對重力式力量訓(xùn)練器械設(shè)計的幾點思考

摘 要：本文從室外訓(xùn)練器械優(yōu)化設(shè)計的基本原則入手，分析了重力式力量訓(xùn)練器械的優(yōu)化設(shè)計方法和設(shè)計程序，并進(jìn)行了舉例說明。期望本文的研究能夠?qū)∩砥鞑氖褂霉δ艿耐晟朴兴鶐椭?/p>

關(guān)鍵詞：健身器械；優(yōu)化設(shè)計；安全性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.208

1 室外訓(xùn)練器械優(yōu)化設(shè)計原則

1.1 實用性原則

在對室外訓(xùn)練器材的設(shè)計中，首要考慮的是實用性原則，因為主要是由居民來使用，目的就是能夠讓居民的健身有效果。也就是說，如果該器械沒有實用功能，那么將會大幅度降低它的作用，它的價值也得不到體現(xiàn)。就實用性而言，室外訓(xùn)練器材必須能夠保證居民體育鍛煉的有效性與安全性，通過訓(xùn)練能夠達(dá)到身心健康的目的，以此體現(xiàn)訓(xùn)練器材的實用價值。因此，在對室外訓(xùn)練器材進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)在確保其使用功能的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展其他功能。

1.2 可靠性原則

所有的產(chǎn)品的設(shè)計都需要遵循可靠性原則，訓(xùn)練器械也不例外，尤其是訓(xùn)練器械的使用環(huán)境大多是在室外，對訓(xùn)練器械的耐久度考驗很大。對訓(xùn)練器械可靠性產(chǎn)生影響的因素有很多，例如設(shè)計材料、設(shè)計質(zhì)量、加工工藝及維修技術(shù)等，其中最為關(guān)鍵的則為設(shè)計質(zhì)量因素。在訓(xùn)練器械的優(yōu)化設(shè)計中，需要將可靠性設(shè)計放在首位，這樣才能設(shè)計出耐久度高，使用壽命長的訓(xùn)練器械。

1.3 安全性原則

訓(xùn)練器械的使用對象基本上是附近居民，對其的安全性能也就要求較高，在設(shè)計時需要考慮以下幾個方面：其一，訓(xùn)練器械的使用環(huán)境，訓(xùn)練器械大多是在室外環(huán)境中，難免會有風(fēng)吹日曬，在設(shè)計是需要考慮環(huán)境對其安全性能的影響；其二，使用者和訓(xùn)練器械之間的配合，兩者之間需要取長補短，相互適應(yīng)，以達(dá)到安全健身的目的；其三，安全輔助裝置，很多訓(xùn)練器械沒有設(shè)計安全輔助裝置，危險系數(shù)比較高，很容易造成傷害，所以在進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計時，需要對訓(xùn)練器械的安全輔助裝置或措施進(jìn)行必要的設(shè)計和考量。

2 重力式力量訓(xùn)練器械的優(yōu)化設(shè)計研究

2.1 優(yōu)化設(shè)計方法

選對合適的設(shè)計方法是優(yōu)化設(shè)計成功的重要前提。

（1）系統(tǒng)化設(shè)計。所謂系統(tǒng)化設(shè)計就是要從綜合的角度看待問題，將訓(xùn)練器械、室外環(huán)境有機(jī)的結(jié)合到一起，讓訓(xùn)練器械和室外環(huán)境相互融合，讓訓(xùn)練器械既能滿足使用者的需求，又能符合場地及環(huán)境的要求，以此實現(xiàn)訓(xùn)練器材功能的進(jìn)一步優(yōu)化與完善。

（2）模塊化設(shè)計。現(xiàn)如今，模塊化設(shè)計已經(jīng)進(jìn)入成熟發(fā)展階段，并得到廣泛應(yīng)用與普及。模塊化設(shè)計核心為綠色設(shè)計，在滿足設(shè)計要求的前提下，縮短設(shè)計周期，使功能模塊化，便于拆解，便于維修升級。同時也有助于提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量。

（3）智能化設(shè)計。在這個智能化信息化飛速發(fā)展的時代，各種智能小工具層出不窮，智能化設(shè)計就是要利用這些小工具，對訓(xùn)練器械進(jìn)行升級優(yōu)化，既能減少設(shè)計成本，縮短設(shè)計周期，又能強(qiáng)化設(shè)計效果。

2.2 優(yōu)化設(shè)計程序

作為設(shè)計人員，應(yīng)注重對室外訓(xùn)練器械設(shè)計工藝的完善與優(yōu)化，在設(shè)計過程中充分體現(xiàn)人機(jī)工程學(xué)原理，全面考慮使用者的真實需求，充分樹立服務(wù)設(shè)計理念，堅持以人為本，在保證器械安全性與實用性的基礎(chǔ)上，對其他功能進(jìn)行擴(kuò)展與優(yōu)化。具體操作流程如下：

（1）首先根據(jù)使用者的特點，了解使用者的需求，按照由主到次的順序，將其功能分別列出。（2）樹立人性化設(shè)計理念，讓使用者與訓(xùn)練器械之間相互協(xié)調(diào)，借助大數(shù)據(jù)，確定器械的功能參數(shù)。（3）對器械安全性與實用性進(jìn)行全面測試，保證在使用過程中不會發(fā)生安全事故。（4）基于人機(jī)交互設(shè)計理念，對器材部位及其功能、尺寸等進(jìn)一步確定。

2.3 優(yōu)化設(shè)計實例

作為深受廣大使用者喜愛與歡迎的健身器材，太空漫步機(jī)是一種鍛煉下質(zhì)量的重力式力量訓(xùn)練器械，通過大量實踐調(diào)查發(fā)現(xiàn)，許多太空漫步機(jī)在使用過程中都存在不同程度的問題，具體如下：

1）器械的高度尺寸固定，只適用于身材適中的人群，而對身材高大或者矮小者則不適用。器材扶手缺少保護(hù)措施，鍛煉者在使用過程的安全無法保證；2）擠夾間隙設(shè)計不合理，且器材表面容易出現(xiàn)毛刺，容易對鍛煉者造成傷害；3）腳踏板寬度與擺桿長度設(shè)計不合理，使身材適中的人群在使用過程中身體處于不舒適狀態(tài)；4）運動機(jī)構(gòu)缺乏擺動角的限位設(shè)計，個別器材旋轉(zhuǎn)度甚至可達(dá)360°，對使用者的安全產(chǎn)生威脅。

下面以人體工程學(xué)和人機(jī)交互為基礎(chǔ)，以提高安全性和舒適度為基本要求，對太空漫步機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

（1）腳踏板。根據(jù)對實驗人群的實際測量及大數(shù)據(jù)資料查詢，并以少數(shù)服從多數(shù)為原則，經(jīng)過綜合考慮，對腳踏板的尺寸做出限制，長和寬分別限定為255 -275mm和145-155mm，同時出于安全考慮，在踏板的前邊和內(nèi)外側(cè)設(shè)計一圈高30mm的防滑凸起，踏板與地面之間的凈距確定為105-125mm，與兩側(cè)支撐柱的凈距為305-345mm。

（2）擺桿。根據(jù)對實驗人群的實際測量及大數(shù)據(jù)資料查詢，應(yīng)將擺桿最佳長度設(shè)置在810-830mm，為了方便鍛煉者上肢活動，應(yīng)將擺桿距離設(shè)置在620-640mm。從安全角度考慮，應(yīng)將連接腳踏板的轉(zhuǎn)動桿離中心線角度設(shè)置在50°，同時增加限位結(jié)構(gòu)。

（3）扶手。扶手是直接與使用者身體接觸的位置，也是此次優(yōu)化設(shè)計最重要的一部分，好的扶手要握起來舒服，要摩擦力大，所以要根據(jù)人體工程學(xué)對扶手進(jìn)行設(shè)計，將接觸面積變大，采用耐久度比較高的橡膠材質(zhì)可有效的增加摩擦力起到防滑效果，并在扶手處加裝相應(yīng)的保護(hù)裝置。

（4）表面涂層。由于健身器械都是在室外，經(jīng)常風(fēng)吹日曬，對涂層的要求較高，所以和噴涂廠家溝通后，選用耐腐蝕性能較高的涂料進(jìn)行多層噴涂，以改善易脫皮腐蝕的狀況。

3 結(jié)論

綜上所述，本文以人機(jī)工程學(xué)的理論為基礎(chǔ)，并依托實例對重力式力量訓(xùn)練器械的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行研究，經(jīng)過改良后的太空漫步機(jī)己在多個健身廣場推廣使用，并獲得了廣大使用者的一致好評和認(rèn)可。

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作者簡介：陳照鑫（1990-），男，山東青島人，本科，初級工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計。