多功能跑步机外观及结构设计文献综述

摘要：本课题是进行多功能跑步机外观及结构设计。设计出的多功能跑步机，包括包括总体功能设计、传动机构设计、外形结构设计、前后滚筒的设计。由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。跑步机在健身者运动时能显示出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。

关键词：跑步机；外观；结构

研究背景及意义

随着社会的发展，一方面我们需要良好的体质适应工作的需要，另一方面由于受到气候、环境、场地等一些客观因素的制约，我们到室外去跑步的机会也越来越少；随着生活的节奏变快，时间也被人们充分的利用，导致办公室一族没有办法保证身体的健康。

跑步机，其主要系在扶手架适当位置处设一枢杆，复使该枢杆向机体前下方延伸，并使其另端枢结在跑步框架的适当位置处，在跑步框架前端底部设有一贴地滑轮，因此，当跑步框架由后方被举起遂行折收作业时，该贴地滑轮将有助于使用者的施力，具有折收省力，撑持稳固的特点。应用跑步机在室内健身，已成为大多数人在办公、客观因素等条件制约下首选健身方式。

因此，关于跑步机的研究与开发已成为主要发展方向。一台多功能跑步机是由跑步机、划船器、卧式健身车、立式健身车、放松机、腰旋器等功能器材组合而成，以功能多、占地少而受到一些人的喜爱。它的锻炼方法同普通跑步机一样，从健身器具备的使用舒服、方便，故本设计为多功能跑步机外观及结构设计设计。设计出的多功能跑步机根据自己的情况，适当选择运动方式进行锻炼对人的心肺功能以及上下肢肌肉力量的增强有良好的作用。在使用者的时间，空间得到更多节省，使得多功能跑步机具有更好的使用性。

国内外发展情况

世界第一台跑步机诞生于1875年，发明人是美国东部农村的一位机械师这台机器其实是一台便携式农机设备，以牲畜作为动力来源。这可不是什么新鲜事，世界各地的农民们早就用驴来拉磨了。不过，驴和任何动物一样，不喜欢原地转圈，想让驴拉磨，就得用鞭子抽，还得蒙上它的眼睛。

除了拉磨，还有好多农活可以让动物干。早在16世纪，欧洲的农民就发明了很多类似的传动装置，让驴和马来帮助农民打谷或者汲水。不过，这些装置都是让动物爬楼梯，利用动物的体重来产生动力。

1866年，纽约州通过了美国第一部禁止虐待动物的法律，用鞭子打牲口被视为非法行为。“美国反对虐待动物组织”指责那些爬楼式的动力装置伤害了动物的膝关节，给动物造成了心理压力。于是有人发明了水平跑步机，其传送带和地面平行，动物走在上面就像平时散步一样自然。随后，“被动式跑步机”（即最早期的跑步机，以人为主要的动力源进行的原地跑步的机器；后来发展到现在，改早期的被动式为主动式跑步机，以跑步机内置电机为主要动力源进行原地跑步的机器）盛行于国外。由于长期使用会加速膝关节老化【1】，致使人们不得不使用电动机代替作为动力源。这种方式可以使人跑动的更加自如。

中国的第一台跑步机于1996年诞生，自其诞生以来，中国健身行业一直致力于其产品科技含量和功能性的完善，先后推出了“具有倒走功能的跑步机”、“可自然长效释放负氧离子的跑步机”等多款产品来满足不同阶层的消费需要。

具有数字VR系统的电动跑步机，在2006年生产出来。是由触摸计算机、控制柱模板及电动跑步机构成，给运动者提供一种虚拟的运动环境，具有高趣味性和互动性的方便安全运动器材，其涵盖了健康数据管理、健身方案设定，曲线对比，互动游戏，互动竞技等。【2】

具有倒走功能的电动跑步机，面世于2007年。常用跑步机使用电动机带动跑带往一个方向的运动，具备倒走功能的电动跑步机通过导正滚筒的设置，克服了反复调整跑带的不便，通过改变滚筒的形状，导轴、点击设置来实现正走或倒走的功能。

2008年，同机异步康复跑步机面世。在一台跑步机上设置左右对称的两套运动系统。由于配置左右对称的两套全运动系统，使运动方式实现正走、倒走、交替运动多种方式和模式，解决了现有跑步机只能单方向运动的技术问题，为锻炼者方便、安全、先进、独特的运动器械和安全的锻炼环境。

基于国内外的发展，未来跑步机必将进入多样化、多层化、多用化，实现健身、康复、放松等多用途。随着经济的飞速发展，社会文明程度的普遍提高，在物质生活丰富，全民健身运动深入人心情况下，人们越来越注重精神生活上的追求。随着人们对空间、以及实用性的需求，一台跑步机多种用途已迅速的占据了厂商以及人们的心里，所以多功能的跑步机是现代跑步机的主要发展方向之一。

结构设计

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。

（一）电动机类型与参数的选择
    当人在跑步机上跑步或走路时，跑步机所承载的重量是人体重的0.8~2.5倍，通常跑步机一个马力大概可提供50~60公斤的承载重量，但跑步带面积大小也和跑步机马力有相当直接的关系，跑步机的马力越大，可以带动的跑步带面积也越大，所以衡量效率及安全性后，一般建议，家用跑步机合宜的持续(continuous)马力应该至少1.5马力以上，如果家人的体重有超過80公斤，則应选2.0持续(continuous)马力以上的跑步机。

此电动跑步机用电动机—ZYT42（NEMA）型永磁直流电动机，该型电动机系大功率跑步机中配套的专用驱动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动元件。该电动机显著的特点：具有转速精度高，当人在跑步机上运动时，是一个冲击负载，该机在这种冲击负载作用下一转不差，保

持同步转速，如同在平地上一样感觉。表现在调速方便（可无级调速），调速范围宽，低速性能（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。

（二）传动机构的设计

工作机构类型选择带传动,属于定传动比匀速转动机构。带传动具有结构简单，成本低廉  能缓和载荷冲击，运行平稳，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，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，所以择之。

（三）基架和支架的设计

为了保证整个系统的稳定性和减震系统的有效性，基架和支架全部采用焊接结构。基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。在尺寸的确定方面参考了人体运动工学推算，45cm宽X130cm跑带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计。在设计中特意将两边框设计了足够的宽度，以此为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外也为万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。支架与基架的连接采用螺栓连接，方便位置的调整和拆装。底部安有橡胶垫和尾套，保证平衡，最重要的是实现减震的二级缓冲。

（四）跑步板及跑步带设计

电动跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高；又可随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，避免静电对人体的不舒感和对跑步机造成的损害。基板由高密度或中密度纤维板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好，本身也提供一部份的吸震功能，导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性，跑步带国际防滑型，运动时安全可靠

跑步机，其实就是提供一个跑步的面积，所以绝对要在乎跑步带面积的大小，左右宽度及前后长度都要够，否则无法自然迈开步伐，跑起來弯扭不顺畅，更容易跌倒。根据人体运动工学推算，45cm宽X130cm长，应是一个合宜的参考面积，然后再依个人的实际条件做增减。有不少厂商生产"加码"跑步机，跑台加宽，左右踏条增大，以营造物超所值得虚胖假象，但最重要的跑步带面积并没增加；所以焦点要放在跑步带面积上。理论上來说，在相同的马力条件下，如果跑步机所能提供的跑步带面积越大，且整台实际的占地面积越小，应是较佳的设计。

跑台润滑油的添加

1、减小跑步带和跑步板之间的摩檫力，保护跑步板表面的耐磨涂层，延长跑带、跑板的使用寿命。
    2、减少跑步机的电能消耗。
    3、让用户在运动时更流畅。

（五）多功能性

一机多能，在锻炼中穿插多个项目的训练，可以减少乏味和单调性，同时能起到不同的锻炼目的。但是一味的强调多，也会影响健身的准确性。所以适当的添加一两个项目，对跑步机的整体性能起到画龙点睛的作用。在此设计中添加了扭腰盘和仰卧起坐架，结构简单，不会影响跑步的面积。

参考文献

[1] 王三明主编.机械原理与设计课程设计。北京：机械工业出版社，2005

[2] 邹慧君主编.机械原理.北京.高等教育出版社，1999

[3] 申永胜主编.机械原理教程.北京.清华大学出版社，1999

[4] 张伟社主编.机械原理.西北工业大学出版社，2001

[5] 邹慧君主编.机械原理课程设计手册.高等教育出版社，1998

[6] 赵松年主编.现代机械创新产品分析与设计，2000

[7] 杨家军主编.机械系统创新设计.华中理工大学出版社，2000

[8] 张春林主编.机械创新设计.机械工业出版社，1999

[9] 机械设计手册编委会.   机械设计手册新版2，3卷, 机械工业出版社，2004

[10] 卜炎主编.机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社。1999