电动跑步机机械结构设计

I摘 要生命在于运动，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。跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且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。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售不错，近几年价格已有上升趋势。注重生活时尚的消费者认为跑步机价格在万元以上是理所当然的事。这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。此次设计的任务为使用作图软件进行电动跑步机机械部分的零件建摸，结构设计，产品的装配。设计包括支架，基架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计中参考了国内外各品牌结构和样式，对传动机构和执行机构进行了精确计算，对各构件进行校核检验，而且设计中重点突出了减震系统的重要性和跑步板防静电的功能性，根据所学机械设计学知识，利用人机学原理，使设计更为人性化。由于跑步机的特殊性，安全问题更值关注，如何正确使用跑步机，和跑步机的保养同样重要。设计过程中使用 Caxa 进行装配图和零件图的绘制。关键词：总体结构；传动机构；减震系统；跑步板；跑步机使用；多功能设计IIAbstractLife is movement, movement from health. A kind of aerobic exercise currently very popular - running, In the medical profession and the sport enjoys a high rating, It is to keep a person well-being the most effective way of scientific fitness, but also increasingly being loved.The race apparatus is the family and apparatus always on the alert of gymnasium, and the simplest one in the body-building apparatus of the current family, it is the best choice of the family building up body device. The experts believe the race apparatus market will take high price products as the leading factor in the future. Low price products sell too good, price in recent years had the tendency to rise. Pay attention to consumers with fashionable life and think the price of the race apparatus is the natural thing above ten thousand dollars. Design and include the support, the base shelf, the cylinder, run board, is it bring to run, design consult domestic and international every brand structure and design, carry on accurate calculation by organization to transmission, and design stress shock attenuation systematic importance and run the static -proof functionality of the board especially, the design enables persons who run to experience the strength of the race apparatus. Because of the particularity of the race apparatus, safe problem is worth paying close attention to, how to use the race apparatus correctly, it is as important as maintenance of the race apparatus. These signs indicate, the race apparatus will still increase continuously in the future. I have used the two-dimensional entity software CAXA to carry on the entity modeling of the part in the course of designing, design with the ensemble architecture.Key words： Overall structure；Main transfer machinery；Damping system ；Run board； Run , machine use；Muti-function designIII目 录摘 要 IAbstract.II第 1 章 绪 论 .11.1 设计题目背景 11.2 研究意义 11.3 国内外相关情况 21.4 选题意义 3第 2 章 总体方案设计 .42.1 主要技术参数及要求 42.1.1 设计内容包括 42.2.2 主要技术参数： 42.2 总体方案选择及评价 42.2.1 基本功能 42.2.2 设计任务抽象化 52.2.3 确定工艺路线 52.2.4 构造设计 52.2.5 功能分解 52.3 确定边界条件 62.3.1 边界条件 62.3.2 方案评价 62.4 跑步系统设计 72.5 坡度调节及折叠系统设计 82.6 辅助锻炼系统 .92.7 总体结构布局 .9第 3 章 电动机类型与参数的选择 .113.1 动力机的类型选择 113.2 总传动比计算及传动比分配 113.3 选择动力机功率 123.4 确定电动机转速 123.5 各轴转速、功率及转矩的计算 13第 4 章 传动系统设计计算 .144.1 带传动设计计算 .14第 5 章 执行系统设计 .19IV5.1 轴的设计计算 195.1.1 轴结构的设计 195.1.2 强度计算 205.2 滚动轴承的选择及寿命验算 235.2.1.滚动轴承的选择 235.2.2.轴滚动轴承寿命验算 235.3 键联接的选择和验算 235.3.1.键联接的类型和尺寸选择 255.3.2.对电机轴上键联接的强度校核 255.4 滚筒要求 .25第 6 章 跑步板及跑步带设计 .266.1 跑步板 266.2 跑步带 276.3 跑带调整：两个螺栓调整法 286.4 跑台润滑油的填加 29第 7 章 人机学设计 .317.1 人体尺寸百分位数运用的基本原则 317.2 电动跑步机的人机工程设计 32第 8 章 外型结构设计 .368.1 基架的设计 368.2 支架的设计 368.3 前后罩 37第 9 章 避震系统的设计 .38第 10 章 多功能设计 .3910.1 扭腰盘设计 3910.2 连接结构设计 3910.3 旋转结构设计 3910.4 仰卧起坐架的设计 40第 11 章 验算各折叠部分是否发生干涉现象 .40第 12 章 使用和维护 .4112.1.跑步机的维护与保养 .4112.2 跑步机使用方法和注意事项 41第 13 章 总结 .43参 考 文 献 .42致 谢 .43附录 英语资料原文 .45附录 中文译文 .510第 1 章 绪 论1.1 设计题目背景电动跑步机，是近年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步。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、变速跑等，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。1.2 研究意义跑步机属于健康器材类产品，由于跑步机驱动电机必须满足各种体重的人来使用。一般使用跑步机的目的有两种：健身和减肥瘦身；如果是减肥瘦身的人来使用，因为身体较肥胖，跑不快，因此驱动电机的低速必须转矩大才能使用。相反的，健身的人跑步快，但是重量轻，因此高速时的转矩需求较小；跑步机必须满足家庭成员每一个人都能使用，因此调速范围要宽广，低速转矩要大，才能满足不同重量的人。目前跑步机使用的驱动装置以直流有刷电机为多，优点是价格便宜。跑步机双面宽厚的跑带让人有草坪般舒适感觉，马力强劲的电机带来恒久的动力，灵敏的控制器配合芯片让人在跑步过程中随心所欲，坚固的钢架以及防护装置使人的安全尽在掌握。电跑使人们在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动的乐趣。通过这次毕业设计可以更好地检查大学四年来我们所学的基础知识、专业知1识和实际操作能力；通过设计，我们可以更好的把课本所学的知识运用到实际操作中，而且可以锻炼我们的创新能力。1.3 国内外相关情况1996 年之前,电动跑步机都是国外产品，进入家庭的大都是由自行车厂改制的生产厂制造的机械跑步机,国人对价格几万乃至十几万元的进口电动跑步机望而生畏。1993 年以后，随着国际产业结构的调整，韩国企业向我国转移，首先是山东祥和集团公司利用该地区电机、控制电源生产的优势，于 1994 年组建了专厂，通过充实机加工能力，结合国内外信息，祥和集团于 1995 年生产出了全部为自制部件的家用电动跑步机，并于次年的南昌体博会上参展。被誉为第一个民族品牌的汇祥电动跑步机，当年产量达到七千台，销量达到五千台，开了生产国产电动跑步机的先河。通过不停的技术改造，到 2004 年达到了年产十万台的生产能力，同年销售跑步机 4.8 万台，产值 9360 万元，销售收入 7200 万元，同时完成了 ISO9001 及欧盟 CE 认证，并被评为山东名牌产品。汇祥电动跑步机为扩大生产规模，合理利用生产资源，先后为一些国产企业贴牌生产，极大地提高了电动跑步机的国产占有率，也为众多企业提供了发展样品，带动了整个行业的蓬勃发展。目前，生产电动跑步机的企业集中在长江三角洲、山东半岛及粤、闽沿海地区，总数约为 50 余家，其中具备规模的约为 15 家，而合资、独资企业约占50%。21.4 选题意义本次论文的题目主要来源于实际的生产生活中。电动跑步机设计是时代和人民生活水平发展所需，非常具有现实意义。有力推进全民健身，拉动体育消费的，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。3第 2 章 总体方案设计2.1 主要技术参数及要求2.1.1 设计内容包括1、跑步机跑步系统设计；2、坡度调节系统设计；3、折叠系统设计；4、辅助锻炼系统设计。2.2.2 主要技术参数：1、马力：4-6 匹马力交流电机；2、坡度升降调节范围：015 o ；3、速度范围：512 公里/小时；4、占地面积：面积 450550 毫米15001600 毫米；5、净重：小于 200 公斤；6、电机：跑步机专用可调电机；7、人机学：符合人机学；8、特制缓冲垫，起到减震效果；9、安全性：安全钥匙紧急停止开关和安全带。2.2 总体方案选择及评价2.2.1 基本功能设计一台电动跑步机就是构建一条运动的跑道（跑步带），跑道的运动方向与运动者的跑动方向相反，使得运动者能够在原地进行跑步锻炼，实现跑步机的功能，通常使用直流电动机驱动对跑步带进行驱动，控制速度，直流电动4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。设计添加坡度调节系统和折叠系统，实现坡度调节，并能进行折叠以方便存放。2.2.2 设计任务抽象化本次设计的任务是根据跑步者需要进行不同速度的跑步运动。并能实现多项健身运动。根据上述条件绘制黑箱如图 2-1。2.2.3 确定工艺路线本设计的工艺路线即从系统接到开始信号，驱动动力源，动力源通过传动系统把运动和动力传递给执行机构.根据以上过程绘制工艺路线图，如图 2-2。2.2.4 构造设计实现跑步机各项功能，动力系统连接传动系统连接执行系统，包括坡度调节系统，折叠系统及辅助系统。2.2.5 功能分解跑步机功能分解如下表表 2.1 跑步机功能分解黑箱静止运动者动力源信号跑动运动员信号图 2-1 黑箱动力信号 跑带运作图 2-2 工艺路线带动人跑步5跑步功能 跑步系统 带传动 电动调节坡度 坡度调节系统 齿轮齿条+杆机构 手动实现折叠 折叠系统 杆机构 手动辅助锻炼 辅助锻炼系统 轴与轴承 手动安全防护 安全防护系统 安全带，防滑道，急停开关多功能可折叠电动跑步机控制选项 电控系统 另行设计对机器的动力功能，传动功能，执行功能进行功能分解。功能分解的目的是有更多的方案解用来参考，以便找到最优的设计方案。动力功能 传动功能 执行功能气 压 机液 压 机内 燃 机电 动 机 杆 机 构 传 动齿 轮 齿 条 传 动链 传 动带 传 动 跑 道跑 带2.3 确定边界条件2.3.1 边界条件温度合适，环境洁净，控制噪音，体积适中，动力自动调节，节省能源。2.3.2 方案评价1.执行机构的动力源考虑到本机器为小型非重载的机械，所以从方便简单启动考虑选择电动机提供动力。2.执行系统传动首先考虑带传动，因为带传动适用于非重载远距离的机械中，制造和设计比较容易是比较理想的传动机构。带传动即可实现准确降速进而较容易的实现机构所需的速度。3.启停制动功能此功能是为了操纵本机械的人能够不用切断电源的情况下实现执行系统的启动和停止。选择电脑程序的控制，操作选用触摸屏。急停按钮采用传统按钮形式。4.总结出设计最佳方方案，方案解如表 2.26表 2.2 最佳方案解执行机构的动力源 执行系统传动 折叠坡度调节系统 启停制动形式直流电动机 带传动 杆机构 触摸屏2.4 跑步系统设计跑步系统由支架，电机，电控系统，带轮，多楔带，滚筒，轴，轴承，跑带，安全防滑道，安全带等部分组成，电控系统控制电机旋转带动带轮转动，通过带传动，实现一级变速。机器开始运行后跑带带动人在其上奔跑。通过两滚筒间距调节预紧跑带。跑带采用防滑带，带两侧设有防滑道，系统设置急停开关，以防止意外发生。跑步机是由电机带动，则跑步者须与跑带节奏保持一致，在跑步时出现意外，要迅速的使跑步带停下来，所以在跑步机设计时要尽多的考虑安全问题。图 2-3 跑步系统2.5 坡度调节及折叠系统设计坡度调节系统采用杠杆原理，手轮转动带动齿轮转动，然后将旋转运动传多楔带多楔带轮电机跑带防滑道7给齿条作直线运动，在与调节杠杆连接处施力，调节杆杆支点固定在跑步机支架上，通过杆机构调节实现坡度调节，原理图如图 2-3。图 2-4 所示为折叠前后机构极限位置。图 2-4 坡度调节及折叠机构=图 2-5 折叠前后示意图2.6 辅助锻炼系统辅助锻炼系统包括扭腰盘旋转机构和仰卧起坐架，图四是扭腰盘旋转机构手轮齿轮齿条支架跑道8图 2-6 扭腰盘旋转机构2.7 总体结构布局整体布局结构要紧凑，在整体部局上要符合人机工程学原理。如图 5 所示。图 2-7 总体结构布局图9图 2-8 总体布置简图综上所述：设计的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等组成，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。跑步机配有坡度调节装置，可实现坡度调节，同时结合折叠功能的二合一设计。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。10第 3 章 电动机类型与参数的选择3.1 动力机的类型选择根据工作负荷的大小和性质、工作机的特性和工作环境等选择。当人在跑步机上跑步或走路时，由于产生动量，跑步机所承载的重量是人体重的 12.5倍，而电动机动力在这样的载重量下，能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(1 马力=736W)大概可提供 5060 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，跑步机合宜的持续马力应该至少 1.5 马力以上，如果人的体重有超过 80公斤，则应选 2.0 持续马力以上的跑步机。此跑步机设计标准为 100 公斤，则电动跑步机转用电动机ZYT42 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。3.2 总传动比计算及传动比分配当设计多级传动的传动装置时，分配传动比很重要。要做到尺寸紧凑，结构协调，成本低，维修方便。注意以下几点：1) 各级传动比应在荐用值范围内。2) 各级传动间应作到尺寸协调，结构匀称。一般使 iVB iG.若带传动的传动比分配过大，大带轮的外径 v 大于减速器中心 H 时，会造成尺寸不协调或安装不便。113) 各级传动件彼此不发生碰撞现象。4) 两级齿轮传动比可按下式分配i1=(1.3 1.4)i2 i =(1.3 1.4)i -1/2 5) 传动比分配总传动比:i=n 0/nW=3,据表 4.2-9：取 i 多楔带=2.5 ，n 0=4000r/min则跑带带传动比：i 跑带=i/i 多楔带=3/2.5=1.23.3 选择动力机功率传动筒所需功率： PW =FV /1000 传动装置的总效率 ： = 多楔带 跑带 2 承按表 4.2-9 确定各部分效率如下：皮带传动效率： 多楔带=0.95； 跑带= 0.90滚动轴承效率： 承 = 0.99则传动总效率：=0.950.900.99 2=0.816所需电动机功率： Pr = PW/ P 电机=P/ 多楔带 带 轴承=27360.950.900.99 2=1668.76W 取 1670W3.4 确定电动机转速由表 4.12-1 查得电动机数据永磁式直流马达-型号：ZY120-8060 马达容量：1.5HP 电压：DC180V 功率：1.5KW转速：4000rpm123.5 各轴转速、功率及转矩的计算电动机轴Po=Pr=1670w no=4000r/min 3989.5Nm40167950nPT前轴：P1=P0 带 =16700.9=1503Wn1=no/i 带=4000/2.5=1600r/min 8971Nm 160539501T后轴：P2=P1 带 =15030.95=1428w n2=n1/i12= 1600/1.2=1333.3r/minNm1023489502T上述结果汇于下表：轴序号 功率 P(kw) 转速 n(r/min) 转距 T(Nm) 传动形式 传动比 i 效率 1 1670 4000 3989.52 1503 1600 8971 带传动 2.5 0.953 1428 1333.3 10230 带传动 2 0.9按工作要求条件选用电动跑步机专用永磁直流电动机结构，电压 380 伏，YT42型。13第 4 章 传动系统设计计算4.1 带传动设计计算输出功率 P=1.5kw，满载转速 n1=4000r/min，从动轴转速 n2=1600r/min，载荷有轻度冲击，使用 5 年。动力来源：电力三相交流 380/220V。速度允差小于5%。选择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率 P=1.7KW，主动轮转速为 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，所以择之。 1、确定设计功率 Pc由文献17 第 14 篇中表 3-4，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间dmin=80mm 对传动有利，按表 3-6 取标准值，取 dd1=90mm小带轮有效直径：由多楔带直径系列表知 demin=20mm,由表选取 de1=33.5mm小带轮节圆直径dp1=de1+2e=33.5+21.2=36mm由表，e=1.2确定从动轮基准直径 dd2 14dd2=n1/n2dd1=1420/50790=252mm 查表 3-6 取标准值 dd2=250mm大带轮节圆直径 dp2=idp1=233.5=67mm大带轮有效直径:de2=dp22e=6721.2=64.6mm由表，选 de2=63mm4、计算带速 v验算带速 V V=d d1n1/(601000)=901420/(601000)=6.68/s在 5 25m/s 之间，故合乎要求。v=dp1n1 /(601000) m/s 注意：v 离心力、离心应力F Q单位时间内的应力循环次数 Nv P=Fv/100 可知， P 一定时，F张紧力一般 v 在 525 m/s，最大 30 m/s，在 815 m/s 较好V=363400/601000=6.4 m/s 1200 符合要求。9、带每楔所传递的额定功率及其增量由带型，d e1=33.5mm，n 1=3400r/min 按表 8-55 用插值法计算的p0=0.14kw由 i=2, n1=3400r/min,有表 8-55 用插值法计算得p 0=0.02kw10、计算带的楔数由表 8-56 用插值法计算 K=0.97，K L=0.78Z=1.65/(0.160.970.78)=13.63由表 8-51 选取 Z=1211，有效圆周力16FT= Pd/v103 =0.26103=260N12作用在轴上的载荷确定初拉力 F0 按式(3-30)查表 3-1 得 q=0.1kg/mmF0 =500pc/vZ(2.5/k-1)+qv 2=5002.49/(6.683)(2.5/0.956-1)+0.16.682 = 125NQ=2F0Zsin(/2)=21252sin(1620/2)= 622.24N为设计轴和轴承，需确定带传动作在轴上的力 Fr得 Kr=1.57则 Fr=1.572600.995=406.16N根据计算跑步机传动机构选择 12PJ450 多楔带13. 多楔带带轮结构和尺寸选择要求：质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分均匀，转速高时要经过动平衡 ；轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般为 3.2)，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。材料：带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 HT150 或 HT200；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料。带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸d1=1.8d=1.825=45mm 查表 7-8 得 e=15，f=10，he =12，=6，=34 0，ba=11mm，h amin=2.75B=(z-1)e+2f=(4-1)15+210=65mm L=2d=228=56mm 17查表 7-9 得 =min=10mm，da1=da2+2ha=34mmda2=da2+2ha=65mm小带轮 D=33.5mm(2.5-3)d，采用实心式结构；大带轮 D=63mm 选取腹板式。小带轮随电机一起购买。以跑步机大带轮 P12PJ63 为例确定其结构和尺寸：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。槽距 e=2.340.0，槽角 =40o0.5o 楔顶圆角半径rb,最小值为 0.2，槽底圆弧半径 rt 最大值为 0.4，检验用圆球或圆柱直径db=1.50.01,2X 公称值为 0.23，2N 最大值 1.22，f 最小值为 1.8，有效线差公称值 e=1.2 径向跳动公差 0.25，槽间直径差值最大 0.16。n 槽数为 12。 。带轮宽=112.34+1.82=29.34mm 取 30mm18第 5 章 执行系统设计5.1 轴的设计计算5.1.1 轴结构的设计滚筒轴属于固定心轴只承受弯矩 M0；不承受扭矩 T=0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。1)结构设计应满足的基本要求：1、 轴与轴上零件应具有准确的工作位置定位要求2、 轴上零件应易于装拆和调整安装调整要求3、 轴上零件的固定应牢固可靠紧固要求4、 轴应具有良好的制造工艺性工艺要求5、 应尽量减少应力集中提高疲劳强度的要求2)轴的各部分结构名称制造安装要求：为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴；为使轴上零件易于安装，轴端和各轴段的端部应有导角；轴的形状和尺寸力求简单，以便于加工；轴上磨削的轴段有砂轮越程槽；需车制螺纹的轴段，应有推刀槽。3)轴的材料选择：轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是：强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。轴的材料主要采用中碳钢 35 或 45 钢和合金钢 20Cr 或 40Cr 等。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。4)轴的设计包括两个方面：结构设计：使轴具有合理的结构形状，良好的加工工艺性。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。19轴的结构设计主要根据以下几个方面： 轴上零件的配置；轴上零件的固定；轴上零件的装拆；轴的加工工艺性。轴上零件的固定可分为两个方向：周向固定：传递扭矩和运动。采用过盈配合轴向固定：防止零件在运转时产生轴向移动。5.1.2 强度计算 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 1.7-1 。最大弯矩 M=0.54/2300=81N.M抗弯截面系数 W=d 4/64 =3.14(0.012)4/64=210-8 强度=M/W=81/(d 4/64)=81/210-8=40MPa材料采用 45 号调质钢许用弯应力为 40102则通过设计能承受足够的工作强度。轴的材料选 45 钢，调质处理 估算前轴最小直径d1minA 0(D/n)1/3=130(2.45/507)1/3=21.9m 取 25mm 估算后轴安轴承处最小直径d2minA 0(D/n)1/3=130(2.24/119.8)1/3=34.5mm 取 35mm轴的强度计算已知：T 1=43.98Nm，Q=622.24N,d 1=48.78mm,=11.4 0, =20.370t5.1.3 按弯矩合成强度条件校核轴1)画出空间力系图，如图所示。20Ft=2 T1/d1=(243.891000)/48.78=1800NFr=Ft =1800N =666N an037.2tanFa=Fttan =1490tan11.4=356N NFraQRH6591720501 7882mMH4531 mNRMH379022NdFa421202RtV71 FtV16952V6380123)求轴的弯矩 M，画弯矩图，如下图所示。M1=M1H=48535NmmNmVH74213222 000074213Nmm72044Nmm48535Nmm63806Nmm215）画轴的扭矩图，31930Nmm,如下图所示。5)求计算弯矩 Mca，画计算弯矩图根据： ，并取 ，算得2)(atMc6.0Nm344896.00c5219)(5321a760.720 NmMc84)4360(226)确定危险剖面，校核强度根据图一中轴的结构尺寸，选择弯矩最大的 剖面和弯矩较大、轴颈较细的 剖面进行验算。剖面的计算应力：安 全MPabPaWMca59142.078613 剖面的计算应力：安 全ca351.9215.1.4 按疲劳强度安全系数校核轴45 钢调质的机械性能参数： ， ，MPab60Pa2681MPa15 剖面疲劳强度安全系数校核。因轴单项转动，弯矩应力为对称循环变应力。扭剪应力按脉动循环处理。， ，MPaW2.8351.074max MPa2.8maxin， ，0mWT365.01922，0minMPam68.2ax根据教材附表查取应力集中系数、绝对尺寸影响系数和表面质量系数。根据： ，8.7135.4rdD028.351dr查得： , , , , ,并取 ，则0.2K6.95.25.046.1308295.031 mkS7.2368.0.29581.061 mkS所以 剖面疲劳强度.1517.2346.2 SS满足要求。5.2 滚动轴承的选择及寿命验算5.2.1.滚动轴承的选择减速器中的轴承主要承受径向载荷，可采用角接触球轴承。轴上按 4.6-2 标准可得轴直径 35mm，可得轴承代号 7107C；前轴直径 40mm，可得轴承代号 7208C；后轴轴直径 50mm，可得轴承代号 7210C。轴承类型：深沟球轴承，轴承代号：6301 5.2.2.轴滚动轴承寿命验算R1=(R1H2+R1V2)1/2=841N R2=(R2H2+R2V2)1/2=1484N A1=653N A2=1009 23查 2.5-1 得 cr=15000N c0=10000N 载荷由 1 轴承承受 A1/c0=0.035 e1=0.22 A2/c0=0 e2=0.22 A1/R1=0.77 e1，取 X=0.44 Y=1.47 取轻微冲击载荷 fd=1.0p1=fd(x1R1+Y1A1)=1.00.56906.7+1.9347.2=1167.4NA2/R2=0.67 e2 由表 2.5-1 得 X2=1 Y2=0此轴承受力矩载荷 fm=1.5 轻微冲击载荷 fd=1.0p2=fdfm(x2R2+Y2A2)=1.50.562088.1=1754N p2 p1 故按 p2 计算轴承寿命。温度系数 ft 由 9-4 得 ft=0.85。hPCfnLth 16950)17825.0(6)(60133 轴承适用24第 6 章 键联接的选择和验算6.3.1.键联接的类型和尺寸选择由于精度为 8 级，应有较好对中性，故选圆头普通平键。键的材料：45 钢。电机轴上的键：轴径为 54mm、41mm，采用不同键宽，选键 149 和 128，选键长分别为L=45mm、L=70mm。6.3.2.对电机轴上键联接的强度校核键联接的失效形式是轴、轮毂和键三个零件中较弱零件的压溃。故应进行挤压强度校核。键工作长度：L=L-b=50-10=40mm 由表 5-1 查得： p=100N/mm 2 p=4T/dhL=443890/20640=19.2N/mm 2p ，安全25第 7 章 跑步板及跑步带设计7.1 跑步板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，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。力学模型如图 7-1 所示。