陳鐵日
(沈陽航空航天大學 機電工程學院,遼寧 沈陽 110135)
劃船健身器是近些年多種健身器械中比較受歡迎的健身器械之一。劃船器在健身時,拉動的力量通過四桿機構[1]傳遞至各個部位。但是戶外的劃船器座椅和把手的距離存在許多問題,而且座椅在運動中容易偏移導致發(fā)生老年人滑下座椅的情況。本文通過查閱有關人在使用劃船器健身時對身體狀態(tài)的影響[2-4],在已有的劃船器[5]的基礎上進行改進,最終設計出了一種新型的健身器械。本文通過使用SolidWorks建立了該劃船器的物理模型,并使用MATLAB[6]對該劃船器的運動進行了動力學模擬[7-9],為能夠更好地對劃船器進行改進與升級奠定了基礎。
圖1為該機構的運動簡圖。其中,該機構的等效主動件可視為桿AB或桿CD。裝置的初始位置即為死點位置,初始時Q與桿EF使得整個裝置的位置得到固定。
圖1 劃船器的機構運動簡圖
因為BPD為剛體,故P點運動狀態(tài)與B點運動狀態(tài)相同。因此易求得Y、X坐標參數(shù)為:
對上述兩式進行求導,得到Y、X的速度參數(shù)為:
對上述兩式繼續(xù)求導,得到Y、X的加速度參數(shù)為:
為驗證上文中利用參數(shù)坐標方程所輸出的運動曲線是否正確,本文使用了SolidWorks中自帶的運動曲線輸出模塊“SolidWorks Motion”中的“Motion分析”再次輸出了Y方向與X方向的運動曲線,通過對比兩次關于Y方向與X方向運動曲線的輸出,發(fā)現(xiàn)兩運動曲線一致,驗證了上文利用參數(shù)坐標方程所輸出運動曲線的正確性。
圖2的工作過程1即為該劃船器裝置的初始位置,也是該裝置的上死點位置。當手、腳同時用力時會帶動整個裝置的運動,具體運動過程如圖2所示。該裝置能夠保證在運動的同時上身能夠始終保持未傾斜的狀態(tài),即座椅部分在該裝置運動的同時只發(fā)生平移運動,并未發(fā)生旋轉運動。該裝置的這一特性很好地解決了傳統(tǒng)劃船器在健身過程中,易從座椅上滑下的缺點。
圖2 劃船器工作過程
建立戶外劃船器系統(tǒng)模型。并通過靜力分析和運動分析,再通過數(shù)學建模兒解決了老年人容易從座椅上下滑的缺點。文中檢驗了一種戶外劃船器的動力學性能與設計方案的合理性。能夠縮短制造速度,加快進展周期,為劃船器的廣泛建設提供了理論依據(jù)。同時為研究劃船器對人的健身效果,奠定了基礎。本文中所提及的劃船器不能調整座椅的高度與腿部長度,此劃船器在此基礎上可做進一步改造。同時將該劃船器的座椅下部安裝磁鐵亦可使得人們可以自主調節(jié)劃船器的“擋位”,這也是該劃船器以后的改造方向之一。