多功能自动跑步机设计.doc

多功能自动跑步机设计
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毕业设计(论文)

多功能自动跑步机设计
DESIGN OF MULTIFUNCTIONAL AUTOMATIC RUNNING MACHINE

学生姓名
黄黎明
班 级
09机电1学号20090606130
学院名称
机电工程学院
专业名称
机械设计制造与其自动化
指导教师
张宏艳

2013年
5 月
22日

34 / 41
徐州工程学院学位论文原创性声明

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论文作者签名： 　　 导师签名： 　　
日期： 　　 年 　月　 　日 日期： 　　 年 　月　 　日

摘要
跑步机是家庭与健身房常备的器材，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。未来跑步机市场将会普与并以人性化为主，所以跑步机行业的研究设计和开发拥有较好前景。
本课题是首先调查和总结市场上现有的跑步机的优缺点，然后完成多功能跑步机的设计。设计包括支架，基架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计的多功能跑步机具有便于搬运、结构简介、外观美观、设计人性化等特点。除跑步功能外，还有美腰、扭腰、仰卧起坐等健身方式供用户选择。除此之外还介绍了跑步机的正确使用方法和保养方法，强调了使用跑步机时的安全问题，这对于以人性化发展为主的多功能跑步机来说是非常重要的。

关键词：健身器材；跑步机；多功能

Abstract
The running machine is the standing equipment in the families and gyms , today it is the one of the most simple home fitness equipment, it is the best choice for family fitness . Running machine in the future market will spread and give priority to with humanistic humanized.So treadmill research design and development industry has good prospects.
This topic is to investigate and summarize the advantages and disadvantages of existing running machine on the market, and then complete the design of multifunctional running machine .Design includes support, base frame, roller, running boards, running belt and so on, the design of multi-function running machine has easy to handle, pro, pleasing appearance, humanized design, etc.In addition to running features, there are US-waist, wriggled, sit-ups, dumbbell, fitness back and neck massage vibration mode for the user to choose.What’s more,the paper also introduced the correct using method and maintenance method of treadmills, emphasizes the use of running machine safety, this for multifunction treadmill is given priority to with the humanized development is very important.

Keywords fitness equipment multifunctional treadmill
目录
摘要 I
Abstract II
1 绪论 1
1.1 跑步机的研究背景 1
1.2 跑步机的发展史 1
1.3跑步机的种类 2
2 总体方案设计 3
2.1基本功能 3
2.2 构造设计 3
2.3 功能原理的确定 3
3机械系统设计 4
3.1 电动机的选择 4
3.1.1 电动机的类型选择 4
3.1.2电动机的技术参数 4
3.2传动系统设计 5
3.2.1设计步骤 5
3.2.2多楔带带轮的选择 7
3.2.3带传动张紧装置的选择 8
3.3外型结构设计 9
3.3.1基架的设计 9
3.3.2支架的设计 11
3.4前后滚筒设计 13
3.4.1轴的设计 13
3.4.2轴结构的设计 14
3.4.3强度计算 15
3.4.4滚筒要求 15
3.5跑步板与跑步带设计 16
3.5.1跑步板 16
3.5.2 跑步带 16
3.5.3跑带调整 16
3.5.4跑台润滑油的添加 18
3.6多功能设计 18
3.6.1避震系统设计 18
3.6.2扭腰盘设计 19
3.6.3连接机构设计 20
3.6.4旋转结构设计 20
3.6.5仰卧起坐架设计 21
4控制系统设计 22
4.1电动机调速 22
4.1.1直流电机调速原理[ 22
4.1.2 PWM脉宽调制原理 23
4.2 跑步机控制系统的结构与功能[ 25
4.2.1系统总体设计结构 25
4.2.2系统功能 26
4.3 跑步机控制器硬件设计 26
4.3.1电压控制器的选择 26
4.3.2 控制芯片 26
4.4控制器软件设计 27
5使用和维护 30
5.1 跑步机的维护与保养 30
5.2 如何使用跑步机 30
结论 31
致谢 32
参考文献 33

1 绪论
1.1 跑步机的研究背景
生命在于运动，健康源于运动。跑步是目前非常流行的一种有氧健身运动，它在医学界和体育界享有高度评价，它是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式。
跑步可以改善骨骼、心脏、心肌、肠胃等器官的功能，是人们锻炼身体，预防疾病的法宝。户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑受到环境和工作条件的限制，变得很难进行，所以跑步机就成了时下健身最热门的健身器械。有了跑步机，我们不就不用因为天气的原因不能运动也可以免受汽车尾气之苦，更方便的是我们可以选择自己空余的时间随时进行锻炼。
多功能自动跑步机，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电动机带动跑带使人可以以不同的速度在跑步机上跑步或走动。在跑步机上走或跑，从运作外形上看，几乎与平时在地面上走或跑一样，但从人体实际用力看，它比陆地上走或跑省去了蹬伸动作，正是这一点使健身者感到十分轻松自如，并比在陆地多跑1/3的路程，能量消耗也大于陆地训练。而且随着科技的发展，电动跑步机上增加了各种电子辅助装备，使其具有多种功能，能够使锻炼者体验各种各样的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑、变速跑等，甚至能将健身者跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标显示出来，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。
1.2 跑步机的发展史
当上世纪80年代健身观念传入我国时，跑步机才渐渐的开始发展起来，生产出了最初代的跑步机--机械跑步机（又叫“被动式”跑步机）。其动力来源是使用者通过自身臂部、膝部、踝关节与相关肌肉产生向后的推力，推动跑步机产生运动。使用这种运动跑步机锻炼，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，更好的达到减肥健身的目的。但其产生的运动伤害数倍于在大自然中跑步产生的运动伤害，运动医学专家称：马路上跑步，每跑一千米，每只脚就得撞击地面约1000次左右，脚踝部、膝部和臀部都受到震荡，容易导致肌肉扭伤或韧带拉伤，而在这种原始机械跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝部、膝部和臀部，特别是肌腱，还要承担额外向后的扭力来确保跑带向后运动，这种额外的扭力就是产生运动伤害的根源。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，从而打破这部分组织的局部平衡、损伤其健康。所以越来越多的传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部越跑越粗、而关节部位越练越没有力气。
由于机械原始跑步机的危害很大，随着科技的发展，电动跑步机渐渐取代了机械跑步机，一款优秀的的电动跑步机可以克服以上的所有缺陷，可以让人安全放心的进行健康锻炼。
1.3跑步机的种类
一、机械跑步机为主动性跑步，虽然价格便宜，但是跑步的真实感不够强烈，跑步速度的快慢由本人控制，由于是主动控制，易令跑步疲劳产生惰性。
二、电动跑步机以马达带动跑步机转动，从而是跑步者被动性地作出跑步动作，跑步真实自然，速度快慢可调，还可配置电脑预设各种跑步程式，电动可调坡度，以便在跑步机上的跑步感觉接近真实的实地跑步。
三、多功能自动跑步机的主要功能，可分为跑步运动、仰卧起坐运动、扭腰运动等，为人们提供了从颈、肩、上臂、前臂、腰、腹、大腿、小腿等全身运动需求设备，从而扩大了跑步机的用途、并且从根本上协调人的各部分组织的锻炼情况，以便达到更加全面的锻炼效果。
本次设计的就是多功能自动跑步机。

2 总体方案设计
2.1基本功能
多功能跑步机的功能包括基本功能跑步健身和辅助功能仰卧起坐、扭腰等。其基本功能就是通过跑步带构建一条运动的跑道，跑道运动时的速度需要与运动者跑步的速度保持一致且两者运动的方向相反，从而使得运动者能够在跑步带上进行跑步锻炼。跑步机通常使用直流电动机对跑步带进行驱动与速度控制，而直流电动机通过半导体功率器件，使用脉冲宽度控制（PWM）方式实现调速。
2.2 构造设计
电动跑步机的主要组成部分有机架、电动机、跑步带、滚筒等。一般支架和底座垂直连接，在底座的前后两端分别安装前轴和后轴，在前轴和后轴上装上前后滚筒，然后在前后滚筒上张紧绕装上跑步带，支撑跑步板安装在跑步带的下方，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底座上，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。跑步机的传动方式一般采取传动级为一级的带传动机构[1]。多功能自动跑步机则在支架上装有扭腰盘和仰卧起坐架等设备以达到它具有多种功能，多种锻炼方式的目的。
2.3 功能原理的确定
在机械跑步机上跑步时，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝部、膝部和臀部，特别是肌腱，还要承担额外向后的扭力来确保跑带向后运动，这种额外的扭力就是产生运动伤害的根源。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，从而打破这部分组织的局部平衡、损伤其健康。而电动跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。跑步时后脚跟先着地，顺着跑带方向运动。手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。由于跑带的运动方向与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，跑起来非常舒适。康复者、儿童、老年人也可以保持身体平衡，从而集中精力安心锻炼。如果增加运动量，可以加快舞动手脚的速度。用电动跑步机能消除关节的负载，不但能减肥健身，还有益于受伤后身体的恢复。
多功能自动跑步机在电动跑步机的基础上，增加了仰卧起坐架、扭腰盘等多功能部件，为人们提供了颈、肩、上臂、前臂、腰、腹、大腿、小腿等部位的运动，从而扩大了跑步机的用途，从根本上协调人的各部分组织的锻炼情况，以便达到更加全面的锻炼效果。
本次设计的多功能自动跑步机就具有跑步健身以与扭腰、仰卧起坐等辅助功能。
3机械系统设计
3.1 电动机的选择
3.1.1 电动机的类型选择
跑步机属于健康器材类产品,所以要求跑步机的驱动电动机必须能让不同体重的运动者正常使用跑步机。一般运动者使用跑步机有健身和减肥瘦身两个目的。对减肥瘦身的人来说，驱动电动机的低速必须转矩大才能满足减肥者身体肥胖，跑不快的特点。相反的，对健身的人来说，他们跑步快但重量轻，因此高速时的转矩需求较小。所以电动机的调速范围要宽广,低速转矩要大,才能让不同重量的人都能使用，让每一个家庭成员每都能使用。
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，驱动力必须在这样的载重量下能够满足并维持所选择的速度，让人可以在跑步机上走跑自如。通常跑步机一个马力(1HP=736W)大概可提供50~60公斤的承载重量，同时跑步机的功率对跑步带的面积大小也有很大的影响，跑步机的功率越大，可以带动的跑步带面积也越大，所以一般建议，家用跑步机合宜的持续马力应该至少有1.5马力[6]。
此次跑步机设计标准为限重110kg，功率1.5HP。初步确定跑步机滚筒直径为60mm，所以最大转矩

为此采用ZYT42型永磁直流电动机，该型号的电动机是大功率跑步机中配套的专用动力元件。该电动机具有转速精度高，调速方便，调速范围宽，启动转矩大，运行平稳，噪音低，效率高的特点。并且在人在跑步机上运动时的冲击负载下，电动机仍然能够保持稳定的转速，让运动者感觉就像在平地上跑步一样。
3.1.2电动机的技术参数
根据上文计算选择的电动机型号为ZYT42/24
该电动机参数如下：
电压 180V
空载时：
转速 4000RPM 电流 0.4A
满载时：
输出功率 1.5HP/1120W 转矩 3.14N·m
转速3400RPM 电流 7.6A 效率 82%
3.2传动系统设计
3.2.1设计步骤
电动机的传动系统需要的是定传动比匀速转动机构，适合选择带传动。带传动是具有挠性件的一种传动，能缓和载荷冲击，运行平稳，无噪声，过载时传动带易在带轮上打滑，从而可防止其他零件的损坏，具有过载保护作用，并且带传动中间结构简单，成本低廉，应用范围广。
选择电动机为永磁直流电动机，传动功率P=1120W，电动机转速为n1=3400r/min ，传动比定为i=2.1 。 由于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。所以选择多楔带传动。
（1）确定设计功率Pd：
Pd＝KAP 式（3.1）
KA——工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间小于10小时，载荷变动小。根据参考文献[3]表11.5选择KA=1.2

（2）带型号的选择：
对于多楔带的型号可根据设计功率Pd=1.0KW和小带轮转速n1=3400r/min选取，选PJ 型多楔带。
（3）确定带轮直径de1、de2（有效直径）：
小带轮有效直径：
以下数据根据参考文献[4]选择
根据表8-90选demin=20mm，△e=1.2，根据表8-91选de1=33.5mm
小带轮节圆直径：
dp1=de1+2△e=33.5+2×1.2=35.9mm
大带轮节圆直径
dp2=idp1=2.1×35.9=75.39mm
de2=dp2-2△e=75.39-2×1.2=72.99mm
由表8-91，选de2=71mm
（4）计算带速v：
按式 式（3.2）
带的速度 =
注意：带速增加时，带轮的离心力和离心应力都会增大导致单位时间内的应力循环次数N增加。带速减小时，因为P=F×v/100，所以当P一定时，F增大即张紧力增大。
一般带速v的范围是5～25m/s，最大30m/s。
因为所求带速v=6.388m/s<30m/s，所以符合要求。
（5）初定中心距a0：
中心距的大小对带传动的影响：
中心距a越大，传动结构越大，所以载荷变化时容易引起带的颤动，导致掉带。
中心距越小，带的长度越短，在一定速度下，单位时间内带的应力变化次数N愈多，会加速带的疲劳损坏；
当传动比i较大时，包角较小
对于V带传动，中心距a一般可取
0.7（+）<< 2(+) 式（3.3）
73.15<a0<209
初定 a0=150mm
（6）确定带的有效长度Le：
根据式 式（3.4）
=2×150+164.07+2.34
=466.41mm
由表8-52 选Le=450mm
（7）计算实际中心距a：
中心距的变动范围
考虑安装调整和补偿张紧力的需要（如胶带伸长而松弛后的张紧），尚需给中心距留有一定的调整余量。由表8-54[4]知中心距的调整量为△min=5。
按式 式（3.5）
=150-8.205
=141.795mm
则a1=146.795mm a2=133.795mm
（8）计算小带轮包角：

=3.14-0.264
=2.88rad
（9）带每楔所传递的额定功率与其增量：
由带型，de1=33.5mm，n1=3400r/min按表8-55用插值法计算的
P0=0.14kw
由i=2.1, n1=3400r/min,用插值法计算得
△P0=0.02kw
（10）计算带的楔数：
由表8-56用插值法计算Kα=0.97，KL=0.78
由式 Z= 式（3.6）
Z=1.65/（0.16×0.97×0.78）
=13.63
由表8-51选取Z=12
（11）有效圆周力：

=0.258×103
=258N
（12）作用在轴上的载荷：
为设计轴和轴承，需确定带传动作在轴上的力Fr，
由式 式（3.7）
得Kr=1.57 则 Fr =1.57×258×0.991
=401.46N
（13）多楔带的选择：
根据计算：
跑步机传动机构选择12PJ450多楔带
3.2.2多楔带带轮的选择
根据跑步机传动系统的要求，应该选择质量小，结构工艺性好的多楔带带轮；除此外还要求带轮的铸造内应力较小，带轮质量分布均匀；为了减少带的磨损，带轮的轮槽工作面必须要经过要精细加工；各槽的尺寸和角度都要保持一定的精度，从而使载荷能够的分布较为均匀。
多楔带带轮主要是根据它的基准直径选择结构形式，然后根据带的型号与根数确定轮缘宽度以与轮槽尺寸。则小带轮D=33.5mm选取实心式，规格为P12PJ33.5。大带轮D=71mm选取腹板式，规格为P12PJ71。
以跑步机大带轮P12PJ63为例确定其结构和尺寸[5]：
要求带轮每毫米有效直径的轮槽轴向圆跳动公差值为0.002mm，轮槽表面粗糙度Ra的最大允许值为3.2。槽角α=40o±0.5o，槽距e=2.34±0.03，槽底圆弧半径rt最大值为0.4楔顶圆角半径rb,最小值为0.2，，检验用圆球或圆柱直径db=1.5±0.01，2X公称值为0.23，2N最大值1.22，f最小值为1.8，径向跳动公差0.25，有效线差公称值θ=1.2，槽间直径差值最大0.16，n槽数为12。所以 带轮宽b=11×2.34+1.8×2=29.34mm
现用楔顶圆角半径rb,槽底圆弧半径rt均为0.3，又由槽距e=2.34，槽角α=40o，得到每个楔槽高度2.06mm。
3.2.3带传动张紧装置的选择
对于带传动张紧装置，当传动中心不可变时，采用张紧轮；                 
当传动中心可调时，可以采用滑轨加螺旋或者浮动轴。
图3-1为张紧装置示意图[3]。
本跑步机中心距是可调的：
a=a0+(Le- Le0)/2
=150-8.205
=141.795mm
则a1=146.795mm a2=133.795mm
范围在133.795mm--146.79mm之间，则通过螺栓的前后移动来调节电动机的前后移动，从而实现带的调紧和放松。
多楔带通常适用于传递功率较大，传动结构紧凑的场合，特别适合做带轮直径小的传动带。拥有如下特点：
（1） 多楔带与带轮的接触面积较广，摩擦力较大，并且载荷沿带宽的分布较均匀，所以带的传动能力更大；
（2） 多楔带带体薄而轻、柔性好、结构合理，所以工作应力小，可以在较小的带轮上工作；
（3） 多楔带具有传动振动小、运转平稳、散热快、使用时不易伸长、寿命长、传动比大和极限线速度高等特点；
（4） 传动紧凑，占据空间小，传动效率高，节能效果明显；
（5） 多楔带的背面也能传动，而且可使用自动张力调整器，使传动更加安全、可靠。

表3-1 张紧装置

3.3外型结构设计
外形结构是一个产品给人的第一信息，也是整台机器的支撑框架，所以为了符合专业机械结构和增加产品销量，跑步机的外形结构设计要具有美观、牢固、轻便的特点。
3.3.1基架的设计
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。支架，滚筒的选择，以与前后ABS塑料罩等等，都是依据基架的尺寸和形状设计的，所以设计开始首先考虑基架的设计，进行样式，结构，还有尺寸的确定。主要是通过对市场进行调研，通过了解现在流行的跑步机的基架结构设计，然后在此基础上进行改进，在尺寸方面，确定45cm宽×130cm长的跑带面积，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，再考虑电动机的尺寸，传动机构带传动的中心距离，电动机的安装位置，前后滚筒的位置，PWM调速电源的安装位置，以与传感器安装位置的预留等等。为了在锻炼过程中短暂休息的时候，两脚能有足够的踩放位置，特意将两边框设计了足够的宽度，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[6]。
底座外形长度设计：跑步带宽500mm，故设计滚筒长为530mm，再加上轴的固定孔位，取跑步机的整个传动系统的宽度为550mm，确定两侧平台各取105mm，所以上底座的宽。
由3.2.3求的两带轮的中心距，电动机的宽，跑步带长是1300mm，取下底座的前壁宽是50mm，尾部距下滚筒中心距是80mm用于安装和调节下滚筒的装置，由于电动机应与前壁有一定间隙，并有一段是为安装和调整电动机位置，且这一段的宽度是60mm，用于电动机的安装。故取上滚筒与前壁的距离，所以上底座长

图3-1 基架图
由图3-1基架图可知，整个基架最有可能出现弯矩现象的地方在上基架中部。以基架一边承受60kg计算其载荷，由于有一定的冲击力，取跑步时脚相对于跑步板8m/s,与跑步板接触0.3s计算，受力分析如图3-3所示。许用应力[σ]=60MPa[7]。

图3-2 基架受力图
所以， 式（3.8）

弯矩
弯矩应力 式（3.9）
所以可用。
由图3-2基架图可知，整个基架最有可能出现断裂的地方在下基架的尾部。
由公式
可得 式（3.10）
所以可用。
3.3.2支架的设计
支架设计分为上下两部分，可以通过插拔的形式进行安装和拆卸，装卸操作简单并节省包装时间和安放空间，支架材料采用空心钢管，通过焊接连接，稳定性高。支架包括扶手，仪表安装辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接在辅助连杆上。支架与基架采用螺栓连接，方便跑步机位置的调整和拆装。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。图3-3，3-4，为主要支架，上支架和下支架，上支架主要安装仪表盘和供使用者扶持；下支架用于支撑和安装基架。
图3-5为上下支架连接以后的模型，支架用于支撑和安装基架，安装仰卧起坐支撑棒和扭腰盘，这部分需要给人舒适和美观感。

图3-3 上支架图

图3-4 下支架图

图3-5 总支架图
3.4前后滚筒设计
3.4.1轴的设计
滚筒轴属于固定心轴——只承受弯矩M≠0；不承受扭矩T=0；轴的毛坯一般用锻件或圆钢。
轴的结构设计应满足的基本要求：
（1） 工艺要求：轴应具有良好的制造工艺性。
（2） 定位要求：轴与轴上零件应具有准确的工作位置。
（3） 紧固要求：轴上零件的固定应牢固可靠。
（4） 安装调整要求：轴上零件应易于装拆和调整。
（5） 提高疲劳强度的要求：应尽量减少应力集中。
轴的各部分结构名称制造安装要求：
（1） 轴的形状和尺寸设计尽量简单，以便于加工；
（2） 为了方便轴上零件的装拆，通常将轴做成阶梯轴；
（3） 轴端和各轴段的端部应有导角，以便于轴上零件的安装，；
（4） 轴上磨削的轴段应该有有砂轮越程槽；
轴的材料：
因为轴常在交变应力的作用下工作，所以要求其材料要刚度好、强度高、应力集中的敏感度小，加工性能好，抗疲劳，有的轴表面要求也较高。
轴的材料主要采用中45钢或碳钢35和合金钢20Cr或40Cr等[3]。
最常用的是45#钢（含碳量0.45％），它具有较高的综合机械性能。
此设计采用45#钢。
(1)计算轴上功率P、转速和转矩T
查手册得，多楔带的传动效率η为0.98。则
P=Pη=11200.98W=1097.6W
＝n=3400r/min=1619.05r/min
T==6.49N·m 式（3.11）
(2)计算作用在大带轮上的力
大带轮的直径=71mm
作用在大带轮上的力：
式（3.12）

作用在轴上是力：因为轴固定，所以

(3)初步确定轴的最小直径
先初步估计轴的最小直径。按无特殊要求、重要性一般，选择轴的材料为45钢，查按转矩计算轴时的和C值表，取C=110，于是得
=10.65mm 式（3.13）
(4)轴承的选择
取安装滚动轴承处为轴头为前滚筒轴的的最小直径。
轴承类型： 深沟球轴承，轴承代号：6301
额定静载荷：4650，极限转速：22000， 润滑方式：脂润滑。
工作参数： 轴向载荷：0，径向载荷：406.16，使用寿命：30000，工作转速：1619.05，载荷系数：1.5。
3.4.2轴结构的设计[3]
轴的设计包括两个方面：
(1)结构设计：使轴具有合理的结构形状，良好的加工工艺性。
(2)强度计算：保证轴在载荷作用下不致断裂或产生过大的变形。
轴的结构设计：
轴的端部应有45度倒角，以便安装时对中，防止锐边划手。
轴的结构设计主要根据以下几个方面： 轴上零件的配置；轴上零件的装拆；轴上零件的固定；轴的加工工艺性。
轴上零件的固定可分为两个方向：
轴向固定：防止零件在运转时产生轴向移动，采用圆螺母。
周向固定：传递扭矩和运动，采用过盈配合（轴承内圈）。
图3-6为滚筒的结构示意图。

图3-6 滚筒结构图
3.4.3强度计算[2]
由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取T=0。由于是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力。所以：固定心轴的许用应力应为[σ]=102MPa[8]，
弯矩
抗弯截面系数 式（3.14）
弯矩应力 式（3.15）
所以可用，则通过设计能承受足够的工作强度。
前已选用轴的材料为45钢，调质处理，查手册按线性插入法查得对于的碳钢，承受对称循环变力时的许应力合理。若从考虑节省材料减轻重量上，轴可以适当再细点，但考虑到轴受一定的冲击力，所以维持轴的直径不变。
3.4.4滚筒要求
前滚筒即主动滚筒的外圆全跳动要小于0.33mm，后滚筒也就是从动滚筒的外圆全跳动要小于0.25mm。滚筒均采用5.0mm壁厚的优质钢管，光洁度达到0.8以下[9]。滚筒均有防静电处理，滚筒外部经防锈处理，前后滚筒的外形如图3-7、3-8所示。

图3-7 前滚筒图

图3-8 后滚筒图

3.5跑步板与跑步带设计
3.5.1跑步板
电动跑步机的跑步板是由基板以与覆盖在基板上下两个表面的导电耐磨层构成。导电耐磨层可以长期承受跑步带的摩擦，从而增加跑步机的使用寿命，还可以随时将摩擦产生的静电荷通过底座导出，避免静电对人体造成不舒适和对跑步机造成损害。基板制作材料一般是高密度或中密度的纤维板，也可由其它材料制作。高密度或中密度纤维板强度较高、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，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨。
根据滚筒和基架的长度，确定跑步板的长宽为L×b=1200×500mm，高h=12mm。
因为正常成年男人的肩宽在45cm左右，加上跑步时的摆臂动作，为了能使使用者更舒适的运动，跑步带宽度应该有50cm左右，而正常成年使用者跑步时步伐长度大概在1m左右，所以这里设计的跑步板的长宽高L×b×h=1200×500×12mm是比较合适的。
3.5.2 跑步带
跑步带使用双层粘合跑带，具有高传导性，防滑性能高，运动时安全可靠。对于跑步机来说，跑步带面积的大小非常重要，左右宽度与前后长度都要够，否则无法自然迈开步伐，跑起來弯扭不顺畅，容易让人跌倒。根据运动者的肩宽和跑步速度，跑步带50cm宽×130cm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。
本设计要求跑步带的宽度为500mm，取跑道长为1300mm。材料选择草地纹双层材料，厚度为2.5mm，让运动者跑步时可以更加舒适。
3.5.3跑带调整
两个螺栓调整法：如果跑带偏向左边，先取出钥匙，拔下电源插头。将跑台左后侧的滾筒调整螺栓顺时针方向旋转四分之一转，还有以反时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。调整完成后，不能过度锁紧跑带，插上跑步机的电源插头然后启动跑步机，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑帶位在中央位置。
如果跑带偏向右边，先取出钥匙，拔下电源插头。将跑台左后侧的滾筒调整螺栓以逆时针方向旋转四分之一转，还有以顺时针方向旋转跑台右后侧的滾筒调整螺栓四分之一转。完成后，重新启动跑步机，让跑带运转几分钟。重复本段动作，直到跑带位在中央位置。

图3-9 跑带左右偏调整方式
要增加跑带的张力时，先取出钥匙，拔下电源插头。使用六角螺母板手将跑台后侧的两个滾筒调整螺栓以顺时针方向各旋转四分之一转。跑