徐洋等

【摘 要】針對(duì)市面上彈簧類或重物類運(yùn)動(dòng)器材的不足之處，根據(jù)流體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本原理，研究流體流動(dòng)阻力結(jié)構(gòu)在人體運(yùn)動(dòng)健身器材上的應(yīng)用可行性。介紹了流體運(yùn)動(dòng)阻力型運(yùn)動(dòng)器材的結(jié)構(gòu)原理和特點(diǎn)，給出了流體阻力型運(yùn)動(dòng)器材的計(jì)算方法和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本方案。

【關(guān)鍵詞】健身；運(yùn)動(dòng)器材；流體阻力

0 引言

主流的簡(jiǎn)易健身器材主要以啞鈴、跑步機(jī)或者彈簧類的拉力器或臂力器為主。主要采用兩種施加力的方式，一是重力式，依靠提升重物質(zhì)量得到鍛煉的效果，主要缺點(diǎn)是攜帶不方便，作用力的大小不能夠調(diào)節(jié)。二是彈力式，主要缺點(diǎn)是作用力隨位移的增大而增大，不是恒定的力，同樣，彈簧選定后，作用力不可調(diào)節(jié)，有時(shí)候存在彈簧回彈誤傷。因此，本文探討采用流體阻力型運(yùn)動(dòng)器材替代重力或彈簧式健身器材的可行性，并給出流體阻力型器材結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)力的計(jì)算示例。

1 流體阻力型健身器材的原理

流體阻力型健身器材的原理如圖1所示，當(dāng)手推動(dòng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體需從小孔流過(guò)，即需要滿足P1大于P2，相同流量下，小孔越小，P1就越大，對(duì)應(yīng)的推力就越大，另外，小孔大小不變，活塞速度越快，推力也要越大。

重力式健身器材基本原理如圖2所示，其最大缺點(diǎn)是笨重，使用前需固定，不易攜帶和調(diào)節(jié)，彈簧式的拉力由彈簧的彈力決定，如圖3所示，當(dāng)使用者將彈簧拉伸或折彎到最大值時(shí)，彈簧便具有了勢(shì)能，稍有不慎，導(dǎo)致反彈對(duì)使用者造成傷害。流體阻力型方便攜帶，作用力可調(diào)節(jié)，松手不會(huì)回彈誤傷。

從鍛煉的作用上看，人體肌肉中有兩種肌肉纖維，分別是白肌纖維和紅肌纖維。白肌纖維的作用是絕對(duì)力量和爆發(fā)力，但持久力較差，而紅肌纖維的作用是耐力，又叫慢肌纖維。彈簧類和重力式健身器材主要鍛煉人體爆發(fā)力即白肌纖維，適用于運(yùn)動(dòng)員。流體阻力型健身器材由于流體流動(dòng)的粘性摩擦力和和阻力，可以鍛煉人體的爆發(fā)力，也可以鍛煉人體的持久力，讓人體的紅肌纖維和白肌纖維兩種纖維組織同時(shí)進(jìn)行很好的鍛煉[1-3]。

2 流體阻尼型健身器材的設(shè)計(jì)計(jì)算

3 流體阻力型運(yùn)動(dòng)器材的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)流體阻力型基本原理，設(shè)計(jì)出如圖5所示的拉力型和如圖6所示旋轉(zhuǎn)力型兩種健身器材結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的三維模型結(jié)構(gòu)如圖7所示。當(dāng)然，可以根據(jù)流體阻力基本原理設(shè)計(jì)出其它結(jié)構(gòu)。

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[責(zé)任編輯：楊玉潔]