流體阻力型健身器材的應用研究

徐洋等

【摘 要】針對市面上彈簧類或重物類運動器材的不足之處，根據流體運動學和動力學的基本原理，研究流體流動阻力結構在人體運動健身器材上的應用可行性。介紹了流體運動阻力型運動器材的結構原理和特點，給出了流體阻力型運動器材的計算方法和機構設計的基本方案。

【關鍵詞】健身；運動器材；流體阻力

0 引言

主流的簡易健身器材主要以啞鈴、跑步機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，依靠提升重物質量得到鍛煉的效果，主要缺點是攜帶不方便，作用力的大小不能夠調節。二是彈力式，主要缺點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，作用力不可調節，有時候存在彈簧回彈誤傷。因此，本文探討采用流體阻力型運動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構及運動力的計算示例。

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，當手推動活塞向左運動時，液體需從小孔流過，即需要滿足P1大于P2，相同流量下，小孔越小，P1就越大，對應的推力就越大，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，其最大缺點是笨重，使用前需固定，不易攜帶和調節，彈簧式的拉力由彈簧的彈力決定，如圖3所示，當使用者將彈簧拉伸或折彎到最大值時，彈簧便具有了勢能，稍有不慎，導致反彈對使用者造成傷害。流體阻力型方便攜帶，作用力可調節，松手不會回彈誤傷。

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力量和爆發力，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力即白肌纖維，適用于運動員。流體阻力型健身器材由于流體流動的粘性摩擦力和和阻力，可以鍛煉人體的爆發力，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進行很好的鍛煉[1-3]。

2 流體阻尼型健身器材的設計計算

3 流體阻力型運動器材的結構設計

根據流體阻力型基本原理，設計出如圖5所示的拉力型和如圖6所示旋轉力型兩種健身器材結構，對應的三維模型結構如圖7所示。當然，可以根據流體阻力基本原理設計出其它結構。

【參考文獻】

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[3]徐和慶，林正峰，王永斌.肌肉運動的生物力學特征對動作速度訓練的影響[J].體育學刊，2001，8（4）：58-61.

[4]王積偉，章宏甲，等.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：機械工業出版社，2014.

[責任編輯：楊玉潔]