阻尼可變式跑步機健身器材設計【開題報告】

1、<p><b>　　畢業(yè)論文開題報告</b></p><p>　　機械設計制造及其自動化</p><p>　　阻尼可變式跑步機健身器材設計</p><p>　　1　選題的背景與意義</p><p>　　跑步是目前國際流行并被醫(yī)學界和體育界給予高度評價的有氧健身運動，是保持一個人身心健康最有效、最科學的健身方式，

2、也越來越受到大家喜愛。只是隨著都市的大氣變得污濁，生活節(jié)奏變得緊張，戶外長跑變得不那么流行了，而跑步機則成了時下健身最熱門的健身器械。跑步機不僅可以讓我們免受汽車尾氣之苦，也使我們可以選擇自己方便的時間隨時鍛煉。</p><p>　　傳統(tǒng)的機械式跑步機，通過鍛煉者自身臂部、膝部、踝關節(jié)及相關肌肉產生向后的推力，推動跑步機產生運動。這類跑步機簡單，耐用，省電。但是腳踏板皮帶旋轉所需的力量是固定的，因為對于不同的人群

3、，所需的力量不同，所以達不到鍛煉的要求。電動式跑步機，運動性能不錯，是市場上主流的跑步機，但是價格昂貴，而且耗電量巨大，了達到安全舒適的目的，跑帶越來越寬、越來越長，相應占地面積比機械跑要大。</p><p>　　對于傳統(tǒng)的機械式跑步機，在前滾輪結構處加入磁流變液阻尼器，可以通過電流來控制所需力量的大小，從而達到各個運動者的要求。設計這種跑步機的關鍵在于磁流變液阻尼器的設計。通過跑步機的設計，可以了解有關磁流變液

4、的知識，阻尼器的結構原理，跑步機的結構原理，更好的掌握機械方面的原理知識。并且，通過此設計，可以更好的理解體育鍛煉的重要性，科學的健身方式的意義。</p><p>　　2　研究的基本內容與擬解決的主要問題</p><p>　　2．1　研究的基本內容</p><p>　?。?）跑步機基本功能</p><p>　　跑步機的基本功能就是構建一條運動

5、的跑道（跑步帶），跑道的運動方向與運動者的跑動方向相反，但速度必須自動保持一致，這樣就使得運動者能夠在原地進行跑步鍛煉了。實現(xiàn)跑步機的功能，對跑步帶的速度控制：通過磁流變液阻尼器調節(jié)阻尼大小，得到鍛煉者所需的力大小。 </p><p>　?。?）跑步機的構造設計</p><p>　　此跑步機主要由機架、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，跑步機扶手架安裝于支架的頂端。傳動方式采用帶傳動機構，傳動級為一級。</p><p>　?。?）磁流變液的技術特點</p><p>　　磁流變液[9] (magnetorheological fl

7、uids/MRF) 是一種在外加磁場作用下流變特性發(fā)生急劇變化的材料。它在無外場作用下表現(xiàn)為流動良好的液體狀態(tài)，然而在強磁場作用下可在短時間(毫秒級) 內表觀粘度增加兩個數(shù)量級以上，并呈現(xiàn)類似固體的力學性質，其強度由剪切屈服應力來表征;而且粘度的變化是連續(xù)、可逆的，即一旦去掉磁場后，又變成可以流動的液體。[11]</p><p>　?。?）磁流變阻尼器[10] [11]的主要結構設計</p><

8、;p>　　采用回轉式磁流變盤式阻尼器。結構簡單，主要有轉軸、阻尼結構部分、滾珠軸承、軸承隔磁環(huán)、密封、磁場產生線圈、保護圈等部分組成。當然設計還包括阻尼間隙的確定設計。</p><p>　　主要結構就是采用下面圖所示結構：力矩調控式磁流變力矩伺服裝置</p><p>　　圖1 力矩調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．勵磁線圈 9．右殼體 10．銅圈 11．O型橡膠圈 12．阻尼盤13．阻尼間隙（有效工作的MRF） 14．右端蓋 15．右軸承16．鋁質隔磁環(huán)</p><p>　　2）磁流變力矩伺服裝置建模、分析</p><p>　　圖2 阻尼器的輸出轉矩分析</p><p>　　轉矩公式：t B = a B e

10、</p><p>　　T Z =4ptB(r13-r03)/3+phw(r14-r04)/h</p><p>　　2．2 擬解決的主要問題</p><p>　　首先，測試不同的人跑步時所需的阻尼力大小，選擇合理的磁流變液，通過電流來控制阻尼器的阻尼大小，通過力學分析，計算不同電流對應的阻尼力的大小，從而設計出合理的阻尼器。 </p><p>

11、;　　3 研究的方法與技術路線</p><p>　　3．1 研究的方法</p><p>　　通過收集大量國內外專利文獻和研發(fā)資料，分析市場上各種跑步機的結構原理和特點，分析當前跑步機的技術特點和產品的優(yōu)缺點，改進局部缺點，提出本課題阻尼可變式跑步機的設計思路和方案，并畫出三維實體模型。</p><p>　　3．2 跑步機系統(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 技術路線如下</p><p>　　4 研究的總體安排與進度</p><p>　　1- 3 周：理解設計任務，收集資料；完成外文翻譯；完成文獻總數(shù)和開題報告；</p&g

13、t;<p>　　4- 7 周：總體結構與主要零件設計；</p><p>　　8 -12周：零件圖紙繪制；</p><p>　　13周：完成畢業(yè)設計說明書，準備答辯。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　濮良貴主編．機械設計．第七版．北京:高等教育出版社，2001．</p&

14、gt;<p>　　吳宗澤主編．機械設計課程設計手冊．第二版．北京:高等教育出版社，1999．</p><p>　　孫恒主編．機械原理．第七版．北京:高等教育出版社，2006．</p><p>　　王曉光，武永強．考慮人因工程學的橢圓機設計．工程圖學報，2007，1(1)</p><p>　　張世平，王向宏，任麗娟等．社區(qū)器械健身．江蘇科學技術出版社，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械工程中的應用[J]． 機械強度 ， 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用[D]． 2009．05．</p