PAGE26露天健身器材目錄前言………1正文………11.市場調(diào)查……………11.1小區(qū)健身應(yīng)注意的問題…………11.1.1專家的意見………11.2小區(qū)健身場所存在的隱患……………31．2．1數(shù)量不足是一大遺憾………31．2．2公共健身器材遭遇不和諧之音…41．2．3分析總結(jié)………52.不同年齡段的健身要點(diǎn)…………63．常見健身器材及其作用…………73.1扭腰按摩器………………73．1．1草圖說明…………73．1．2扭腰器…………73．2踏步器……………………83．3臂力鍛煉器：………………93．3．1彈簧拉力器………103．3．2．2機(jī)構(gòu)的拉力與壓力分析…………123．3．3彈簧推力器……………134．力的校核……………………134．1彈簧力的校核………134．1．1彈簧的選擇…………134．1．2圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)……………144．1．2．1圓柱螺旋彈簧…………………144．1．2．2壓縮彈簧特性線圖…………144．1．3．拉伸彈簧彈性線圖……………154．2彈簧強(qiáng)度計(jì)算…………154．3彈簧剛度計(jì)算…………164．4彈簧的選擇……………164．4．1彈簧的選擇結(jié)果……175．扭轉(zhuǎn)盤力的校核……………186．桿件力的校核…………196．1桿件變形的基本形式……………196．2軸向拉伸或壓縮時的變形………207．健身器表面涂料的選擇…………………217．1健身器表面涂料的作用…………227.1.1表面噴漆的選擇……………228．健身器材的可行性分析………………23結(jié)論……………………23致謝………………………23內(nèi)容摘要露天健身器材是各居民小區(qū)最常見的運(yùn)動健身器械。經(jīng)過市場調(diào)查得知如今小區(qū)中運(yùn)功最多的人群為中老年人，因此本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)也是針對于中老年人身體健康狀況來設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)是在以往設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上對常見的健身器如：扭腰器，上肢牽引器，舉推器進(jìn)行某些部位的優(yōu)化及改進(jìn)，使其更加接近鍛煉者的身體特點(diǎn)，并能對鍛煉中常出現(xiàn)的某些事故進(jìn)行有效的避免。健身器械主要由起固定作用的立柱，工作的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，及手扶機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計(jì)時應(yīng)盡量減少棱角及伸出，以免勾掛，劃傷。器材的尺寸方面應(yīng)根據(jù)人群的平均身高，體重來設(shè)計(jì)，元件間的間隙以不造成兒童身體損害為標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)調(diào)查有60％以上的人不留意健身器材的適應(yīng)年齡，有50％以上的人不能分清兒童器械和成年人器械，種種原因造成鍛煉時的意外傷害。5歲以下兒童應(yīng)該在成人監(jiān)護(hù)下方能使用健身器械，使用前確認(rèn)該器械是否牢固、變形等，還應(yīng)標(biāo)注高血壓、心臟病患者要遵從醫(yī)生建議使用健身器械，發(fā)覺不適時應(yīng)該及時停止鍛煉。一人僅限使用一個位置，其他人應(yīng)該在安全距離以外，并不得在這些器械附近嬉戲打鬧等等，來防患于未然。關(guān)鍵詞：露天健身器材中老年人群創(chuàng)新要點(diǎn)布置規(guī)范AbstractTheopen-airfitnessequipmentisvariousinhabitantsplotmostcommonmovementfitnessinstrument.Afterthemarketinvestigationknewinthepresentplottransportsmeritmostcrowdsisthemiddle-agedpersonandoldperson,thereforethisdesignalsoiswithemphasisaimsatinthemiddle-agedpersonandoldpersonhealthconditiondesigns.Theequipmentsizeaspectshouldactaccordingtothecrowdtheaverageheight,thebodyweightdesigns,gapbetweentheparttakedoesnotcreatethechildbodyharmasastandard.Keywords:Open-airfitnessequipmentMiddleandoldagecrowdInnovationmainpointsecurityArrangementstandard前言近幾年在全國城鄉(xiāng)的街頭巷尾，

廣大居民在家門口的大眾健身器材上熱火朝天地鍛煉，已經(jīng)成了都市里一道美麗的風(fēng)景。因此也出現(xiàn)了許多功能各異的室外健身器械，如太空漫步機(jī)、單杠、雙杠等健身器械。這些室外健身器械的投入使用，大大豐富了社區(qū)文化生活?，F(xiàn)今隨著人們健康觀念的轉(zhuǎn)變和經(jīng)濟(jì)條件的好轉(zhuǎn)，健身器行業(yè)前景廣闊，在非典時期看看廣場上戶外器械旁成堆的鍛煉人群（大多數(shù)是中老年人和兒童）就不得而知了。有些項(xiàng)目比較疲軟，走進(jìn)大商場僅跑步機(jī)就不下幾十種牌子在降價打折，其原因主要是一些廠商不注重創(chuàng)新。基于以上原因我把本次機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目標(biāo)鎖定在了中老年人和兒童健身器材的創(chuàng)新上，在市場現(xiàn)有的健身器械上進(jìn)行了創(chuàng)新還自己設(shè)計(jì)了幾種市場上沒有的新產(chǎn)品，希望在自己的努力下能取得一些成果。第１３屆體博會期間，《健身器械室外健身器械的安全通用要求》國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。據(jù)了解，這是國家體育總局起草制定的第一部體育用品產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)于２００４年３月１日起正式實(shí)施。因此本次設(shè)計(jì)將在國標(biāo)基準(zhǔn)下計(jì)劃并進(jìn)行。市場調(diào)查1．1小區(qū)健身應(yīng)注意的問題廣大居民在家門口的大眾健身器材上熱火朝天地鍛煉，已經(jīng)成了都市里一道美麗的風(fēng)景。但不少喜歡健身的人士并不清楚自己適合哪種健身器材，也不了解具體的使用方法，更有甚者，許多兒童使用一些為成人設(shè)計(jì)的器材，造成了安全隱患。為此我專門看了記者采訪健身器材的設(shè)計(jì)專家丁春雷和北京市體育局群體處的顏納新的有關(guān)問答。1．1.1專家的意見

小區(qū)健身器材主要為成人設(shè)計(jì)，大多不適合兒童使用。

丁春雷介紹說，戶外健身器并不是簡單的健身玩具，每套器材都有自己的安全規(guī)定這些健身器材主要為成人設(shè)計(jì)，大多不適合兒童使用。

顏納新說，北京市在2001年就頒布了《北京市全民健身工程管理暫行規(guī)定實(shí)施細(xì)則》，對兒童正確使用健身器的安全問題進(jìn)行了規(guī)定：未滿12周歲的兒童在使用健身器材時必須有監(jiān)護(hù)人陪同，否則出現(xiàn)意外責(zé)任自負(fù)。

另外，由于孩子們自我保護(hù)意識差，在游戲過程中常常精力不集中，所以兒童器械場地應(yīng)該彈性較好、緩沖力強(qiáng)，例如沙地或者塑膠地面。如果小區(qū)健身環(huán)境沒有滿足這樣的設(shè)計(jì)要求，那么家長就更應(yīng)注意孩子的運(yùn)動安全。

據(jù)丁春雷介紹，發(fā)達(dá)國家在安裝戶外健身器時，一般都會參照兒童的使用規(guī)格，另做一套與成人健身器功能相同的產(chǎn)品，以保證安全。

要掌握各種器械的特點(diǎn)，鍛煉應(yīng)循序漸進(jìn)

戶外健身器的主要設(shè)計(jì)對象是中老年人。顏納新說，如果能每天抽出30分鐘在運(yùn)動量相對比較大的健身器上鍛煉一下，中年人普遍存在的骨質(zhì)疏松就有可能得到一定改善。

具體說來，“劃船器”能讓脊背在體前屈和體后伸的過程中最大范圍地活動，同時有效增強(qiáng)脊柱各個關(guān)節(jié)的彈性和韌性，緩解腰背酸痛。但在練習(xí)時要注意動作的連貫性，每一個蹬伸動作間不要出現(xiàn)停頓，而且動作一定要到位，否則相關(guān)的肌肉無法得到充分鍛煉?！敖◎T器”可使全身80％的肌肉和關(guān)節(jié)同時參加運(yùn)動，在鍛煉全身肌肉和關(guān)節(jié)之外，還可以有效地提高協(xié)調(diào)能力。據(jù)統(tǒng)計(jì)，社區(qū)健身器材中最受老年人歡迎的是“太空漫步機(jī)”和“上肢牽引器”。老年人身體沒有那么柔軟，不適宜玩扭動幅度太大的健身器械，“太空漫步機(jī)”的活動式踏板設(shè)計(jì)將漫步、慢跑、靜止自行車運(yùn)動的鍛煉效果集于一身，類似于我們自然跨步的動作，對人體關(guān)節(jié)不會產(chǎn)生大的沖擊，能充分鍛煉腿部和臀部肌肉群，還能增強(qiáng)手腳協(xié)調(diào)能力，提高心血管的耐受力，但容易頭暈的老年人要謹(jǐn)慎使用。

“上肢牽引器”的慢速牽拉動作能讓肩周肌肉得到放松，作為一種輔助治療手段，對中老年人常見的肩周炎很有幫助，是小區(qū)健身器械中最受老年人歡迎的一種。顏納新提醒老年朋友，訓(xùn)練中要注意循序漸進(jìn)，最好能隔一天練習(xí)一次。每次練習(xí)的次數(shù)應(yīng)該參考使用說明，根據(jù)個體的年齡、性別、身體狀況和病情輕重做出調(diào)整，否則容易拉傷上臂肌肉。

另外，腰粗的老年人可以適當(dāng)練練“扭腰器”，但要注意轉(zhuǎn)體速度不能過快，用力不能過猛，若能配合腹式呼吸，運(yùn)動效果更佳。萬一在運(yùn)動過程中發(fā)生腹痛，可以放慢扭腰動作的幅度和節(jié)奏，癥狀嚴(yán)重時應(yīng)立即停止運(yùn)動。

運(yùn)動前應(yīng)仔細(xì)閱讀使用說明，掌握好運(yùn)動量。丁春雷強(qiáng)調(diào)說，許多人喜歡結(jié)伴邊聊天邊鍛煉，在健身器上一呆就是兩三個小時，一不留神就將有助于健身的有氧運(yùn)動做成了劇烈的無氧運(yùn)動，不但健身效果不好，還容易造成運(yùn)動損傷。所以健身一定要掌握好運(yùn)動時間和運(yùn)動量，“適可而止”很重要。

運(yùn)動前鍛煉者一定要仔細(xì)閱讀小區(qū)里的健身警示牌和每一套健身器上的使用說明，了解器材的運(yùn)動量和正確操作方法。違規(guī)操作不僅易造成運(yùn)動損傷，還會降低器材的使用壽命，增加運(yùn)動風(fēng)險。另外，戶外健身器的使用年限一般在4—6年之間，所以如果自己所在小區(qū)的健身樂園建成時間較久，使用前還要注意檢查一下各個器材能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前小區(qū)的健身器材大多安裝在水泥地面上，材質(zhì)以金屬為主，老年人骨質(zhì)較為疏松，健身時要注意避免摔倒或撞到器械上，造成不必要的損傷。去年，在全國十運(yùn)會正在如火如荼地進(jìn)行時，能看到在成都的許多公園廣場、小區(qū)綠地、社區(qū)空地都可見到人們熱火朝天鍛煉的場景。隨著生活水平的提高，越來越多的成都市民加入到各種健身活動中。健身器材的安全、衛(wèi)生、維護(hù)等問題，也受到越來越多市民的關(guān)注。1．2小區(qū)健身場所存在的隱患1．2．1數(shù)量不足是一大遺憾在4月份的某天傍晚，市郊小區(qū)里，一位老大媽告訴調(diào)查者，自從搬到這里居住后，她每天晚上都要在這里鍛煉上半個小時，原因一是小區(qū)的環(huán)境相當(dāng)不錯，二是有很多老年人聚集在此，三是小區(qū)里集體鍛煉很簡單很奏效。我觀察到小區(qū)場地里的其他器材也沒空著。小孩、老年人都在使用，大家對這里的器材都很滿意，不足的就是有個別器材壞了卻沒人來維修。還有人說，要是在自己居住的小區(qū)安裝這些健身器材就好了，用不著天天跑這么遠(yuǎn)。其實(shí)，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，抱有這種心態(tài)的市民還不少，他們都希望，社區(qū)里都能安裝上基本的健身器材。隨著健康意識的增強(qiáng)，人們對居住地健身器材的期望也日益增強(qiáng)。大家都希望能夠在居住的小區(qū)找到健身器材，開展健身活動。在另外的一處小區(qū)內(nèi)，我只看見兩三副健身器材。這能夠滿足十幾幢高樓住戶的健身需要嗎？在進(jìn)行了口頭問卷調(diào)查后，居民們普遍反映：“自從搬進(jìn)此小區(qū)入住以后，對小區(qū)其他方面都還滿意，就是健身器材數(shù)量少，品種單一，早晚使用的時候有點(diǎn)擠，希望有關(guān)部門重視一下”。采訪中我還發(fā)現(xiàn)，盡管小區(qū)里的健身器材有限，人們對這些設(shè)施的使用還是不夠充分。老年人與小孩成了這些公共健身器材的“主顧”，無論哪一個小區(qū)，無論是早上還是晚間，光顧健身器材的市民中幾乎沒有年輕人。在調(diào)查采訪中我了解到，相對于小區(qū)的健身場地，健身房是年輕人光顧最多的地方。一位年輕的女士說：“選擇健身中心，主要是因?yàn)檫@里有比較時尚的設(shè)備，還有較好的健身教練進(jìn)行指導(dǎo)，當(dāng)然，這里的活動強(qiáng)度也更適合青年人?！笔聦?shí)上，這些都不是根本的理由，根本的原因在于，青年人的健身意識還不強(qiáng)，他們還沒有像老人們那樣意識到健身的重要性。1．2．2公共健身器材遭遇不和諧之音采訪中我發(fā)現(xiàn)一個奇怪的現(xiàn)象：一邊是市民渴望小區(qū)內(nèi)有足夠的健身器材，而一邊卻是不但不能充分利用這些健身器材，甚至有些市民還故意損壞這些公共健身設(shè)施。采訪中，我看到了這些現(xiàn)象———現(xiàn)象一：健身器械成曬衣架?，F(xiàn)象二：衛(wèi)生情況令人憂。市區(qū)一些小區(qū)的健身器材的衛(wèi)生狀況確實(shí)令人擔(dān)憂。在許多老小區(qū)，器材都已經(jīng)是“歷經(jīng)風(fēng)霜”：“肋木”、“轉(zhuǎn)體訓(xùn)練器”、“摸高橫梁”等多處油漆脫落、銹跡斑斑；而“滾筒”的扶手處由于汗?jié)n太多，已經(jīng)全部生銹了，手摸上去就是一片銹痕?！霸绯亢屯砩鲜莾蓚€鍛煉高峰期，我希望健身器材每天早晚清洗一次?！币晃诲憻捳呷缡钦f。許多市民呼吁：“公共設(shè)施需要大家一起愛護(hù)，希望各位在鍛煉后都能隨手用紙將器材擦一下，這樣會更衛(wèi)生?！爆F(xiàn)象三：器材無人維修。據(jù)住在成都市區(qū)某小區(qū)的群眾介紹，小區(qū)里的健身器械非常受歡迎?！艾F(xiàn)在這里越來越擠了，甚至到晚上12點(diǎn)，還有人在這里舒展舒展腿腳?！痹诮∩砥餍堤幙吹剑@里立有告示牌，表明器械的功能、使用方法、注意事項(xiàng)等。盡管小區(qū)居民都比較注意愛護(hù)這些公共器械，但可能因?yàn)槔匣木壒?，這些器材中有5件已經(jīng)損壞。有臺“太空漫步機(jī)”甚至已經(jīng)壞了兩個多月也不見人來維修?，F(xiàn)象四：健身變成“傷身”。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，社區(qū)中比較普遍的公共健身器械有健身車、健步機(jī)、太空漫步機(jī)、太極柔推器、轉(zhuǎn)腰器等。由于各種原因，有一些市民在使用器械健身的時候受到意外傷害。在一次采訪中我看到一個小朋友跑到一臺漫步機(jī)上“踩飛輪、蕩秋千”，突然兒子雙腳滑空，從漫步機(jī)上摔了下來，后來到醫(yī)院花了近百元醫(yī)療費(fèi)。家長稱：孩子摔傷，健身器械的廠家和社區(qū)管理者都有一定的責(zé)任，因?yàn)闆]有人教他們?nèi)绾握_使用這些器械。鍛煉者不懂得如何使用“漫步機(jī)”，也沒有看到旁邊有任何提示性的標(biāo)識。雖然一些社區(qū)、公園的公共健身器械，雖然有標(biāo)注器械的功能、注意事項(xiàng)，卻沒有任何關(guān)于器械使用方面的說明文字，也沒有標(biāo)注該器械的適用人群，一些初次到活動場所鍛煉的人“看見別人怎么使用，自己就試著怎么來”。就像摔傷的那位小朋友，不懂得規(guī)范使用漫步機(jī)，兩腿都站在機(jī)上向同一個方向前后擺動，就像是“蕩秋千”，身體沒有重心，結(jié)果失去平衡，脫手了自然就會摔傷身體。有了標(biāo)識，如果健身者不留意也等于零。我在學(xué)校附近的小區(qū)發(fā)現(xiàn)，這里設(shè)置的公共健身器械種類比較多，布置也比較規(guī)范，一些器械機(jī)架上還標(biāo)注使用注意事項(xiàng)，如健身者應(yīng)該如何根據(jù)身體狀況選擇健身器材，5歲以下兒童應(yīng)該在成人監(jiān)護(hù)下方能使用健身器械，使用前確認(rèn)該器械是否牢固、變形等，還標(biāo)注高血壓、心臟病患者要遵從醫(yī)生建議使用健身器械，發(fā)覺不適時應(yīng)該及時停止，鍛煉時，一人僅限使用一個位置，其他人應(yīng)該在安全距離以外，并不得在這些器械附近嬉戲打鬧等。但是據(jù)周圍的群眾反映，很多市民在使用這些公共健身器械的時候，缺乏安全意識，沒有先看這些標(biāo)識，不規(guī)范使用器械，鍛煉前也沒有先進(jìn)行熱身，而是一接觸器械就猛烈運(yùn)動，造成身體拉傷或是扭傷等隱患。公共體育器械面對的是各類社會群體，但是嚴(yán)格上說，有一些器械只適合成年人使用，一些器械卻是只適合兒童使用。如果成年人使用兒童器械，則器械容易損壞；如果兒童使用成年人器械，則有出現(xiàn)意外的危險。我從正在健身的市民當(dāng)中選擇10個人做調(diào)查，有7個人稱自己在健身的時候從不留意健身器械的適應(yīng)年齡，有6個人不知道哪一個是兒童用器械，也不知道哪一個是成年人用器械，認(rèn)為“既然安裝在這里，就是隨便什么人都可以使用的”。據(jù)了解，個別市民在使用公共健身器械的時候不是以鍛煉身體為目的，而更像是在泄私憤，以破壞器械為樂；健身器械是露天放置的，雨水、沙塵很容易侵入軸承里面，潤滑油在軸承內(nèi)部無法封存，軸承經(jīng)常出問題，器械滾動突然很快，或是突然卡住等。這些受人為或是自然影響已經(jīng)損壞的器械沒有得到及時的維修或更換，也容易讓以后一些安全意識比較差的健身者出現(xiàn)意外。1．2．3分析總結(jié)公共健身器械需要共同維護(hù)。體育基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是開展全民健身活動的基礎(chǔ)，社區(qū)、公園公共健身器械時這個基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)。我從網(wǎng)上了解到，從2002年至今，成都市全市已安裝了500多條全民健身路徑，其中在人群比較密集的社區(qū)、小區(qū)、公園、街道安裝了300多條，極大地方便了群眾就近開展健身活動。但是，越來越多的公共體育設(shè)施也給相關(guān)部門提出各種問題來。調(diào)查中，不少人認(rèn)為當(dāng)前體育健身器械最大的問題是維護(hù)和修復(fù)問題。按照規(guī)定，健身器械的維修應(yīng)由使用單位如社區(qū)等負(fù)責(zé)，但是，個別社區(qū)常以資金缺乏為借口不進(jìn)行維修。此外，對這些公用健身器械缺乏長期有效的管理，也是這些器械損壞嚴(yán)重的一個重要原因。至于安全問題，據(jù)一些經(jīng)常在社區(qū)健身的居民分析，健身器械傷人事故的主要原因是器械在設(shè)計(jì)時沒有考慮到公園內(nèi)健身的游人數(shù)量大、使用頻率高、器械超負(fù)荷使用的情況，所以制作材料的強(qiáng)度不夠，部件設(shè)計(jì)不合理，危及人身安全。由于經(jīng)費(fèi)緊張，相關(guān)管理部門對器械日常的檢查和保養(yǎng)不夠及時，加上一些市民安全意識薄弱，繼續(xù)使用已經(jīng)損壞的器械，造成安全隱患。而一些有特殊要求的器械，現(xiàn)場沒有指導(dǎo)性標(biāo)識，讓市民不知道如何正確使用器械，出現(xiàn)不規(guī)范行為，難免會有意外事故出現(xiàn)。為了減少健身器械傷人問題，每處健身場所都應(yīng)設(shè)立警示牌，標(biāo)注器械的使用方式，要求未成年人必須在成年人的指導(dǎo)下使用，否則后果自負(fù)。2.不同年齡段的健身要點(diǎn)由于健身器材大多在人群比較聚集的地方出現(xiàn)，因此在設(shè)計(jì)的時候要從各個年齡層次來考慮，有主有次，能適應(yīng)不同年齡層次的需要。以下為各個年齡層次的健身調(diào)研：16歲以下這個年齡段正是少年兒童的生長發(fā)育階段，健身鍛煉的強(qiáng)度不要過大，以免損傷身體?？梢赃M(jìn)行一些諸如單杠、吊環(huán)、體操、標(biāo)槍等運(yùn)動項(xiàng)目的鍛煉，以促進(jìn)身體的健康成長。17-18歲這個階段應(yīng)通過肌肉強(qiáng)化訓(xùn)練取得正常體力。可以每間隔一天進(jìn)行一次大約半個小時左右的負(fù)重訓(xùn)練，使主要肌肉群得到鍛煉。還可以經(jīng)常進(jìn)行有氧健身操、慢跑、騎自行車等方面的運(yùn)動，以使心血管系統(tǒng)得到鍛煉。

29-38歲為了使各個關(guān)節(jié)保持一定的柔韌性，要多做些伸展方面的運(yùn)動，同時還要注意心血管系統(tǒng)方面的鍛煉。久坐辦公室的人更要多做些伸展運(yùn)動，例如，在做仰臥起坐時，要盡量將兩膝提拉到胸部，堅(jiān)持30秒鐘，或兩腿分別上舉，要盡量舉高，并堅(jiān)持一定的時間。

39-49歲這個年齡段的人體力會逐漸開始下降，肌肉逐漸萎縮?？梢悦?天進(jìn)行一次鍛煉，內(nèi)容包括：25分鐘左右的心血管系統(tǒng)方面的鍛煉，中等強(qiáng)度；15分鐘左右的器械練習(xí)，要小重量、多次數(shù)，為防止意外，最好采用健身器械；10分鐘左右的伸展運(yùn)動，尤其是要注意活動各關(guān)節(jié)和那些易于萎縮的肌肉。

50歲以后人體各部位的機(jī)能開始明顯地退化，要根據(jù)每個人的自身情況，多做一些舒展和平緩的健身活動。如散步、打太極拳、舞劍，漫步等運(yùn)動，能起到強(qiáng)身健體、延年益壽的目的。3．常見健身器材及其作用常見的露天健身器材有：扭腰器、舉推器、壓腿器，拉力器，踏步器，太空漫步機(jī)，健騎器，上身牽引器等。在此只提到與本次設(shè)計(jì)有關(guān)的器械。3.1扭腰按摩器腰背痛是一種在中老年人群中常見多發(fā)病。據(jù)統(tǒng)計(jì)，有不同程度腰背病患者，約占人口５０％以上。本次設(shè)計(jì)的腰背按摩器是治療這種疾病的非常簡單有效的器具。名稱：扭腰按摩器適合人群：中老年人（注意：兒童不宜使用）。

主要功能：:鍛煉腰腹部靈活性和柔韌性,增強(qiáng)腰部力量。扭轉(zhuǎn)過程中拉長脊椎，使脊柱得以舒展,且使周圍肌纖維活動范圍加大,且使周圍肌纖維活動范圍加大,增強(qiáng)其柔韌性,從而避免硬傷害。對防止腰椎間盤突出有一定效果。3．1．1草圖說明（圖3.1）產(chǎn)品名稱：腰部按摩器。產(chǎn)品規(guī)格：鋼管噴塑，塑料封帽。動作要領(lǐng)：背部緊貼滑轉(zhuǎn)輪，倆手緊抓扶手或用胳膊肘關(guān)節(jié)緊勾扶手，吸氣時扭轉(zhuǎn)，呼氣時回復(fù)。收腹挺胸,轉(zhuǎn)動髖關(guān)節(jié),膝關(guān)節(jié)伸直,運(yùn)動過程中肌肉不要松弛,要保持張力。感覺腰部微熱、舒服為好。設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)：它克服了現(xiàn)有的各種按摩器無法對自身腰背部進(jìn)行強(qiáng)力按摩的缺陷，而且不用電，安全可靠，按摩效果好。使用時，人站著，可對腰背部進(jìn)行按摩，從而達(dá)到自我保健治療的目的。同時具有按摩腰，背部及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。注意事項(xiàng)：兒童必須在有監(jiān)護(hù)人的陪同下才能使用。使用說明牌：產(chǎn)品的使用說明牌掛置于機(jī)器顯著的位置，可以方便運(yùn)動時從不同角度進(jìn)行師范參考，以使運(yùn)動正規(guī)化，從而使您達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動目標(biāo)。

圖3.13．1．2扭腰器（圖3.2）名稱：扭腰器主要功能：可同時活動腰部和臂部，把扭轉(zhuǎn)盤的運(yùn)動轉(zhuǎn)化為人自身的運(yùn)動。產(chǎn)品規(guī)格：鋼管噴塑，塑料封帽。動作要領(lǐng)：可同時滿足兩人運(yùn)動。1：雙手緊抓轉(zhuǎn)盤，然后轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，身體隨著手臂的運(yùn)動而動，從而達(dá)到運(yùn)動上半身的目的。老年人運(yùn)動幅度不要太大，以免拉傷臂部肌肉。注意事項(xiàng)：兒童必須在有監(jiān)護(hù)人的陪同下才能使用。設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)：不同機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)相同的功能?？赏瑫r供兩人運(yùn)動。使用說明牌：產(chǎn)品的使用說明牌掛置于機(jī)器顯著的位置，可以方便運(yùn)動時從不同角度進(jìn)行師范參考，以使運(yùn)動正規(guī)化，從而使您達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動目標(biāo)。特別提示：老年人動作不要過大,以免扭傷脊柱;可適當(dāng)增加動作幅度;避免肌肉收緊時閉氣,因?yàn)槔夏耆思∪馐湛s時閉氣容易引起血壓上升。轉(zhuǎn)體速度不能過快，用力不能過猛，若能配合腹式呼吸，運(yùn)動效果更佳。萬一在運(yùn)動過程中發(fā)生腹痛，可以放慢扭腰動作的幅度和節(jié)奏，癥狀嚴(yán)重時應(yīng)立即停止運(yùn)動。圖3.2鍛煉方法：（參照實(shí)體圖）（1）（如圖3.2左側(cè)）腳站于地面，雙手緊握上部的扭轉(zhuǎn)盤，同時扭動腰部，從而帶動全身扭動。（2）（如圖3.2右側(cè)）腳站在下方的轉(zhuǎn)盤上，雙手緊握胸前的桿件，利用腳部的摩擦力將轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為腰部的轉(zhuǎn)動。圖3.1與圖3.2的比較：圖3.1可在運(yùn)動腰部的同時對腰背部進(jìn)行按摩。圖3.2則只起扭腰的目的，但其運(yùn)動幅度較一大。3．2踏步器：（如圖3.3）主要功能：腰部運(yùn)動。通過活動鍛煉腰部兩側(cè)的肌肉群，增強(qiáng)腰、髖、膝關(guān)節(jié)的活動能力。圖3.3踏步機(jī)鍛煉方法及動作要領(lǐng)：利用左右扭轉(zhuǎn)踏步的方式，來讓運(yùn)動平常比較難訓(xùn)練到的地方，比如說臀部外側(cè)及大腿內(nèi)側(cè)...，也可以同時聽音樂，或和周圍人聊天。運(yùn)動時雙手緊握扶手，肩部與下踩的下肢作反方向扭動，形似“扭秧歌”動作。（扶手可以借助外界）與以往設(shè)計(jì)相比：使用壽命更長！人性化，質(zhì)量更好。3．3臂力鍛煉器：3．3．1彈簧拉力器（如圖3.4）名稱：彈簧拉力器主要功能：鍛煉背肌、三角肌廈大腿肌群,是一種全身運(yùn)動。注意事項(xiàng)：避免一次運(yùn)動量過大造成肌肉拉傷。產(chǎn)品規(guī)格：鋼管噴塑，塑料封帽。車架潤飾處理：獨(dú)有的雙層粉體烤漆程序使運(yùn)動顏色鮮艷，易于辨認(rèn)，防水防熱防靜電。同時經(jīng)潤飾處理的金屬架不易起毛摩擦和油漆脫落。雨水即可沖洗干凈。

使用方法：鍛煉者立姿。雙手緊握把手，將把柄向下拉，到合適位置時減少力，由于彈簧作用，把手將自動上升。彈簧拉力器的幾種練法：（立姿）

1、頭后飛鳥——擴(kuò)胸，鍛煉肩背

側(cè)握拉把，直臂頭后飛鳥。

2、推舉——三角肌

一手正握拉把置于大腿彎，拉住拉力器，另一手正握拉把胸前推舉。

3、聳肩——斜方肌

拉力器一端置于地面，用腳踩住拉把。另一端雙手正（并）握拉住聳肩，或單手側(cè)握拉把聳肩，或單手側(cè)握拉把聳肩。4、劃船——上背

一足踩拉把撐墻腳（固定），雙手正（并）握另一拉把做劃船練習(xí)。5、腿屈伸——股四頭肌

一足踩拉把固定，另一足套住拉把，雙手交叉托住膝彎固定膝關(guān)節(jié)，

小腿做屈伸動作（90度）。圖3.4彈簧拉力器3．3．2

雙向推胸訓(xùn)練器

（附加壓腿功能）（圖3.5）產(chǎn)品名稱：

雙向推胸訓(xùn)練器。

適用人群：15到65歲的一般人群

鋼質(zhì)選擇：使用硬質(zhì)鋼材

。

動作要領(lǐng)：（實(shí)現(xiàn)功能時）雙手緊握扶手，腳站于地，雙手做拉伸運(yùn)動，由于此器械后面有彈簧，推開后有一定的回復(fù)，主要借助人的外力來推開。（實(shí)現(xiàn)壓腿功能時）雙手緊握扶手，雙腳站于扶手下方的橫杠上，腰腿部自然的形成一角度，運(yùn)動時，臀部向下壓，從而達(dá)到壓腿的目的。鍛煉肌肉群：三角肌、胸大肌、肱三頭肌

圖3.5雙向推胸訓(xùn)練器車架潤飾處理：獨(dú)有的雙層粉體烤漆程序使運(yùn)動顏色鮮艷，易于辨認(rèn)，防水防熱防靜電。同時經(jīng)潤飾處理的金屬架不易起毛摩擦和油漆脫落。雨水即可沖洗干凈。

使用說明牌：產(chǎn)品的使用說明牌掛置于機(jī)器顯著的位置，可以方便運(yùn)動時從不同角度進(jìn)行師范參考，以使運(yùn)動正規(guī)化，從而使您達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動目標(biāo)。

使用注意事項(xiàng)：鍛煉時，一人僅限使用一個位置，其他人應(yīng)該在安全距離以外，并不得在這些器械附近嬉戲打鬧。3．3．2．1自由度的分析

該機(jī)構(gòu)在平面內(nèi)的自由度分析如下圖所示：圖3.6自由度的分析b為a的俯視圖，由草圖可知此機(jī)構(gòu)中由有兩個活動機(jī)構(gòu)，ｎ＝2；包含兩個轉(zhuǎn)動副，Ｐl(wèi)=4；沒有高副，Ｐh＝０，所以由公式可得：Ｆ＝３ｎ﹣２Ｐl(wèi)﹣Ｐh﹦３*２-２*２﹦２機(jī)構(gòu)的自由度于原動件數(shù)相等，所以此機(jī)構(gòu)的運(yùn)動可以實(shí)現(xiàn)。3．3．3彈簧推力器（圖3.7）產(chǎn)品名稱：

彈簧推力器

鋼質(zhì)選擇片：使用硬質(zhì)鋼材

。

車架潤飾處理：獨(dú)有的雙層粉體烤漆程序使運(yùn)動車架擁有象轎車般的高貴氣質(zhì)，同時經(jīng)潤飾處理的金屬車架不易起毛摩擦和油漆脫落。

使用說明牌：產(chǎn)品的使用說明牌掛置于機(jī)器顯著的位置，可以方便運(yùn)動時從不同角度進(jìn)行師范參考，以使運(yùn)動正規(guī)化，從而使您達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動目標(biāo)。

鍛煉肌肉：三角肌、胸大肌、肱三頭肌

使用注意事項(xiàng)：鍛煉時，一人僅限使用一個位置，其他人應(yīng)該在安全距離以外，并不得在這些器械附近嬉戲打鬧。長寬高：115X98X190（厘米）圖3.7彈簧推力器4力的校核4．1彈簧力的校核4．1．1彈簧的選擇要了解拉力器就要更多的了解一些彈簧得專業(yè)知識。常用彈簧得種類分：圓柱形螺旋拉伸彈簧，圓柱形螺旋壓縮彈簧，錐形螺旋壓縮彈簧，圓柱形螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，環(huán)形彈簧與蝶形彈簧，盤形彈簧，板彈簧。臂力鍛煉器中則需用到圓柱形螺旋彈簧。4．1．2圓柱螺旋彈簧的設(shè)計(jì)在拉力器和推力器中均用到圓柱螺旋彈簧，以下對其做詳細(xì)介紹：4．1．2．1圓柱螺旋彈簧圓柱螺旋彈簧得設(shè)計(jì)是金屬絲按螺旋線卷繞而成，制造簡單，應(yīng)用廣泛。根據(jù)它得功用可分為:壓縮彈簧、拉伸彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧。圖分別如4.1所示：拉伸彈簧壓縮彈簧扭轉(zhuǎn)彈簧圖4.1圓柱螺旋彈簧4．1．2．2壓縮彈簧特性線圖：（圖）a、H0：彈簧的自由高度;b、F1：最小工作載荷，即預(yù)先承受的載荷，彈簧壓縮量為λ1;c、F2：工作時承受的最大工作載荷，彈簧壓縮量為λ2;圖4.2壓縮彈簧特性線圖d、h：彈簧的工作行程，h=λ2－λ1;

e、Flim：彈簧的工作極限，彈簧相應(yīng)的壓縮變形量為λlim.一般地：F1＝（0.1－0.5）F2F2≤0.8Flim拉伸彈簧彈性線圖（圖4.3）a、螺旋彈簧地卷繞方式有冷卷法和熱卷法兩種。彈簧絲直徑d≤8mm時用冷卷法，d>0.8時用熱卷法。冷卷地彈簧多用于冷拉、經(jīng)過熱處理地優(yōu)質(zhì)碳素彈簧鋼絲，卷成后一般不再經(jīng)淬火處理。熱卷彈簧卷成后須經(jīng)熱處理。b、按卷繞方式不同，拉伸彈簧分為無預(yù)應(yīng)力和有預(yù)應(yīng)力兩種，圖b為無預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧地彈性線圖，與壓縮通航地特性線圖相同。圖c為有預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧地特性線圖。有預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧在卷繞后各圈互相并緊，各圈間有一定壓緊力，因而產(chǎn)生一定的預(yù)應(yīng)力。即在自由狀態(tài)下彈簧已承受了一定的初拉力F0，相應(yīng)變形為λ2，總變形量λ＝λ0＋λ2。圖4.3拉伸彈簧彈性線圖4．2彈簧強(qiáng)度計(jì)算a、強(qiáng)度校核公式：b、彈簧絲直徑的計(jì)算公式：式中：[τ]—彈簧的許用扭矩剪應(yīng)力(MPa)；

F2—最大工作載荷（N）；

d—彈簧絲直徑（mm），其值應(yīng)圓整為系列值；

D2—彈簧圈中徑（mm）；C—彈簧指數(shù)；

K—彈簧的曲度系數(shù)；4．3彈簧剛度計(jì)算1、彈簧的工作圈數(shù)：式中：G—彈簧材料的剪切彈性模量；

h—工作行程；

若n>15，則取n為整數(shù)圈；

若n<15，則為0.5圈的倍數(shù)。2、彈簧剛度的計(jì)算：3、剛度越大，不易變形；剛度越小，較易變形。4．4彈簧的選擇戶外健身器長期受到日曬雨淋，又由于健身者的不正確使用，長期受力不均，力的變化范圍也比較大，因此在選擇時，所選的材料不僅要防銹，耐磨擦，還應(yīng)在溫度變化范圍較大時也應(yīng)該能適應(yīng)。彈簧在工作時強(qiáng)度的確定，許用應(yīng)力的大小都應(yīng)該按照健身者所給的力來確定，因此在對彈簧的選擇時可以按照下表（表4.1）來進(jìn)行：表4.1：選擇彈簧時的參數(shù)4．5彈簧的選擇結(jié)果類別：鋼絲材料：60Si2Mn許用剪切應(yīng)力：480剪切彈性模量：8000推薦硬度范圍（HRC）：45～50推薦推使用溫度（℃）：－40～200實(shí)例：已知健身拉力器的壓縮部位由Ⅱ組碳素彈簧鋼絲卷繞的圓柱形螺旋壓縮彈簧，工作時承受的載荷F2＝1200N（Ⅲ類載荷），要求彈簧內(nèi)徑D1≤50mm。試計(jì)算彈簧指數(shù)和彈簧絲直徑d。解：本題給出了彈簧內(nèi)徑D1的限制條件，需要用試算法來確定彈簧指數(shù)C。因碳素彈簧絲的許用應(yīng)力[τ]與彈簧絲直徑d有關(guān)，故應(yīng)采取試算法求彈簧絲直徑d'。按經(jīng)驗(yàn)取d'=6mm，則取C=9

查表，σb＝1350MPa,K=1.16，則[τ]＝0.5σb=675MPa∵d'<d，不安全，應(yīng)重新取較大的d'=7mm，進(jìn)行試算再設(shè)d'=7mm，進(jìn)行試算,再設(shè)d'=7mm

取C＝8查表，σb＝1250MPa,K=1.18，則[τ]＝0.5σb=625Mpa∵d'>d，且它們較接近，因此計(jì)算結(jié)果安全、適用5扭轉(zhuǎn)盤力的校核（圖5.1）如圖5.1所示為轉(zhuǎn)向軸AB，在工作時發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，這類變形形式是大小相等，方向相反，作用面都垂至于桿軸的兩個力偶引起的，表現(xiàn)為桿件的任意兩個橫截面發(fā)生繞軸線的相對轉(zhuǎn)動。m＝9549Ｎ／ｎＮ﹒mm—外力偶矩要求截面n-n上的內(nèi)力系，必須求內(nèi)力偶矩T,由平衡方程求出ΣΜx﹦0,求出T-m＝0T＝m由于內(nèi)力偶矩的數(shù)值與外力有關(guān)，外力的數(shù)值又與人的因素有直接的關(guān)系，所以主要要求出外力所給的扭轉(zhuǎn)力。對于環(huán)形閉口壁截面的ω和S分別是：圖5.1扭轉(zhuǎn)盤的受力分析ω＝пｒ﹡ｒ，S＝2п﹡ｒΦ=ｍ﹡ｌ﹡Ｓ／４Ｇ﹡ｒ﹡ω﹡ωＳ―――截面的周長τ―――應(yīng)力τ＝ｍ／2п×ｒ×ｒ×ｔ實(shí)心軸的最大剪應(yīng)力應(yīng)為51Mpaτmax＝T／wｔ＝51000000圖5.2扭轉(zhuǎn)盤圖5.3扭轉(zhuǎn)盤受力分析6桿件力的校核6．1桿件變形的基本形式材料力學(xué)上將長度遠(yuǎn)大于橫截面尺寸的構(gòu)件，稱為桿件。桿件分為曲桿和直桿，桿件變形的基本形式主要有以下四種：（a）拉伸或壓縮；（b）剪切；（c）扭轉(zhuǎn)；（d）彎曲。如扭轉(zhuǎn)盤根部的桿件的變形形式為扭轉(zhuǎn)變形，連接扭轉(zhuǎn)盤桿件上面的桿件為壓縮變形。桿件選擇的結(jié)果：材料名稱：45＃鋼材料結(jié)構(gòu)：中空桿狀Σs（ＭPa）：353σb（ＭPa）：5986．2軸向拉伸或壓縮時的變形衡量材料力學(xué)性能的指標(biāo)主要有：比例極限（或彈性極限）σp，屈服極限σs，強(qiáng)度極限σb，彈性模量Ε，延伸率和端面收縮率等，表6.1給出了幾種材料在常溫靜載下的數(shù)值，此值可在整個力的校核過程中直接引用。表6.1：幾種材料在常溫靜載下的Σs，σb數(shù)值材料名稱牌號Σs（ＭPa）σb（ＭPa）優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼4045333353569598合金結(jié)構(gòu)剛20Gr40Gr539785834981灰鑄鐵HT15-33―――拉98.1~274壓637桿件橫截面上的應(yīng)力為：σ＝Ｎ／ｎ＝P／A桿件的變形為：△l＝Ｎl／EA＝Pl／EA由此公式可看出：當(dāng)應(yīng)力不超過比例極限時，桿件的伸長與拉力P和桿件的原長度l成正比，與橫截面面積A成反比。以上結(jié)果同樣可以用于軸向壓縮的情況，只要把軸向拉力變?yōu)閴毫涂梢粤?。下表（?.2）為幾種常見材料的E和μ值：表6.2：幾種常見材料的E和μ值：材料名稱E（GPa）μ碳鋼合金鋼灰鑄鐵銅及其合金鋁合金196～216186～20678.5～15772.6～128700.24～0.280.25～0.300.23～0.270.31～0.420.33注：E―――彈性模量μ―――泊松比（E，μ都為固定值）例如圖6.1所示在以上所設(shè)計(jì)的健身器上都有簡單的托架。BC桿為圓鋼，橫截面直徑為40ｍｍ。BD桿為8號槽鋼。若[σ]=160Mpa，E=200Pa，試校核該托架的強(qiáng)度。設(shè)P=60KN。（單位為：ｍ）圖6.1托架強(qiáng)度校核解：三角形BCD三邊的長度比為BC：CD：BD=3：4：5，由此求出BD=0.4ｍ，并根據(jù)B點(diǎn)的平衡方程，求得BC桿的軸力為N1和BD桿的軸力N2分別為：Ｎ1=３Ｐ／４＝45(拉)Ｎ2＝５Ｐ／４﹦75（壓）BC桿截面的面積Ａ1=0.001256（平方米）