技術(shù)參數(shù)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟及參數(shù)選擇、多楔帶帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸選擇、帶傳動(dòng)張緊裝置選擇。
（3）外型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
包括機(jī)架的設(shè)計(jì)、支架的設(shè)計(jì)、機(jī)罩的設(shè)計(jì)。
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2 總體方案確定
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
根據(jù)任務(wù)書的設(shè)計(jì)及要求，本課題需要完成家用自動(dòng)跑步機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成CAD圖紙的繪制，設(shè)計(jì)參數(shù)圖表2.1所示：
表2.1 跑步機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)要求
設(shè)計(jì)載重
跑帶寬度
跑帶長(zhǎng)度
150KG
500mm
1500
2.2家用自動(dòng)跑步機(jī)的設(shè)計(jì)及確定
跑步機(jī)具有利用電力來(lái)帶動(dòng)人的工作的原理，這樣人處于一種被動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，可以減少更多的消耗得到更多的鍛煉效果。雖然在跑步帶上運(yùn)動(dòng)的人，方向和跑步帶運(yùn)動(dòng)方向相反，即形成相互運(yùn)動(dòng)，但是兩者的從動(dòng)率卻是相同頻率的，使得人在跑道上跑步而方位不變，一直保持原位。
為了調(diào)節(jié)控制跑步機(jī)的速度，驅(qū)動(dòng)方面此設(shè)計(jì)選擇了直流電動(dòng)機(jī)。
2.3傳動(dòng)方式確定
機(jī)械傳動(dòng)在此跑步機(jī)中是非常重要的。所以對(duì)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)我們需要全面掌握各種傳動(dòng)方式，并能熟練的應(yīng)用。
常見的幾種機(jī)械傳動(dòng)方式可以按照傳力方式來(lái)將其劃分為摩擦傳動(dòng)以及嚙合傳動(dòng)。其中摩擦傳動(dòng)又可以細(xì)致地劃分為摩擦帶傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)等，嚙合傳動(dòng)又可以細(xì)致劃分為齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、渦輪蝸桿傳動(dòng)等等。如果將機(jī)械傳動(dòng)按照傳動(dòng)比又可以將其劃分為變傳動(dòng)比和定傳動(dòng)比傳動(dòng)兩種不同的方式。
2.3.1皮帶傳動(dòng)
一般皮帶傳動(dòng)有三大組成，分別是皮帶、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪。作用原理是張力，利用皮帶和滑輪的接觸面摩擦而產(chǎn)生緊力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由摩擦力驅(qū)動(dòng)從動(dòng)輪，使驅(qū)動(dòng)軸的動(dòng)力傳遞到從動(dòng)軸上。
根據(jù)用途的不同，皮帶傳動(dòng)可分為一般工業(yè)傳動(dòng)帶、汽車傳動(dòng)帶、農(nóng)機(jī)傳動(dòng)帶和家用電器傳動(dòng)帶。根據(jù)截面形狀的不同，將摩擦型帶分為平帶、V帶和特殊帶（多楔帶、圓環(huán)帶）等。
圖2.1皮帶傳動(dòng)
皮帶傳動(dòng)的優(yōu)勢(shì)可以簡(jiǎn)述為以下四種：
（1）構(gòu)造較為簡(jiǎn)單、方便使用者或者工人維護(hù)。
（2）當(dāng)載重過(guò)多時(shí)，皮帶會(huì)在輪上打滑，可以有效降低零件損壞率。
（3）皮帶具有可緩沖性和彈性，可以使得傳動(dòng)更加穩(wěn)定，降低噪音。
（4）可以在兩軸中心進(jìn)行較大距離的傳動(dòng)工作。
2.3.2齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)在傳動(dòng)中屬于一種比較傳統(tǒng)的傳動(dòng)方式，其主要構(gòu)造是主動(dòng)軸以及相互嚙合的兩個(gè)齒輪。
圖2.2齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)是生活和工業(yè)中應(yīng)用最多的一種傳動(dòng)形式，主要有以下四個(gè)特點(diǎn)：
（1）結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)作效率很高。
（2）制造和安裝的精度要求較高。
（3）可傳動(dòng)的動(dòng)力較大。
（4）傳動(dòng)比一般很穩(wěn)定。
各種齒輪，按其不同形狀可將其劃分圓錐型，以及圓柱型。
圓柱型外形呈圓柱形，在圓柱在牙齒表面的分布，根據(jù)齒和齒輪軸的相對(duì)位置，圓柱齒輪分為直齒輪和斜齒輪，即現(xiàn)在的人字齒輪，一般用于外部齒輪，使得圓柱齒輪可以正常傳動(dòng)，也可以作為內(nèi)部驅(qū)動(dòng)齒輪，使得齒條正常傳動(dòng)。錐齒輪也稱為錐齒輪，其齒分布在錐面上。通常在相交的軸之間使用，軸的角度可以是任意的，但最常見的是90度。
2.3.3鏈傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)一般由兩個(gè)結(jié)構(gòu)組成，兩個(gè)結(jié)構(gòu)分別為一條閉合的鏈條和兩個(gè)具有特殊齒形的的齒輪。最常見的鏈傳動(dòng)就如自行車車鏈，通過(guò)鏈節(jié)與連輪的齒相嚙合從而使得傳動(dòng)作用發(fā)生，帶動(dòng)鏈輪。
圖2.3 鏈傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)有以下四點(diǎn)：
（1）比皮帶傳動(dòng)精準(zhǔn)。
（2）比齒輪傳動(dòng)更遠(yuǎn)。
（3）只能進(jìn)行平行傳動(dòng)。
（4）易發(fā)生鏈條磨損脫鏈現(xiàn)象。
2.3.4蝸輪蝸桿傳動(dòng)
蝸輪蝸桿傳動(dòng)一般作用于兩軸交叉成90度的情況下，并且兩軸需要滿足兩條件，一個(gè)是彼此間不相交，另一個(gè)是彼此間不平行。這種傳動(dòng)中一般蝸輪是被動(dòng)件，而蝸桿才是主動(dòng)件。
圖2.4 渦輪蝸桿傳動(dòng)
一般來(lái)說(shuō)蝸輪蝸桿傳動(dòng)有以下六個(gè)特點(diǎn)：
（1）傳動(dòng)功率范圍大，并且結(jié)構(gòu)緊湊。
（2）具有反向自鎖功能，可以有較大的減速化。
（3）獲得的傳動(dòng)比較大。
（4）工作平穩(wěn)且噪音較小。
（5）傳動(dòng)效率低，蝸輪一般由有色金屬打造而成。
（6），輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上[3][4]。
考慮到跑步機(jī)設(shè)計(jì)不需要太大的傳動(dòng)比，而且兩軸中心距離較大，最關(guān)鍵需要可以緩沖沖擊和震動(dòng)，最終選擇帶傳動(dòng)的方式，因?yàn)殡姍C(jī)可以變頻調(diào)速，因此這里傳動(dòng)方式選擇1級(jí)傳動(dòng)即可。
2.4總體結(jié)構(gòu)方案確定
多功能電動(dòng)跑步機(jī)主要有五大結(jié)構(gòu)，分別是跑步皮帶、儀表控制盤、電動(dòng)機(jī)、可調(diào)電源和機(jī)架。框架兩端裝有前后軸，并且由軸承套裝。跑步的皮帶纏繞在滾筒表面，皮帶下裝有支撐跑步板。皮帶調(diào)節(jié)螺栓的兩端分別鏈接著不同的孔板。設(shè)計(jì)中在框架上增添了速度傳感器設(shè)備，在電動(dòng)機(jī)上增添了控制傳感器。
結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖如圖2.5所示。
防滑道
跑帶
皮帶輪
皮帶
電機(jī)
圖2.5 結(jié)構(gòu)方案簡(jiǎn)圖
3 家用自動(dòng)跑步機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 電動(dòng)機(jī)選擇計(jì)算
3.1.1電機(jī)功率的選擇與確定
此次跑步機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)限重150KG，額定功率定為1.5HP，滾筒直徑計(jì)算為42mm，計(jì)算出最大轉(zhuǎn)矩為：跑步機(jī)功率就是跑步機(jī)馬達(dá)功率，其功率不僅要滿足自身體重要求，還要保證運(yùn)行時(shí)的平穩(wěn)和小的噪音。跑步機(jī)功率又分為家用和商用的,家用跑步機(jī)的額定功率常見的有:1.0HP、1.25HP、1.5HP、1.75HP、2.0HP、2.5HP、2.75HP、3.0HP超過(guò)3.0HP就屬于商用了，其中HP=馬力，1馬力=735W，家用跑步機(jī)的功率一般就在1.5KW-2.5KW之間，正常情況下，根據(jù)運(yùn)動(dòng)者的體型體重的不同跑步機(jī)的功率也不同[5]；
此次跑步機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為限重150kg，功率1.5HP。初步確定跑步機(jī)滾筒直徑為42mm，所以最大轉(zhuǎn)矩
其中：Tmax——轉(zhuǎn)矩
F——跑步機(jī)受到的載荷
L——轉(zhuǎn)矩長(zhǎng)
其中：n——轉(zhuǎn)速
V——線速度
S——滾筒周長(zhǎng)
其中：P——功率
為此我選擇博特的采用編號(hào)為SLM2200的交流型電動(dòng)機(jī)。該電動(dòng)機(jī)有很多被人認(rèn)可的優(yōu)點(diǎn)，例如調(diào)速很方便、運(yùn)行平穩(wěn)、產(chǎn)生的噪音較小等。在一般情況下，鍛煉者在跑步機(jī)上跑步不會(huì)有任何的不適感，和在平地跑步?jīng)]有太大差別，跑步帶的速度一般較為穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)什么差錯(cuò)。
3.1.2電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)
根據(jù)上述計(jì)算所選擇的電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是SLM2200
該電動(dòng)機(jī)參數(shù)如下：
電壓為 220V（伏特）
額定功率：2.2
額定轉(zhuǎn)速：2860rpm
3.2傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一般電動(dòng)都都選擇了帶傳功進(jìn)行運(yùn)行，這樣傳動(dòng)系統(tǒng)才可以提供更加勻速的轉(zhuǎn)動(dòng)。我們熟知帶傳動(dòng)是具有撓性件的一種傳動(dòng)，有很多優(yōu)點(diǎn)，例如可以有效緩和載荷沖擊，過(guò)載時(shí)及時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵趲л喩洗蚧瑏?lái)減少對(duì)零件的損壞等。帶傳動(dòng)在生活中的應(yīng)用范圍更廣，且成本較為低廉，中間結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
選擇交流型電動(dòng)機(jī)，傳動(dòng)功率為P=1120W，轉(zhuǎn)速為n1=3400r/min ，傳動(dòng)比為i=2.1 。
（1）確定其設(shè)計(jì)的功率Pd：
Pd＝KAP 3-1
工作情況系數(shù)為KA。根據(jù)我們?nèi)粘Ｊ褂门懿綑C(jī)的頻率，暫時(shí)確定跑步機(jī)一天運(yùn)行10小時(shí)。根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]表11.5選擇KA=1.2
3.3 帶傳動(dòng)類型的選擇及其計(jì)算
帶傳動(dòng)類型選擇的很關(guān)鍵，關(guān)系的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，選取不當(dāng)?shù)脑捒赡軙?huì)使成本成倍增加，設(shè)計(jì)不好可能會(huì)使帶傳動(dòng)的基本功能實(shí)現(xiàn)起來(lái)也比較困難。
3.3.1帶傳動(dòng)類型的選擇
帶傳動(dòng)在設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程中，有著普遍的應(yīng)用，其種類非常多，主要一下幾種：
1、普通V帶
特征：
普通V帶是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用較為廣泛的傳動(dòng)帶。它的驅(qū)動(dòng)功率大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易，價(jià)格實(shí)惠。皮帶和滑輪是V型槽的表面摩擦，所以它能產(chǎn)生比平面更大的有效圓周力（約3倍）。
普通V帶有兩種類型的包裝V帶和修剪V帶，如下圖3.1所示。
普通V帶的一般型號(hào)通常有y，z，a，b，c，d，e和其他型號(hào)，V型帶的截面依次增加。
圖3.1 普通V帶型號(hào)和截面關(guān)系
2、多楔帶
多楔帶（如下圖3.2所示）具有V帶和平帶兩個(gè)的優(yōu)點(diǎn)。具有平帶柔軟韌性好的優(yōu)點(diǎn)，具有V帶結(jié)構(gòu)緊湊、效率高的優(yōu)點(diǎn)[6]。因此，它有著廣泛的用途和主要的特點(diǎn)：
（1）隨著身體整體的不同，不同的傳遞現(xiàn)象得以消除，并充分發(fā)揮了磁帶的作用；
（2）當(dāng)空間相同時(shí)，多楔帶的驅(qū)動(dòng)功率比普通V帶的驅(qū)動(dòng)功率高30%；
（3）具有薄體，彈性好，能適應(yīng)小皮帶輪的傳動(dòng)；
（4）適合高速傳動(dòng)，皮帶速度可高達(dá)40米/秒，熱量少，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。
多楔帶的一般型號(hào)有以下5種：PH、PJ、PK、PL、PM。
圖3.2 多楔帶結(jié)構(gòu)圖
3、同步帶
同步帶（如下圖3.3所示）傳動(dòng)結(jié)合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的多種優(yōu)點(diǎn)。齒帶工作面，與帶輪槽的齒輪傳動(dòng)，具有抗拉層承受負(fù)載，所以沒有相對(duì)滑動(dòng)帶輪之間，使主、從動(dòng)輪，可以使非同步傳輸滑。同步帶傳動(dòng)的速度范圍非常寬，從每分鐘到幾線速度為40米/秒，傳動(dòng)效率可達(dá)99.5%，傳動(dòng)比可達(dá)10，輸送功率從幾瓦到幾百瓦[6]。
同步帶廣泛應(yīng)用于各種儀器、計(jì)算機(jī)、汽車、工業(yè)縫紉機(jī)、紡織機(jī)械等通用機(jī)械。
同步帶模型是可用的：MXL、XXL、XL、L、H、XH、XXH等上述同步帶的節(jié)距依次增大。
圖3.3 同步帶傳動(dòng)
綜合上述的對(duì)比，我們知道多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結(jié)構(gòu)緊湊的場(chǎng)合。因?yàn)檩d荷沿帶寬的分布較均勻，使得帶輪與楔帶的接觸面積較大，從而使得產(chǎn)生的摩擦力較大，最終導(dǎo)致傳動(dòng)能力更大。由于同步帶的帶體較為輕薄、并且柔性較好，因此可以選擇較小一點(diǎn)的帶輪，比較產(chǎn)生的應(yīng)力不大。此外多楔帶話劇被散熱快、工作平穩(wěn)、伸長(zhǎng)以及振動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)[7]。測(cè)試多楔帶可以得到很明顯的結(jié)果，消耗的能量更少，更加綠色節(jié)能，并且因?yàn)槎嘈◣У膫鲃?dòng)結(jié)構(gòu)較為緊湊，也可以節(jié)省很多室內(nèi)地方。此外多楔帶使用了自動(dòng)張力調(diào)整器，其可運(yùn)作的背面?zhèn)鲃?dòng)使得機(jī)器更加安全、可靠，適合需求功率大的高速傳動(dòng)。
多楔帶傳動(dòng)相較之其他傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)太多，被廣為采納使用。
3.3.2帶型號(hào)的初步選擇
以下計(jì)算過(guò)程所用到的表和圖采用機(jī)械工業(yè)出版社出版的由卜炎主編的《 機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）》，1999。
根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1=3400r/min和設(shè)計(jì)功率Pd=1.0KW選擇型號(hào)為PJ 型多楔帶。
3.3.3確定帶輪直徑de1、de2（有效直徑）
小帶輪有效直徑：
以下數(shù)據(jù)根據(jù)參考文獻(xiàn)[4]選擇
根據(jù)表8-90選demin=20mm，△e=1.2，由表8-91選取de1=33.5mm
小帶輪節(jié)圓直徑：
dp1=de1+2△e=33.5+2×1.2=35.9mm
大帶輪節(jié)圓直徑
dp2=idp1=2.1×35.9=75.39mm
de2=dp2-2△e=75.39-2×1.2=72.99mm
由表8-91，選de2=71mm
3.3.4帶速的確定
按式 3-2
帶的速度 =
在操作中，我們需要注意，當(dāng)帶速增加時(shí)，帶動(dòng)增加了離心力和其應(yīng)力，導(dǎo)致應(yīng)力循環(huán)次數(shù)會(huì)以N倍在單位時(shí)間中增加。
帶速減小時(shí)，因?yàn)镻=F×v/100，所以當(dāng)P為相同值時(shí)，緊力F增大。
一般來(lái)說(shuō)帶速v的最大速度，為每秒30米，常見速度為每秒5到25米。
因?yàn)樗髱賤為每秒6.388米，沒有超過(guò)每秒30米的最大范圍，所以實(shí)踐的出的數(shù)據(jù)符合要求。
3.3.5初定中心距a0
中心距的大小對(duì)帶傳動(dòng)的影響：
中心距a過(guò)大，容易使得載荷發(fā)生變化，從而導(dǎo)致戴顫動(dòng)引發(fā)掉帶的意外。
中心過(guò)小，帶的長(zhǎng)度過(guò)短，容易加速帶的損壞，原因是一定速度下，應(yīng)力變化次數(shù)過(guò)多，導(dǎo)致帶過(guò)于疲勞。
當(dāng)傳動(dòng)比i較大時(shí)，包角較小
對(duì)于V帶傳動(dòng)，中心距a一般可取
0.7（+）<< 2(+) 3-3
73.15
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