阻尼可變式跑步機(jī)健身器材設(shè)計(jì)【開(kāi)題報(bào)告】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告</b></p><p>　　機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化</p><p>　　阻尼可變式跑步機(jī)健身器材設(shè)計(jì)</p><p>　　1　選題的背景與意義</p><p>　　跑步是目前國(guó)際流行并被醫(yī)學(xué)界和體育界給予高度評(píng)價(jià)的有氧健身運(yùn)動(dòng)，是保持一個(gè)人身心健康最有效、最科學(xué)的健身方式，

2、也越來(lái)越受到大家喜愛(ài)。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶(hù)外長(zhǎng)跑變得不那么流行了，而跑步機(jī)則成了時(shí)下健身最熱門(mén)的健身器械。跑步機(jī)不僅可以讓我們免受汽車(chē)尾氣之苦，也使我們可以選擇自己方便的時(shí)間隨時(shí)鍛煉。</p><p>　　傳統(tǒng)的機(jī)械式跑步機(jī)，通過(guò)鍛煉者自身臂部、膝部、踝關(guān)節(jié)及相關(guān)肌肉產(chǎn)生向后的推力，推動(dòng)跑步機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。這類(lèi)跑步機(jī)簡(jiǎn)單，耐用，省電。但是腳踏板皮帶旋轉(zhuǎn)所需的力量是固定的，因?yàn)閷?duì)于不同的人群

3、，所需的力量不同，所以達(dá)不到鍛煉的要求。電動(dòng)式跑步機(jī)，運(yùn)動(dòng)性能不錯(cuò)，是市場(chǎng)上主流的跑步機(jī)，但是價(jià)格昂貴，而且耗電量巨大，了達(dá)到安全舒適的目的，跑帶越來(lái)越寬、越來(lái)越長(zhǎng)，相應(yīng)占地面積比機(jī)械跑要大。</p><p>　　對(duì)于傳統(tǒng)的機(jī)械式跑步機(jī)，在前滾輪結(jié)構(gòu)處加入磁流變液阻尼器，可以通過(guò)電流來(lái)控制所需力量的大小，從而達(dá)到各個(gè)運(yùn)動(dòng)者的要求。設(shè)計(jì)這種跑步機(jī)的關(guān)鍵在于磁流變液阻尼器的設(shè)計(jì)。通過(guò)跑步機(jī)的設(shè)計(jì)，可以了解有關(guān)磁流變液

4、的知識(shí)，阻尼器的結(jié)構(gòu)原理，跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)原理，更好的掌握機(jī)械方面的原理知識(shí)。并且，通過(guò)此設(shè)計(jì)，可以更好的理解體育鍛煉的重要性，科學(xué)的健身方式的意義。</p><p>　　2　研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問(wèn)題</p><p>　　2．1　研究的基本內(nèi)容</p><p>　?。?）跑步機(jī)基本功能</p><p>　　跑步機(jī)的基本功能就是構(gòu)建一條運(yùn)動(dòng)

5、的跑道（跑步帶），跑道的運(yùn)動(dòng)方向與運(yùn)動(dòng)者的跑動(dòng)方向相反，但速度必須自動(dòng)保持一致，這樣就使得運(yùn)動(dòng)者能夠在原地進(jìn)行跑步鍛煉了。實(shí)現(xiàn)跑步機(jī)的功能，對(duì)跑步帶的速度控制：通過(guò)磁流變液阻尼器調(diào)節(jié)阻尼大小，得到鍛煉者所需的力大小。 </p><p>　?。?）跑步機(jī)的構(gòu)造設(shè)計(jì)</p><p>　　此跑步機(jī)主要由機(jī)架、電源、磁流變阻尼器、跑步皮帶、滾筒、軸及控制面板組成，其特征在于框架與支架垂直連接，前軸

6、與后軸分別裝在框架的兩端，前滾筒與后滾筒分別用軸承套裝在前后軸上，跑步皮帶張緊繞裝在前后滾筒上，跑步皮帶下裝有支撐跑步板，從動(dòng)皮帶輪緊裝在前滾筒的一端，電源安裝在框架的前端，控制傳感器裝在電源上，跑步機(jī)扶手架安裝于支架的頂端。傳動(dòng)方式采用帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)級(jí)為一級(jí)。</p><p>　?。?）磁流變液的技術(shù)特點(diǎn)</p><p>　　磁流變液[9] (magnetorheological fl

7、uids/MRF) 是一種在外加磁場(chǎng)作用下流變特性發(fā)生急劇變化的材料。它在無(wú)外場(chǎng)作用下表現(xiàn)為流動(dòng)良好的液體狀態(tài)，然而在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下可在短時(shí)間(毫秒級(jí)) 內(nèi)表觀粘度增加兩個(gè)數(shù)量級(jí)以上，并呈現(xiàn)類(lèi)似固體的力學(xué)性質(zhì)，其強(qiáng)度由剪切屈服應(yīng)力來(lái)表征;而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的，即一旦去掉磁場(chǎng)后，又變成可以流動(dòng)的液體。[11]</p><p>　?。?）磁流變阻尼器[10] [11]的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><

8、;p>　　采用回轉(zhuǎn)式磁流變盤(pán)式阻尼器。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要有轉(zhuǎn)軸、阻尼結(jié)構(gòu)部分、滾珠軸承、軸承隔磁環(huán)、密封、磁場(chǎng)產(chǎn)生線(xiàn)圈、保護(hù)圈等部分組成。當(dāng)然設(shè)計(jì)還包括阻尼間隙的確定設(shè)計(jì)。</p><p>　　主要結(jié)構(gòu)就是采用下面圖所示結(jié)構(gòu)：力矩調(diào)控式磁流變力矩伺服裝置</p><p>　　圖1 力矩調(diào)控式磁流變力矩伺服裝置</p><p>　　1．普通平鍵 2．主軸 3．左軸

9、承 4．左端蓋 5．油封 6．注射孔7．左殼體 8．勵(lì)磁線(xiàn)圈 9．右殼體 10．銅圈 11．O型橡膠圈 12．阻尼盤(pán)13．阻尼間隙（有效工作的MRF） 14．右端蓋 15．右軸承16．鋁質(zhì)隔磁環(huán)</p><p>　　2）磁流變力矩伺服裝置建模、分析</p><p>　　圖2 阻尼器的輸出轉(zhuǎn)矩分析</p><p>　　轉(zhuǎn)矩公式：t B = a B e

10、</p><p>　　T Z =4ptB(r13-r03)/3+phw(r14-r04)/h</p><p>　　2．2 擬解決的主要問(wèn)題</p><p>　　首先，測(cè)試不同的人跑步時(shí)所需的阻尼力大小，選擇合理的磁流變液，通過(guò)電流來(lái)控制阻尼器的阻尼大小，通過(guò)力學(xué)分析，計(jì)算不同電流對(duì)應(yīng)的阻尼力的大小，從而設(shè)計(jì)出合理的阻尼器。 </p><p>

11、;　　3 研究的方法與技術(shù)路線(xiàn)</p><p>　　3．1 研究的方法</p><p>　　通過(guò)收集大量國(guó)內(nèi)外專(zhuān)利文獻(xiàn)和研發(fā)資料，分析市場(chǎng)上各種跑步機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)，分析當(dāng)前跑步機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)和產(chǎn)品的優(yōu)缺點(diǎn)，改進(jìn)局部缺點(diǎn)，提出本課題阻尼可變式跑步機(jī)的設(shè)計(jì)思路和方案，并畫(huà)出三維實(shí)體模型。</p><p>　　3．2 跑步機(jī)系統(tǒng)框圖</p><

12、p>　　1．支架 2．3前滾筒、前軸 4．磁流變阻尼器 5、6．后滾筒、后軸 7．控制面板</p><p>　　8．跑步皮帶9．電源</p><p>　　3．3 技術(shù)路線(xiàn)如下</p><p>　　4 研究的總體安排與進(jìn)度</p><p>　　1- 3 周：理解設(shè)計(jì)任務(wù)，收集資料；完成外文翻譯；完成文獻(xiàn)總數(shù)和開(kāi)題報(bào)告；</p&g

13、t;<p>　　4- 7 周：總體結(jié)構(gòu)與主要零件設(shè)計(jì)；</p><p>　　8 -12周：零件圖紙繪制；</p><p>　　13周：完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，準(zhǔn)備答辯。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　濮良貴主編．機(jī)械設(shè)計(jì)．第七版．北京:高等教育出版社，2001．</p&

14、gt;<p>　　吳宗澤主編．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)．第二版．北京:高等教育出版社，1999．</p><p>　　孫恒主編．機(jī)械原理．第七版．北京:高等教育出版社，2006．</p><p>　　王曉光，武永強(qiáng)．考慮人因工程學(xué)的橢圓機(jī)設(shè)計(jì)．工程圖學(xué)報(bào)，2007，1(1)</p><p>　　張世平，王向宏，任麗娟等．社區(qū)器械健身．江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2

15、008． </p><p>　　A.G.Olabi,A.Grunwald.Design and application of magneto-rheological fluid. Materials and Design 28 (2007) 2658–2664.</p><p>　　G. Bossis, S. Lacis, A. Meunier, O. Volkova.Magnetorh

16、eological fluids. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 252 (2002) 224–228.</p><p>　　汪建曉， 孟光． 磁流變液裝置及其在機(jī)械工程中的應(yīng)用[J]． 機(jī)械強(qiáng)度 ， 2001，(01) ．</p><p>　　崔治． 磁流變液裝置研究及其在非球面研拋中的應(yīng)用[D]． 2009．05．</p