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
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。

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。

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
（1） 式---电枢供电电压（V ）
-----电枢电流（A ）
a a a E U -I R C n =∅
a U a I
---励磁磁通（Wb )
R ---电枢回路总电阻（）
----电势系数，
，p 为电磁对数，a 为电枢并联支路数，N 为
导体数。

通过脉宽调制（PWM ）[4]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。

φΩE C pN C 60E a =
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，黄耀志等现代机械创新产品分析与设计 2000
[3]张春林机械创新设计机械工业出版社 1999
[4]吴宗泽机械设计手册机械工业出版社 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
[12]中国知网/
[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]/link?url=sY5XL YyXGAi4Gb1dTCZkC7SVdnDV
R1cJ0ZiWzUyuT_Mr3bjeU57p99y8SaHYIy8kjCFZE3g6A12PWoK9aHSsLq。