摘要：本文结合家用跑步机其功能需求展开分析，详述跑步机的各部分结构设计，并分别对跑步机的几类结构进行人机工程学中的优化设计，以此来为家用多功能模式下的跑步机设计提供理论支持。
关键词：跑步机设计； 家用健身器材； 人机工程学；
1.跑步机的结构设计
1.1 基本组成
跑步机其基本组成包括有电动机、基架、滚筒以及控制台等部分，各部分经设计安装，良好构成了完整的多功能跑步机[1,2].支架结构放置于家庭地面上，使用螺栓零件将基架做以连接，而基架进行收放操作便是根据螺栓零件完成，将螺栓定轴进行转动，便能带动基架做出抬起/放下等模式的应用。基架收放还需要借助气压杆零件，气压杆可在基架运动时，产生作用力，支撑起整个基架重力，让基架收放过程保持较大安全性。基架上安装了前后两种轴体，前轴滚筒利用轴承结构将自身固定在轴体上，而后轴滚筒则是加装螺钉零件，当跑步机运动时，前轴可不断收紧，后轴则能沿着基架限定出的轨道做水平循环运动，由此完成了跑步带的滚动[3].跑步机使用电力能源启动电动机结构，通过速度传感器来完成皮带轮的转动，进而带动跑步带移动，用户可由控制台操控跑步速度。图1展示了跑步机的基本结构组成。
图1 跑步机的整体结构组成
1.2 辅助器材
理论上看，在跑步机支架上可进行多功能设计，比如带有可装卸的支架，让支架结构附带不同器材，由此实现不同功能。首先，可为练臂用户提供支架上的哑铃，而根据用户锻炼需求不同，可以选择配置不同重量规格的哑铃部件，让用户自选3KG至15KG之间的重量[4].其次，可为练腹用户附带仰卧起坐部件，用户能以基架作为水平面按需做仰卧起坐运动，锻炼腹部肌肉。最后，将跑步机可装卸支架附带振动按摩器，采用振动器部件和按摩带连接，按摩带便可在控制中紧密贴合用户身体各部位，让用户在按摩时舒缓锻炼疲劳，紧致肌肉。
2.跑步机人机工程优化
家用设计的跑步机设备，需要和健身房所用设备做以区分，更多考虑家庭用户的人机工程学特征，以此为依据，不断优化跑步机设计中的各要素。本文对电动机、支架等跑步机各部分做以细致层面的优化设计分析，探究优化后的各部分能为家庭用户带来何种需求上的满足。
2.1 电动机
跑步机的电能传导动力过程由电动机完成，可以说电动机为跑步机设备最为核心、重要的部件之一，电动机优化设计需要考虑家庭应用跑步机的实际所需马力情况。首先，要理解电动机马力大小的区分，并不一定马力越大则跑步机性能越好，家庭使用选择适合居家使用的马力便可，否则马力过大将会造成楼层振动幅度过大现象，由此产生噪音危害，不利于健身需求的落实及邻里关系保持。其次，优化后的电动机类型选择直流模式，该种电动机能完成更高的使用效率，并且不会发出较大噪音，使用寿命也更高，更加适宜家用。据了解，市面上常用跑步机为适宜慢跑或者老年用户使用的2HP及以下（1.5、1.75）马力数值，和适宜一般用户人群使用的2.5、3HP马力数值[5].
2.2 跑步带
跑步带结构其作用较为单一，无论是在跑步功能下，还是在辅助多功能下，跑步带都是作为运动平面来完成整个跑步机功能设计过程的。不过针对家用跑步机类型，仍要将跑步带设计的更为人性化，避免影响用户健身体感。首先，跑步带长度需要进行设计，用户跑步应迈得开步子，如果跑步带长度较小，则较易发生跌倒危害，如果跑步带过长，则浪费材料之余，还会影响跑步机整体运输环节，不利于售卖[6].此时根据人机工程学的运动工学做以长度推算，将跑步带长度设计优化为1400 mm,便可最大限度均衡跑步带长度引发的问题。其次，分析跑步带宽度，以18-60岁为目标用户对象，则可根据肩宽、运动幅度等数据，从百分位数的第95位数值403mm基础上加设余量，最终将跑步带宽度设定为420 mm[7].
跑步机的跑带是由底纱和橡胶组成的，正反面使用不同的材质，反面摩擦力小，正面摩擦力大。底纱主要为网状尼龙织物，可以非常有效的防止跑带发生变形，延长跑带的使用寿命，加大跑带底层的耐磨性，并且非常好的减少摩擦。正面摩擦力一方面可以从材料本身摩擦系数提升，另一方面可以在表面增加不同的纹理从而增加防滑。
2.3 基架
基架的设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。支架的设计、滚简的选择、前后罩的设计都是依据基架的尺寸和形状设计的，所以首先要考虑基架的设计。而基架的尺寸又由跑步带决定。相关计算是将电动机长度和跑步带设计长度相加，则400 mm+1400 mm,基架设计长度为1800 mm[8].而基架宽度数值则是将跑步带宽度和左右踏板条宽度相加，基架两边的左右踏条，能够为用户提供足够的安全踩放位置。踏条的宽度参考GB/T10000,根据16-80岁年龄组的第95百分位数，足宽为103 mm,加上设计余量，将踏条的宽度设计为150 mm,则W基架=420+300=720 mm.另外，将跑步机的外部基架设计成双层结构，踏板条上层设为粗糙材质，可起到减震、防滑作用。
2.4 支架
跑步机支架部分在设计时，因功能上的多元性，可将其分成基本支架与多功能辅助支架，两类支架也采用螺栓零件做以连接。其中基本支架分为扶手、仪表盘支架等，多功能辅助支架按照用户需求进行相关设计（比如哑铃、电动按摩机械等）。扶手的优化设计在支架设计中是重要部分，因为扶手有两个不可替代作用，其一为手扶防止跑步意外发生、其二为双臂曲撑运动时防止用户摔落。
首先计算支架扶手高度。以人机工程学理论作为辅助支持，判断用户群体的立姿肘高度为男士1096mm,女士1023mm.此时进行扶手最大高度算法，男士为1096+基架离地高度200+余量25,计算数值为1321mm,女士同理算得为1248mm[9].此时将支架扶手设备设计为可调节模式，用户可根据需求在1240-1325之间进行扶手高度调节，以此获得更舒适的体感。
其次计算支架角度。电子显示器在支架结构上，能够让用户清楚看到跑步各项数据，为给用户创造良好观看体感，需将支架角度做以计算。据理论分析，用户在看显示器的时候会适当低头，视线会下移30°左右，这样人眼良好视区在-20°到-60°范围区间内，此时电子显示器角度和水平面应保持在30°到70°范围[10].此时获得中间范围，将用户视觉中心位于35°到50°，可为用户提供最佳视觉效果。图2为视觉分析。
图2 视觉分析
经调研分析，目前大部分用户在进行地面健身时手机都不离身，主要是用来视听音乐、课程、新闻等音频内容，其次可以做健身记录。因此，根据不同的手机尺寸大小，我们可以为用户提供可自动调节长宽尺寸的手机支架，用来代替一体的电子显示屏屏幕。通过wifi、蓝牙等无线连接，将跑步机数据同步于手机APP端，这样不仅可以节约成本，同时软、硬件结合也大大提升用户体验。
另外由于市场趋势，大部分用户住房需求都在110平米左右的中小户型，室内空间小也是非常大的痛点，所以我们在设计跑步机时，可以考虑基架与支架的折叠收纳，同时底部四角增加辅轮，便于用户收纳或换位时移动。
2.5 前后罩
该优化设计后的跑步机设备，在选择前后罩材质时，使用ABS塑料材料制成的安全罩，并利用传动、执行等机构将安全罩和跑步机主体结构进行分离。隔断后的跑步机总体结构变得完整，且极大保证了用户家中跑步的安全性，并可通过不同颜色、工艺和简约的造型来改善跑步机外观，让跑步机更易受到当下市场消费者接纳。跑步机前罩结构的设计为，前后罩结构在安装时，以结构基架作为设计的基准结构，由此衍生出能卡在基架上的前后罩结构，更方便跑步机整体安装及部分维修阶段的及时拆/装罩操作。
3.结语
科技发展之下，人类健身所需设备品质需求逐渐提高，更多用户在选择家用跑步机时，将选择更多功能展示，移动方便，可折叠收纳且拥有较高使用舒适程度的简约跑步机风格，以此满足日益增长的物质享受心理需求。通过将电动机、跑步带、基架、支架、前后罩等结构做以人机工程学下的相关设计优化方案，能增加用户跑步行为的舒适程度，并为用户提供了更多的功能选择，所以采用人机工程学进行跑步机设计，有其必要性，将更容易设计出符合当代人健身心理的家用跑步机设备。
参考文献
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