1、1毕业论文开题报告机械设计制造及其自动化坡度可变式跑步机一、选题的背景与意义在这个科学技术飞快发展的时代，各种各样的健身器材飞快的进入了我们的生活中，比如跑步机，划船器、健身车、太空漫步机、健身骑马机等等。每天晨跑应该是大部分人比较喜欢的运动项目，但是许多人却因为没时间，没场地，或下雨而苦恼，因此跑步机就在这个时候展现出了其绝对的优势。跑步机最初模型设计是用于提供动力，而发展到如今其已经成为了我们最为常见和实用的健身器材了，功能也逐步完善以满足人们的各种需求。我们平时户外跑步时会遇到上坡或下坡的路线，因此用户们也不满足只在水平的跑步机上运动，所以坡度可变式跑步机的理念就这么产生了。坡度可变式跑
2、步机是通过调节跑步机两端的高度从而达到角度的变化来实现上坡与下坡的功能。用户们拥有了能实现这一功能的跑步机后就可以做到足不出户也能体验到一整套的户外运动。我们可以根据自己的需要调节不同的坡度来实现各种场地的运动模式，而无需为了寻找合适的跑步场地去发愁，可以天天进行适当的跑步运动，节省了更多的时间和精力，使我们拥有每天拥有良好的状态去参加工作。二、研究的基本内容与拟解决的主要问题1、研究的基本内容1对于不同的用户，需要改变路面的坡度，甚至走上坡路面和下坡路面的锻炼需求。该设计通过分析运动人员对健身器材的需求，确定坡度可变式跑步机健身器材的机械结构。2液压系统与跑步机之间的安装跑步机是普遍应用与广
3、大消费者之间，要符合人性化的设计，符合人体结构学以使跑步者在跑步的时候不会感觉到不舒适。其美观方面也是必须注意的，要保证液压装置与跑步机融为一体，并且尽量减轻跑步机重量和体积。【5】22、拟解决的问题1如何改变坡度传统的跑步机健身器材脚踏板的坡度是固定的，所以要实现坡度调节我们就需要改变脚踏板的坡度。我们可以通过调节脚踏板一端的高度来实现坡度的调节如图（一）。2如何实现脚踏板一端的高度调节我们可以在脚踏板两端安装液压系统，通过液压系统来达到升高和降低跑步机一端的高度。【6】3如何使跑步机在调节坡度后系统能实现自锁我们可以在液压系统中设计单向阀和截止阀来实现系统的自锁功能。【6】4如何传递对跑步
4、机传递液压系统活塞高度的调节我们可以通过平面机构原理来将活塞上下运动的方式转变为跑步机绕一端转动的运动方式。【4】图（一）图（二）三、研究的方法与技术路线1、研究方法该液压系统的基本工作原理是“帕斯卡原理”，利用密封缸体内的液体压力通过单向阀压流向另一个密封缸体推动活塞以实现高度的变化，吸油管不断通过单向阀从油箱吸油，重复进行压油与吸油工作从而不断升高另一只油箱活塞高度来提高脚踏板的高度。【1】2、技术路线3图（三）1凸轮2小缸体3小活塞4、7单向阀5吸油管6管道8大活塞9大缸体10溢流阀11放油阀12油箱跑步机通过液压系统的吸油和排油能力不断升高活塞的高度来调整一端高度来实现跑步机的升高。截
5、止阀打开后液压油被压回油箱，跑步机那端高度降低恢复到水平位置。当压力超过或等于溢流阀的调停压力时，系统的液压油通过溢流阀溢出一部分到油箱，这样就保证了忘记关闭液压泵而给系统造成破坏。【1】【4】四、研究的总体安排与进度13周理解设计任务，收集资料；完成外文翻译；完成文献总数和开题报告；47周总体结构与主要零件设计；812周零件图纸绘制；13周完成毕业设计说明书，准备答辩。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，19994孙恒主编
6、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，2009547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,P
7、AGES68969910JOHNRWILSONFUNDAMENTALSOFERGONOMICSINTHEORYANDPRACTICEJAPPLIEDERGONOMICSDECEMBER2000,PAGES5575675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
8、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
9、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6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
10、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7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、
11、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、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
12、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。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
13、，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8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
14、，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
15、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
16、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，在原动件运动规律不变的条件9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
17、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
18、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）。10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
19、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
20、，管接头尽量用焊接连接；正确安装管接头。【7】11（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
21、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，19994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
22、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,PAGES68969910JOHNRWILSONFUNDAMENTALS
23、OFERGONOMICSINTHEORYANDPRACTICEJAPPLIEDERGONOMICS12DECEMBER2000,PAGES55756713本科毕业论文（20届）坡度可变式跑步机摘要摘要在这个科学技术飞快发展的时代，各种各样的健身器材飞快的进入了我们的生活中，比如跑步机，划船器、健身车、太空漫步机、健身骑马机等等。跑步14是大多数人喜欢的运动项目，但是许多人却因为没时间，没场地，或下雨而苦恼，因此跑步机就在这个时候展现出了其绝对的优势。我们平时户外跑步时会遇到上坡或下坡的路段，因此用户们也不满足只在水平的跑步机上跑步，所以坡度可变式跑步机的理念就这么产生了。人们拥有了这一功能的跑
24、步机后就可以做到在家里也能体验到一整套的户外跑步运动。我们可以根据自己的需要调节不同的坡度来实现各种场地的运动模式，而无需为了寻找合适的跑步场地去发愁，可以天天进行适当的跑步运动，节省了更多的时间和精力，使我们拥有每天拥有良好的状态去参加工作。关键词跑步机；调节坡度；液压系统；连杆机构；泄漏。ABSTRACTABSTRACTINTHISERAOFFASTDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,ALLKINDSOFFITNESSEQUIPMENTSFASTCOMEINTOOURLIFE,FOREXAMPLETHETREADMILL,ROWIMPLEMENT,15STA
25、TIONARYBIKE,THESPACEWALKMACHINE,FITNESSRIDEMACHINE,ANDSOONRUNNINGISASPORTWHICHISLIKEDBYMOSTPEOPLE,BUTTHEYAREDISTRESSEDFORNOTIME,NOGROUNDS,ORRAIN,THEREFORETHETREADMILLSHOWSITSABSOLUTEADVANTAGEATTHISTIMEWEMAYUSUALLYMEETUPHILLORDOWNHILLSECTIONSATOUTDOORRUNNING,SOUSERSARENTSATISFIEDWITHRUNNINGONLYONLEVE
26、LTREADMILL,THEREFORETHETHEORYOFTHETREADMILLOFADJUSTABLEGRADIENTISPRODUCEDAFTERTHETREADMILLHAVINGTHEFUNCTION,PEOPLECANEXPERIENCEAWHOLESETOFOUTDOORRUNNINGATHOMEWECANADJUSTGRADIENTBYOURNEEDTOREALIZEVARIOUSSPORTSMODEOFSITE,WHILENEEDNTHAVETOBEWORRYTOFINDSUITABLERUNNINGSITE,CANHAVEPROPERRUNNINGEVERYDAYAND
27、SAVEMORETIMEANDEFFORT,ANDMAKEUSHAVEGOODSTATETOWORKEVERYDAYKEYWORDSTHETREADMILLREGULATETHESLOPEHYDRAULICSYSTEMLINKMECHANISMANDLEAKAGE目录摘要13ABSTRACT14目录16绪论15I1总方案设计2111跑步机的基本构造21111跑步机的运行方式21112跑步机内部安装结构2112坡度调节设计213功能原理说明222液压系统设计2421液压系统的设计原理24211系统设计原理24212单向阀24213液压系统设计253电动机类型与参数的选择2731电动机的类型与功率
28、2732电动机的技术参数274传动机构设计941带传动结构设计29411设计及参数选择29412多楔带带、轮型号选择3142连杆机构设计31421连杆机构设计325外型结构设计1351支架设计3352基架的结构3353跑步带336滚筒设计1561轴承选择3562滚筒轴的结构设计3563滚筒要求357滚筒设计1671液压系统的泄漏原因351772液压系统维护35总结与展望17参考文献18致谢19附录2018绪论跑步这项全民都能参与的体育运动从古至今都是最受欢迎的一项健身方法。它可以燃烧人体脂肪，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
29、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。跑步机作为现今人们的健身的主流器材，其发展是与现代机器与技术的发展息息相关的。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。一部机器的基本组成有原动部分，传动部分，执行部分，控制系统和润滑、显示、照明等辅助部分，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
30、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、运动及参数。执行部分是用来完成机器预定功能的。【2】现在的跑步机结构就是以这种机器结构而进行设计的。现在跑步机一般不仅仅是单一功能，如仰卧起坐，扭腰等功能都是融入了跑步机中。这些跑步机的附加功能不仅仅增强了跑步机的使用性能，还大大节省了健身器材对地方的占用。在每平米房价如此之高的今天节省健身器材的占地空间将会是广大的消费者在选择跑步机功能后的另一大考虑因素。然而我们现在看见的跑步机功能有些是比较齐全的，但是很少能见到可以调节坡度的跑步机。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
31、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，节省了更多的时间和精力，使我们拥有每天拥有良好的状态去参加工作。本设计是针对跑步机的坡度可调这一功能，着手于跑步机的机械部分的和外观，并结合人因工程学设计出一款符合广大消费群众的跑步机。跑步机的坡度变动主要是由一个液压结构来完成。使用者通过下压活塞来控制液压系统的吸油与压油动作来实现液压结构两端的活塞升高，也可以通过放油阀来降低两端活塞降低。液压系统活塞的升高与降低通过一个连杆机构的转化过程变成跑步机的坡度调节过程。本次设计一共分为六个部分19（一）总方案设计这部分主要介绍这次
32、设计的主要任务与设计方案，了解跑步机的基本结构，从整体上了解设计的本质和要求。通过总方案的设计，我初步确定了本次设计的方向，在翻阅大量的资料后选择了坡度可变式跑步机的坡度调节采用液压结构来实现。（二）液压系统的设计根据“帕斯卡原理”以及液压千斤顶的结构与工作原理【1】的了解，我受到了启发，将液压系统这一原理用于调节跑步机的坡度设计中。由于跑步机的坡度在使用者运动的时候是固定的，因此该调节系统中必须有调节阀来实现系统的自锁功能。坡度的自锁功能采用单向阀来实现。通过单向阀单向流通逆向关闭的特点可以轻松地做到系统的自锁功能。当然，一个液压系统必须也要有回路控制阀来实现系统的循环，这里采用一个简单的圆
33、球结构的放油阀，通过人为的控制来实现液压油的回路控制。（三）电动机的选择电动机需要根据具体情况来选择合适的型号。我们在选择电动机的时候需要考虑其功能能否满足一般人的使用范围，既不能因为为了选择耗能小的电动机而使跑步机满足不了大部分使用者的需求，也不能选择大功率的电动机，这样不仅浪费资源，更加提高了跑步机的生产成本。（四）传动机构的设计传动机构是连接跑步机跑步板与电动机，液压系统的关键部分。这部分的设计需要通过合理的计算来确定尺寸，以保证跑步机的各个功能能够正常运行。（五）外形结构设计跑步机的外形结构设计需要考虑人因工程学【5】的理论，设计出一套人性化的跑步机外型，是跑步者在跑步时能够有舒适感。
34、跑步机的本质就是健身用具，而跑步机的结构设计不合理往往会造成跑步者不但没达到健身的目的，反而收到伤害，这是违背了跑步机设计的初衷的，所以跑步机外型的设计是需要认真对待的。（六）滚筒设计滚筒中轴承，轴是滚筒设计的主要部分，通过查阅机械设计课程设计手册【3】来选择合适的型号以及装配方式是该部分的设计关键所在。除此之外，我们还要考虑到滚筒的跳动以及光洁度，以保证跑步机的正常运行。20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。
35、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合的位置。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】在现在科技发展迅速的时代，人们对于跑步机的功能上的要求也是日益的提高。虽然现在这类跑步机在市场的比例并不大，但
36、坡度可变式跑步机将会成为跑步机从单一功能向多功能方面发展的主要方向。211总方案设计11跑步机的基本构造111跑步机的运行方式跑步机的跑步机的主要功能就是提供一条固定的跑步带，和稳定的转动速度来满足跑步者在一个地方的运动。跑步机通过电机皮带对滚筒的驱动来带动跑步带，通常使用直流电动机驱动。112跑步机内部安装结构跑步机主要由机架、跑步带、基架、电源、及仪表盘和控制盘组成。机架与基架锤子连接，跑步带通过滚筒安装在基架两端，电动机安装在机架前端。皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端，传动方式采用带传动机构，传动级为一级。图11跑
37、步机外观图2212坡度调节设计传统的跑步机健身器材脚踏板的坡度是固定的，所以要实现坡度调节我们就需要改变脚踏板的坡度。我们可以通过调节脚踏板一端的高度来实现坡度的调节如图（12）。图12跑步机坡度调节我们可以在脚踏板后端安装液压系统，通过液压系统的升降来达到升高和降低跑步机一端的高度，从而实现跑步机的坡度调节。121坡度调节系统设计跑步机的坡度调节系统主要由两部分组成液压升降系统和连杆机构。液压升降系统安装在跑步机后端，通过连杆和跑步机连接来转化运动形式，从而达到跑步机后端的升降。连杆机构采用滑动轴承和液压系统、跑步机进行连接。液压系统中设计单向阀来控制活塞的升高，使跑步机能够在一个角度内稳定
38、的运行，实现我们进行下坡的跑步运动；通过放油阀来降低活塞的高度，实现上坡的跑步运动。13功能原理现在市场上比较常见的跑步机有传统跑步机和电动跑步机两种，其中电动跑步机是健身房及家庭最为常见的健身设备。它通过电机带动滚筒使跑带以一定的速度向后运动和跑步者的运动方向与脚步移动一致，而从外形动作上看去与在地面上跑步完全一样，但是能量消耗却是大大的减少了，因此跑步者跑起来会感觉23非常舒适。通常跑步者在跑步机上跑步要比在地面上多跑1/3路程，所以在相同时间内跑步者可以消耗更多的体力来运动，或者节省时间来做其他事情。然而一般的跑步机跑步带的安装大都呈水平状态。这种跑步机只能模拟跑步者在水平地面的跑步需求
39、。大多数跑步者往往喜欢进行一段时间的上坡或者下坡跑步，所以一般的跑步机不能满足这一的需求。怎么使跑步机能实现平扫地，上坡，下坡三种模式之间的转换来满足跑步者的不同需求坡度可变式跑步机通过对跑步机后端的高度调节简单地来完成上坡，平地，下坡之间的转换来达到跑步者需要的三种运动需求。242液压系统设计21液压系统的设计原理211系统设计原理该液压系统的基本工作原理是“帕斯卡原理”，利用密封缸体内的液体压力通过单向阀压流向另一个密封缸体推动活塞以实现高度的变化，吸油管不断通过单向阀从油箱吸油，重复进行压油与吸油工作从而不断升高另一只油箱活塞高度来提高脚踏板的高度。【1】图21液压系统212单向阀单向阀
40、控制流体只能向一个方向流动、反向截止或有控制的反向流动。单向阀按其功能分为普通单向阀、液控单向阀、梭阀、双压阀和其他阀等。【6】液压系统采用普通单向阀，它是控制液压油只能正向流动，不允许反向流动的阀，因此又可以称为逆止阀或止回阀。主要由阀芯、阀体和弹簧等组成。液压油从P1流入时，克服弹簧力推动阀芯，使通道接通，液压油从P2流出；当液压油从反向流入时，液压油的压力和弹簧力将阀芯压紧在阀座上，使液压油不能通过。【6】25图22单向阀液压系统中大活塞下压使液压油产生压力关闭吸油管中的单向阀，液压油压向两端液压缸。液压油打开压油管中的单向阀进入大液压缸，并且完成单向阀反向的逆向截止功能，使大液压缸中活
41、塞自锁。213液压系统设计该液压系统主要由油缸、活塞、单向阀、放油阀等部分组成。在单向阀的特性下，使用者通过对中间活塞的下压使油缸内的液压油通过油管打开单向阀进入边上两只油缸。中间活塞在弹簧的作用下上移，使油缸压力不断减小在大气压作用下液压油打开单向阀进入中间油缸。如此进行往复运动不断将液压油压入边上两只油缸。油缸内第一级活塞在液压油作用下向上移动到达最大行程后推动第二级活塞上移，当使用者打开放油阀后液压油流回油缸。图23液压系统装备图1、液压缸尺寸计算液压缸的内径D与其壁厚之比10的圆筒称为薄壁圆筒。液压缸一般用26无缝钢管做材料，大多属于薄壁圆筒结构，壁厚计算公式PYD/2式中液压缸壁厚（
42、M）D液压缸内径（M）PY试验压力，一般取最大工作压力的12515倍（MPA）缸筒材料的许用应力。无缝钢管100110MPA工作压力取20MPA，则PY2012502MPA,则PYD/225008/22091MM，取10MM。2、液压缸有效行程由于跑步机上下坡度调节在010，液压系统的最大升降高度为46275MM，取463MM。如图液压系统CAD结构图中每级缸的有效行程取2315MM。273电动机类型与参数的选择31电动机的类型与功率人在运动时跑步机所承受的重量是体重的0825倍，一般人的体重在4070公斤左右，跑步带面积一般为45MM130MM，一般家用跑步机选择电动机马力要15马力以上。此
43、跑步机设计的标准为100KG，所以应该选择ZYT42（NEMA）型永磁直流电动机。该电动机转速精度高，当人在跑步机上运动时产生的冲击不会影响电动机转速的变化。在调速范围大，运行平稳，噪音低，效率高等特点，符合了现代都市的环保节能理念。32电动机的技术参数型号ZYT42/06电压220VDC功率20HP电流不大于98A转速34007转向逆时针绝缘等级F级图31电动机电动机特性曲线28图32电动机特性曲线294传动机构设计41带传动结构设计411设计及参数选择初选电机为永磁直流电动机，功率为15KW，主动轮的转速N13400R/MIN，传动比I21。因为多楔带适合传动功率比较大，结构紧凑的情况，适
44、应直径较小的带轮传动，因此本设计选择该传动。以下计算数据来源卜炎主编机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社，19991、确定功率PDPDKAP（41）KA工作情况系数，按一般的跑步机使用特性，每天工作时间在10小时以下，载荷变动小，取KA11参见表89。PD1115165KW2、选择多楔带型号多携带型号由功率PD和小带轮转速N1决定。由图821选PJ型多楔带。3、计算带轮有效直径由表890取DEMIN20MM，由表891可得小带轮有效直径DE1298MM小带轮节圆直径DP1DE12E，由表890取E12，得DP1322MM大带轮节圆直径DP2IDP1664MMDE2DP22E664212
45、64MM由表891取DE263MM。4、计算带速VVDP1N1/（601000）M/S（42）V3143223400/60100057330M/S,符合要求。5、初定中心距A02中心距太大会因为载荷的变化引起带的颤动而发生掉带的问题，而中心距太30小使得带的长度变小，容易使带疲劳损坏。当传动比较大时，包角越小。对于V带传动，中心距一般可取2（DE1DE2）A007（DE1DE2）（43）6734A01924初定A0150MM6、计算带的有效长度LELE02A0/2（DE1DE2）DE2DE12/4A021501510341685445272MM由表852，选取LE450MM7、确定实际中心距A
46、考虑安装调整和补偿张紧力的需求，需要给中心距留有一定的调整量。由表854，中心距的调整量MIN5,MIN8，AA0LELE0/215013614864MM则A115364MMA214064MM8、计算小带轮包角1（DE2DE1）/A31402142926RAD9、带每楔传递的额定功率与增量计算由带型，小带轮有效直径DE1298MM和转速N13400R/MIN查表855得P0012KW由I2，N13400R/MIN查表855得P00018KW10、计算带楔数由表856查得K095，KL080Z165016095080135731由表851取Z1211、计算有效圆周率FTPD/V103028810
47、3288N12、计算轴上载荷设计轴和轴承，要确定带传动作用在轴上的力FR，由KR157则得FR15728809954499N412多楔带带、轮型号选择1、多楔带的带的选择图41多楔带由以上计算跑步机多楔带选择12PJ450型2、多楔带的带轮的选择跑步机的多楔带的带轮一般选择质量轻，结构工艺好，铸造内应力小，质量均匀分布，高转速时经动平衡，轮槽工作面要求进行精加工表面粗糙度一般选取32，其他槽的尺寸与角度要保持一定精度使载荷分布均匀。多楔带的带轮的材料一般选用HT150或HT200铸铁。多楔带带轮由轮缘、轮辐以及轮毂三个部分组成。小带轮D298MM选择实心式型号为P12PJ335的带轮，大带轮D
48、64选择型号为P12PJ63腹板式带轮42连杆机构设计32421连杆机构设计该连杆机构是由二力杆、跑步板与液压系统三部分组成。由于液压系统的动力传递后是固定的，因此它们之间的连接采用一般的滑动轴连接就可以满足运动的需要。二力杆的长度取47635MM。335外型结构设计51支架设计支架的设计的材料主要采用空心钢管（减轻跑步机重量），部分连接采用焊接保证稳定性。支架与基架之间采用螺栓连接。与地面接触的部分套上橡胶来减少跑步机的震动。考虑到运动时候的安全，跑步机的需要安装防滑手柄，这是必不可少的。图51支架52基架的结构设计基架的结构全部采取焊接方式以保持跑步机在整个运作时的稳定性。在支架的尺寸以及
49、所需功能需要进行市场调查，并且根据人因工程学5来确定跑步机的基架的尺寸。为了保证给予人运动的充足的运动空间在设计中选取跑步带的面积为45MM100MM。基架的两边留有一段固定踏板以方便停止跑步时安全地落地。跑步机与主动滚筒之间采用固定螺栓连接，从动滚筒之间采用的是可调节螺栓连接（可以用于跑步带的调整）。34图52基架图53从动滚筒安装53跑步带跑步带是双层粘合结构，传导性高，防滑性强的特性。跑步机跑带设计要根据人体运动时候的所需要得面积大小来确定。根据跑步者的运动需求和基架的尺寸，该设计的跑带尺寸为43CM100CM。跑步带的设计考虑到了人与跑步机之间的人因关系，使跑步者能够在跑步机上舒适地运动。356滚筒设计61轴承选择该设计选用6301型深沟球轴承。轴承内径12MM，外径37MM，轴承宽度为12MM，额定动载荷7580N，额定静载荷4650N，极限转速为22000R/MIN，使用寿命30000H，润滑方式为脂润滑。62滚筒轴的结构设计滚筒轴的设计要有准确的定位，易于装拆和调整，牢靠的紧固性能和良好的制造工艺性，并且减少应力集中，提高抗疲劳强度。滚筒轴只承受弯矩，扭矩为零，因此其材料要求强度高，刚度大，应力集中敏感度小，能抗疲劳，加工性能良好，其材料主要用中碳钢35、45号钢、合金钢20CR
