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多功能电动跑步机 文献综述


学校代码:11517 学号:

HENAN INSTITUTE OF ENGINEERING

文献综述

题目多功能电动跑步机的设计 学生姓名 专业班级 学号 系 (部) 机械工程学院 指导教师(职称) 完成时间 2014 年 2 月 25 日

多功能电动跑步机的设计

多功能电动跑步机的设计

摘要:跑步机的基本功能是构建一条运动的跑道(跑步带),跑带的运动
方向与运动者的跑动方向相反, 但速度必须自动保持一致,这样就使得运动者能 够在原地进行跑步锻炼了。

关键词:跑步机 PWM 调速 设计传动 提高研究

研究背景

研究伴随着社会的发展,科技的进步,人们的生活水平随之提高,人们对 健康的生活质量要求越来越高!在当前的社会环境下,如何有效的提高生活质 量至关重要。现在,社会的发展忽略环境的保护,追求 GDP 的增长,室外的环 境已严重不适合人们进行身体锻炼,汽车的普及,道路上车流如织,汽车尾气 的排放、噪声的污染、交通事故的频繁发生。诸多原因,造成室外的环境锻炼 已不适合于人们,有效的进行室内锻炼成为人们提高身体健康、锻炼的必然趋 势。而多功能跑步机是当今家庭健身器材中最简单的一种,是家庭健身器的最 佳选择,不受外界天气、空气污染、噪声污染,在室内进行有氧运动,随时随 地, 方便高效。 跑步机的设计上有减震功能, 对脚踝和膝部反冲击有减弱作用, 减轻在锻炼时对我们身体的副作用! 跑步机上有里程、时间、速度显示,可更好的控制运动频率和运动强度,有的 跑步机上还有电视显示屏、MP3、心率和热量消耗统计,这些能让使用者更好的 把握运动量,让运动者更好的更高效的更科学的进行锻炼。 因此,电动跑步机设计是时代和人民生活水平发展进步所需,非常具有现

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多功能电动跑步机的设计

实意义。有力的推进全民健身,拉动体育消费,有效地带动了体育产业的长足 发展,对提升中国体育用品公众认知度具有深远意义,对包括电动跑步机在内 的体育用品业的发展,对促进体育用品业行业的整体提升,构筑规模效益,进 入全球市场,都将提供一个大舞台。

研究现状
国内现状
国内智能跑步机,在软件结构里面,虽然说有所摄入,但是投入还是远远不 够, 只要推广以下几个方向, 轻便、小巧、操作方便,更具有散步、快走、跑步、 扭腰、压腿、按摩等多种运动功能,能够满足使用者全家的健康需求,让人变得 更加健康。 用五大人性化操作, LED 智能视窗、 快捷速度键、 手握式心律测试器、 安全制动快关、 高保真音箱。 面板有 LED 屏, 能够显示速度、 距离、 心率、 时间、 卡路里消耗五种数据,让使用全面掌握运动状态,保持最佳运动效果。 总之, 国内的跑步机还是注重跑步机的实用性,对跑步锻炼的基本要求的实 现比较注重,而在智能和高科技方面和外国相比,显得略微薄弱一些。需要投入 更多关于人的关怀,不同人群的兴趣偏好,科技含量的摄入等。

国外现状
国外的跑步机也不外乎有像中国那样传统的跑步机, 由于发达国家科技发展 领先, 也出现了一些新型的跑步机,比如源自美国航天局的最新航空技术设计的 反重力跑步机[10](如图 1)。使用气压平缓地举起健身者。该跑步机基于一个充 气垫可使健身者减轻体重,从而避免体能锻炼时出现的受伤。

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多功能电动跑步机的设计

反重力跑步机能够减少过度使用的关节承受的重量, 允许肥胖人群在无需面 临较高受伤风险的情况下进行健身,燃烧身体的脂肪。 马拉松运动员可以用反重力跑步机来训练奔跑速度, 以及在减少受伤危险的 前提下锻炼持久忍耐力。 年龄较大的成年人可进行减少骨关节压力的体能锻炼, 肥胖者可以不受过多 体重的负担阻碍而进行锻炼。 另外,韩国 HERA 7000 系列是专为出口设计的,在外观,品质和耐力性方 面比普通跑步机均更胜一筹。获得有 MOCIE(韩国商业、工业、能源部)和 KIDP (韩国设计协会)联合颁发的“2005 年最佳设计”奖,综合考虑了包括外形美 学性,经济性,用户友好性,用户满意度以及环境友好性等因素。 目前新的跑步机专用型变频技术的,提供较宽的载波范围,进一步降低电磁 噪音。采用 SPWM 技术,提供无速度传感器控制方式。提供较低的瞬间电压低 位置。提供 RS 485 接口,解决每台变频器需要单独设置参数的问题。 跑步机的发展路线多样, 但都在融入更高科技含量和以人为本的思想来开发 跑步机,研发出更高智能的跑步机,增强跑步机的娱乐性和交互性,进而提高人 门的生活质量,优化生活方式。

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多功能电动跑步机的设计

研究方案
基本原理
多功能电动跑步机主要由机架、 电动机、 可调电源、 跑步皮带及仪表控制盘组成, 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,电动机、可调电源,安装在 框架的前端, 控制传感器装在电动机上,速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的 框架上, 皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上,另一端连接在焊接于框 架前端的孔板上, 跑步机扶手架安装于支架的顶端, 仪表控制盘安装于扶手架上。 传动方式采用带传动机构, 传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和伏地挺身 架使机器实现其多功能性。

传动系统
传动方式采用带传动机构,带传动具有制造简单、价格低廉、缓冲吸震、无 噪声、过载时将引起带在带轮上打滑,因而可防止其他零件的损坏,具有过载保 护作用, 适合跑步机的使用。 多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合, 特别能适应带轮直径小的传动, 因此本设计选择多楔带,连接电机输出轮与前滚 筒轮,将动力传至跑步带,从而实现跑步带的移动。传动方式为一级传动。

调速系统
直流电动机的转速 n 和其他参量的关系可表示为

n?

Ua -Ia R a CE ?
a

(1)

式U

---电枢供电电压(V)

I a -----电枢电流(A)
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多功能电动跑步机的设计

? ---励磁磁通( Wb )
R ---电枢回路总电阻( ? )

C E ----电势系数,
数。

CE ?

pN 6 0 a ,p 为电磁对数,a 为电枢并联支路数,N 为导体

[4] 通过脉宽调制 (PWM) 调整脉冲的宽度来实现电压大小的变化。 “脉冲宽了”

指的是高电平时间长了, 低电平时间短了,是通过改变电机电枢电压接通时间和 通电周期的比值(即占空比)来控制电机速度。当脉冲最宽时,相当于直流电, 功率最大,转速最高。脉冲宽度减脉冲频率并没有变。脉宽调制并不是直接调整 电机的速度, 而是改变电机的功率或扭矩。 扭矩大了, 换向加快, 转速就提高了。

避震系统
跑步的“头等大事”就是要保护好膝盖——跑步鞋具有缓冲减震的效果就 是这个道理。 使用跑步机比起在户外路跑最大的好处是:跑步机它提供了避震效 果,大量消除每一步伐的反作用冲击力,保护了膝盖关节。跑步机的避震方式采 用具弹性的橡胶垫将跑台和底座框架垫隔开,使跑台成悬吊状态,进而产生吸收 震动的功能而达到避震的效果。

多功能设计
扭腰盘
a) 采用 ABS 塑料+磁铁制成扭腰同时进行脚底按摩。 b) 附有磁铁,有足疗作用。 c) 身体随着转盘扭动, 使腰部、 跨部得到充分锻炼, 瘦腰美腿、 保持身材。

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多功能电动跑步机的设计

d) 通过磁疗,把磁波传列到人体,在细胞内发生旋涡状的二次电流,排除 多 余脂肪及毒素。 e) 增强血液循环,健美强身两不误。

仰卧起坐架的设计
根据美国医疗协会报导,做仰卧起坐对人体新陈代谢 有绝对的帮助,其可增 进肺部运动量因而提升免疫力。 此设计结构简单, 与支架焊接在一起, 平稳坚固、 使用简单,属于很大众化的设计,对强化胸部、腰部大小肌肉,消除腹部赘肉最 有效,在锻炼中与跑步配合,使跑步机不再成为乏味的单一运动器械,而且结构 位置丝毫不影响跑步带锻炼。

参考文献
[1] 2011-2016 年中国家用多功能电动跑步机市场调查及投资决策报告 [2] 赵松年,李恩光,黄耀志等 [3] 张春林 机械创新设计 [4] 吴宗泽 机械设计手册 现代机械创新产品分析与设计 2000

机械工业出版社 1999 机械工业出版社 2009

[5] 孙立志 . PWM 与数字化电动机控制技术应用 中国电力出版社 [6] 孙恒 . 机械原理高等教育出版社 [7] 黄永泉, 林群,朱善安.基于单片机的直流电动跑步机控制器设计浙江大学电气学院 [8] 濮良贵,纪明刚. 机械设计 高等教育出版社 [9] 丁玉兰.人机工程学北京理工大学出版社 [10] 徐华文,李文峰.电动跑步机的人机工程设计 武汉理工大学物流工程系 [11] 吴高阳,任国全,胡仁喜等 Solidworks2010 有限元分析从入门到精通机械工业出版社
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[12] 中国知网 http://www.cnki.net/ [13] Design and Assembly of a super treadmill by Simon Iacob June 2011

[14] The electronic race apparatus trade calls China's famous brand [15] http://www.cnki.nethttp://baike.baidu.com/link?url=sY5XLYyXGAi4Gb1dTCZkC7SVdnDV R1cJ0ZiWzUyuT_Mr3bjeU57p99y8SaHYIy8kjCFZE3g6A12PWoK9aHSsLq

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