1、本科毕业论文（20届）阻尼可变式跑步机健身器材设计所在学院专业班级机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称完成日期年月摘要摘要本文通过对传统的电动式跑步机和机械式跑步机进行分析研究，设计一种阻尼可变式跑步机。该跑步机的不同之处在于阻尼器在跑步机中的运用，通过对磁流变液的分析，磁流变液在阻尼器中的应用，设计出回转式磁流变阻尼器，通过电流的大小控制阻尼力的大小，从而在跑步时产生不同大小的阻尼力。首先，对跑步机的整体构造进行分析，确定跑步机的基本构造及其功能原理。对一般的市场上的跑步机的基架和支架结构，参数的分析，设计出各类人群都可以承受，并且舒适的基架和支架结构，基架通过螺栓紧固结构连接，支
2、架通过焊接成一体结构两者通过螺栓连接。根据人跑步时可达到的最大功率和一般跑步机的主轴大小等参数来设计和校核跑步机主轴的结构、参数，要求主轴强度和刚度都能够承受运动产生的力。通过分析一般滚筒结构优缺点，设计出结构合理的跑步机前后滚筒。跑步机板和跑步带选择当前主流跑步机所用材料制作，其性能稳定，价格比较合理。跑步机的缓冲减震装置选用一种新型的减震器，该减震器结构简单，制作方便，经济适用。关键词磁流变液；阻尼器；健身器；跑步机。IIDESIGNOFFITNESSEQUIPMENTATREADMILLWITHVARIABLEDAMPINGABSTRACTTHISARTICLANALYSISBYTHET
3、RADITIONALELECTRICTREADMILLANDMACHINETREADMILL,DESIGNOFAVARIABLEDAMPINGTREADMILLTHEDIFFERENCEOFDAMPERISZHEUSINGOFATREAMILL,THROUGHTHEANALYSISOFZHEMAGNETICFLUID,MAGNETORHEOLOGICALFLUIDDAMPERINTHEAPPLICATIONOFATREADMILL,DESIGNOFAROTARYDAMPER,CONTROLLEDTHESIZEOFTHEDAMPINGFORCE,BYTHESIZEOFTHECURRENT,THU
4、SGENERATEDDIFFERENTSIZESOFDAMPINGFORCEWHENRUNNINGONTHETREADMILLFIRSTLY,ANALYSISTHEOVERALLSTRUCTUREOFTHETREADMILLDETERMINETHETHEBASICOFSTRUCTUREANDFUNCTIONOFPRINCIPLESONTHEGENERALMARKETBASEDONTHETREADMILLFRAMEANDSUPPORTSTRUCTURE,PARAMETERANALYSIS,DESIGNEDACOMFORTABLEBASEFRAMEANDSUPPORTFORDIFFERENTPER
5、SONBASEFRAMECONNECTEDBYBOLT,BRACKETBECAMEONESTRUCTUREBYWELDINGBOTHTHROUGHTHEBOLTCONNECTIONACCORDINGTOPEOPLERUNNINGTHEMAXIMUMPOWERCANBEACHIEVEDANDGENERALSIZEOFSPINDLETODESIGNANDCHECKTHESTRUCTUREOFTHESPINDLETREADMILL,PARAMETERS,REQUIREDTHESTRENGTHANDSTIFFNESSWEREABLETOWITHSTANDTHEFORCESGENERATEDBYMOVE
6、MENTBYANALYZINGTHESTRUCTUREOFTHEGENERALDRUMOFADVANTAGESANDDISADVANTAGES,DESIGNARATIONALSTRUCTUREOFTHETREADMILLROLLERSELECTTHECURRENTMAINSTREAMMATERIALOFTREADMILL,ITSSTABLEPERFORMANCE,THEPRICEISREASONABLETREADMILLSHOCKABSORBERBUFFERUSEDANEWTYPEOFSHOCKABSORBER,THISSHOCKABSORBERHASSIMPLESTRUCTUREPRODUC
7、TIONCONVENIENTANDECONOMICALKEYWORDSMAGNETORHEOLOGICALFLUIDDAMPERFITNESSTREADMILLIII目录摘要I目录III1绪论111磁流变液112剪切模式的磁流变阻尼器113跑步机发展状况214磁流变阻尼器在跑步机中的应用22跑步机总体方案设计321跑步机基本功能322跑步机的整体结构设计33磁流变阻尼器的设计431阻尼器的结构设计4312阻尼结构的设计5313轴承的设计6314密封的设计6315轴承隔磁环7316线圈保护圈7317阻尼间隙H的确定732回转式磁流变阻尼器的磁路设计7321磁路设计基本原理7322励磁线圈9323
8、励磁线圈的制作工艺124跑步机的传动主轴的设计计算1341主轴的设计计算1342主轴轴承的选择计算145外型结构的设计1551基架的设计1552支架的设计166前后滚筒的设计18IV61前滚筒设计1862前滚筒与主轴的连接1863后滚筒的设计197跑步板及跑步带2171跑步板的选择2172跑步带的选择218缓冲减震装置22参考文献23致谢错误未定义书签。附录错误未定义书签。11绪论11磁流变液磁流变液MAGNETORHEOLOGICALFLUID,MRF7是一种具有良好发展前景和工程应用价值的新型智能材料，在外加磁场作用下流变特性发生急剧变化的材料。它在无外场作用下表现为流动良好的液体状态,然
9、而在强磁场作用下可在短时间内表观粘度增加两个数量级以上，并呈现类似固体的力学性质，其强度由剪切屈服应力来表征；而且粘度的变化是连续、可逆的，即一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体，因而广泛应用于机械、航空、汽车、建筑、精密加工、医疗等领域。12剪切模式的磁流变阻尼器在这种模式下的磁流变液器件6主要依靠磁流变液的剪切应力来传递转矩,由于磁流变液的屈服应力受外加磁场控制且相变的过程在毫秒量级内完成。因此,可以做成敏捷度极高的控制元件,用于连接和传递两部件之间的力或力矩。在这一类的磁流变液器件中,离合器和制动器都是典型的例子。1998年GARY等人研制的被动式磁流变离合器,利用固化的磁流变液来传递动
10、力。为了解决屈服应力小的问题,采用热敏材料受热膨胀产生应力,使控制系统推动法兰盘轴向移动,使其屈服强度得到提高,从结构上看,控制系统较为复杂,加工和装配都比较困难,并且对热敏元件有很强的依赖性。1999年美国LORD公司制造的小型旋转式制动器是一种回转阻力可控、结构紧凑、运行平稳、功耗较低的器件,目前已用于自行车式和台阶登攀式健身机,它与速度反馈装置连接,可实时控制转矩,从而迫使练习者保持希望的目标速度。2001年美国CARLSON研制出了将转子与飞轮做成一体的磁流变液制动器。通过控制磁场强度和改变飞轮的结构,可以得到不同的输出转矩。2002年美国内华达州大学的KAVLIEOGLU研制的双圆盘
11、式大转矩磁流变液离合器,其试验转矩达到79NM。2000年中国科技大学试制的有加压装置的磁流变液离合器,在不需要其他辅助装置的情况下能实现两轴的离合,但在大转矩传递的问题上,还存在一定的局限性。因为其径向加压区段的固相磁流变液在受到加压时会往后移动,实验转矩只能达到7NM。213跑步机发展状况跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成了时下健身最热门的健身器械。跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也使我们可以选择自己方便
12、的时间随时锻炼。跑步机在中国体育健身器械行业的兴起阶段70年代末80年代初台湾的SPORTSART、TRUE、JOHNSON、MAGTONIC牌跑步机开始进入市场其中的许多厂商是在为美国及英国厂商进行合作生产配件过程中，发展成为自创品牌或贴牌生产。而在电动跑步机的制造上，我国直到90年代末才出现了万年青、乔山、汇祥、百利恒等自主品牌，这是中国健身器材工业的真正开始，而我国跑步机也正是在这个时期发展起来的。14磁流变阻尼器在跑步机中的应用对于传统的机械式跑步机，通过锻炼者自身臂部、膝部、踝关节及相关肌肉产生向后的推力，推动跑步机产生运动。这类跑步机简单，耐用，省电。但是脚踏板皮带旋转所需的力量是
13、固定的，因为对于不同的人群，所需的力量不同，所以达不到锻炼的要求。电动式跑步机，运动性能不错，是市场上主流的跑步机，但是价格昂贵，而且耗电量巨大，了达到安全舒适的目的，跑带越来越宽、越来越长，相应占地面积比机械跑要大。对于传统的机械式跑步机，在前轴结构处连接磁流变阻尼器，可以通过电流大小来控制所需的阻尼力，从而达到各个运动者的要求。32跑步机总体方案设计21跑步机基本功能跑步机的基本功能就是要构建一条运动的跑道，即跑步带。跑道的运动方向则与运动者的跑动方向正好相反，速度保持一致，这样运动者能够在原地进行跑步锻炼了。实现跑步机的功能，对跑步带的阻力控制通过磁流变液阻尼器调节阻尼大小，得到锻炼者所
14、需的力大小。22跑步机的整体结构设计此跑步机主要由支架、基架、电源、磁流变阻尼器、跑步皮带、滚筒、主轴、减震缓冲装置、联轴器及控制面板组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮紧装在前滚筒的一端，控制面板装于支架上，里面装有电流大小调节器。跑步机扶手架安装于支架的前端。减震缓冲装置通过螺栓连接于跑步机基架上。在跑步机的前轴处用联轴器连接磁流变阻尼器，磁流变阻尼器外接电源，通过电器元件调节电流大小。43磁流变阻尼器的设计31阻尼器的结构设计跑步机的前轴左端设计一个磁流
15、变阻尼器，通过联轴器连接前轴，可以通过电流来控制所需阻尼力的大小，从而达到各个运动者的要求。本设计为回转式磁流变阻尼器。其结构简单，主要有转轴、阻尼结构部分、滚动轴承、轴承隔磁环、磁场产生线圈、密封、保护圈等部分组成。311转轴的设计（1）材料的选取为了防止磁力线沿着阻尼盘经转轴产生漏磁，转子转轴材料选择奥氏体不锈钢，牌号0CR25NI20，该材料的磁导率极小，是具有稳定奥氏体组织的钢。（2）设计轴是机器的主要零件之一，做回转运动的传动零件，都必须安装在轴上才能进行动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动。轴的设计包括工作能力计算和结构设计两个方面。轴的结构设计是根据轴上零件的定位
16、、安装及轴的制造工艺等方面的要求，在满足强度、刚度的基础上，合理的确定轴的结构和尺寸。本设计轴的结构采用阶梯状，优点是可使轴上的零件定位可靠，并且拆装方便。轴上的每一个零件都具有可靠的定位。轴向定位是以轴肩、轴端挡圈、套筒、弹性挡圈、圆螺母、轴承端盖等来保证的。周向定位采用键、销、紧定螺钉以及过盈配合。根据以上分析，转轴的材料采用奥氏体不锈钢，其牌号为0CR25NI20，查手册得T35MPA轴主要受输入转矩T的影响，受自身重力影响变很小，可以忽略不计。轴部件的表面都经过机械加工，形状都是对称的，高速旋转时因轴材料本身密度分布不均衡而产生的弯矩也很小，因此可以不用考虑许用弯曲应力，所以轴的强度只
17、按扭矩进行计算。本设计装置的轴的输入扭矩在10NM计算见后以下，根据轴的扭转强度条件公式5T20/95500003TTDNPWT（31）可以通过转化变换为下面的形式NPDT201055963（32）式中T扭转切应力，单位为MPA；T轴传递的转矩，也是轴承受的扭矩，单位为NM；WT轴的抗扭截面系数，单位为MM3N轴的转速，单位为R/MINP轴传递的功率，单位为KW；D计算截面处轴的直径，单位为MM；T许用扭转切应力，单位为MPA当轴截面上有一个键槽时，轴径应增大5；当有两个键槽时，轴径应增大10。本设计中的磁流变液阻尼器转轴的最小允许轴径可以通过下面式子计算确定DMIN9121010352051
18、20363MAX3TTT考虑到轴承的选择，这里D18MM图31阻尼器转轴设计图转轴设计成阶梯对称结构，通过平键与动力源的联轴器相连接，接受从跑步传来的动力；通过平键与阻尼盘连接，并用轴肩定位；并且通过平键与连轴器连接。312阻尼结构的设计（1）材料的选取壳体和阻尼盘为阻尼器磁路回路的主要部分，在磁路设计中应选磁导率较高的软磁材料，但又考虑到价格及取材的方便等因素，所以选择45钢材。（2）设计6阻尼转矩的大小与盘的直径有很大的关系，本设计的阻尼盘的有效直径为R60120MM，同时为防止离心力作用而产生的磁流变液体颗粒沉淀，在阻尼盘的外缘周加上4个对称的销子，可起到搅拌作用。壳体的最大外径为230
19、MM。313轴承的设计磁流变液阻尼器的转轴，主要承受的是径向的切应力，轴向通过挡圈和轴肩固定，所以应选滚动轴承。滚动轴承的选择主要遵循以下标准1只承受径向力的轴承，一般选择向心球轴承；同时承受径向力和轴向力的轴承，一般选择角接触球轴承；只受轴向力但转速较高的，可选用角接触轴承轴向力比径向力小很多时，也可以选择向心球轴承；只承受轴向力或轴向力占比例较大时，可选择推力球轴承与向心球轴承的组合。2转速较高、载荷较小或要求精度较高时，可以选用球轴承；转速较低、载荷较大或有冲击载荷时，可以选择滚子轴承。3为便于装拆和调整间隙，宜选用外圈可分离的圆锥滚子轴承。根据载荷要求以及轴的结构尺寸，选择向心球轴承因
20、为转轴与轴承相联处的直径为25MM，查机械设计手册，得选取的球轴承尺寸为外径D47MM，轴向宽度B12MM。型号为7005C根据轴承寿命计算公式6310CL60NP（33）式中L轴承的基本额定寿命，单位为小时；C基本额定动负荷；P当量动负荷；N轴的转速；轴承的工作寿命一般不得低于10000小时，将所选择的轴承7005C的参数代入计算可知，所选轴承的寿命满足要求。314密封的设计密封材料应满足密封功能的要求。由于被密封的介质不同，及设备的工作条件不同，要求材料具有不同的适用性。对材料的要求是材料致密性好，不易泄漏介质；压缩性和回弹性好，永久性变形小；有适当的机械强度和硬度；7高温下不软化、不分解
21、，低温下不硬化、不脆裂；摩擦系数小，耐磨性好；具有与密封面贴全的柔软性；耐老化性好，经久耐用；抗腐蚀性能好，在酸、碱等介质中能长期工作，其体积一硬度变化小，且不粘附在金属表面上；加工制造方便，取材容易，并且价格便宜。根据密封偶合面相对运动关系，可分为静密封和动密封。静密封包括橡胶垫片、密封胶等。动密封包括O型环密封、密封环、油封等；在本文设计的结构中既有静密封又动密封。在铜质保护圈和壳体之间采用静密封中的密封胶进行密封。为了严防磁流变液的泄漏，可采用O型环和油封进行密封。315轴承隔磁环为了防止磁力线沿壳体进入轴承，从而使轴承带磁，造成轴承旋转时，额外转矩的增大，因此在壳体与轴承之间加入铜质隔
22、磁环，保证轴承免受磁场的作用。316线圈保护圈为防止阻尼盘在旋转过程中，磁流变固体颗粒对线圈造成磨损，特加一铜质保护圈，以防磁流变液和线圈直接接触。317阻尼间隙H的确定为了使磁流变液产生较强的流变效应，必须使其处于磁场强度为几十到二三百千安/米的空间中。根据磁路欧姆定律可得，线圈所产生的磁场在间隙H内随着间隙的增加而减少，所以应在允许的条件下，尽可能的减小壳体与阻尼盘间的间隙。但是，根据上述可知，零磁场粘性阻尼转矩随着壳体与阻尼盘间隙H的减小而增大很快，为了增大阻尼器的可调倍数，阻尼间隙不能过小，一般取0520MM。32回转式磁流变阻尼器的磁路设计321磁路设计基本原理欧姆定律是用来分析磁路
23、中磁通量与动势之间的关系、计算励磁线圈的励磁电流与磁场强度关系的基本公式，是一切电磁器件设计和制作的基础。8图32环形铁芯磁路图图32所示的是由环形铁芯构成的磁路，假设铁芯的横截面积为S，励磁电流为I，励磁线圈为N匝，磁路平均长度为L，铁芯的磁场H处处均匀近似，则由安培环路定律LHDLI（34）可得HLIN（35）即INHL（36）上式中乘积IN称为磁动势，乘积HL称为磁压降。物理意义为，中的磁场强度等于作用于磁路单位长度上的磁动势。由磁感应强度关系式BH和磁通量公式BS，得ININHSSLL/S（37）式中为铁芯的磁导率。令MLRS（38）则MINR（39）9式中RM，称为磁阻，表示物质对磁
24、通通过的阻碍作用，由式子可以看出，磁导率越高，磁路的横截面积S越大，磁路L越短，则磁阻RM越小。322励磁线圈由于阻尼器的结构是轴对称的，分析和计算时只考虑一半，在图33磁路回线的环外空气中还存在一些磁通量，称为漏磁通，它是从主磁路中散逸出来的。由于45钢的磁导率比空气大得多，漏磁通很小很小，可以忽略不计。如忽略漏磁通的影响，励磁线圈产生的磁力线行走路线如下图所示阻尼盘（区域5）经右侧阻尼间隙磁流变液（区域4）达到右壳体（区域3、2），沿壳体上缘（区域1）穿过左壳体（区域2、3），进入左侧阻尼间隙的磁流变液（区域4）后，又回到阻尼盘，从而组成一个闭合回路。图33磁场分布简图10图34磁路结构尺
25、寸图从上述小结的分析看出，如果忽略漏磁，依图34所示的磁路结构尺寸图，根据磁路基本定理，可得各部分磁阻。区域1的磁阻URRLLR342527114489区域2的磁阻ULRRRRR33636237489区域3的磁阻URRLLR32222437623区域4（间隙）的磁阻022244URRHR1325804区域5的磁阻URRLR1222455303式中04107H/M，为空气的磁导率，R0为外壳和阻尼盘材料的磁导率，R为相对磁导率，取为2000。11磁路总磁阻为RMR12R22R32R4R52761624根据磁路欧姆定律00MNIBSR计算所需的磁动势NIB0S0RM900式中表示磁路中的磁通量；B
26、0表示壳体与阻尼盘间的间隙内的磁感应强度；S0表示间隙的磁通面积。从上述结果说明，间隙内的磁阻比其它地方的磁阻都大得多，励磁线圈产生的磁动势主要用来克服间隙中的磁阻。假设在励磁线圈中的励磁电流是20A，线圈匝数定为500匝。阻尼器工作时，线圈中产生的工作电流，因为线圈材料本身具有一定的阻抗，所以会消耗一定的功率，这部分消耗的功率是阻尼器主要消耗的功率。所以，选择低电阻率的材料既可以减小线圈功耗，又能方便增加线圈匝数以增强磁通，使得阻尼器能够长期稳定工作。综合考虑，选择直径为10MM的漆包线作为线圈材料。根据导线电阻和电阻率间的关系LRS（310）计算得到线圈电阻为R5式中S线圈材料铜丝的直径；
27、线圈材料的电阻率；L线圈的总长度，L2NR；R线圈环绕的半径；N线圈匝数。铜材料在常温下的电阻率为17X108欧姆米。当最高工作电流为20A时，根据定律2PIR（311）计算得到线圈的最大发热功率为P20W由此可得，阻尼器的功耗很低，完全满足要求。12323励磁线圈的制作工艺励磁线圈的作用是产生工作所需的磁场强度，它的缠绕匝数应该按照不同的磁流变阻尼器的工作磁场计算得到。即要保证由磁路欧姆定律计算得的磁动势IN满足磁通量的要求，又必须协调线电流大小、圈缠绕匝数以及线径等因素之间的关系。为避免线圈产生过大的热量，导致线圈过热而引起短路，应选择大线径的铜导线。并且，线圈的绕制过程应尽可能绕得均匀，
28、只有这样，才能保证线圈周围的磁场强度分布均匀，同时应将绕制好的线圈在绝缘清漆中浸泡35小时，然后恒温烘干，以防短路。1左轴承端盖2注油孔3左壳体4铜圈5励磁线圈6右壳体7油封8轴承9轴套10轴11键12阻尼间隙13阻尼盘14橡胶圈图34阻尼器组装图134跑步机的传动主轴的设计计算当人在跑步机上跑步或走路时，跑步机所承载的重量是人体重的0825倍，本设计的跑步机的重量上线为100KG，因此设计的载重量为1002102000N根据普通机械式跑步机的原理，人在上面跑步时产生的最大功率不超过1000W，本设计就以上限1000W的功率设计。根据一般情况，人在跑步机上的最大速度为8M/S。因此可以根据公式
29、。，RVW2WN得出MIN/60143204082RRVN19108R/MINV主轴的线速度，单位M/SW主轴的角速度，单位R/SN主轴的转速，单位R/MINR跑步机前滚筒的半径，单位M。（滚筒直径为80MM，设计见后面）为了便于计算，设计的主轴转速为2000R/MIN。扭矩TME9550P/N5NM41主轴的设计计算初步选择两端直径为18MM的轴，材料为45钢，经调制处理。如下图所示图41跑步机的主轴主轴的参数如下总长L640MM；两端直径D18MM；键槽尺寸为628MM；抗拉强度极限640BMPA；屈服强度极限355SMPA；许用扭转切应力T45MPA14轴的强度校核计算该轴快速转动时产生
30、较大扭矩，还受到不大的弯矩，则强度校核按扭转强度条件计算。轴的扭转强度条件为T20/95500003TTDNPWT式中T扭转切应力，单位为MPA；T轴传递的转矩，也是轴承受的扭矩，单位为NM；WT轴的抗扭截面系数，单位为MM3N轴的转速，单位为R/MINP轴传递的功率，单位为KW；D计算截面处轴的直径，单位为MM；T许用扭转切应力，单位为MPA。由上式可得轴的直径NPDT20105596381M18MM所以18的直径符合强度要求，并且有余量。42主轴轴承的选择计算轴承类型角接触球轴承，轴承代号7204C轴承参数轴承内径20MM，轴承外径47MM，轴承宽度14MM，额定动载荷145KN，额定静载
31、荷822KN，极限转速13000R/MIN，润滑方式脂润滑。工作参数径向载荷1KN载重量2000N，两边轴承各承受1000N的力。轴向载荷0，使用寿命30000，工作转速2000R/MIN，载荷系数15。155外型结构的设计51基架的设计为了确保整个系统的稳定性和减震系统的有效性，本设计的基架采用螺栓紧固组装式结构。整个设计的基础是基架的设计，也是其他设计的基准。支架，滚筒以及其他部件的选择，都是依据基架的尺寸和形状设计的，所以设计跑步机时首要考虑基架的设计，进行样式、结构，还有尺寸的确定。主要是通过调查研究，研究现有的市场上的跑步机的基架结构的主流设计，在此基础上进行同自己设计思路的结合，设
32、计出合理的结构。在尺寸的确定方面参考了人体运动工学推算，500MM宽1047MM跑带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑前后滚筒的位置，支架连接的位置等等。在设计中特意将两边框设计了足够的宽度，以此为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外也为万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。16图51跑步机基架设计图基架的机构具体设计参数基架的总长为1200MM，该长度符合当前跑步机的长度设计。左右基架的厚度为32MM，材料为空心矩形钢管。左右基架通过连接杆和螺母固定，连接杆为直接25的钢管，两端是直径为M16螺栓结构。螺母
33、采用M16六角螺母，螺母参数M148、S24、E2675螺母前垫有垫圈，垫圈选用平垫圈，参数公称尺寸D16、D117、D230、H3。基架中设有支架连接孔，用于基架和支架的连接。基架前后各有圆孔，用于前后滚筒的安装。52支架的设计支架设计采用简洁的方式通过焊接矩形空心钢管，设计出如下图所示的基架模型，在前端有跑步机扶手，低部设计有4个橡胶套，材料是有较好弹性和耐磨的橡胶，具有一定的减震缓冲作用，该支架虽然结构简单，非常坚固实17用，足以承受跑步时受的力。图52跑步机的支架具体参数如下支架的长、宽、高分别为524、678、1300；单位MM底部是橡胶套长宽高484854，厚度为4；单位MM186
34、前后滚筒的设计61前滚筒设计跑步机的前滚筒，包括圆管、轴承、钢套。钢套的径向凸起与圆管固定连接，轴向凸起与圆管内壁具有间隙。滚筒采用钢套采用轴向凸起和径向凸起均与圆管紧密配合的效果，工序少，成本低。钢套的径向凸起通过其上的外环面与圆管内壁固定连接其径向凸起通过其上的外环面及侧环面与圆管内壁固定连接其径向凸起通过其上的测环面与圆管侧壁固定连接。在滚筒内设有填充物，该填充物为塑胶套筒，其内表面与轴向凸起固定连接，外表面与圆管内壁固定连接。圆管在靠近钢套径向凸起侧环面处设有倒角，填充物对应的设有与填充该倒角的填充凸起。62前滚筒与主轴的连接钢套内壁通过键与跑步机主轴连接。主轴的两端各有一个轴承，轴承
35、内圈由挡圈和圆螺母（图中称锁紧螺母）轴向固定，轴承外圈有轴承套轴向固定。图61前滚筒、跑步机主轴、键、轴承间的装配具体参数如下圆筒的参数直径为80MM，长度为520MM，外圆的全跳动小于033MM，采用8MM壁厚的优质铝合金管，光洁度达到08以下。防静电处理。圆筒外部经防锈处理。键的参数选择普通平键连接，材料选用45钢，公称尺寸BH66,深度（轴T35，毂T128），长度选28MM。轴套的参数D20，D30，H65，单位MM；材料为35钢、不经热处理及表面处理。19圆螺母的参数D20，M8，单位MM。63后滚筒的设计跑步机的后滚筒，包括圆管、轴承、旋转轴、经冲压一次成型的相同壁厚的有帽钢套。有
36、帽钢套的径向凸起与圆管固定连接，轴向凸起与圆管内壁具有间隙。滚筒采用有帽钢套采用轴向凸起和径向凸起均与圆管紧密配合的效果，工序少，成本低。有帽钢套的径向凸起通过其上的外环面与圆管内壁固定连接其径向凸起通过其上的外环面及侧环面与圆管内壁固定连接其径向凸起通过其上的测环面与圆管侧壁固定连接。在滚筒内设有填充物，该填充物为塑胶套筒，其内表面与轴向凸起固定连接，外表面与圆管内壁固定连接。圆管在靠近有帽钢套径向凸起侧环面处设有倒角，填充物对应的设有与填充该倒角的填充凸起。图62后滚筒的设计图具体参数如下圆筒的参数圆管的外径D50MM，长度L500MM；全跳动小于025MM，采用3MM壁厚的优质钢管，光洁
37、度达到08以下。防静电处理。圆筒外部经防锈处理。轴承的参数选择角接触球轴承，轴承代号7003C轴承内径17MM，轴承外径35MM，轴承宽度10MM，额定动载荷660KN，额定静载荷385KN，极限转速16000R/MIN，润滑方式脂润滑。锁紧螺母的参数D17，D23，H3，单位MM。后滚筒的制造方法如下圆管选择一根制造标准的圆管选择一个中间有圆孔的圆形钢板，使用冲压机沿钢板圆孔中心进行冲压，使其制成有帽钢套将有通孔的塑胶套使用挤压机挤入到有帽钢套的轴向凸起的外表面；再将上面的有帽钢套使用挤压机将有帽20钢套的轴向凸起挤入到圆管内，仅径向凸起上的径向凸起侧环面与圆管匹配，从而使圆管内壁与有帽钢套
38、及塑胶套筒紧密配合不松动；最后，使用焊接设备对圆管及有帽钢套在侧表面的结合处进行焊接处理，进而使圆管与有帽钢套更加稳定。该滚筒有很多特点有帽钢套上的轴向凸起没有与圆管内壁接触，而是采用填充物对圆管内壁进行接触，而填充物进而又与轴向凸起进行接触，这样轴向凸起就无需具有较高的精度，而填充物是采用自动塑胶机一模成型，精度可以满足要求，故该填充物与轴向凸起配合就可以取代原有帽钢套的高精度的轴向凸起，这样降低加工成本。另外，本滚筒采用较薄的有帽钢套和塑胶套筒取代现代化的较厚的有帽钢套，故使得成本降低。再则，该填充物不要抗拉、抗弯，只是受挤压，不存在破裂。该圆管上加工出一个倒角，这样的倒角能卡住填充物的凸
39、起从而限制填充物的运动，这样防止填充物在加工或者运动中脱落。217跑步板及跑步带71跑步板的选择跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成的。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命要求要高；又可随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，避免静电对人体的不适和对跑步机造成的损害。本跑步机基板选由高密度纤维板制作。使用高密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好，本身也提供一部份的吸震功能，导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效
40、果更好，更耐磨。考虑到成本较低，本跑步机选用前者方法制作。72跑步带的选择跑带要求具有双层粘合跑带，具有较高的传导性，跑步带要求国际防滑型，运动时安全可靠。跑步机，其实就是提供一个跑步的面积，所以跑步带面积的大小选择非常重要，左右宽度及前后长度都要够，否则无法自然迈开步伐，导致跑起來弯扭不顺畅，更容易跌倒。根据人体运动工学推算，500MM宽1047MM长，应是一个合宜的参考面积，本跑步机选择以上尺寸的跑步带。228缓冲减震装置缓冲减震装置对运动者来说非常重要，好的缓冲减震装置可以很大的减少震动时对膝盖的伤害。本减震装置是一种结构简单、制作方便，既可以起到支撑的作用，又有良好的减震效果。结构包括
41、支撑架，活动轮，弹性棒组成。支撑架为弹簧钢板，弹簧钢板下端固定有活动轮，并且弹簧钢板下端固定有起到缓冲作用的弹性棒。具体结构如下图所示弹簧钢板的上端水平，下端为水平支脚架，中间为连接固定部和支脚部德斜体弹性部。弹性钢板固定部有用于固定的孔，弹簧钢板的两侧各有肋板，有用安装活动轮。弹性棒放置在支脚部的上表面。弹簧板支脚部有通孔，孔内固定有螺栓，弹性棒中间有空，用于固定在螺栓上。弹性棒的材料为硅胶弹性体。该减震装置的优点采用弹簧板做为主体，在弹簧钢板和基架之间设置硅胶弹性体，构成了稳定的三角结构，硅胶弹性体和弹簧钢板都具有良好的弹性。这样，既可以起到支撑跑步机的作用，又具有良好的缓冲效果。图81跑
42、步机的缓冲减震装置23参考文献1濮良贵主编机械设计第七版北京高等教育出版社,20012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，19993孙恒主编机械原理第七版北京高等教育出版社，20064王晓光，武永强考虑人因工程学的椭圆机设计工程图学报，2007,115张登友，鲁嘉，刘奇等磁流变阻尼器的研究及应用现状J2008036汪建晓，孟光磁流变液装置及其在机械工程中的应用J机械强度，2001，017崔治磁流变液装置研究及其在非球面研抛中的应用D2009058苏会强基于磁流变液的回转式阻尼器及其性能研究D20079GBOSSIS,SLACIS,AMEUNIER,OVOLKOVA,MAGN
43、ETORHEOLOGICALFLUIDS,JOURNALOFMAGNETISMANDMAGNETICMATERIALS,VOLUME252,NOVEMBER2002,PAGES22422810JAEHWANKIM,KYOUNGMIPARK,MATERIALCHARACTERIZATIONOFMRFLUIDATHIGHFREQUENCIES,JOURNALOFSOUNDANDVIBRATION,VOLUME283,ISSUES12,6MAY2005,PAGES12113311徐拥军，宛霞跑步机在中国健身器械行业发展历程的探究J2009212蔡永飞，周瑾，徐龙祥等磁流变液阻尼器在磁悬浮轴承中的应用
44、J2010，213TJAHJOPRANOTO,KOSUKENAGAYA,YOSHIAKIEBARA,QUANQILONGVIBRATIONSUPPRESSIONDEVICEUSINGPERMANENTELECTROMAGNETANDMRFSHEARDAMPER200714MONAKRISTINAASLUND,ROLFMOENILSSENTREADMILLWALKINGWITHBODYWEIGHTSUPPORTEFFECTOFTREADMILL,HARNESSANDBODYWEIGHTSUPPORTSYSTEMS200815陈德军跑步机的缓冲减震装置P中国201020257817420100716郑胜巨跑步机滚筒P中国2010201146597201002
