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文檔簡介
1、<p><b> 摘 要</b></p><p> 生命在于運動,健康源于運動。跑步是目前非常流行的一種有氧健身運動,它在醫(yī)學界和體育界享有高度評價,它是保持一個人身心健康最有效、最科學的健身方式。</p><p> 跑步機是家庭及健身房常備的器材,而且是當今家庭健身器材中最簡單的一種,是家庭健身器的最佳選擇。專家們相信未來跑步機市場將以高價位產品為主
2、導。低價位產品銷售不錯,近幾年價格已有上升趨勢。注重生活時尚的消費者認為跑步機價格在萬元以上是理所當然的事。這些跡象表明,未來跑步機仍會持續(xù)增長。此次設計的任務為使用作圖軟件進行電動跑步機機械部分的零件建摸,結構設計,產品的裝配。設計包括支架,基架,滾筒,跑步板,跑步帶等,設計中參考了國內外各品牌結構和樣式,對傳動機構和執(zhí)行機構進行了精確計算,對各構件進行校核檢驗,而且設計中重點突出了減震系統(tǒng)的重要性和跑步板防靜電的功能性,根據(jù)所學機械
3、設計學知識,利用人機學原理,使設計更為人性化。由于跑步機的特殊性,安全問題更值關注,如何正確使用跑步機,和跑步機的保養(yǎng)同樣重要。設計過程中使用Caxa進行裝配圖和零件圖的繪制。</p><p> 關鍵詞:總體結構;傳動機構;減震系統(tǒng);跑步板;跑步機使用;多功能設計</p><p><b> Abstract</b></p><p> Li
4、fe is movement, movement from health. A kind of aerobic exercise currently very popular - running, In the medical profession and the sport enjoys a high rating, It is to keep a person well-being the most effective way of
5、 scientific fitness, but also increasingly being loved.</p><p> The race apparatus is the family and apparatus always on the alert of gymnasium, and the simplest one in the body-building apparatus of the cu
6、rrent family, it is the best choice of the family building up body device. The experts believe the race apparatus market will take high price products as the leading factor in the future. Low price products sell too good
7、, price in recent years had the tendency to rise. Pay attention to consumers with fashionable life and think the price of the race apparat</p><p> Key words:Overall structure;Main transfer machinery;Damping
8、 system;Run board;Run , machine use;Muti-function design</p><p><b> 目 錄</b></p><p><b> 摘 要I</b></p><p> AbstractII</p><p><b> 第1章 緒
9、論1</b></p><p> 1.1 設計題目背景1</p><p> 1.2 研究意義1</p><p> 1.3 國內外相關情況2</p><p> 1.4 選題意義3</p><p> 第2章 總體方案設計4</p><p> 2.1 主要技術參數(shù)及要
10、求4</p><p> 2.1.1設計內容包括4</p><p> 2.2.2主要技術參數(shù):4</p><p> 2.2 總體方案選擇及評價4</p><p> 2.2.1基本功能4</p><p> 2.2.2設計任務抽象化5</p><p> 2.2.3確定工藝路線
11、5</p><p> 2.2.4構造設計5</p><p> 2.2.5功能分解5</p><p> 2.3 確定邊界條件6</p><p> 2.3.1邊界條件6</p><p> 2.3.2方案評價6</p><p> 2.4 跑步系統(tǒng)設計7</p>&
12、lt;p> 2.5 坡度調節(jié)及折疊系統(tǒng)設計8</p><p> 2.6輔助鍛煉系統(tǒng)9</p><p> 2.7總體結構布局9</p><p> 第3章 電動機類型與參數(shù)的選擇11</p><p> 3.1 動力機的類型選擇11</p><p> 3.2 總傳動比計算及傳動比分配11<
13、/p><p> 3.3 選擇動力機功率12</p><p> 3.4 確定電動機轉速12</p><p> 3.5 各軸轉速、功率及轉矩的計算13</p><p> 第4章 傳動系統(tǒng)設計計算14</p><p> 4.1帶傳動設計計算14</p><p> 第5章 執(zhí)行系統(tǒng)設計
14、19</p><p> 5.1 軸的設計計算19</p><p> 5.1.1軸結構的設計19</p><p> 5.1.2強度計算20</p><p> 5.2 滾動軸承的選擇及壽命驗算23</p><p> 5.2.1.滾動軸承的選擇23</p><p> 5.2.2
15、.軸滾動軸承壽命驗算23</p><p> 5.3 鍵聯(lián)接的選擇和驗算23</p><p> 5.3.1.鍵聯(lián)接的類型和尺寸選擇25</p><p> 5.3.2.對電機軸上鍵聯(lián)接的強度校核25</p><p> 5.4滾筒要求25</p><p> 第6章 跑步板及跑步帶設計26</p&g
16、t;<p> 6.1 跑步板26</p><p> 6.2 跑步帶27</p><p> 6.3 跑帶調整:兩個螺栓調整法28</p><p> 6.4 跑臺潤滑油的填加29</p><p> 第7章 人機學設計31</p><p> 7.1 人體尺寸百分位數(shù)運用的基本原則31&l
17、t;/p><p> 7.2 電動跑步機的人機工程設計32</p><p> 第8章 外型結構設計36</p><p> 8.1 基架的設計36</p><p> 8.2 支架的設計36</p><p> 8.3 前后罩37</p><p> 第9章 避震系統(tǒng)的設計38<
18、/p><p> 第10章 多功能設計39</p><p> 10.1 扭腰盤設計39</p><p> 10.2 連接結構設計39</p><p> 10.3 旋轉結構設計39</p><p> 10.4 仰臥起坐架的設計40</p><p> 第11章 驗算各折疊部分是否發(fā)生
19、干涉現(xiàn)象40</p><p> 第12章 使用和維護41</p><p> 12.1.跑步機的維護與保養(yǎng)41</p><p> 12.2 跑步機使用方法和注意事項41</p><p> 第13章 總結43</p><p> 參 考 文 獻42</p><p><b&g
20、t; 致 謝43</b></p><p> 附錄Ⅰ 英語資料原文45</p><p> 附錄Ⅱ 中文譯文51</p><p><b> 緒 論</b></p><p><b> 設計題目背景</b></p><p> 電動跑步機,是近年來國際
21、流行的大眾健身器材,通過電機帶動跑帶使人以不同的速度被動地跑步。由于電動跑步機上的電子輔助裝備功能非常多,鍛煉者可體驗不同的跑步環(huán)境,如平地跑、上坡跑、變速跑等,可以根據(jù)自己的鍛煉目的進行鍛煉。跑步機在健身者運動時能顯示出跑步時的速度、時間、心率、熱量、節(jié)拍、距離等指標,使健身者能夠隨時根據(jù)自身的身體狀況調節(jié)訓練強度。</p><p><b> 研究意義</b></p>&l
22、t;p> 跑步機屬于健康器材類產品,由于跑步機驅動電機必須滿足各種體重的人來使用。一般使用跑步機的目的有兩種:健身和減肥瘦身;如果是減肥瘦身的人來使用,因為身體較肥胖,跑不快,因此驅動電機的低速必須轉矩大才能使用。相反的,健身的人跑步快,但是重量輕,因此高速時的轉矩需求較??;跑步機必須滿足家庭成員每一個人都能使用,因此調速范圍要寬廣,低速轉矩要大,才能滿足不同重量的人。目前跑步機使用的驅動裝置以直流有刷電機為多,優(yōu)點是價格便宜。
23、</p><p> 跑步機雙面寬厚的跑帶讓人有草坪般舒適感覺,馬力強勁的電機帶來恒久的動力,靈敏的控制器配合芯片讓人在跑步過程中隨心所欲,堅固的鋼架以及防護裝置使人的安全盡在掌握。電跑使人們在繁忙的工作之余仍然可以盡享運動的樂趣。</p><p> 通過這次畢業(yè)設計可以更好地檢查大學四年來我們所學的基礎知識、專業(yè)知識和實際操作能力;通過設計,我們可以更好的把課本所學的知識運用到實際操作
24、中,而且可以鍛煉我們的創(chuàng)新能力。</p><p><b> 國內外相關情況</b></p><p> 1996年之前,電動跑步機都是國外產品,進入家庭的大都是由自行車廠改制的生產廠制造的機械跑步機,國人對價格幾萬乃至十幾萬元的進口電動跑步機望而生畏。</p><p> 1993年以后,隨著國際產業(yè)結構的調整,韓國企業(yè)向我國轉移,首先是山東
25、祥和集團公司利用該地區(qū)電機、控制電源生產的優(yōu)勢,于1994年組建了專廠,通過充實機加工能力,結合國內外信息,祥和集團于1995年生產出了全部為自制部件的家用電動跑步機,并于次年的南昌體博會上參展。被譽為第一個民族品牌的匯祥電動跑步機,當年產量達到七千臺,銷量達到五千臺,開了生產國產電動跑步機的先河。</p><p> 通過不停的技術改造,到2004年達到了年產十萬臺的生產能力,同年銷售跑步機4.8萬臺,產值93
26、60萬元,銷售收入7200萬元,同時完成了ISO9001及歐盟CE認證,并被評為山東名牌產品。</p><p> 匯祥電動跑步機為擴大生產規(guī)模,合理利用生產資源,先后為一些國產企業(yè)貼牌生產,極大地提高了電動跑步機的國產占有率,也為眾多企業(yè)提供了發(fā)展樣品,帶動了整個行業(yè)的蓬勃發(fā)展。</p><p> 目前,生產電動跑步機的企業(yè)集中在長江三角洲、山東半島及粵、閩沿海地區(qū),總數(shù)約為50余家,
27、其中具備規(guī)模的約為15家,而合資、獨資企業(yè)約占50%。</p><p><b> 選題意義</b></p><p> 本次論文的題目主要來源于實際的生產生活中。</p><p> 電動跑步機設計是時代和人民生活水平發(fā)展所需,非常具有現(xiàn)實意義。有力推進全民健身,拉動體育消費的,有效地帶動了體育產業(yè)的長足發(fā)展,對提升中國體育用品公眾認知度具有
28、深遠意義,對包括電動跑步機在內的體育用品業(yè)的發(fā)展,對促進體育用品業(yè)行業(yè)的整體提升,構筑規(guī)模效益,進入全球市場,都將提供一個大舞臺。</p><p><b> 總體方案設計</b></p><p><b> 主要技術參數(shù)及要求</b></p><p> 2.1.1設計內容包括</p><p>
29、 跑步機跑步系統(tǒng)設計;</p><p><b> 坡度調節(jié)系統(tǒng)設計;</b></p><p><b> 折疊系統(tǒng)設計;</b></p><p><b> 輔助鍛煉系統(tǒng)設計。</b></p><p> 2.2.2主要技術參數(shù):</p><p>
30、1、馬力:4-6匹馬力交流電機;</p><p> 2、坡度升降調節(jié)范圍:0—15o ;</p><p> 3、速度范圍:5—12公里/小時;</p><p> 4、占地面積:面積450~550毫米×1500~1600毫米;</p><p> 5、凈重:小于200公斤;</p><p> 6、電機:
31、跑步機專用可調電機;</p><p> 7、人機學:符合人機學;</p><p> 8、特制緩沖墊,起到減震效果;</p><p> 9、安全性:安全鑰匙緊急停止開關和安全帶。</p><p><b> 總體方案選擇及評價</b></p><p><b> 2.2.1基本功能&
32、lt;/b></p><p> 設計一臺電動跑步機就是構建一條運動的跑道(跑步帶),跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反,使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉,實現(xiàn)跑步機的功能,通常使用直流電動機驅動對跑步帶進行驅動,控制速度,直流電動機通過半導體功率器件,使用脈沖寬度控制(PWM)方式實現(xiàn)調速。設計添加坡度調節(jié)系統(tǒng)和折疊系統(tǒng),實現(xiàn)坡度調節(jié),并能進行折疊以方便存放。</p><p>
33、 2.2.2設計任務抽象化</p><p> 本次設計的任務是根據(jù)跑步者需要進行不同速度的跑步運動。并能實現(xiàn)多項健身運動。根據(jù)上述條件繪制黑箱如圖2-1。</p><p> 2.2.3確定工藝路線</p><p> 本設計的工藝路線即從系統(tǒng)接到開始信號,驅動動力源,動力源通過傳動系統(tǒng)把運動和動力傳遞給執(zhí)行機構.根據(jù)以上過程繪制工藝路線圖,如圖2-2。</
34、p><p><b> 2.2.4構造設計</b></p><p> 實現(xiàn)跑步機各項功能,動力系統(tǒng)連接傳動系統(tǒng)連接執(zhí)行系統(tǒng),包括坡度調節(jié)系統(tǒng),折疊系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)。</p><p><b> 2.2.5功能分解</b></p><p> 跑步機功能分解如下表</p><p>
35、 表2.1跑步機功能分解</p><p> 對機器的動力功能,傳動功能,執(zhí)行功能進行功能分解。功能分解的目的是有更多的方案解用來參考,以便找到最優(yōu)的設計方案。</p><p> 動力功能 傳動功能 執(zhí)行功能</p><p><b> 確定邊界條件</b></p><p> 2.3.1邊界條件溫度合適,環(huán)境
36、潔凈,控制噪音,體積適中,動力自動調節(jié),節(jié)省能源。</p><p><b> 2.3.2方案評價</b></p><p> 1.執(zhí)行機構的動力源</p><p> 考慮到本機器為小型非重載的機械,所以從方便簡單啟動考慮選擇電動機提供動力。</p><p><b> 2.執(zhí)行系統(tǒng)傳動</b>&
37、lt;/p><p> 首先考慮帶傳動,因為帶傳動適用于非重載遠距離的機械中,制造和設計比較容易是比較理想的傳動機構。帶傳動即可實現(xiàn)準確降速進而較容易的實現(xiàn)機構所需的速度。</p><p><b> 3.啟停制動功能</b></p><p> 此功能是為了操縱本機械的人能夠不用切斷電源的情況下實現(xiàn)執(zhí)行系統(tǒng)的啟動和停止。選擇電腦程序的控制,操作選
38、用觸摸屏。急停按鈕采用傳統(tǒng)按鈕形式。</p><p> 4.總結出設計最佳方方案,方案解如表2.2</p><p> 表2.2 最佳方案解</p><p><b> 跑步系統(tǒng)設計</b></p><p> 跑步系統(tǒng)由支架,電機,電控系統(tǒng),帶輪,多楔帶,滾筒,軸,軸承,跑帶,安全防滑道,安全帶等部分組成,電控系統(tǒng)控
39、制電機旋轉帶動帶輪轉動,通過帶傳動,實現(xiàn)一級變速。機器開始運行后跑帶帶動人在其上奔跑。通過兩滾筒間距調節(jié)預緊跑帶。跑帶采用防滑帶,帶兩側設有防滑道,系統(tǒng)設置急停開關,以防止意外發(fā)生。跑步機是由電機帶動,則跑步者須與跑帶節(jié)奏保持一致,在跑步時出現(xiàn)意外,要迅速的使跑步帶停下來,所以在跑步機設計時要盡多的考慮安全問題。</p><p><b> 圖2-3跑步系統(tǒng)</b></p>&
40、lt;p> 坡度調節(jié)及折疊系統(tǒng)設計</p><p> 坡度調節(jié)系統(tǒng)采用杠桿原理,手輪轉動帶動齒輪轉動,然后將旋轉運動傳給齒條作直線運動,在與調節(jié)杠桿連接處施力,調節(jié)桿桿支點固定在跑步機支架上,通過桿機構調節(jié)實現(xiàn)坡度調節(jié),原理圖如圖2-3。圖2-4所示為折疊前后機構極限位置。</p><p> 圖2-4坡度調節(jié)及折疊機構</p><p><b>
41、 =</b></p><p> 圖2-5折疊前后示意圖</p><p><b> 2.6輔助鍛煉系統(tǒng)</b></p><p> 輔助鍛煉系統(tǒng)包括扭腰盤旋轉機構和仰臥起坐架,圖四是扭腰盤旋轉機構</p><p> 圖2-6 扭腰盤旋轉機構</p><p><b>
42、2.7總體結構布局</b></p><p> 整體布局結構要緊湊,在整體部局上要符合人機工程學原理。如圖5所示。</p><p> 圖2-7 總體結構布局圖</p><p> 圖2-8 總體布置簡圖</p><p> 綜上所述:設計的多功能電動跑步機主要由機架、電動機、可調電源、跑步皮帶及儀表控制盤等組成,其特征在于框架
43、與支架垂直連接,前軸與后軸分別裝在框架的兩端,前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上,跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上,跑步皮帶下裝有支撐跑步板,從動皮帶輪緊裝在前滾筒的一端,電動機、可調電源,安裝在框架的前端,控制傳感器裝在電動機上,速度傳感器安裝在緊靠在從動皮帶輪的框架上,皮帶調節(jié)螺栓一端連接在電動機外殼的孔板上,另一端連接在焊接于框架前端的孔板上,跑步機扶手架安裝于支架的頂端,儀表控制盤安裝于扶手架上。傳動方式采用帶傳動機構,傳動級為
44、一級。跑步機配有坡度調節(jié)裝置,可實現(xiàn)坡度調節(jié),同時結合折疊功能的二合一設計。同時在支架上安有扭腰盤和伏地挺身架使機器實現(xiàn)其多功能性。</p><p> 電動機類型與參數(shù)的選擇</p><p><b> 動力機的類型選擇</b></p><p> 根據(jù)工作負荷的大小和性質、工作機的特性和工作環(huán)境等選擇。當人在跑步機上跑步或走路時,由于產生動
45、量,跑步機所承載的重量是人體重的1~2.5倍,而電動機動力在這樣的載重量下,能滿足并維持所選擇的速度,讓人可以在跑步機上走跑自如。通常跑步機一個馬力(1馬力=736W)大概可提供50~60公斤的承載重量,但跑步帶面積大小也和跑步機馬力有相當直接的關系,跑步機的馬力越大,可以帶動的跑步帶面積也越大,所以衡量效率及安全性后,一般建議,跑步機合宜的持續(xù)馬力應該至少1.5馬力以上,如果人的體重有超過80公斤,則應選2.0持續(xù)馬力以上的跑步機。&
46、lt;/p><p> 此跑步機設計標準為100公斤,則電動跑步機轉用電動機—ZYT42型永磁直流電動機該型電動機系大功率跑步機中配套的專用驅動元件,經一定的電磁、結構派生處理也可適用于相應的機械裝置中作為驅動元件。該電動機顯著的特點:具有轉速精度高,當人在跑步機上運動時,是一個沖擊負載,該機在這種沖擊負載作用下一轉不差,保持同步轉速,如同在平地上一樣感覺。</p><p> 表現(xiàn)在調速方便
47、(可無級調速),調速范圍寬,低速性能(啟動轉矩大),運行平穩(wěn),噪音低,效率高。</p><p> 總傳動比計算及傳動比分配</p><p> 當設計多級傳動的傳動裝置時,分配傳動比很重要。要做到尺寸緊湊,結構協(xié)調,成本低,維修方便。注意以下幾點:</p><p> 1) 各級傳動比應在薦用值范圍內。</p><p> 2) 各級傳動間
48、應作到尺寸協(xié)調,結構勻稱。一般使iVB > iG.若帶傳動的傳動比分配過大,大帶輪的外徑v大于減速器中心 H 時,會造成尺寸不協(xié)調或安裝不便。</p><p> 3) 各級傳動件彼此不發(fā)生碰撞現(xiàn)象。</p><p> 4) 兩級齒輪傳動比可按下式分配</p><p> i1=(1.3 ~ 1.4)i2 </p><p> i
49、 =[(1.3 ~ 1.4)iΣ ]-1/2 </p><p><b> 5) 傳動比分配</b></p><p> 總傳動比:i=n0/nW=3,據(jù)表4.2-9:取i多楔帶=2.5,n0=4000r/min</p><p> 則跑帶帶傳動比:i跑帶=i/i多楔帶=3/2.5=1.2</p><p><b&
50、gt; 選擇動力機功率</b></p><p> 傳動筒所需功率: PW =FV /1000 </p><p> 傳動裝置的總效率 : η= η多楔帶η跑帶η2承</p><p> 按表4.2-9確定各部分效率如下:</p><p> 皮帶傳動效率:η多楔帶=0.95;η跑帶= 0.90</p>
51、;<p> 滾動軸承效率: η承 = 0.99</p><p> 則傳動總效率:η=0.95×0.90×0.992=0.816</p><p> 所需電動機功率: Pr = PW/η </p><p> P電機=P/η多楔帶η帶η軸承=2×736÷0.95×0.90×0.992=166
52、8.76W取1670W</p><p><b> 確定電動機轉速</b></p><p> 由表4.12-1查得電動機數(shù)據(jù)</p><p> 永磁式直流馬達-型號:ZY120-8060 </p><p> 馬達容量:1.5HP </p><p> 電壓:DC180V </p>
53、<p><b> 功率:1.5KW</b></p><p> 轉速:4000rpm</p><p> 各軸轉速、功率及轉矩的計算</p><p><b> 電動機軸</b></p><p> Po=Pr=1670w </p><p> no=4000
54、r/min </p><p><b> 3989.5Nm</b></p><p><b> 前軸:</b></p><p> P1=P0×η帶 =1670×0.9=1503W</p><p> n1=no/i帶=4000/2.5=1600r/min </p>
55、<p><b> 8971Nm </b></p><p><b> 后軸:</b></p><p> P2=P1×η帶=1503×0.95=1428w </p><p> n2=n1/i12= 1600/1.2=1333.3r/min</p><p&g
56、t;<b> Nm</b></p><p><b> 上述結果匯于下表:</b></p><p> 按工作要求條件選用電動跑步機專用永磁直流電動機結構,電壓380伏,YT42型。</p><p><b> 傳動系統(tǒng)設計計算</b></p><p> 4.1帶傳動設計計
57、算</p><p> 輸出功率P=1.5kw,滿載轉速n1=4000r/min,從動軸轉速n2=1600r/min,載荷有輕度沖擊,使用5年。動力來源:電力三相交流380/220V。速度允差小于5%。選擇電機為專門為跑步機生產的永磁直流電動機,傳動功率P=1.7KW,主動輪轉速為n1=3400r/min 傳動比定為i=2.1 由于多楔帶適于傳遞功率較大而又要求結構緊湊的場合,特別能適應帶輪直徑小的傳動,所以擇之
58、。 </p><p> 1、確定設計功率Pc</p><p> 由文獻[17] 第14篇中表3-4,根據(jù)跑步機使用的特性,選擇每天工作時間<10小時,載荷變動小,查得工作情況系數(shù)kA=1.2,則計算功率:</p><p> Pc= kA×P =1.1×1.67=
59、1.84kw</p><p><b> 2、帶型號的選擇</b></p><p> 根據(jù)Pc、n1由圖3-12確定。對于多楔帶的型號可根據(jù)設計功率Pd=1.84KW和小帶輪轉速n1=3400r/min由pd-n1圖選取,選PJ型多楔帶,楔距2.34mm,帶高4mm。</p><p> 3、確定帶輪直徑de1、de2(有效直徑)</p
60、><p> 選擇小帶輪直徑dd1由表3-5、3-6確定,由于占用空間限制不嚴格,</p><p> 取dd1>dmin=80mm對傳動有利,按表3-6取標準值,取dd1=90mm</p><p><b> 小帶輪有效直徑:</b></p><p> 由多楔帶直徑系列表知demin=20mm,</p>
61、<p> 由表選取de1=33.5mm</p><p><b> 小帶輪節(jié)圓直徑</b></p><p> dp1=de1+2△e=33.5+2×1.2=36mm</p><p><b> 由表,△e=1.2</b></p><p> 確定從動輪基準直徑 dd2 &
62、lt;/p><p> dd2=n1/n2×dd1=1420/507×90=252mm </p><p> 查表3-6取標準值dd2=250mm</p><p> 大帶輪節(jié)圓直徑dp2=idp1=2×33.5=67mm</p><p><b> 大帶輪有效直徑:</b></p>
63、<p> de2=dp2-2△e=67-2×1.2=64.6mm</p><p> 由表,選de2=63mm</p><p><b> 4、計算帶速v</b></p><p><b> 驗算帶速V </b></p><p> V=πdd1n1/(60×10
64、00)=π×90×1420/(60×1000)=6.68/s</p><p> 在5 ~ 25m/s之間,故合乎要求。</p><p> v=πdp1n1 /(60×1000) m/s </p><p> 注意:v↑ —→離心力、離心應力↑—→FQ↓—→單位時間內的應力循環(huán)次數(shù)N↑<
65、/p><p> v↓ —→P=F×v/100可知,P一定時,F(xiàn)↑—→張緊力↑</p><p> 一般v在5~25 m/s,最大30 m/s,在8~15 m/s較好</p><p> V=π×36×3400/60×1000=6.4 m/s <30m/s,合適</p><p> 實際從動輪轉速n
66、2和實際傳動比i</p><p> i=dd2/dd1=250/90=2.107</p><p> n2=n1/i=1420/2.107=673.94r/min</p><p> (673.94-507)/507=0.33%5%</p><p><b> 5、初定中心距a0</b></p><
67、p> 中心距的大小對帶傳動的影響:</p><p> a↑—→結構大—→由于載荷變化引起帶的顫動—→掉帶</p><p> a↓—→帶的長度↓—→在一定速度下,單位時間內帶的應力變化次數(shù)N愈多,會加速帶的疲勞損壞—→當傳動比i較大時,包角↓ </p><p> 對于V帶傳動,中心距a一般可取</p><p><b>
68、 初定中心距a0</b></p><p> 按:0.7(dd1+dd2)≤a0≤2(dd1+dd2) </p><p> 初定 a0=150mm</p><p> 得:238≤a0 ≤680</p><p> 取a0 = 500 mm</p><p>
69、6、確定帶的有效長度Le </p><p> 確定帶的計算基準長度Lc 查表3-3取按式3-26 </p><p> Lc =2a0+π/2(dd2+dd1)+(dd2-dd1)2/4a0 </p><p> =2 ×500+π/2(250+90)+(250-90)2/(4×500)=1536mm</p><p
70、> 由表8-52,選Le=1540mm</p><p> 7、計算實際中心距a</p><p> 中心距的變動范圍:考慮安裝調整和補償張緊力的需要(如膠帶伸長而松弛后的張緊),尚需給中心距留有一定的調整余量。由表8-54知中心距的調整量為△min=5,£min=8</p><p> a=a0+(Le- Le0)/2=150-1.48=148.52mm&
71、lt;/p><p><b> a調整范圍:</b></p><p> amax=a+0.03Ld=140.52mm</p><p> amin=a-0.015Ld=153.52mm</p><p><b> 8、計算小帶輪包角</b></p><p> 驗算包角α按式(
72、3-28)使α120o</p><p> α=1800-(dd2-dd1)/a×600=180-11.41=168.590 >1200 符合要求。</p><p> 9、帶每楔所傳遞的額定功率及其增量</p><p> 由帶型,de1=33.5mm,n1=3400r/min按表8-55用插值法計算的</p><p>&l
73、t;b> p0=0.14kw</b></p><p> 由i=2, n1=3400r/min,有表8-55用插值法計算得</p><p> △p0=0.02kw</p><p><b> 10、計算帶的楔數(shù)</b></p><p> 由表8-56用插值法計算Kα=0.97,KL=0.78<
74、;/p><p> Z=1.65/(0.16×0.97×0.78)=13.63</p><p> 由表8-51選取Z=12</p><p><b> 11,有效圓周力</b></p><p> FT= Pd/v×103 =0.26×103=260N</p><
75、p> 12.作用在軸上的載荷</p><p> 確定初拉力F0 按式(3-30)查表3-1得 q=0.1kg/mm</p><p> F0 =500pc/vZ(2.5/kα-1)+qv2</p><p> =500×2.49/(6.68×3)×(2.5/0.956-1)+0.1×6.682 </p>
76、;<p><b> = 125N</b></p><p> Q=2F0Zsin(α/2)</p><p> =2×125×2×sin(1620/2)</p><p><b> = 622.24N</b></p><p> 為設計軸和軸承,需確定帶
77、傳動作在軸上的力Fr</p><p><b> 得Kr=1.57</b></p><p> 則 Fr=1.57×260×0.995=406.16N</p><p> 根據(jù)計算跑步機傳動機構選擇12PJ450多楔帶</p><p> 13. 多楔帶帶輪結構和尺寸選擇</p>&
78、lt;p> 要求:質量小;結構工藝性好;無過大的鑄造內應力;質量分均勻,轉速高時要經過動平衡 ;輪槽工作面要精細加工(表面粗糙度一般為3.2),以減少帶的磨損;各槽的尺寸和角度應保持一定的精度,以使載荷分布較為均勻等。</p><p> 材料:帶輪的材料主要采用鑄鐵,常用材料的牌號為HT150或HT200;轉速較高時宜采用鑄鋼(或用鋼板沖壓后焊接而成);小功率時可用鑄鋁或塑料。</p>&
79、lt;p> 帶輪的結構設計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結構形式,并根據(jù)帶的型號及根數(shù)確定輪緣寬度,根據(jù)帶的型號確定輪槽尺寸</p><p> d1=1.8d=1.8×25=45mm </p><p> 查表7-8得 e=15,f=10,he =12,δ=6,φ=340,ba=11mm,hamin=2.75</p><p> B=(z-1)e
80、+2f=(4-1)×15+2×10=65mm </p><p> L=2d=2×28=56mm </p><p> 查表7-9得 δ=min=10mm,</p><p> da1=da2+2ha=34mm</p><p> da2=da2+2ha=65mm</p><p> 小
81、帶輪D=33.5mm≤(2.5-3)d,采用實心式結構;大帶輪D=63mm選取腹板式。小帶輪隨電機一起購買。</p><p> 以跑步機大帶輪P12PJ63為例確定其結構和尺寸:</p><p> 要求帶輪每毫米有效直徑的輪槽軸向圓跳動公差值為0.002mm.輪槽表面粗糙度Ra的最大允許值為3.2。槽距e=2.34±0.0,槽角α=40o±0.5o 楔頂圓角半徑r
82、b,最小值為0.2,槽底圓弧半徑rt最大值為0.4,檢驗用圓球或圓柱直徑db=1.5±0.01,2X公稱值為0.23,2N最大值1.22,f最小值為1.8,有效線差公稱值£e=1.2徑向跳動公差0.25,槽間直徑差值最大0.16。n槽數(shù)為12。。</p><p> 帶輪寬=11×2.34+1.8×2=29.34mm取30mm</p><p><b>
83、; 執(zhí)行系統(tǒng)設計</b></p><p><b> 軸的設計計算</b></p><p> 5.1.1軸結構的設計</p><p> 滾筒軸屬于固定心軸——只承受彎矩M≠0;不承受扭矩T=0;軸的毛坯一般用圓鋼或鍛件。</p><p> 1)結構設計應滿足的基本要求:</p><
84、p> 軸與軸上零件應具有準確的工作位置——定位要求</p><p> 軸上零件應易于裝拆和調整——安裝調整要求</p><p> 軸上零件的固定應牢固可靠——緊固要求</p><p> 軸應具有良好的制造工藝性——工藝要求</p><p> 應盡量減少應力集中——提高疲勞強度的要求</p><p>
85、2)軸的各部分結構名稱制造安裝要求:</p><p> 為便于軸上零件的裝拆,常將軸做成階梯軸;為使軸上零件易于安裝,軸端和各軸段的端部應有導角;軸的形狀和尺寸力求簡單,以便于加工;軸上磨削的軸段有砂輪越程槽;需車制螺紋的軸段,應有推刀槽。</p><p><b> 3)軸的材料選擇:</b></p><p> 軸常在交變應力的作用下工作
86、,其材料的要求是:強度高、剛度好、應力集中的敏感度小,抗疲勞,加工性能好,有的軸表面要求也較高。軸的材料主要采用中碳鋼35或45鋼和合金鋼20Cr或40Cr等。最常用的是45#鋼(含碳量0.45%),它具有較高的綜合機械性能。此設計采用45#鋼。</p><p> 4)軸的設計包括兩個方面:</p><p> 結構設計:使軸具有合理的結構形狀,良好的加工工藝性。</p>
87、<p> 強度計算:保證軸在載荷作用下不致斷裂或產生過大的變形。</p><p><b> 軸的結構設計</b></p><p> 軸的端部應有45度倒角,以便安裝時對中,防止銳邊劃手。</p><p> 軸的結構設計主要根據(jù)以下幾個方面: 軸上零件的配置;軸上零件的固定;軸上零件的裝拆;軸的加工工藝性。</p>
88、<p> 軸上零件的固定可分為兩個方向:周向固定:傳遞扭矩和運動。采用過盈配合</p><p> 軸向固定:防止零件在運轉時產生軸向移動。</p><p> 5.1.2強度計算 </p><p> 由于心軸工作時只承受彎矩而不承受扭矩,所以在應用上式時,應取T=0。由于是固定心軸,考慮啟動,停止等影響,彎矩在軸截面上所引起的應力可視為脈動循環(huán)變
89、應力。所以</p><p> 固定心軸的許用應力應為1.7[σ-1] 。</p><p> 最大彎矩M=0.54/2×300=81N.M</p><p> 抗彎截面系數(shù)W=π×d4/64 =[3.14×(0.012)4/64]=2×10-8 </p><p> 強度=M/W=81/(π×
90、;d4/64)=81/2×10-8=40MPa</p><p> 材料采用45號調質鋼許用彎應力為40〈102</p><p> 則通過設計能承受足夠的工作強度。</p><p> 軸的材料選45鋼,調質處理 </p><p><b> 估算前軸最小直徑</b></p><p>
91、 d1min≥A0(D/n)1/3=130(2.45/507)1/3=21.9m 取25mm </p><p> 估算后軸安軸承處最小直徑</p><p> d2min≥A0(D/n)1/3=130(2.24/119.8)1/3=34.5mm 取35mm</p><p><b> 軸的強度計算</b></p>&l
92、t;p> 已知:T1=43.98Nm,Q=622.24N,d1=48.78mm,β=11.40,=20.370</p><p> 5.1.3按彎矩合成強度條件校核軸</p><p> 1)畫出空間力系圖,如圖所示。</p><p> Ft=2 T1/d1=(2×43.89×1000)/48.78=1800N</p>&
93、lt;p> Fr=Ft=1800N×=666N </p><p> Fa=Fttanβ=1490×tan11.4°=356N </p><p> 3)求軸的彎矩M,畫彎矩圖,如下圖所示。</p><p> M1=M1H=48535Nmm</p><p> 畫軸的扭矩圖,T=31930Nmm,如下
94、圖所示。</p><p> 求計算彎矩Mca,畫計算彎矩圖</p><p><b> 根據(jù):,并取,算得</b></p><p> 確定危險剖面,校核強度</p><p> 根據(jù)圖一中軸的結構尺寸,選擇彎矩最大的剖面和彎矩較大、軸頸較細的剖面進行驗算。</p><p><b>
95、 剖面的計算應力:</b></p><p><b> 剖面的計算應力:</b></p><p> 5.1.4按疲勞強度安全系數(shù)校核軸</p><p> 45鋼調質的機械性能參數(shù):,,Ш剖面疲勞強度安全系數(shù)校核。</p><p> 因軸單項轉動,彎矩應力為對稱循環(huán)變應力。扭剪應力按脈動循環(huán)處理。<
96、/p><p><b> ,,</b></p><p><b> ,,</b></p><p><b> ,</b></p><p> 根據(jù)教材附表查取應力集中系數(shù)、絕對尺寸影響系數(shù)和表面質量系數(shù)。</p><p><b> 根據(jù):,<
97、;/b></p><p> 查得:,,,,,并取,則</p><p> 所以Ш剖面疲勞強度滿足要求。</p><p> 滾動軸承的選擇及壽命驗算</p><p> 5.2.1.滾動軸承的選擇</p><p> 減速器中的軸承主要承受徑向載荷,可采用角接觸球軸承。</p><p>
98、 軸上按4.6-2標準可得軸直徑35mm,可得軸承代號7107C;</p><p> 前軸直徑40mm,可得軸承代號7208C;</p><p> 后軸軸直徑50mm,可得軸承代號7210C。</p><p> 軸承類型:深溝球軸承,軸承代號:6301 </p><p> 5.2.2.軸滾動軸承壽命驗算</p>
99、<p> R1=(R1H2+R1V2)1/2=841N </p><p> R2=(R2H2+R2V2)1/2=1484N </p><p> A1=653N A2=1009 </p><p> 查2.5-1得cr=15000N c0=10000N </p><p><b> 載荷由1軸承承受 &l
100、t;/b></p><p> A1/c0=0.035 e1=0.22 </p><p> A2/c0=0 e2=0.22 </p><p> A1/R1=0.77 〉e1,</p><p> 取X=0.44 Y=1.47取輕微沖擊載荷fd=1.0</p><p> p1=fd(x1R1+
101、Y1A1)=1.0×0.56×906.7+1.9×347.2=1167.4N</p><p> A2/R2=0.67〈e2 由表2.5-1得 X2=1 Y2=0</p><p> 此軸承受力矩載荷 fm=1.5 輕微沖擊載荷fd=1.0</p><p> p2=fdfm(x2R2+Y2A2)=1.5×0.56
102、215;2088.1=1754N </p><p> p2 >p1 故按p2計算軸承壽命。</p><p> 溫度系數(shù)ft由9-4得ft=0.85。</p><p><b> 軸承適用</b></p><p><b> 鍵聯(lián)接的選擇和驗算</b></p><p>
103、; 6.3.1.鍵聯(lián)接的類型和尺寸選擇</p><p> 由于精度為8級,應有較好對中性,故選圓頭普通平鍵。</p><p><b> 鍵的材料:45鋼。</b></p><p><b> 電機軸上的鍵:</b></p><p> 軸徑為54mm、41mm,采用不同鍵寬,選鍵14×
104、;9和12×8,選鍵長分別為L=45mm、L=70mm。</p><p> 6.3.2.對電機軸上鍵聯(lián)接的強度校核</p><p> 鍵聯(lián)接的失效形式是軸、輪轂和鍵三個零件中較弱零件的壓潰。故應進行擠壓強度校核。</p><p> 鍵工作長度:L=L-b=50-10=40mm </p><p> 由表5-1查得:[σp]=1
105、00N/mm2 </p><p> σp=4T/dhL=4×43890/20×6×40=19.2N/mm2<σp,安全</p><p><b> 跑步板及跑步帶設計</b></p><p><b> 跑步板</b></p><p> 電動跑步機的跑步板,
106、它由基板以及覆蓋在基板上或上下兩個表面的導電耐磨層構成。導電耐磨層既可長期承受跑步帶的摩擦,使用壽命高;又可隨時將摩擦產生的靜電荷通過底座導出,避免靜電對人體的不舒感和對跑步機造成的損害?;逵筛呙芏然蛑忻芏壤w維板制作,也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纖維板時,強度較高、重量較輕,成本較低,效果較好,本身也提供一部份的吸震功能,導電耐磨層可以在基板上噴涂導電耐磨涂料固化制成,也可以在基板上復合耐磨金屬板制成。導電耐磨涂料層工藝較簡
107、單,成本也較低。復合耐磨金屬板則更牢固。復合耐磨金屬板為復合銅板時效果更好,更耐磨。力學模型如圖7-1所示。</p><p><b> 由材料力學可知</b></p><p><b> 當b取時y得最大值</b></p><p> 由手冊(文獻[11]~[13])可查得E=2.10×105 Mpa,l=45
108、0mm,P=1500N</p><p><b> (d=20 mm)</b></p><p> 計算得:ymax=1.73(mm)</p><p> 按l=600mm算得:ymax=16.4(mm)</p><p> 按兩端固定的模型計算,如圖3-2所示:</p><p> 按,l=60
109、0mm算,ymax=4.2(mm)</p><p><b> 跑步帶</b></p><p> 跑帶要求雙層粘合跑帶,具有高傳導性,跑步帶國際防滑型,運動時安全可靠</p><p> 跑步機,其實就是提供一個跑步的面積,所以絕對要在乎跑步帶面積的大小,左右寬度及前后長度都要夠,否則無法自然邁開步伐,跑起來彎扭不順暢,更容易跌倒。根據(jù)人體運
110、動工學推算,45cm寬X130cm長,應是一個合宜的參考面積,然后再依個人的實際條件做增減。有不少廠商生產"加碼"跑步機,跑臺加寬,左右踏條增大,以營造物超所值得虛胖假象,但最重要的跑步帶面積并沒增加;所以焦點要放在跑步帶面積上。理論上來說,在相同的馬力條件下,如果跑步機所能提供的跑步帶面積越大,且整臺實際的占地面積越小,應是較佳的設計。</p><p> 跑帶調整:兩個螺栓調整法</
111、p><p> 如果跑帶偏向左邊,先取出鑰匙,拔下電源插頭。使用六角螺母扳手,以順時針方向旋轉跑臺左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉,還有以反時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后,插入跑步機的電源插頭與鑰匙,讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作,直到跑帶位在中央位置。</p><p> 如果跑帶偏向右邊,先取出鑰匙,拔下電源插頭。使用六角螺母扳手,以反時針方向旋轉跑臺
112、左后側的滾筒調整螺栓四分之一轉,還有以順時針方向旋轉跑臺右后側的滾筒調整螺栓四分之一轉。勿過度鎖緊跑帶。完成后,插入跑步機的電源插頭與鑰匙,讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作,直到跑帶位在中央位置。</p><p> 圖7-2 跑帶左右偏調整方式</p><p> 要增加跑帶的張力時,先取出鑰匙,拔下電源插頭。使用六角螺母板手,以順時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張
113、力適當時,應該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后,插入跑步機的電源插頭與鑰匙,讓跑帶運轉幾分種。重復本段動作,直到跑帶張力適當為止。</p><p> 要減少跑帶的張力時,先取出鑰匙,拔下電源插頭。使用六角螺母扳手,以反時針方向旋轉跑臺后側的兩個滾筒調整螺栓各四分之一轉。跑帶張力適當時,應該可以將跑帶的任何一邊移離跑臺3-4"。不能過度鎖緊跑帶。完成后,插入跑步機
114、的電源插頭與鑰匙,讓跑帶運轉幾分鐘。重復本段動作,直到跑帶張力適當為止。</p><p> 圖 7-3 跑帶張力大小調整方式</p><p><b> 跑臺潤滑油的填加</b></p><p> 1、減小跑步帶和跑步板之間的摩檫力,保護跑步板表面的耐磨涂層,延長跑帶、跑板的使用壽命。</p><p> 2、減少跑
115、步機的電能消耗。</p><p> 3、讓用戶在運動時更流暢。</p><p><b> 品質要求:</b></p><p><b> 1、耐高溫。</b></p><p><b> 2、黏度高。</b></p><p><b> 3
116、、不易揮發(fā)。</b></p><p><b> 使用方法:</b></p><p> 1、掀開左側跑步帶,將潤滑油沿跑步帶方向倒在跑步板上,控制用量為 10 ml。</p><p> 2、右側同左側一樣操作方法。</p><p> 3、將跑步機通電運轉在3 KM / H以內,人站上去隨著跑步帶一起運動
117、,用腳有意識的踏壓跑步帶下涂有潤滑油的區(qū)域,使其在跑步板上散布均勻。</p><p><b> 使用頻率:</b></p><p> 6個月加注1次潤滑油</p><p><b> 注意事項:</b></p><p> 不可過量使用,防止摩檫力太小后跑步帶和傳動滾筒之間打滑影響正常使用。&l
118、t;/p><p> 跑步板和跑步帶的設計是設計的重點,不光要提供一個寬敞舒適的跑步平臺,還得考慮之間的摩擦問題,還有摩擦產生的靜電問題,盡量通過細節(jié)的設計,提供一個真正的健康的鍛煉平臺。</p><p><b> 人機學設計</b></p><p> 利用人機工程學的原理和方法,并根據(jù)“中國成年人人體尺寸”作為基本依據(jù),對電動跑步機的主要部件
119、的一些尺寸、形狀、材質和色彩進行設計,使電動跑步機具有良好的使用性,達到安全、舒適、健康。</p><p> 人體尺寸百分位數(shù)運用的基本原則</p><p> 電動跑步機的設計應符合人體的尺寸,由于受人的年齡、性別、種族、地區(qū)等因素的影響,人的身材大小各不相同,在對人群進行統(tǒng)計性的人體尺寸測量時,各種身材的人頻數(shù)分布狀態(tài)(出現(xiàn)率)用百分位數(shù)表示。在國標GB10000 中分別給出了不同年
120、齡段第1、5、10、50、90、95、99 百分位的人體尺寸,在跑步機設計中,常用的是18~60 歲年齡組的第5 百分位數(shù)和第95 百分位數(shù),它考慮了絕大多數(shù)的使用者群體。</p><p> 按人體尺寸確定相關結構與空間的尺寸的原則為:</p><p> (1)容空間尺寸設計按第95 百分位數(shù)(P 95 )</p><p> 包容空間是指以人為中心,包容人體(
121、或某部分)的空間。例如:最小作業(yè)空間(區(qū)域)、通道、維修空間、肢體自由活動空間、門、艙口等,對于這類空間,要求其能包容大多數(shù)人,按大身材人設計,小身材的人當然也就包括在內。</p><p> (2)被包容空間尺寸設計按第5 百分位數(shù)(P 5 )</p><p> 被包容空間是指以人為中心,被人體(或某部分)所包容的空間。例如,肢體的可及范圍、椅面高度、搬運物的寬度等,對于這類空間,應使
122、小身材(P 5 )能包容其空間,大身材人當然也就沒有問題。</p><p> (3)最佳工作區(qū)位置尺寸按第50 百分位數(shù)(P 50 )</p><p> 在包容與被包容關系中,要求空間適應人的極限狀態(tài),而對于某些頻繁使用的操縱器,則是希望能以最舒適的狀態(tài)來進行操作,才不容易疲勞,并達到準確和高效。例如,重要的、使用頻繁的或需精細操作的開關、旋鈕等控制器的設置,各類機械主要操作手柄的設置
123、等。這時應按中等身材人設計,因第50 百分位附近,人的密度高,可使多數(shù)人處于舒適、高效的作業(yè)狀態(tài)下。</p><p> (4)可調節(jié)結構尺寸的調節(jié)范圍為第5 至第95 百分位數(shù)</p><p> 由于人體尺寸的差異,欲使每個工作者能處于一種舒適、準確、高效的工作狀態(tài),則應將有關節(jié)結構設計成為可調節(jié)的,例如,與控制臺有關的座高度和腳踏板的高度等,應是可調節(jié)的,其尺寸應以P 50 為基準,
124、調節(jié)范圍擴展到P 5 至P 95 。</p><p> 電動跑步機的人機工程設計</p><p> 最早的跑步機是沒有動力的普通跑步機,在這種跑步機上跑步時,需要用力蹬踏跑步機來完成運動,跑步的姿勢不夠自然,運動難以協(xié)調,效果并不理想。而應用人機工程學設計的電動跑步機,人們在跑步時,感到輕松、自如,運動狀態(tài)更貼近自然運動狀態(tài)。跑步機主要由以下部分組成:底架、跑步帶、電機、電機蓋、立架、
125、扶手、以及電子顯示器。</p><p><b> 8.2.1 跑步帶</b></p><p> 跑步帶是電動跑步機的一個重要部件,跑步帶的性能好壞直接影響著跑步機質量,影響跑步效果。要求跑步帶抗延展性好,使用壽命長,不易變形。因此跑步帶可以采用雙層PVC+單層胚布材料。跑步帶的尺寸應滿足跑步這一功能的需要,長度方向應讓人能輕松邁開步伐,設計為1300 mm;寬度應
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