對重力式力量訓練器械設計的幾點思考

摘 要：本文從室外訓練器械優化設計的基本原則入手，分析了重力式力量訓練器械的優化設計方法和設計程序，并進行了舉例說明。期望本文的研究能夠對健身器材使用功能的完善有所幫助。

關鍵詞：健身器械；優化設計；安全性

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.09.208

1 室外訓練器械優化設計原則

1.1 實用性原則

在對室外訓練器材的設計中，首要考慮的是實用性原則，因為主要是由居民來使用，目的就是能夠讓居民的健身有效果。也就是說，如果該器械沒有實用功能，那么將會大幅度降低它的作用，它的價值也得不到體現。就實用性而言，室外訓練器材必須能夠保證居民體育鍛煉的有效性與安全性，通過訓練能夠達到身心健康的目的，以此體現訓練器材的實用價值。因此，在對室外訓練器材進行設計時，應在確保其使用功能的基礎上，擴展其他功能。

1.2 可靠性原則

所有的產品的設計都需要遵循可靠性原則，訓練器械也不例外，尤其是訓練器械的使用環境大多是在室外，對訓練器械的耐久度考驗很大。對訓練器械可靠性產生影響的因素有很多，例如設計材料、設計質量、加工工藝及維修技術等，其中最為關鍵的則為設計質量因素。在訓練器械的優化設計中，需要將可靠性設計放在首位，這樣才能設計出耐久度高，使用壽命長的訓練器械。

1.3 安全性原則

訓練器械的使用對象基本上是附近居民，對其的安全性能也就要求較高，在設計時需要考慮以下幾個方面：其一，訓練器械的使用環境，訓練器械大多是在室外環境中，難免會有風吹日曬，在設計是需要考慮環境對其安全性能的影響；其二，使用者和訓練器械之間的配合，兩者之間需要取長補短，相互適應，以達到安全健身的目的；其三，安全輔助裝置，很多訓練器械沒有設計安全輔助裝置，危險系數比較高，很容易造成傷害，所以在進行優化設計時，需要對訓練器械的安全輔助裝置或措施進行必要的設計和考量。

2 重力式力量訓練器械的優化設計研究

2.1 優化設計方法

選對合適的設計方法是優化設計成功的重要前提。

（1）系統化設計。所謂系統化設計就是要從綜合的角度看待問題，將訓練器械、室外環境有機的結合到一起，讓訓練器械和室外環境相互融合，讓訓練器械既能滿足使用者的需求，又能符合場地及環境的要求，以此實現訓練器材功能的進一步優化與完善。

（2）模塊化設計。現如今，模塊化設計已經進入成熟發展階段，并得到廣泛應用與普及。模塊化設計核心為綠色設計，在滿足設計要求的前提下，縮短設計周期，使功能模塊化，便于拆解，便于維修升級。同時也有助于提高產品的整體質量。

（3）智能化設計。在這個智能化信息化飛速發展的時代，各種智能小工具層出不窮，智能化設計就是要利用這些小工具，對訓練器械進行升級優化，既能減少設計成本，縮短設計周期，又能強化設計效果。

2.2 優化設計程序

作為設計人員，應注重對室外訓練器械設計工藝的完善與優化，在設計過程中充分體現人機工程學原理，全面考慮使用者的真實需求，充分樹立服務設計理念，堅持以人為本，在保證器械安全性與實用性的基礎上，對其他功能進行擴展與優化。具體操作流程如下：

（1）首先根據使用者的特點，了解使用者的需求，按照由主到次的順序，將其功能分別列出。（2）樹立人性化設計理念，讓使用者與訓練器械之間相互協調，借助大數據，確定器械的功能參數。（3）對器械安全性與實用性進行全面測試，保證在使用過程中不會發生安全事故。（4）基于人機交互設計理念，對器材部位及其功能、尺寸等進一步確定。

2.3 優化設計實例

作為深受廣大使用者喜愛與歡迎的健身器材，太空漫步機是一種鍛煉下質量的重力式力量訓練器械，通過大量實踐調查發現，許多太空漫步機在使用過程中都存在不同程度的問題，具體如下：

1）器械的高度尺寸固定，只適用于身材適中的人群，而對身材高大或者矮小者則不適用。器材扶手缺少保護措施，鍛煉者在使用過程的安全無法保證；2）擠夾間隙設計不合理，且器材表面容易出現毛刺，容易對鍛煉者造成傷害；3）腳踏板寬度與擺桿長度設計不合理，使身材適中的人群在使用過程中身體處于不舒適狀態；4）運動機構缺乏擺動角的限位設計，個別器材旋轉度甚至可達360°，對使用者的安全產生威脅。

下面以人體工程學和人機交互為基礎，以提高安全性和舒適度為基本要求，對太空漫步機進行優化設計。

（1）腳踏板。根據對實驗人群的實際測量及大數據資料查詢，并以少數服從多數為原則，經過綜合考慮，對腳踏板的尺寸做出限制，長和寬分別限定為255 -275mm和145-155mm，同時出于安全考慮，在踏板的前邊和內外側設計一圈高30mm的防滑凸起，踏板與地面之間的凈距確定為105-125mm，與兩側支撐柱的凈距為305-345mm。

（2）擺桿。根據對實驗人群的實際測量及大數據資料查詢，應將擺桿最佳長度設置在810-830mm，為了方便鍛煉者上肢活動，應將擺桿距離設置在620-640mm。從安全角度考慮，應將連接腳踏板的轉動桿離中心線角度設置在50°，同時增加限位結構。

（3）扶手。扶手是直接與使用者身體接觸的位置，也是此次優化設計最重要的一部分，好的扶手要握起來舒服，要摩擦力大，所以要根據人體工程學對扶手進行設計，將接觸面積變大，采用耐久度比較高的橡膠材質可有效的增加摩擦力起到防滑效果，并在扶手處加裝相應的保護裝置。

（4）表面涂層。由于健身器械都是在室外，經常風吹日曬，對涂層的要求較高，所以和噴涂廠家溝通后，選用耐腐蝕性能較高的涂料進行多層噴涂，以改善易脫皮腐蝕的狀況。

3 結論

綜上所述，本文以人機工程學的理論為基礎，并依托實例對重力式力量訓練器械的優化設計進行研究，經過改良后的太空漫步機己在多個健身廣場推廣使用，并獲得了廣大使用者的一致好評和認可。

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作者簡介：陳照鑫（1990-），男，山東青島人，本科，初級工程師，研究方向：機械設計。