機械功率測試裝置之測力系統設計

彭 越 ，馬 敘 ，2，畢大森 ，M.K.Clee

（1.天津理工大學 材料科學與工程學院，天津 300384；2.顯示材料與光電器件省部共建教育部重點實驗室，天津 300384；3.天津市電工銅質線材企業重點實驗室，天津 300384；4.斯旺西大學 工程學院，英國 威爾士 SA28PP）

0 引言

在體育界，科學訓練的重要性越來越受到重視，各種先進的機械裝置也越來越多地進入到運動員的訓練中。本文裝置的設計，正是符合了新時代科學訓練的要求而產生的。利用該裝置能夠更加準確地記錄和評估每個游泳運動員在游泳過程中不同階段的機械功率變化情況，為制定更加科學合理的訓練策略起到重要參考作用。

1 測力系統的整體結構圖及工作原理

1.1 系統整體結構圖

如圖1所示，該結構主要由四部分組成：阻力系統、彈簧系統、支撐裝置、棘輪機構，機構外面罩有安全覆蓋件。

1.2 工作單元及原理

圖1 測力系統整體結構圖

機構設有彈簧裝置，其內部安裝有擠壓彈簧，借助螺栓為其各自一端的制動片提供設定的擠壓力。該擠壓力的大小可通過指示盤讀取。內部環狀部分為制動盤，制動盤與制動圓塊相互作用提供需要的阻力。制動盤與中心部位的棘輪相連，棘輪的主要作用是當運動員拖拽牽引線時，提供恒定的機械阻力，當測試完成，進行牽引線回收時，能夠避免測力裝置的運動，為提高測力裝置的準確性及壽命起到重要作用。

2 主要結構及功能

2.1 阻力系統

該阻力系統由制動圓環、制動圓塊、散熱孔、輻條、連接環等組成。其功能為：摩擦外環與圓環兩側的制動圓塊共同作用產生阻力，從而形成恒定的止動力；連接環與棘輪相連，將阻力傳遞給運動員；摩擦外環上的密集小孔起到散熱作用；外環與內環連接部分為彎曲輻條，該輻條的彎曲方向與制動盤受力時的運動方向基本一致，從而起到減小彎曲變形的作用。

2.2 彈簧系統

其結構如圖2所示。包括彈簧、彈簧墊板、指示盤、固定螺栓、擠壓螺栓等組成。

圖2 彈簧系統結構圖

該系統的主體部分為彈簧，根據胡可定律F=-kx，可準確計算出所需要的阻力大小，并通過指示盤讀出，從而達到有效檢測的目的。

2.3 棘輪機構

棘輪機構的結構如圖3所示，由棘輪、棘爪、彈簧葉片及棘爪支撐架組成。

圖3 棘輪機構結構圖

該機構的主要功能是在測試時與阻力系統配合以提供有效的阻力。當測試完成后，將拖拽繩收回時，起到讓阻力裝置不旋轉的作用。

3 結論

該裝置的設計以能提供恒定阻力為出發點，與新型的測量游泳運動員機械功率的導向裝置相結合，將不同系統的功能特點進行有效組合，從而形成一個完整的能有效測量并能直接讀取阻力值的阻力裝置。該裝置最大優點在于可方便快捷地設置阻力值大小，易于操作。機構缺點在于長時間使用時，摩擦片與制動盤之間會產生一定的磨損，但是由于該阻力裝置采用求差法（F=k·Δx）讀取測量值，因而磨損對測力精度不會有太大影響。

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