1、1毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化坡度可变式跑步机摘要跑步机已经广泛应用于人们的日常生活中，而坡度可变式跑步机更是受消费者们的青睐，它可以满足消费者跑对不同跑步环境的要求。该课题主要设计跑步机的坡度调节方面，对此我翻阅了大量文献从中学习了设计的相关要求。首先，我采用液压系统的相关技术来对坡度进行调节然后对液压系统和跑步机之间采用了平面连杆机构来实现跑步机两端的升降最后对该跑步机进行产品的外观设计。本文将对这次设计所针对的各方面技术结合参考文献进行整理并结合设计要求设计出坡度可变式跑步机的集体实施方案。关键词机器、跑步机、液压系统、连杆机构、泄漏。0引言跑步这项全民都能参与的体育运动从古至
2、今都是最受欢迎的一项健身方法。它可以燃烧脂肪，促进血液循环，增强心肺功能，发展肌肉力量，保持体型健美，调节人的心情，全身心地释放压力,因此跑步是各种体育运动中最平凡、最普及、最好的运动方法。然而，当今都市高楼林立，交通拥挤使得很大一部分人失去了跑步的场所，因此跑步机一跃成为家庭及健身房最为常见的一种健身器材。它操作简单，使用人群广泛，更加不用为天气、场地而发愁。一般的跑步机都是呈水平状态，只能满足消费者一般的跑步需求，所以对于想要尝试跑上、下坡的消费者而言就有所欠缺了。坡度可变式跑步机可以根据跑步者的要求对跑步机脚踏板的角度进行人为的调整，从而满足消费者对各种跑步场地的需求。在现在科技发展迅速
3、的时代，人们对于跑步机的功能上的要求也是日益的提高。跑步机的设计也从先前的单一功能向多功能方面发展，而坡度可变式跑步机更是受消费者们的喜爱。如下图一我国健身企业和产值表2图（一）我整理了大量文献和相关知识进行了改变跑步机坡度的设计，以实现随时调整跑步机的坡度。1设计总论机器的发展经历了一个由简单到复杂的过程，在蒸汽机出现后机器的进入了一个崭新的阶段，具有了完整的形态。图（二）是一部机器的基本组成部分图（二）机器的组成其中原动机部分、传动部分、执行部分是机器的基本组成部分。原动机部分是驱动整部机器完成预定功能的动力源。传动部分是把原动机的运动形式、运动及动力参数转变为执行部分所需的运动形式、运动
4、及参数。执行部分是用来完成机器预定功能的。【2】机器的设计阶段是决定机器好坏的关键，一部机器的设计程序可以分为5个阶段一计划阶段在计划阶段中应对所设计的机器的需求情况做充分的调查和分析。【2】二方案设计阶段对机器的功能进行综合分析、确定功能参数、提出实现方案。【2】三技术设计阶段绘制总装配草图、部件装配草图，由草图确定零部件的外形、润滑、显示、照明等辅助部分润滑、显示、照明等辅助部分润滑、显示、照明等辅助部分、显示、照明等辅助部分、照明等辅助部分控制系统传动部分原动机部分执行部分3基本尺寸和零件工作图。【2】四技术文件编制用来说明产品性能、设计、制造、操作使用、维护、或其它所有与产品相关的文档
5、资料。【2】2人机系统近十几年来，包括我国在内的许多国家都普遍地兴起了群众性的体育运动锻炼和健身健美热潮。健身器材的设计符合人的生理、心理特点，在这方面的考虑失误，可能会影响人们的健身效果，甚至会影响人们的安全、健康，反而达不到健身的目的了。跑步机作为最为常见且实用的健身器材越来越受到人们的喜爱，而人因工程学对于健身器材的设计就显得尤为关键了。人因工程学是一门新兴的边缘学科。它是运用人体测量学、生理学、心理学和生物力学以及工程学等学科的研究方法和手段，综合地进行人体结构、功能、心理以及力学等问题研究的学科。用以设计使操作者能发挥最大效能的机械、仪器和控制装置，并研究控制台上各个仪表的最适位置。
6、人因工程学把人的因素作为产品设计的重要条件和原则，研究人和机器及环境的互相作用，以达到人机环境系统总体性能的最优化。【5】【9】考虑到使用者的身高不同跑步机的手柄应采用可调式结构。跑步机的体积比较大，所以一般家用跑步机都得采用可折叠式结构。在安全方面，跑步机的必须采用防滑手柄。以上都是我们在设计跑步机的时候需要注意的。3跑步机升降系统的设计跑步机通过升降的两端高度来调节脚踏板的高度，从而实现坡度的变化。脚踏板两端的升降我们可以采用液压技术来实现。液压传动系统的工作基本原理是“帕斯卡原理”，利用密封工作容器内液体的压力能来实现能量的传递和转换。具体来说，该系统由千斤顶的液压系统和液压泵系统2部分
7、组成。【1】首先我们来讨论千斤顶系统，它是由大缸体、小缸体、油箱以及他们之间的连接管道构成一个密封的容腔，里面充满着液压油，在截止阀关闭的情况下，当向上抬起杠杆手柄时，小缸体的活塞上移，使小缸体内工作容积增大，形成部分真空，油箱里的液压油在大气压力作用下，通过吸油单向阀进入小缸体内；向下压下杠杆手柄时，小缸体内的活塞下移，挤压小缸体液压油液，一部分液压油便顶开压油单向阀进入大缸体，推动大活塞上移。重复该操作，小缸体不断吸油并且向大缸体压油，使大缸体的活塞不断升上。两个单向阀则是保证小缸体只能从油箱吸油和向大缸体压油的过程。打开截止阀后4大缸体内的液压油就被压回油箱，大缸体活塞下降。【1】液压泵
8、的工作原理同千斤顶吸压油原理相同，不同在于液压泵采用原动机作为动力，通过凸轮的的往复运动来运作。这样的设计实现了机电的结合，无需人力去调整液压系统。【7】跑步机的坡度调节可以参考上述液压千斤顶和液压泵相结合的液压系统来实现，即采用电动机带动凸轮代替液压千斤顶的手柄结构来做动力进行吸压油的动作。【1】【7】跑步机采用该液压系统不仅能实现跑步机脚踏板的升降过程还能通过单向阀的特性实现自锁结构可以保证跑步机在调整好角度后可以固定在某个角度而不会下降。由于该液压系统和液压千斤顶一样往往是作用于一点的升高，而跑步机是要一端整体的升高，所以仅仅靠这样的系统来升高跑步机一端高度是不稳定的，容易发生倾斜。在这
9、设计基础上，我们可以采取措施将大缸体分成作用于两点，分别作用在跑步机一端的两点，这样就能保证我们在跑步的时候不许当心跑步机倾斜而发生事故。4液压系统与跑步机的装配液压系统与跑步机之间的安装采用平面连杆机构来实现。连杆机构在生活生产中的应用十分低分广泛，它的应用大到人造卫星、飞机，小到折叠伞、自动门中都是举足轻重的。因为原动件和从动件不能直接传动，需要经过中间机构才能实现传动，称之为连杆机构。连杆机构具有三大优点1连杆机构中的运动副一般均为低副。其运动副元素为面接触，压力小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利；（2）在连杆机构中，
10、在原动件运动规律不变的条件下，可以改变各构件的相对长度来使从动件得到不同的运动规律；（3）在连杆机构中，连杆上个点的轨迹是各种不同形状的曲线，其形状随着各构件的相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形式多样，可用来满足一些特定工作的需要；利用连杆机构还可方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。连杆机构也存在两大缺点（1）由于连杆机构的运动必须经过中间机构进行传递，因而传动路线较长，容易产生较大的误差累积同时也使机械效率降低；（2）在连杆机构运动中连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速运动。这些连杆机构的优缺点在设计液压系统与跑步机之
11、间的安装方法时都需要注意的。【4】液压系统与跑步机之间可以采取最常见的一种连杆机构来装配。如下所示模拟图5图（3）当活塞上移时带动连杆往上运动，脚踏板在连杆的带动下绕着另一端往上往下运动，从而产生一个转角，即改变了跑步机坡度。我们在跑步机后端安装这样的液压系统，启动电动机把脚踏板调节到水平位置如图（3）。当需要跑上坡模式的时候我们可以打开截止阀使大缸体内的液压油流回到油箱，脚踏板后端高度下降变成上坡的模式，如图（4）。当需要跑下坡的时候我们可以启动电动机进行吸压油使活塞升高从而使脚踏板的后端升高，实现下坡模式，如图（5）。图（4）图（5）5液压系统的泄漏原因分析与维护在现实生活中绝对的防漏设施
12、是不存在的，几乎所有的液压系统在使用一段时间后都发生泄漏现象。泄漏严重的液压系统将导致整个系统无法正常运动，有些甚至造成严重的事故。液压系统的泄漏可分为两种固定密封处和运动密封处泄漏。从液压油的泄漏上也6可分为外泄漏和内泄漏。外泄漏主要是指液压油从系统泄漏到环境中，内泄漏是指由于高低压侧的压力差的存在以及密封件失效等原因，使液压油在系统内部由高压侧流向低压侧。【7】液压系统泄漏的原因有很多种。设计的不合理，密封件选择不规范，液压油与密封件不相容，制造时候精度不够，装备不合理等因素往往是导致泄漏的主要原因。在使用过程中由于机器的冲击和振动，密封件及配合件互相磨损也会造成液压系统的泄漏。个别由于环
13、境因素的影响也会造成系统泄漏，如潮湿环境下控制阀容易损坏。【7】【8】泄漏这一问题在液压系统中是不可能完全解决的，只能用现有的技术尽量减少泄漏事故的发生。使用者尽量按照规范去使用产品来减少人为的损坏。从影响液压系统泄漏因素出发，泄漏的控制措施主要有（一）减少冲击和振动，可以使用减震支架固定所有管子以便吸收冲击和振动；适当布置压力控制阀来保护系统的所有元件；尽量减少管接头的使用数量，管接头尽量用焊接连接；正确安装管接头。【7】（二）减少动密封件的磨损消除活塞杆和驱动轴密封件上的侧载荷；用防尘圈，防护罩和橡胶套保护活塞杆，防止磨料，粉尘等杂质进入；设计选取合适的过滤装置和便于清洗的油箱以防止粉尘在
14、油液中累积；活塞杆和轴的速度尽可能低。【7】【8】（三）控制油温防止密封件变形密封件过早变质是由多种因素引起的，一个重要因素是油温过高，所以应合理设计高效液压系统或设置冷却装置，使油温保持在65C以下；另一个因素是使用的油液与密封材料的相容性问题，应按使用说明书或有关手册选用液压油和密封件的型式和材质，以解决相容性问题，延长密封件的使用寿命。【7】【8】结束语坡度可变式跑步机这一课题从开题的选择到具体的设计方案在老师的指导下我已经完成了初步的构思。我查找了大量文献，结合自己课堂所学的理论并在老师的帮助下完成了液压系统的设计，该设计采用平面连杆机构使液压系统与跑步机相结合，从而实现跑步机的坡度调
15、节。做好开题报告是为整个毕业设计打基础，是至关重要的一环，在此要感谢指导老师的帮助。参考文献1赵海、郭爱东随车液压千斤顶的结构与工作原理及其正确使用汽车运用,20107P312濮良贵主编机械设计第七版北京高等教育出版社，2001P383吴宗泽主编机械设计课程设计手册第二版北京高等教育出版社，199974孙恒主编机械原理第七版北京高等教育出版社，20065王晓光、武永强考虑人因工程学的椭圆机设计工程图学报，2007,116姜继海、宋锦春、高常识主编液压与气压传动（第二版）北京高等教育出版社，200957杜炬辉、彭登志、尹镪机械液压传动系统泄漏原因分析及控制措施科协论坛2010年第9期下P338卜炎主编机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社19999GEORGEKNIKASTHEORETICALSTUDYOFSOLIDBACKUPRINGSFORELECTROMETRICSEALSINHYDRAULICACTUATORSJTRIBOLOGYINTERNATIONALSEPTEMBER2004,PAGES68969910JOHNRWILSONFUNDAMENTALSOFERGONOMICSINTHEORYANDPRACTICEJAPPLIEDERGONOMICSDECEMBER2000,PAGES557567
