家用電動(dòng)跑步機(jī)各參數(shù)性能計(jì)算

曹銀冬

摘 要：跑步已經(jīng)是國內(nèi)外流行并給予十分高的評(píng)價(jià)的健身運(yùn)動(dòng)，是保持每個(gè)人身心健康最有效果及其科學(xué)的健身方法。隨著城市空氣變得越來越差，生活節(jié)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(dòng)是跑步，也成為現(xiàn)在最健康的運(yùn)動(dòng)方式。跑步機(jī)，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(shí)間來進(jìn)行鍛煉。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)跑步機(jī);人機(jī)工程學(xué);健身;電動(dòng)機(jī);傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

在國內(nèi)，家用性跑步機(jī)的設(shè)計(jì)，已經(jīng)發(fā)展為全民健身運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)方式在面向市場(chǎng)時(shí)，既能加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)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(nèi)的健身活動(dòng)，增強(qiáng)國民體質(zhì)素質(zhì)來更好的生活。當(dāng)代人們的生活水平改善和節(jié)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(huì)變得越來越大。希望可以通過體育鍛煉，來改善身體機(jī)能，已經(jīng)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(shí)間和資金要被控制，進(jìn)而使得進(jìn)行體育鍛煉變得更加困難。在種種的情況下，占用空間小，運(yùn)動(dòng)效果良好的跑步機(jī)，使室內(nèi)運(yùn)動(dòng)得健身器械得到了足夠的發(fā)展。特別是電動(dòng)跑步機(jī)，因?yàn)樗恼加每臻g小，模擬跑步運(yùn)動(dòng)的方式全面受到消費(fèi)者的喜歡，并且在最近幾年得到了廣大的發(fā)展，大型的健身房也逐步走進(jìn)了千家萬戶的家里。在歷史的長河中跑步機(jī)的發(fā)展主要是增加跑步的舒服程度和形勢(shì)，國內(nèi)外的相關(guān)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(jìn)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(xué)習(xí)中，我們要根據(jù)自己場(chǎng)所能學(xué)習(xí)的知識(shí)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，來制造出更為簡(jiǎn)單有效的跑步機(jī)，來給人類未來幸福生活。

在機(jī)械書籍中的基礎(chǔ)功能的說明外，當(dāng)人們?cè)谂懿綑C(jī)上做跑步運(yùn)動(dòng)時(shí)，跑步機(jī)所承受的重量是運(yùn)動(dòng)者在跑步時(shí)體重的幾倍，但是這種重量不會(huì)超過其3倍，但是電動(dòng)機(jī)在此載重量下需要提供相應(yīng)的動(dòng)力，并提供要求的速度更能保持下去的動(dòng)力人們?cè)谂懿綑C(jī)上運(yùn)動(dòng)，馬達(dá)需要適當(dāng)?shù)呢?fù)載，使人們走在跑步機(jī)上，跑步、跳躍能提供相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。一般的跑步機(jī)馬力大概可提供約60kg的負(fù)重，但區(qū)域的大小也與跑步機(jī)馬力運(yùn)行并有著直接的關(guān)系，更大的馬力跑步機(jī)，跑步帶驅(qū)動(dòng)面積更大。這樣就可以提供直接動(dòng)力了。

本次跑步機(jī)的設(shè)計(jì)為二百磅的標(biāo)準(zhǔn)，家用跑步機(jī)馬達(dá)Z3-31型永磁直流電動(dòng)機(jī)所能提供的最大驅(qū)動(dòng)動(dòng)力來適合跑步機(jī)的運(yùn)行，處理的電磁結(jié)構(gòu)在滿足一定數(shù)量的前提下，也適用于相應(yīng)的機(jī)械裝置驅(qū)動(dòng)部件[6]。電機(jī)顯著的特點(diǎn)：高速精密運(yùn)動(dòng)，當(dāng)人們?cè)谂懿綑C(jī)上，是一個(gè)沖擊負(fù)荷，在這個(gè)程度的跑步機(jī)是在相同的載荷下不相差一轉(zhuǎn)，保持同步轉(zhuǎn)速，感受在地面一樣。性能節(jié)省方便，調(diào)速范圍寬，低速性能好，運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，效率高。

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

以下計(jì)算過程用到的表來源：

（1）確定設(shè)計(jì)功率PC

PC=KAP

KA—正常工作的運(yùn)行系數(shù)，根據(jù)跑步機(jī)的使用的性能，保持工作時(shí)間不小于10個(gè)小時(shí)的時(shí)間，負(fù)載改變不大。KA=1.1? 故

Pc= KA P=1.1*2200=2420w

（2）選擇V帶型號(hào)

因?yàn)槠胀╒帶的種類依據(jù)設(shè)計(jì)的功率Pc=2.42 KW，以及輪帶軸轉(zhuǎn)速n1=3000r/min，由公式和參考文獻(xiàn)中選取，選Z型普通V帶。

（3）確定帶輪直徑d2、d1

小帶輪基準(zhǔn)直徑：d1;d1 大于50mm，現(xiàn)取d1 =71mm

大帶輪基準(zhǔn)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(jì)算帶速v

v=πdp1n1 /（60×1000）m/s

注意：v越大 →離心力、離心應(yīng)力越大→FQ越小→額定時(shí)間里的力環(huán)動(dòng)數(shù)N增大;V越小，由P=F×v/100可知：功率一定時(shí)，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(zhǔn)長度Ld和中心距a0

中心距的大小對(duì)帶傳動(dòng)的影響：

中心距增大→構(gòu)造越大→由于載荷變化引起帶的振動(dòng)→滑帶

中心距減小→長度變小—→在相互速度下，額定的時(shí)間內(nèi)應(yīng)力變化次數(shù)N增大，會(huì)加速帶的強(qiáng)度破壞;

當(dāng)傳動(dòng)比i的取值大時(shí)，包角越小

對(duì)于V帶傳動(dòng)，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(guān)書籍可知，對(duì)Z型帶選用Ld =630mm

結(jié)論：

普通V帶就是對(duì)家用電動(dòng)跑步機(jī)而言是十分相符合的，這是經(jīng)濟(jì)性的方面上。還有就是普通的V帶方便我們?cè)O(shè)計(jì)研究，可以很方便的拿取和裝卸，滿足跑步機(jī)所需要的各種要求，且材料方便安裝。不用我們?cè)偬砑犹厥獾募寄懿拍艿靡漠a(chǎn)品，方便快捷。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).固定式健身器材第6部分：跑步機(jī)附加的特殊安全要求和試驗(yàn)方法[M]. 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社：2009

[2] 徐華文，李文峰.電動(dòng)跑步機(jī)的人機(jī)工程設(shè)計(jì)[J].機(jī)械，2004， （31）：17-19

[3] 王玉鴻.考慮人機(jī)工程學(xué)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化，2004，（1）：16