摘要：本文通過預估后進行強度計算和校核，通過大量的計算和校核，設計出既牢固、簡潔又合理美觀的內(nèi)部傳動結構和外部基架結構的設計，并對多功能設計的結構也做了一定的設計，盡量彌補一些傳統(tǒng)跑步機所存在的缺陷，從而實現(xiàn)跑步機的其基本功能設計包括跑步、美腰、扭腰、仰臥起坐、背頸部震動按摩等基本功能設計。

文獻標識碼：A

中圖分類號：TP276

隨著都市化進程的發(fā)展以及生活水平的不斷提高，人們對跑步機的要求越來越高。跑步機也由原來單一的跑步功能向多功能發(fā)展。一臺多功能跑步機主要是由電動機、機架、跑步皮帶、可調(diào)電源及電子儀表控制盤組成，因占地少、鍛煉方便、功能眾多而受到人們的喜愛，但從健身器應具備的使用舒服、方便、安全、動作準確合理上看，多功能跑步機還是有一定的缺點。因此，本次對多功能跑步機進行的改進，設計出既牢固、簡潔又合理美觀的內(nèi)部傳動結構和外部基架結構的設計，并對多功能設計的結構也做了一定的設計，盡量彌補一些傳統(tǒng)跑步機所存在的缺陷。

一、基本功能

跑步機的基本功能是通過跑帶的運動形成一條跑道，運動者的跑步方向與跑道的運動方向正好相反，從而達到人與地面相對位置的固定不變。在跑步機的基礎上通過增加一些部件來增加其它功能，從而達到實現(xiàn)多功能的目的。其基本功能設計包括跑步、美腰、扭腰、仰臥起坐、背頸部震動按摩等。

二、構造設計

跑步機主要由以下部分組成：電機機架和支架、跑步板及跑步帶、避震系統(tǒng)、多功能構件以及電子顯示器。

(一)電機

電機是跑步機的核心，相當于人的心臟，是整個跑步機的動力源，電機的選著關系到跑步機質(zhì)量的好壞，一般家用跑步機適宜的馬力至少1.6馬力，故我們采用ZYT42型直流電動機，該電動機機最大的特點是能夠在沖擊負載作用下具有較好的優(yōu)勢，并且保持同步轉(zhuǎn)速，讓人們在鍛煉時如履平地，而且，其調(diào)速范圍也比較寬廣，運行平穩(wěn)，噪音低，效率較高。電機是整臺機器的動力源，跟心臟對人體的作用一樣的重要。電機的種類很多，使用交流電的有三相異步電動機、步進電機交流伺服電機，使用直流的有永磁無刷直流電機、永磁直流電機、直流伺服電機等。永磁直流電機具有壽命長、抗干擾、噪音低、更安全、低故障率的特點。正是由于永磁直流電動機具有上述一系列優(yōu)點，在本設計中結合機器在跑步時要噪音小、輸出穩(wěn)定、使用時間長等要求，本設計采用永磁直流電機作為驅(qū)動電機。在跑步機上跑步或步行，跑步機所承載的重量般是人體體重的0.9~2.6倍，而跑步機需要在滿足承載并維持跑步者所選擇的速度的條件下，保持恒定的穩(wěn)定性。此跑步機設計標準為80kg，初步確定跑步機滾筒直徑為60m，經(jīng)計算，最大轉(zhuǎn)矩應達到1176N/m，轉(zhuǎn)速應達到16。次秒，功率應達到1.2kW，根據(jù)此要求，采用ZYT42(NEMA)型永磁直流電動機，該電動機是專門為大功率跑步機配套的專用驅(qū)動元件。此電機的特點是在無級調(diào)速，起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍大，噪音較低，運行比較平穩(wěn)，效率高。

(二)機架和支架

機架是整個跑步機的基礎，為了保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和良好的減震性，機架全部采用焊接結構，在設計中還需要將兩邊框設計足夠的寬度，一方面可以為鍛煉者在鍛煉過程中提供短暫的休息提供兩腳踩放的位置，支架的設計通過插拔的形式安裝和拆卸，便于節(jié)省時間。

(三)跑步板和跑步帶

1跑步板

電動跑步機的跑步板，它由基板和導電耐磨層構成。對導電耐磨層的要求是，既要長期承受跑步帶的摩擦，使用壽命高，又要能夠隨時將摩擦產(chǎn)生的靜電荷通過底座導出，從而避免靜電使人體產(chǎn)生的不舒感以及對跑步機造成的損害。根據(jù)滾筒和基架的長度，確定跑步板的長寬為L×b=1600mm×600mm,高h=12mm,應為本設計的最大載重為80kg。由于本設計有一個自動微調(diào)設計，這就要求在跑步板的靠前端和考后端開一個方框，用于安裝兩個壓力感應器。

2跑步帶

選用的跑步帶要求雙層粘合、高、傳導性、國際防滑型，以實現(xiàn)運動時的安全可靠。我們知道，多楔帶特別適用于結構要求緊湊、傳動功率大的高速傳動。多楔帶的特點是與帶輪的接觸面積較大，因此摩擦力較大，并且載荷沿帶寬的分布較為均勻，因而傳動能力更大，而且，多楔帶的工作應力小，可以在較小的帶輪上工作，同時具有散熱快、傳動振動小、使用伸長小、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、極限線速度高和傳動比大等特點，因而壽命更長;傳動效率高，節(jié)能效果明顯;傳動緊湊，占據(jù)空間小。此外，多楔帶的背面也能傳動，而且可使用自動張力調(diào)整器，使傳動更加安全、可靠。因此，本設計選擇多楔帶帶輪。

(四)避震系統(tǒng)

跑步機的避震系統(tǒng)是采用具有彈性的橡膠墊將底座框架墊和跑臺隔離開，使跑臺處于懸吊狀態(tài)，從而吸收震動，達到避震的效果。

(五)多功能構件

1扭腰盤設計

根據(jù)人穿鞋子的大小，本設計確定扭腰盤的大小為直徑250mm，要有足夠的扭腰空間，扭腰盤中心距支架的距離為475mm。由于扭腰無沖擊力，取最大承受180kg的重量。扭腰盤采用ABS塑料材料和磁鐵制成，密度小，抗沖擊強度高，并且便于運輸，完全可以替代鑄件，而且不用噴涂，表面光潔度好，可以節(jié)約費用3~5元的成本，重量輕，僅是鑄件重量的1/7，在運輸費用上也可以節(jié)省67，采用此材料，可使綜合成本效益下降40%。

2仰臥起坐架的設計

仰臥起坐架的結構很簡單，將四個擋腳柱與支架通過焊接的方式連接在一起使用簡單、平穩(wěn)可靠，屬于很大眾化的設計，對胸部和腰部大小肌肉的強化，以及消除腹部贅肉效果明顯。

(六)電子顯示器的布置

具有電子顯示功能的電動跑步機可以輕松地記錄運動員的距離，運動數(shù)據(jù)，耗時長，燃燒的卡路里，心臟速率，能準確顯示當前心臟的運動速度等功能，使跑步者的鍛煉方法更科學，更安全。顯示器的高度由人眼與顯示裝置面板的距離決定，面板與人眼最合適的距離是約650mm，該顯視器與水平面應保持22°~35°，顯示器應盡可能使用者的視線垂直，以達到使用者最高的舒適度。本設計在結構上采用折疊分離式設計，拆裝方便簡易，對空間要求較小。本設計的多功能設計結構合理，各方面校核完善，而且功能多樣，可以供不同人群使用;避震的設計以及急停裝置的設計，可以大大減少了使用者在運動中出現(xiàn)事故安全性得到了進一步的提高。

(楊翠麗 譚文達齊齊哈爾工程學院，黑龍江齊齊哈爾161000