健身器材設(shè)計(jì)要素的探討

1、健身器材設(shè)計(jì)要素的探討摘 要本文介紹了機(jī)械現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要特征，現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的類型，即系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法，結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法，基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法，智能化設(shè)計(jì)方法, 以及各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及開展趨勢(shì)。以劃船健身機(jī)為例探討健身器材設(shè)計(jì)要素。首先介紹了劃船健身機(jī)的系統(tǒng)組成即各種健身器材的功能；其次，說明了劃船健身機(jī)的設(shè)計(jì)程序，即系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)規(guī)格表；接著，對(duì)劃船健身機(jī)進(jìn)行設(shè)想設(shè)計(jì)，包括健身機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序，設(shè)計(jì)限制;然后，進(jìn)行劃船健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析；最后，對(duì)健身機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了其具體化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：健身器材，設(shè)計(jì)要素，設(shè)計(jì)方法Research on Key Design F

2、actors for Fitness ApparatusAbstractThis paper introduces the machinery of modern design the main features of the type of modern design methods, that is, a systematic design methodology, the structure of modular design method, based on the product features of the design knowledge, intelligent design

3、, as well as methods of various types of design and development trend. Fitness rowing machine as an example to explore the design elements of fitness equipment. First introduced the fitness rowing machine system that is the function of a variety of fitness equipment; Secondly, the description of the

4、 rowing machine fitness design process, that is, systematic design procedures, design specifications; Then, on the rowing machine is the concept of fitness design, including health agencies made the design process, design constraints; thenRowing machines for fitness and sporting movement design anal

5、ysis; Finally, the fitness machine system design, focused on their specific design.Key words: Fitness Apparatus, Key Design Factor, Design Method目 錄1 引言1健身器材的國(guó)內(nèi)外形式1健身器材設(shè)計(jì)要素的現(xiàn)狀12 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法3現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法類型3系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法32結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法4 基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法52.1.4 智能化設(shè)計(jì)方法5 各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及開展趨勢(shì)53 劃船健身機(jī)的簡(jiǎn)介6健身機(jī)種類及其功能6健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式74 設(shè)計(jì)程序94.1

6、 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程序94.2 設(shè)計(jì)規(guī)格表95 設(shè)想設(shè)計(jì)12健身機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序。13設(shè)計(jì)限制146 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)156.1 設(shè)計(jì)問題的描述156.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)15運(yùn)動(dòng)分析167 健身機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)168 結(jié)束語17致謝18參考文獻(xiàn)191引言健身器材的國(guó)內(nèi)外形式隨著人們生活水平的提高和健身運(yùn)動(dòng)的普及，各種健身器材已日益廣泛地進(jìn)入具有不同層次消費(fèi)水準(zhǔn)的消費(fèi)者家中?？刁w100近兩年來銷售出去的逾萬臺(tái)健身器材就是一個(gè)明證。“健康是我們一生的追求，健身不需要任何理由，2005年以來，一個(gè)以著名運(yùn)發(fā)動(dòng)田亮為品牌形象代言的智能跑步機(jī)廣告連續(xù)在電視上播出，這是中國(guó)健身產(chǎn)業(yè)的首個(gè)影視廣告片，可謂業(yè)內(nèi)創(chuàng)新之舉。一個(gè)業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的廣

7、告片本沒有什么大不了，但把它與我國(guó)健身器材業(yè)當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)處境聯(lián)系起來，就多少顯出一些標(biāo)志意味了。 近幾年都市人的健康問題越來越受到廣泛關(guān)注，專業(yè)的健身俱樂部和健身器材市場(chǎng)也隨之明顯活潑起來。2003年SARS肆虐中國(guó)，對(duì)中國(guó)人全民健康意識(shí)有很大的促動(dòng)。據(jù)中國(guó)醫(yī)藥保健品市場(chǎng)研究網(wǎng)調(diào)查，在SARS過后份原疫區(qū)消費(fèi)者的消費(fèi)行為樣本中，以上的消費(fèi)者更崇尚于自身鍛煉來提高免疫力，這種傾向促進(jìn)了整個(gè)健身器材行業(yè)走向崛起，有人估計(jì)我國(guó)的健身器材市場(chǎng)有億元的規(guī)模。 但事實(shí)并不那么讓人樂觀。有媒體報(bào)道，目前我國(guó)群眾體育在很多方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于人，體育人口即常年參加健身運(yùn)動(dòng)的人口數(shù)尚缺乏總?cè)丝诘娜种?，而興旺國(guó)家體育

8、人口已占人口總數(shù)的70%至80%。我國(guó)現(xiàn)在室內(nèi)體育場(chǎng)所人均占地僅為0.014平方米，室外體育場(chǎng)地人均0.027平方米，均大大低于興旺國(guó)家水平。 這就解釋了為什么一邊是巨大的需求潛力，而另一邊我國(guó)的健身器材市場(chǎng)還處于慢熱的為難境地。目前以品牌連鎖為主導(dǎo)的美國(guó)健身產(chǎn)業(yè)年總產(chǎn)值超過300億美元，而中國(guó)健身產(chǎn)業(yè)目前市場(chǎng)規(guī)模約為人民幣100150億元，健康器材市場(chǎng)更小，約為40至50億元。健身器材設(shè)計(jì)要素的現(xiàn)狀近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，生活質(zhì)量得到逐漸改善。越來越多居民的生活觀念已由“力求溫飽向“永保健康轉(zhuǎn)變，以期擁有健康的體魄到達(dá)高效學(xué)習(xí)、工作，實(shí)現(xiàn)享受生活并延年益壽。人民健身意識(shí)的不斷高漲

9、，促進(jìn)了我國(guó)健身器材產(chǎn)業(yè)的飛速開展，我國(guó)的健身器材及其零部件，95 %以上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，擁有 5 0 %的國(guó)際市場(chǎng)占有率。然而，我國(guó)健身器材產(chǎn)業(yè)根底薄弱，起步較晚，在設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)到銷售和效勞等方面與興旺國(guó)家相比仍存在明顯的差距。由于國(guó)產(chǎn)健身器材利潤(rùn)低下，引發(fā)致傷致殘事故，產(chǎn)品積壓滯銷等現(xiàn)象積極開展現(xiàn)代化生產(chǎn)企業(yè)，前瞻性地開發(fā)高技術(shù)含量的平安型產(chǎn)品，健全符合國(guó)情實(shí)際的檢測(cè)體系，從而全面提升我國(guó)健身器材的平安性能、效勞水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。市場(chǎng)研究：預(yù)計(jì)到2021年，全球的健身器材市場(chǎng)將到達(dá)到120億美元的市場(chǎng)份額。未來歐洲，亞洲和拉丁美洲將是市場(chǎng)的主要增長(zhǎng)點(diǎn)，逐漸富裕的人群將會(huì)提高自己對(duì)健康生活

10、方式的追求，并將成為健身器材的主要消費(fèi)者。美國(guó)仍舊是世界上最大的單個(gè)健身器材消費(fèi)市場(chǎng)，2007年的銷售額到達(dá)50億美元，亞太地區(qū)那么是市場(chǎng)增長(zhǎng)最快的區(qū)域，年增長(zhǎng)率到達(dá)5.5%，預(yù)計(jì)歐洲的健身器材市場(chǎng)在2021年將可以到達(dá)34億美圓的市場(chǎng)空間。2007年全球的健身器材銷售中，跑步機(jī)的銷售額到達(dá)24億3千萬美元，橢圓機(jī)那么是銷售增長(zhǎng)最快的器材，2007年的市場(chǎng)銷售額到達(dá)9億6千7百萬美元。在中國(guó)，健身器材市場(chǎng)經(jīng)歷了概念引入、初級(jí)競(jìng)爭(zhēng)、高速開展三個(gè)階段后，正逐步成熟起來，但卻難以走出低技術(shù)、低價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的陰影。其原因有三點(diǎn)，一是門檻低，市場(chǎng)進(jìn)入相對(duì)容易。二是產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，同業(yè)間相互訪造、拓傷了企

11、業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的積極性。三是中國(guó)市場(chǎng)差異大，東西南北各地市場(chǎng)參差不齊，同一區(qū)級(jí)市場(chǎng)中，省、地、市級(jí)市場(chǎng)差異十清楚顯，上述因素綜合作用的結(jié)果導(dǎo)致中低檔產(chǎn)品泛濫市場(chǎng)。使健身器材市場(chǎng)陷入多塊面、多層次混戰(zhàn)的為難局面。目前，我國(guó)生產(chǎn)的室內(nèi)健身器材產(chǎn)品已大量出口到歐美等興旺國(guó)家，并進(jìn)入主流市場(chǎng)，有的還直接承當(dāng)了大批量的國(guó)際高端產(chǎn)品的對(duì)外加工。有資料顯示，國(guó)際市場(chǎng)上60%以上的健身器材都貼有“中國(guó)制造，但卻很少有中國(guó)人自己的名牌。其原因是產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力不高，只能為國(guó)外公司大量做加工產(chǎn)品。一方面國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的健身器材，另一方面，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者卻為國(guó)外品牌多掏兩三倍錢。這樣的為難至少說明一點(diǎn)，在國(guó)

12、際上叫得響的民族品牌缺失。2機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法科學(xué)技術(shù)的飛速開展，產(chǎn)品功能要求的日益增多，復(fù)雜性增加，壽命期縮短，更新?lián)Q代速度加快。然而，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，尤其是機(jī)械產(chǎn)品方案的設(shè)計(jì)手段，那么顯得力不從心，跟不上時(shí)代開展的需要。根據(jù)目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)學(xué)者進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)所用方法的主要特征，可以將方案的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概括為下述四大類型。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：將設(shè)計(jì)看成由假設(shè)干個(gè)設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)設(shè)計(jì)要素具有獨(dú)立性，各個(gè)要素間存在著有機(jī)的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計(jì)要素結(jié)合后，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想于70年代由德國(guó)學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們

13、以系統(tǒng)理論為根底，制訂了設(shè)計(jì)的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計(jì)工作應(yīng)具備條理性。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)在這一設(shè)計(jì)思想的根底上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221“技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)方法。制定的機(jī)械產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)進(jìn)程模式，根本上沿用了德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)VDI2221的設(shè)計(jì)方式。除此之外，我國(guó)許多設(shè)計(jì)學(xué)者在進(jìn)行產(chǎn)品方案設(shè)計(jì)時(shí)還借鑒和引用了其他興旺國(guó)家的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)思想，其中具有代表性的是：(1)將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的根底，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。(2)將產(chǎn)品看作有機(jī)體層次上的生命

14、系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程劃分成功能需求層次、實(shí)現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計(jì)層次。同時(shí)采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達(dá)產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。(3)將機(jī)械設(shè)計(jì)中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個(gè)根本問題：一是把要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品作為一個(gè)系統(tǒng)處理，最正確地確定其組成局部(單元)及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程看成一個(gè)系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計(jì)中各個(gè)方面的工作和各個(gè)不同的設(shè)計(jì)階段 。由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法。由于每個(gè)設(shè)計(jì)者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重

15、點(diǎn)不同，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)采用的具體研究方法亦存在差異。它包括一些具有代表性的設(shè)計(jì)方法：A.設(shè)計(jì)元素法用五個(gè)設(shè)計(jì)元素(功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和外表參數(shù))描述“產(chǎn)品解，認(rèn)為一個(gè)產(chǎn)品的五個(gè)設(shè)計(jì)元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國(guó)亦有設(shè)計(jì)學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。B.圖形建模法研制的“設(shè)計(jì)分析和引導(dǎo)系統(tǒng)KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接 。C. “構(gòu)思“設(shè)計(jì)法將產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)分成“構(gòu)思和“設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。“構(gòu)思階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計(jì)任務(wù)要求的原理解?！霸O(shè)計(jì)階段的工作

16、那么是具體實(shí)現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。D. 矩陣設(shè)計(jì)法在方案設(shè)計(jì)過程中采用“要求功能邏輯樹(“與或樹)描述要求、功能之間的相互關(guān)系，得到滿足要求的功能設(shè)計(jì)解集，形成不同的設(shè)計(jì)方案。再根據(jù)“要求功能邏輯樹建立“要求功能關(guān)聯(lián)矩陣，以描述滿足要求所需功能之間的復(fù)雜關(guān)系，表示出要求與功能間一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。E. 鍵合圖法將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達(dá)元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動(dòng)生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個(gè)設(shè)計(jì)方案的方法。2結(jié)構(gòu)模塊化設(shè)計(jì)方法提倡在產(chǎn)品功能分析的根底上，將產(chǎn)品分解成

17、具有某種功能的一個(gè)或幾個(gè)模塊化的根本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化根本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些根本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個(gè)系統(tǒng)。理想的模塊化根本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟(jì)化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國(guó)結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計(jì)與組合設(shè)計(jì)相結(jié)合，根據(jù)分級(jí)模塊化原理，將加工中心機(jī)床由大到小分為產(chǎn)品級(jí)、部件級(jí)、組件級(jí)和元件級(jí)，并利用專家知識(shí)和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案以設(shè)計(jì)為目錄作為選擇變異機(jī)械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計(jì)的解元素進(jìn)行完整的、

18、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計(jì)目錄。并在解集設(shè)計(jì)目錄中列出評(píng)論每一個(gè)解的附加信息，非常有利于設(shè)計(jì)工程師選擇解元素。2.1.3 基于產(chǎn)品特征知識(shí)的設(shè)計(jì)方法基于產(chǎn)品特征知識(shí)設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)＜业闹R(shí)和經(jīng)驗(yàn)，建立相應(yīng)的知識(shí)庫及推理機(jī)，再利用已存儲(chǔ)的領(lǐng)域知識(shí)和建立的推理機(jī)制實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)。 智能化設(shè)計(jì)方法智能化設(shè)計(jì)方法的主要特點(diǎn)是：根據(jù)設(shè)計(jì)方法學(xué)理論，借助于三維圖形軟件、智能化設(shè)計(jì)軟件和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及多媒體、超媒體工具進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)、表達(dá)產(chǎn)品的構(gòu)思、描述 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)。2.1.5 各類設(shè)計(jì)方法評(píng)述及開展趨勢(shì)綜上所述，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法將

19、設(shè)計(jì)任務(wù)由抽象到具體(由設(shè)計(jì)的任務(wù)要求到實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案或結(jié)構(gòu))進(jìn)行層次劃分，擬定出每一層欲實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和方法，由淺入深、由抽象至具體地將各層有機(jī)地聯(lián)系在一起，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程系統(tǒng)化，使設(shè)計(jì)有規(guī)律可循，有方法可依，易于設(shè)計(jì)過程的計(jì)算機(jī)輔助實(shí)現(xiàn)。通過介紹機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，我們可以針對(duì)劃船健身機(jī)為例來說明健身器材設(shè)計(jì)要素的相關(guān)原理。3劃船健身機(jī)的簡(jiǎn)介健身機(jī)種類及其功能健身機(jī)種類市面上健身機(jī)種類：健美車、健步機(jī)、跑步機(jī)、美腰機(jī)、劃船式健身機(jī)等。健美車鍛煉時(shí)，像騎自行車一樣，主要用來增加腿部力量，增強(qiáng)心血管功能。健步車主要用以鍛煉腿、腰、腹部肌內(nèi)及心肺功能。跑步機(jī)主要用以鍛煉腿、臀、腰、腹部肌肉及心肺功

20、能美腰機(jī)可對(duì)腰部、背部作放松按摩。劃船健身機(jī)增加手臂力量及動(dòng)作協(xié)調(diào)。其系統(tǒng)組成說明如下：(1) 動(dòng)力系統(tǒng)：健身器之動(dòng)力來源為人力。經(jīng)由使用者抓住握把往后拉或往前推，并以腳蹬于腳踏板上，使用者即可將作用力施于健身器上。(2) 傳動(dòng)系統(tǒng)：健身器之傳動(dòng)系統(tǒng)依照不同類型而有所差異，連桿式者為杠桿傳動(dòng)，以手劃桿做為傳動(dòng)元件：鋼索式者為撓性傳動(dòng)，以鋼索或繩索作為傳動(dòng)元件，傳動(dòng)系統(tǒng)主要的功能為將使用者施于健身器之作用力，經(jīng)轉(zhuǎn)換后再傳到阻尼裝置。(3) 執(zhí)行系統(tǒng)：健身器之執(zhí)行系統(tǒng)即為阻力裝置，連桿式者為液壓阻尼器；鋼索式者為飛輪系統(tǒng)。執(zhí)行系統(tǒng)主要經(jīng)使用者對(duì)健身器所做的器械功，一局部轉(zhuǎn)化成電能提供應(yīng)計(jì)算器，其余

21、的那么變成熱能或其他形式的能量。(4) 操作及控制系統(tǒng)：握把，腳踏板，座位的功能是提供使用者對(duì)健身器施加機(jī)械功之介面：座位，滾輪與滑軌支撐使用者之重量，并提供使用者身體位置之轉(zhuǎn)移；機(jī)座那么支撐使用者之重量。經(jīng)過資料收集與整理后，將具有創(chuàng)作特色的健身機(jī)性能學(xué)矩陣列表。劃船健身機(jī)之性能學(xué)矩陣如表所示表3.1 劃船健身機(jī)之性能學(xué)矩陣3.2健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式設(shè)計(jì)健身機(jī)之前，應(yīng)先了解健身機(jī)的特性與需求。本節(jié)將針對(duì)劃船健身機(jī)操縱系統(tǒng)與劃船作進(jìn)行比擬與討論。首先以機(jī)械學(xué)的觀點(diǎn)分析連桿式與鋼繩式劃船健身機(jī)作動(dòng)模式的差異。如圖3-1示，當(dāng)劃船運(yùn)發(fā)動(dòng)握住握把時(shí)，可將手劃桿往前推或往后拉，在運(yùn)動(dòng)過程中劃船運(yùn)發(fā)動(dòng)可以對(duì)

22、劃船健身機(jī)分別施加推力與拉力。使用圖3.1所示的劃船健身既可鍛煉到的肌肉符合肌肉群。相較與連桿式劃船健身機(jī)，圖3.2為早期的劃船健身機(jī)形式，圖3.2劃船動(dòng)作在回來階段時(shí)，手臂的施力式拉力，主要原因是鋼索與繩索屬于繞性傳動(dòng)元件，只在受到張力時(shí)才有作用。同理可知假設(shè)劃船健身機(jī)以鋼繩或繩索作為傳動(dòng)元件，其作用力的情形與圖3.2相似。因此，由以上的討論可得知鋼索式劃船健身機(jī)在回來階段并沒有鍛煉到胸大肌，腹直肌，三角肌，三頭肌，腕屈肌，大腿后群肌以及經(jīng)股前肌等肌肉群。手拉力你握把你手推力你手劃桿你腳踏力你座位你腳踏板你阻尼器你滾輪你座位運(yùn)動(dòng)方向你座位運(yùn)動(dòng)方向你握把你手拉力你腳踏力你腳踏板你座位你滾輪你鋼

23、索/繩索你滑輪輪你砝碼你負(fù)載力你參照表3.1之性能學(xué)矩陣得知，座椅的設(shè)計(jì)分別有1連桿：(2)固定式；3滑軌等三種形式。假設(shè)以劃船動(dòng)作為觀點(diǎn)比擬座椅設(shè)計(jì)形式的不同，可知在健身機(jī)動(dòng)作時(shí)，連桿式的座椅設(shè)計(jì)會(huì)配合運(yùn)發(fā)動(dòng)的動(dòng)作而產(chǎn)生的變化。 在基于保護(hù)腰椎的前提下，劃船健身機(jī)需要設(shè)計(jì)一個(gè)椅背做為支撐背部的功能，劃船動(dòng)作在進(jìn)行時(shí)背部的擺動(dòng)范圍很大，因此應(yīng)以連桿形式設(shè)計(jì)一個(gè)可擺動(dòng)的椅背。圖3.3所示的健身機(jī)即具有可搖動(dòng)的椅背。4 設(shè)計(jì)程序本章之目的在于應(yīng)用工程設(shè)計(jì)方法之理論，構(gòu)造健身機(jī)的設(shè)計(jì)程序，并設(shè)定合理的設(shè)計(jì)規(guī)格表作為設(shè)計(jì)要求 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程序(一) 規(guī)劃與弄清設(shè)計(jì)任務(wù)：收集有關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)象的根本特性與需求，

24、以弄清設(shè)計(jì)任務(wù)并建立設(shè)計(jì)需求，訂定設(shè)計(jì)規(guī)格表做為解答空間的限定依據(jù)及解決方案評(píng)估準(zhǔn)那么。(二) 設(shè)想設(shè)計(jì):確認(rèn)必要的問題，并建立功能構(gòu)造，針對(duì)功能構(gòu)造中的每個(gè)子功能尋求適宜的解答原理，并組合解答原理為設(shè)想，最后以工程與經(jīng)濟(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，初步評(píng)估各子功能解法的可行性，而得到設(shè)想方案。(三) 具體化設(shè)計(jì)：自設(shè)計(jì)設(shè)想開展初步圖樣造型設(shè)計(jì)，選出最好的圖樣作為技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)型的的評(píng)估并改良缺點(diǎn)，可得到初步的設(shè)計(jì)圖樣。接著以最正確化理論與造型理論做圖樣的優(yōu)化與造型選定，針對(duì)圖樣做錯(cuò)誤與本錢效益的檢核，以及制作初步零件的清單與生產(chǎn)文件，可得到定案設(shè)計(jì)圖樣。四細(xì)部設(shè)計(jì)：做定案設(shè)計(jì)圖樣的最后細(xì)部檢校，完成細(xì)部與生產(chǎn)文件

25、，即做全部文件的檢校，得到設(shè)計(jì)任務(wù)的設(shè)計(jì)圖與文件。4.2 設(shè)計(jì)規(guī)格表以目標(biāo)樹法來確定健身機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，其步驟為：(1)列出健身機(jī)必須滿足或達(dá)成的目標(biāo)清單。(2)區(qū)分各設(shè)計(jì)的目標(biāo)之所屬分級(jí)，并分成主從分級(jí)關(guān)系。(3)分出目標(biāo)的樹狀圖，以顯示分機(jī)的關(guān)系與相互之間的聯(lián)系。健身機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)由平安性，方便性與實(shí)用性三方面，在平安性方面，人體在使用健身機(jī)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)防止腰椎受傷的發(fā)生，以及考慮到是否有發(fā)生其他危險(xiǎn)的可能性；在方便型方面，健身機(jī)應(yīng)該具有適當(dāng)?shù)淖叨?，并以人體動(dòng)作為基準(zhǔn)，設(shè)計(jì)合理的人機(jī)介面，以到達(dá)使用上的舒適性；在實(shí)用性方面，健身機(jī)的設(shè)計(jì)要盡量符合簡(jiǎn)單的原那么，并使制造，組裝與維修更容易完成，并加

26、強(qiáng)運(yùn)動(dòng)效果與計(jì)算運(yùn)動(dòng)量。健身機(jī)之目標(biāo)樹如圖 4.1 所示。圖4.1 健身機(jī)之目標(biāo)樹然而設(shè)計(jì)工作仍然有許多定量的需求或限制必須滿足，目標(biāo)數(shù)列出所需達(dá)成的目標(biāo)，屬于定性的要求，依據(jù)設(shè)計(jì)的要求那么須將各項(xiàng)需求目標(biāo)給予定量化。性能規(guī)格化可協(xié)助設(shè)計(jì)者訂定可行解法的范圍，且在設(shè)計(jì)過程后期用以評(píng)定設(shè)計(jì)解法是否確實(shí)可行的依據(jù)。(4)適合人體動(dòng)作本研究是依觀察使用者在使用劃船健身機(jī)時(shí)，將使用者的動(dòng)作記錄起來，加上各個(gè)關(guān)節(jié)活動(dòng)角度的資料，建立起人體動(dòng)作需求。有關(guān)人體各部尺寸方面的設(shè)計(jì)，運(yùn)用身體各部尺寸與身高比例關(guān)系，如圖4.2所示，并以人體計(jì)測(cè)資料庫，進(jìn)行人體相關(guān)尺寸查詢，最后再應(yīng)用人體模型來模擬實(shí)際動(dòng)作情況。(

27、5)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)不產(chǎn)生死點(diǎn)在機(jī)構(gòu)與構(gòu)件之間的傳動(dòng)過程中，當(dāng)傳動(dòng)角為0°或180°時(shí)，即死點(diǎn)位置，機(jī)械利益為零。假設(shè)機(jī)構(gòu)在動(dòng)作范圍內(nèi)產(chǎn)生死點(diǎn)，機(jī)構(gòu)在此位置不能運(yùn)動(dòng)，如同結(jié)構(gòu)一般，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避開。(6)適當(dāng)?shù)淖娓叨冗m宜的座椅面高度應(yīng)位于坐姿膝窩高39，因此本設(shè)計(jì)以座椅高度42.5cm為設(shè)計(jì)目標(biāo)。(7)構(gòu)件區(qū)域配置合理所謂各構(gòu)件區(qū)域配置合理，即指依照空間限制并且以人體動(dòng)作范圍為基準(zhǔn)，健身機(jī)的構(gòu)件應(yīng)配置在不會(huì)和身體產(chǎn)生干預(yù)的區(qū)域上。(8)方便的人機(jī)介面在利用健身機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)健身時(shí)，使用者與健身機(jī)就構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)。所謂的人機(jī)介面那么是使用者與健身機(jī)之相互關(guān)系。健身機(jī)必須與人體尺

28、寸互相配合，防止使用者以不自然的姿勢(shì)使用健身機(jī)；再者，讓使用者能方便登上健身機(jī)，以及在運(yùn)動(dòng)前方便離開健身機(jī)等等。(9)構(gòu)件少本設(shè)計(jì)包含機(jī)架手滑桿坐桿與靠背桿，需要四桿以上的機(jī)構(gòu)。考慮到單一輸入與多個(gè)輸出的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此本設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)采用平面四或六連桿機(jī)構(gòu)(10)容易組裝與拆解在平時(shí)不適用產(chǎn)品時(shí)，為了減少健身機(jī)擱置的空間并與在生產(chǎn)時(shí)制造節(jié)省組裝時(shí)，機(jī)構(gòu)本身應(yīng)容易組裝與拆解。因此，針對(duì)此一需求可利用模組化設(shè)計(jì)，將互不產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件組合成單元模組，假設(shè)零件之間以回轉(zhuǎn)倒銜接，那么將具有方便插拔功能的插銷作為銜接元件，到達(dá)速拆速裝的需求。(11)阻尼器的規(guī)格液壓阻尼器具有質(zhì)量輕與可變向受力的優(yōu)點(diǎn)，是一

29、般健身機(jī)的主要阻力裝置，隨著阻尼器配置位置的不同，影響了阻尼器本身尺寸，使用者施力情形，健身機(jī)整體的大小，阻尼器與其它構(gòu)件干預(yù)情形等。(12)計(jì)算運(yùn)動(dòng)量一般的使用者在意使用健身機(jī)時(shí)是否到達(dá)真正運(yùn)動(dòng)效果，運(yùn)動(dòng)后總共消耗多少熱量等是多數(shù)人關(guān)心的問題。本研究討論在使用健身機(jī)時(shí)阻尼器吸收了多少焦耳的機(jī)械能，即使用者對(duì)健身機(jī)所做的機(jī)械功。在一般的情況下，人體從食物所吸收的熱量，大約只有百分之二十五可轉(zhuǎn)化為從事運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械功。以物理學(xué)能量轉(zhuǎn)換原理，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換恒熱量單位，可知人體在運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗了多少千卡熱量。機(jī)械能與熱能的轉(zhuǎn)換公式如下：×10-4 Kcal5設(shè)想設(shè)計(jì)本章首先說明機(jī)構(gòu)創(chuàng)造設(shè)計(jì)程序的

30、各個(gè)步驟，其次列出連桿式劃船健身機(jī)的設(shè)計(jì)限制，接著依照步驟進(jìn)行劃船健身機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并且進(jìn)行機(jī)械選型的初步評(píng)價(jià)，造出一些具有實(shí)用價(jià)值的設(shè)想方法，最終將阻尼器配置在健身機(jī)機(jī)構(gòu)上。5.1健身機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序。設(shè)想設(shè)計(jì)主要的目的是決定機(jī)構(gòu)的構(gòu)造，作為后續(xù)具體化設(shè)計(jì)與細(xì)部設(shè)計(jì)的依據(jù)，健身機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序的流程圖如圖5.1所示。具體步驟如下：(1)理清健身機(jī)構(gòu)造的需求：由健身機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)格表確定應(yīng)滿足的內(nèi)在與外在的設(shè)計(jì)限制。(2)列出可用運(yùn)動(dòng)鏈：由運(yùn)動(dòng)鏈知識(shí)選出符合內(nèi)在設(shè)計(jì)限制的可用運(yùn)動(dòng)鏈。(3)合成一般機(jī)構(gòu)：依照外在設(shè)計(jì)限制歸納特殊化身為程序，自可用運(yùn)動(dòng)鏈合成所有可能的一般化機(jī)構(gòu)。(4)繪制機(jī)械簡(jiǎn)圖：將所有

31、可能的一般化機(jī)構(gòu)繪成可供選用的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖，得到完整的健身機(jī)圖集。圖5.1 健身機(jī)構(gòu)造設(shè)計(jì)程序由于健身機(jī)運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)需有簡(jiǎn)圖標(biāo)示各機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，因此，還需進(jìn)一步繪制成機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。以劃船健身機(jī)為例，首先簡(jiǎn)單地畫出人體的劃船動(dòng)作性能，接著依照區(qū)域配置范圍，繪出靠背桿，坐桿與腳踏桿，然后繪出手劃桿與連接桿，再經(jīng)由以上各桿決定機(jī)架的位置，便可完成健身機(jī)機(jī)構(gòu)圖集。1-3你1-2你1-1你1-6你1-5你1-4你1-9你1-8你1-7你(5)機(jī)構(gòu)方案的初步評(píng)定圖 給出了九個(gè)不同構(gòu)型的劃船健身機(jī)機(jī)構(gòu)，其中有九個(gè)型為六連桿結(jié)構(gòu)。由于所合成的六連桿機(jī)構(gòu)機(jī)型眾多，因此，需要從幾何方面、平安方面、運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力等方面，建立具

32、體的評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。設(shè)計(jì)限制在設(shè)計(jì)限制與外在設(shè)計(jì)限制如下：內(nèi)在設(shè)計(jì)限制：(1)機(jī)構(gòu)為平面四連桿或六連桿機(jī)構(gòu)。(2)包含機(jī)架手劃桿坐桿靠背桿。外在設(shè)計(jì)限制：(1)靠背桿與坐桿相鄰接。(2)手劃桿與機(jī)架相鄰接。(3)手劃桿不與靠背桿相鄰接。(4)手劃桿不與腳踏桿相鄰接。(5)靠背桿不與腳踏桿相鄰接。(6)靠背桿與機(jī)架相鄰接。6 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)本章首先參考設(shè)計(jì)規(guī)格表的運(yùn)動(dòng)需求，并描述設(shè)計(jì)問題應(yīng)滿住的條件，其次應(yīng)用機(jī)構(gòu)的尺寸合成理論，推導(dǎo)劃船健身機(jī)的尺寸合成方程式，并以電腦程式作為輔助工具，接著將阻尼器配置在劃船健身機(jī)機(jī)構(gòu)上，并應(yīng)用電腦軟件WorkingModle 2D找出阻尼器適合配置的位置;最后針

33、對(duì)本設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行推行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力分析，并對(duì)各段設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)選工作。6.1 設(shè)計(jì)問題的描述參考設(shè)計(jì)規(guī)格表所摘錄出的運(yùn)動(dòng)需求，明確輸入與輸出的關(guān)系。同時(shí)參考設(shè)計(jì)規(guī)格表的動(dòng)力需求設(shè)計(jì)運(yùn)發(fā)動(dòng)施加作用力的情形與手劃桿角位移的目標(biāo)曲線尺寸合成理論6.2 運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)本節(jié)是以尺寸合成后所得到的結(jié)果，選擇阻尼器配置方式，然后設(shè)定左用力的條件，以電腦軟件WorkingModel 2D做為輔助設(shè)計(jì)工具，決定阻尼器的配置與阻尼器的阻尼系數(shù)，并且手劃桿角位移曲線。其運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的步驟如下：(1)選擇阻尼器配置以本設(shè)計(jì)1-2型劃船健身機(jī)為例，我選擇配置方式，其阻尼器的活塞桿與手劃桿相連接。(2)設(shè)定手劃桿的角位移時(shí)間的目

34、標(biāo)曲線依據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)格表，手劃桿由第一位置至第三位置共回轉(zhuǎn)50度。我們?cè)O(shè)定一個(gè)拉漿動(dòng)作共費(fèi)時(shí)一秒，可畫出在拉漿動(dòng)作時(shí)手劃桿的角位移°為曲線的范圍帶。(3)設(shè)計(jì)作用力條件 我們?cè)O(shè)定使用者的體重為659.7N臺(tái)灣地區(qū)18歲至65歲男性勞工的平均體重，在拉漿動(dòng)作時(shí)拉力與腳踏力設(shè)定為200N。(4)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)模擬經(jīng)由以上三步驟的條件設(shè)定，將符合設(shè)計(jì)規(guī)格的阻尼器加裝于劃船健身機(jī)上，應(yīng)用電腦軟件作為輔助工具進(jìn)行劃船健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)模擬，以試誤的方法找出阻尼器配置及適合的阻尼系數(shù)。運(yùn)動(dòng)分析經(jīng)由6.2節(jié)劃船健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)后，將機(jī)構(gòu)構(gòu)件尺寸資料，制成檔案并進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析。以使用者體重為659.7N,手拉力

35、，手推力，腳踏力腳勾力皆為200N作為作用力的條件，以下分別就檢查死點(diǎn)位置工程的討論。依照4.2節(jié)設(shè)計(jì)目標(biāo)的表達(dá)，假設(shè)機(jī)構(gòu)在動(dòng)作范圍內(nèi)產(chǎn)生死點(diǎn)，機(jī)構(gòu)在此位置不能運(yùn)動(dòng)，如同結(jié)構(gòu)一般，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量不開。因此，必須檢查機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過程中是否通過死點(diǎn)位置，以傳動(dòng)角為0°或180°決定死點(diǎn)位置的發(fā)生。6-8型機(jī)構(gòu)在進(jìn)行模擬時(shí)，腳踏桿與連接桿的傳動(dòng)角為180°，可明顯看出機(jī)構(gòu)正處于死點(diǎn)位置，假設(shè)在此型劃船健身機(jī)上施加作用力條件，機(jī)構(gòu)并無法順利受到驅(qū)動(dòng)。因此，6-8型機(jī)構(gòu)并不適合運(yùn)用在本設(shè)計(jì)上。7 健身機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)本章的目的是針對(duì)健身機(jī)的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先根據(jù)第5章運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的結(jié)果

36、作進(jìn)一步的具體化設(shè)計(jì)，接著運(yùn)用電腦軟件與綜合加工機(jī)進(jìn)行實(shí)體模型的繪圖與制作，最后依照本設(shè)計(jì)的特性，建立操作說明及考前須知。具體步驟如下：(1)繪出健身機(jī)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖與運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)決定的各桿尺寸間的干預(yù)，需考慮機(jī)構(gòu)的配置。基于受力平衡與視覺上的美觀，本設(shè)計(jì)各桿件的配置應(yīng)力求左右對(duì)稱，如圖7.1所示。(b)6-6型劃船健身機(jī)(a)6-3型劃船健身機(jī)(c)6-9型劃船健身機(jī)圖7.1劃船健身機(jī)設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖(2)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)劃船健身機(jī)的人機(jī)界面包括手劃桿，握把，坐板，靠背桿，腳踏板，相關(guān)此尺寸可參考設(shè)計(jì)規(guī)格表。由于手劃桿的位置在劃船健身機(jī)的兩旁，使得運(yùn)發(fā)動(dòng)不方便進(jìn)出健身機(jī)，因此應(yīng)該找到適宜的設(shè)計(jì)方法。8 結(jié)束語本設(shè)計(jì)由劃船健身機(jī)與劃船動(dòng)作出發(fā)，依系統(tǒng)化設(shè)計(jì)程序的架構(gòu)逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)的工作，綜合本文的研究設(shè)計(jì)，將所得的成果所列如下:對(duì)現(xiàn)有的劃船健身機(jī)進(jìn)行分類與比擬，引出預(yù)防運(yùn)動(dòng)傷害的設(shè)計(jì)方向與解決方法，并建立劃船健身機(jī)的功能構(gòu)造圖與設(shè)計(jì)黑箱圖。依照工程設(shè)計(jì)方法的概念，擬定健身機(jī)的系統(tǒng)化程序設(shè)計(jì)，建立健身機(jī)的設(shè)計(jì)規(guī)格表。依照機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)程序進(jìn)行健身機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，繪制成圖集以供參考，并根據(jù)具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)選出較佳的方案。根據(jù)尺寸