家用電動跑步機各參數性能計算

曹銀冬

摘 要：跑步已經是國內外流行并給予十分高的評價的健身運動，是保持每個人身心健康最有效果及其科學的健身方法。隨著城市空氣變得越來越差，生活節奏變得越來越快，跑步條件受到極其的限制，取而代之的是，最流行的健身活動是跑步，也成為現在最健康的運動方式。跑步機，不僅僅能讓我們不受到汽車尾氣之危害，也能讓我們可以很方便的選擇時間來進行鍛煉。

關鍵詞：電動跑步機;人機工程學;健身;電動機;傳動機構

在國內，家用性跑步機的設計，已經發展為全民健身運動，簡單的設計方式在面向市場時，既能加強經濟的發展與多模式，也能提高其健身的樂趣，多多的參加室外及室內的健身活動，增強國民體質素質來更好的生活。當代人們的生活水平改善和節奏也越來越快，尤其是在大城市中生活的人們，他們擁有巨大的生存壓力，身體也承受著巨大的壓力，受到的傷害也會變得越來越大。希望可以通過體育鍛煉，來改善身體機能，已經成為了上班一族、青年人的迫切需求，但是在緊湊的生活中，自由支配的時間和資金要被控制，進而使得進行體育鍛煉變得更加困難。在種種的情況下，占用空間小，運動效果良好的跑步機，使室內運動得健身器械得到了足夠的發展。特別是電動跑步機，因為它的占用空間小，模擬跑步運動的方式全面受到消費者的喜歡，并且在最近幾年得到了廣大的發展，大型的健身房也逐步走進了千家萬戶的家里。在歷史的長河中跑步機的發展主要是增加跑步的舒服程度和形勢，國內外的相關人員也在不同的跑步情況和跑步距離的條件下，因全身受力狀況的不同，來進行變化不同的跑步感覺和感受，在此方面里大做文章。在未來的生活學習中，我們要根據自己場所能學習的知識來進行設計，來制造出更為簡單有效的跑步機，來給人類未來幸福生活。

在機械書籍中的基礎功能的說明外，當人們在跑步機上做跑步運動時，跑步機所承受的重量是運動者在跑步時體重的幾倍，但是這種重量不會超過其3倍，但是電動機在此載重量下需要提供相應的動力，并提供要求的速度更能保持下去的動力人們在跑步機上運動，馬達需要適當的負載，使人們走在跑步機上，跑步、跳躍能提供相應的驅動程序。一般的跑步機馬力大概可提供約60kg的負重，但區域的大小也與跑步機馬力運行并有著直接的關系，更大的馬力跑步機，跑步帶驅動面積更大。這樣就可以提供直接動力了。

本次跑步機的設計為二百磅的標準，家用跑步機馬達Z3-31型永磁直流電動機所能提供的最大驅動動力來適合跑步機的運行，處理的電磁結構在滿足一定數量的前提下，也適用于相應的機械裝置驅動部件[6]。電機顯著的特點：高速精密運動，當人們在跑步機上，是一個沖擊負荷，在這個程度的跑步機是在相同的載荷下不相差一轉，保持同步轉速，感受在地面一樣。性能節省方便，調速范圍寬，低速性能好，運行平穩，噪音低，效率高。

初始條件：選用的電動機是永磁直流電動機，在電機的額定傳定比i= 1.07，軸轉速為n=3000r/min，傳動功率P=2200W，因此普通V性帶適合于電動跑步機的需求，而且方便快捷，所以選擇它。

以下計算過程用到的表來源：

（1）確定設計功率PC

PC=KAP

KA—正常工作的運行系數，根據跑步機的使用的性能，保持工作時間不小于10個小時的時間，負載改變不大。KA=1.1? 故

Pc= KA P=1.1*2200=2420w

（2）選擇V帶型號

因為普通V帶的種類依據設計的功率Pc=2.42 KW，以及輪帶軸轉速n1=3000r/min，由公式和參考文獻中選取，選Z型普通V帶。

（3）確定帶輪直徑d2、d1

小帶輪基準直徑：d1;d1 大于50mm，現取d1 =71mm

大帶輪基準直徑： d2

d2 =id1 （1-ε）=1.07*71*（1-0.02）=74.5≈75mm

由表格可知，取d2 =75mm，要求其誤差小于5%

（4）計算帶速v

v=πdp1n1 /（60×1000）m/s

注意：v越大 →離心力、離心應力越大→FQ越小→額定時間里的力環動數N增大;V越小，由P=F×v/100可知：功率一定時，力越大→張緊程度越大

一般v在5～25m/s，最30m/s，在8～15m/s較好

V=∏×71×3000×1000÷60≈11.15m∕s<30m/s，合適

（5）V帶基準長度Ld和中心距a0

中心距的大小對帶傳動的影響：

中心距增大→構造越大→由于載荷變化引起帶的振動→滑帶

中心距減小→長度變小—→在相互速度下，額定的時間內應力變化次數N增大，會加速帶的強度破壞;

當傳動比i的取值大時，包角越小

對于V帶傳動，初步選取中心距

a0=1.5（d1 + d2 ）=1.5（71+75）mm=219

取a0 =200，且要符合? 0.7（d1 + d2 ）<2（d1 + d2）

確定帶的有效長度Ld

L0=2a0+∏/2（d1+d2）+（d2-d1）2/4a0

=2*200+229.22+0.02=629.24mm

通過相關書籍可知，對Z型帶選用Ld =630mm

結論：

普通V帶就是對家用電動跑步機而言是十分相符合的，這是經濟性的方面上。還有就是普通的V帶方便我們設計研究，可以很方便的拿取和裝卸，滿足跑步機所需要的各種要求，且材料方便安裝。不用我們再添加特殊的技能才能得要的產品，方便快捷。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.固定式健身器材第6部分：跑步機附加的特殊安全要求和試驗方法[M]. 中國標準出版社：2009

[2] 徐華文，李文峰.電動跑步機的人機工程設計[J].機械，2004， （31）：17-19

[3] 王玉鴻.考慮人機工程學的結構設計問題[J].機械工程與自動化，2004，（1）：16