家庭多功能健身器的设计.docx

家庭多功能健身器的设计设计说明书、八 、■前言随着世界城市经济的发展和人民生活水平的迅速提高，城市居民的健康意识逐 渐增强，健身也成为人们日常生活中的重要组成部分然而日常生活中难免有无法 进行户外锻炼的日子，如坏天气，应酬太多，工作时间等等都让人们无法每天在户 外进行锻炼健身器的出现尤其是室内健身器材起到了足不出户也可以锻炼身体的 作用由于某些原因，没有上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、 相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目 录及某些关键内容）如需要的朋友，请联系我的叩扣:2215891151然而，现有的健身器一般都功能单一，结构简单，只能对身体单一部位进行锻 炼，满足不了健身者对多方面健身的要求，直接影响了生产企业的经济效益为 此，该课题提出设计一部家庭用多功能健身器，以适应市场需求本文主要对家庭多功能健身器从实际健身者需求着手，针对现在产品中存在着 规模大功能少，价格高，性价比低等缺点，意在实现健身的大众化、家庭化、多功 能化，一机多用，为消费者减少经济负担本课题介绍了家庭多功能健身器的基本特征，介绍了家庭多功能健身器的构 成，工作原理。

指出了家庭多功能健身器的主要内容，综述了家庭多功能健身器研 究现状，比较设计出市场所需求的家庭多功能健身器产品类型1. 绪论随着人们生活节奏越来越快，特别是生活在城市当中的人们，工作压力日益加 大，身体所受的压力也越来越大，增加体育锻炼，改善身体机能，成为广大上班族 的迫切需求，但有限的生活空间，和有限的业余时间，使得体育健身变得困难，忙 里抽闲来锻炼身体成为一种奢求在这种情况下，鉴于现有市场家庭健身器材的结 构、功能单一、体积庞大等缺点，从而设计一款造型、结构与人机的配合程度达到 一定标准的跑步机，在不影响安全、功能、外观的前提下，尽量达到用材环保、工 艺简练、节约成本的目的，实现健身的大众化、家庭化、多功能化、一机多用，为 消费者减少经济负担,还能得到高品质全面的运动效果相信多功能跑步机会从其 舒适性、设计合理性、多功能方向发展，成为城市家庭运动的首选运动器械 本课题介绍了家庭多功能健身器的基本特征，介绍了家庭多功能健身器的构 成，工作原理指出了家庭多功能健身器的主要内容，综述了家庭多功能健身器研 究现状，比较设计出市场所需求的家庭多功能健身器产品类型.2. 方案设计2.1 基本功能家庭多功能健身器的基本功能是实现跑步运动，即跑步机的功能。

为了实现跑 步带的可调速功能，对跑步带的驱动与速度进行控制，通常针对电动跑步机的脉冲 式负载转矩特性, 以小功率直流电机驱动为例，利用 PHILIPSP87LPC768 单片机开 发了一种电动跑步机专用的数字式速度调节FUZZY-PID 算法，通过对 PID 参数的自动调整产单元该调速单元充分利用单 片机的资源，采用生 PWM 信号, 实现对跑步机速度的控制该单元结构简单，性价比高，能对电 动跑步机的速度实现精确控制，同时该方法也可应用于其它同类运动装置的速度控 制总体示意图如下:图 2-1 总体示意图2.2 结构功能设计多功能健身器为了实现其多功能性，主要由机架、跑步机带部分、电动机、可 调电源、扶手部分、扭腰盘、折叠机构、仪表控制盘组成机架部分设有仰卧起坐 机构、跑步机扶手架安装于机架的顶端、在机架后下端安装有可折叠的扭腰盘，按 摩器装置安装在机架横杆上，仪表控制盘安装于扶手架上跑步机部分，跑步机底 座框架通过轴连接在机架底部的两端，机架底端框架横梁与跑步机框架设计有可升 缩的气压杆，用来坐跑步机部分的折叠支撑机构前轴与后轴分别装在底座框架的 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。

另外跑步带两边框上设有紧急情况踩踏板，末端安装有俯 卧撑支架2.3 功能原理确定 通过对国内市场上家庭多功能健身器的了解，现有家庭多功能健身器多是集中 于臂力，腿部肌肉的力量练习，很少有结合跑步，臂力，腰背，按摩，健身娱乐于 一体的综合性多功能健身器材同时还设计有跑步机的可折叠功能，充分减少了跑 步机的占地空间，为城市居室有效节约了空间跑步机的选择跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧 健身运动，是保持身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱 目前市场上比较常见的有传统跑步机和电动跑步机两种传统跑步机，俗称“被动 式跑步机”，是我国从国外引进健身观念时、为适应当时国情而开发的具有符合国 人特色的过渡产物它的动力来源是使用者通过自身臂部、膝部、踝关节的活动， 推动跑步机而产生运动速度由运动者自己控制这种运动方式，表面上看起来似 乎能消耗更多的能量，但其造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍所以 我们考虑选择用[1] 电动跑步机来设计折叠总体示意图如下:图 2-2 折叠后总体示意图 多功能结构的选择一般家庭健身运动者的运动需求可以概括为几个方面: (1)臂力练习，一般用哑铃做举重运动，或者做俯卧撑来实现，所以我设计了 哑铃支架，和俯卧撑支架;(2) 腰背练习，设计的仰卧起坐装置和扭腰盘可以实现;(3) 在健身娱乐方面，在仪表控制盘上安装有数码音乐播放器，插上耳机，健 身的同时你可以在有节奏的音乐旋律中享受运动的快乐。

4) 可折叠功能，用气撑杆作为支撑构件，气动支撑杆以高压惰性气体为动 力，在整个工作行程中支撑力是恒定的，并具有缓冲机构，避免了到位的冲击，这 是优越于普通弹簧的最大特点，并具有安装方便，使用安全无需保养等优点3. 外型结构设计3.1 基架的设计基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准为了保证整个系统的稳 定性和减震系统［2］的有效性，基架全部采用焊接结构机架，滚筒的选择，以及 上下机盖等等，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，还有尺寸的确定通过对市场上的跑步机的基架结构的流 行设计，再加上自己对外形的理解，对外形进行改进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，从 而逐步的进行其他尺寸的确定先考虑电机的尺寸，然后是传动机构带传动的中心 距离，电机的安装，前后滚筒的位置，PWM调速电源的安装位置，以及传感器安装 位置的预留等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，也是作为紧急情况［1］时，人可两脚快速分开离开运行的跑带，提供足够的安全踩放位置。

基架图如下:图 3-1 基架3.2 机架的设计机架的外形结构是参照现有市场比较流行的设计结构，又加以自己的改进完 成所用材料是空心钢管和方钢，连接为焊接，保证了稳定性支架包括扶手，仪 表安装辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接于竖直连杆上与基架的 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，保证平衡，还可以 达到减震的效果机架图如下图:图 3-2 机架3.3 机盖设计传动机构为了保证安全性，要进行传动机构的隔离，同时为了技术保护和美 观，上下机盖都使用塑料钢材料，通过螺钉与基架相连材料有一定的硬度，还能 在做仰卧起坐的时候起到一定的腿部支撑作用，同时能起到有效的防护作用上下机盖如下图:图 3-3 上机盖图3-4 下机盖4. 电动机类型与参数的选择4.1电动机类型和功率选择个人在选择跑步机时，只要根据自己的体形选择对应马力的电动机即可家庭 用户在选择跑步机时，则跑步机应该满足所有家庭成员的使用而马力越大的跑步 机，其适应的人群也就越广，但相应的，跑步机价格也就越贵因此，综合考虑家 庭成员的体形情况后，选择合适马力的电机才能达到最大的性价比当人在跑步时，跑步机或地面受到的冲击力为人体自身重量的1-2.5倍，电动 机作为跑步机的动力，不但要满足载重量的要求，还需要保证跑步机跑台以一定速 度运转。

一般来说，电动机1个马力可以保证60公斤的人在跑步机上面自如运 动，另外跑步机跑台的面积越大，所需要的马力也更大因此，在选择电动机时要 综合考虑这两个因素，在确保安全及效率的前提下，专家建议一般家用选择的电动 机马力最好在1.5HP以上，而对于体重偏大的人（超过80公斤），则应该选择2HP 以上的电动机此跑步机设计标准为100公斤，电动跑步机专用电动机一Z3-31型永磁直流电 动机（图4-1）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4.2电动机的技术参数选择根据电动机修理手册得得;型号Z3-31电压220 VDC输出功率2.2 KW电流不大于12.5A转速3000r/min转向逆时针绝缘等级B级M«tMfVUI|*«-U 上忖冉巧聘耳!EH鸟許if盘翰底弊柞力口專・匸电賣业匸礼■魄¥汙悴边齢■榔. 旨小ie,Li用丸■«!图4-1 Z3-31型永磁直流电动机图4-2 电动机外形图4.3电动机的保护电动机的保护与控制关系电动机的保护主要有两大类，采用电流检测型的有热 继电器、带有热-磁脱扣的电动机保护用断路器、电子式和固态继电器、带电子式 脱扣的电动机保护用断路器以及软启动器:直接检测电压降低或为零时的欠压保护 和失压保护。

1) 电动机的保护往往与其控制方式有一定关系，及保护中有控制，控制中有 保护2) 电动机保护装置电动机的损坏主要是绕组过热或绝缘性能降低引起的而 绕组的过热往往是流经绕组的电流过大引起的对电动机的保护主要有电流、温度检测两大类3) 保护装置与异步电动机的修调配合为了确保异步电动机的正常运行及对其 进行有效地保护必须考虑异步电动机与保护装置之间的协调配合特别是大容量 电网中使用小容量异步电动机时，保护的协调配合更为突出4) 异步电动机的保护是涉及电气装置和机械设备可靠、正常运转的关键直 接检测电动机绕组的温度来保护过载引起的过热是很有效的保护方式，但由于需直 接埋入电动机绕组里，价格较贵、维修困难等原因，仅在部分频繁操作场合使用; 从经济性考虑，采用电流检 测型更为有利，加热继电器仍是一种价廉、简单、可 靠的电动机保护形式(从实际使用情况看，目前使用量占大多数);对动作性能要求 较高及功能要求全或价格昂贵的大容量电动机保护，则可采用电子式或固态继电器; 对一般要求，则采用带热—磁脱扣的电动机保护用断路 器更为实用但不管采用 何种保护装置，必须考虑过载保护装置与电动机、过载保护装置与短路保护装置的 协调配合。

5.传动机构的选择传动机构载荷有轻度冲击，结构传动类型选择带传动,是定传动比匀速转动机构动力来源：电力220V速度允差小于5%具有结构简单，成本低廉，缓冲载荷 的作用，运行平稳，噪声小，[3]过载时将引起带在带轮上打滑，可以防止其他零件的损坏，具有过载保护 的作用，所以择之电动机的选择为跑步机专用生产的永磁直流电动机，传动功率P=2.2KW，主动 轮转速为n=3000r/min传动比为i=。