一種新型握力器

德州學院機電工程學院 李昌成 王志坤 姚安凱 王文隆

引言

人民生活越來越好，對于健康的要求也逐步提高。伴隨著全民健身運動的開展，各種健身器械，健身軟件層出不窮。握力器作為一種小型的健身器材，因攜帶方便，操作簡單、安全受到人們的歡迎。隨時隨地通過簡單的握緊松開，可以對人的手部以及前臂進行鍛煉，對老人來說，可以促進血液的循環，使手部更加靈活；對青壯年而言可以增強手部的力量，使得肌肉結實，保持手部與全身肌肉律動的動態平衡；同時鍛煉握力還有助于輔助手部肌肉或者軟組織挫傷的患者恢復。在我們生活中常見的握力器有圓形的握力圈，類似字母V的握力器，還有可計數、顯示握力的帶有顯示屏的握力器。圓形的握力圈可以起到按摩手部的作用，但主要是與掌心部分接觸，對手指鍛煉不夠。類似字母V的握力器,結構較為簡單，能起到鍛煉手指作用，但V型的設計，當手握時難免會產生五指用力不夠均勻，不夠協調的問題。基于以上現狀，改進設計出一種新型的可按摩手部的握力器勢在必行。

1 整體設計

新型按摩握力器由外殼、U型螺栓、握桿、彈簧等主要部件組合而成。

1.1 外殼的設計

外殼由上下兩部分組成，可拆卸，通過螺釘連接。在左側外殼設計螺紋孔，右側外殼帶有螺栓，當把螺栓擰入螺紋孔中即可使得兩部分連接。

1.2 U型螺栓的設計

U型螺栓的固定：U型螺栓穿過兩橫梁的通孔，限制U型鐵前后的平動和轉動以及上下的平動和轉動，而兩根壓縮彈簧套于U型螺栓上，起到同樣的限制作用。在彈簧的右端有一擋板（帶有通孔），在U型螺栓的開口端擰上螺母，使得擋板位于彈簧與螺母之間。上橫梁到下橫梁的距離基本等于彈簧左端到螺母的距離，防止產生因重力而導致的U型螺栓的左右平移。

U型螺栓的長度：U型螺栓穿過右端橫梁之后，剩余長度應略大于彈簧的最大形變量。

如果剩余長度小于彈簧形變量，如彈簧被壓縮到最短，U型螺栓的右端便會從通孔中脫離出來。彈簧逐漸變回原長過程中由于U型螺栓一端的已經脫離，只有一端被通孔固定，便可能產生前后的移動，無法保證U型螺栓右側穿過通孔，彈簧也無法回歸原長。當剩余長度大于彈簧的形變量時，U型螺母右側就不會脫離通孔，避免了彈簧無法回歸這一問題。

1.3 握桿的設計

上握桿與左端外殼一體，設計成弓形，中間一段長度與下握桿相同，其上用橡膠套包裹，在橡膠套上有規律地布置一些凸點。采用橡膠套，既可以起到防止打滑的作用，同時可以避免對手部造成傷害。U型螺栓的左端充當握力器的另一個握桿，同樣選擇橡膠套包裹。兩個握桿之間保持距離，當握桿向外伸長到最大距離之后，仍保證手握時不被擠壓。

兩握桿之間的距離選擇：兩個握桿之間的距離應該小于手掌的長度，考慮到手握握桿時會產生彎曲此時一般人的大拇指到四指的距離大約為13厘米，因此為了保證手握時更加舒適，將兩桿之間的距離設計為10厘米。

1.4 彈簧的選擇

下握桿起到壓縮彈簧的作用，當下握桿受力時逐漸向上握桿靠近，彈簧逐漸壓縮，因為兩個握桿之間的距離為10厘米，因此彈簧的最大形變量應該為10厘米。普通成年男性的握力大約為400N,因此可以由胡克定律計算出所需彈簧的勁度系數k。兩個彈簧并聯，具體計算如下：

因為兩個彈簧規格相同，所以K1=K2。帶入數據得出：

握力器的外觀設計如圖1所示。

圖1 新型握力器外觀設計圖

2 工作原理

（1）大拇指握住上握桿，余下四指抓住下握桿，手指彎曲產生一個拉力，拉動上握桿向左移動，內部彈簧同時受到擋板處帶來的壓力而產生收縮。在這個過程當中主要就是克服彈簧的力做功，從而起到鍛煉手指靈活度，鍛煉手部力量的作用。

（2）在握桿處選用帶有凸點的橡膠套包裹，當手部握住兩個握桿時，其上的凸點可以起到按摩手部穴位的作用。以下介紹三個主要的穴位：當四指握住下握桿時，凸點可以對少府穴進行按摩，起到緩解心悸胸痛等癥狀的作用。當用大拇指部分握住握桿時，可以對魚際穴進行按摩，此穴可以治療咽喉腫痛，咳嗽哮喘，風熱之癥。當整個手部完全握住握桿時，凸點便可與勞宮穴相接觸，此穴可以安神緩解疲勞。

3 結語

這種握力器在實現鍛煉手部力量，不影響鍛煉時的舒適度的前提下，通過對握桿的設計，可以起到按摩手部關鍵穴位的作用，同時使得鍛煉用力時更加均勻，手指活動更加協調。

[1]濮良貴,陳國定,吳立言主編.機械設計.8版.北京:高等教育出版社，2013.

[2]盧秉恒.機械制造技術基礎.3版.北京：機械工業出版社，2007.

[3]劉艷峰.串并聯彈簧等效勁度系數的實驗研究[J].延安大學學報,2015,(3).

[4]韓雪.基于用戶體驗的握力測量產品設計[D].2016.