網球固定點多球訓練器的設計與制作

薛陽光，黃 平

1 研究背景

1.1 研制的意義

隨著經濟的快速發展，國民生活質量不斷提高，物質層面已經基本滿足廣大國民需求，開始追尋精神層面的發展，積極帶動體育運動項目的不斷發展。網球運動的發展最為明顯，從2004年雅典奧運會中獲得女子雙打冠軍、2011年獲得法國網球公開女單冠軍等影響，網球運動得到快速的發展。高校、社會中小學等均開展網球課、網球俱樂部、網球興趣班等形式，深受人們的喜愛。初學者在學習網球中會遇到有各種各樣的問題，例如：網球初學者學習網球時正手擊球技術是最重要的基礎。無論是站的位置、握拍的方式方法、持拍后擺動作、前揮拍時的充分程度以及揮拍動作多種自身不良習慣等因素的影響[1]，一個人無法進行練習、擊球點找不準、動作不正確、擊球節奏混亂、步伐錯亂等情況的出現。每一技術動作環節都會影響擊球效果，如果不注意動作規范與科學，錯誤的動作模式更容易對機體產生影響，長期下來，難以避免地對身體各個部位產生不同程度的損傷[2]。在各種網球技術練習中, 由于基本的技術失誤, 肘關節是最受傷害的[3]。通過設計制作網球固定點多球訓練器，能夠有效的幫助初學者對初學網球階段出現的問題進行改正和鞏固高水平愛好者網球技術動作，提高網球運動技術水平。

1.2 現階段網球輔助器材分析

現階段網球練習輔助器材，如圖1、2、3所示，比較傳統的通過支柱和彈簧裝置將網球置于空中，并且沒有擊球的實際效果，球不能按照實際的擊球路線進行運動，初學者看不到擊球后效果，對初學者的使用效果不明顯，如果出現錯誤的動作進行反復的練習，影響最終的學習網球效果，不利于正確動作的掌握和改正。如圖1，網球都會受線狀物牽拉而加速彈回,使得擊球技術動作變形,技術沒有可持續發展的可能,初學者很可能就失去對網球學習的興趣,從而停止進行網球運動[4]。

圖1 帶線網球擊球訓練器

圖1，線網球擊球訓練器，通過橡皮繩裝置將網球牢牢的拴住，該裝置在使用過程中經常出現的情況：(1)網球重量過重、彈性較差；(2)擊球路線會隨著橡皮繩的牽拉而發生改變；(3)存在一定的危險性，球通過橡皮繩與底座相連，每經過的球均經過底座附近，人處于底座附近容易被飛行中的球擊中。

圖2 傳統網球固定訓練器

圖3 便捷式網球固定訓練器

圖2與圖3原理相同，通過支柱、彈簧與球三者之間的有效連接，當球拍接觸球時球依靠彈簧的伸張而發生改變。在使用過程中經常出現的情況：(1)彈簧裝置過硬或過松，限制了球拍的正常運動軌跡；(2)底座過輕，在使用中初學者在進行擊球訓練時常常出現該裝置摔倒情況；(3)磨損過快，該裝置由于是固定在整個裝置中，經常的使用“固定網球”發生嚴重的損壞。

通過對以上三種體育器材的分析發現，三者均沒有擊球后的效果，無法達到學習和訓練的效果，網球運動最主要的效果是通過練習揮拍達到預計的擊球效果，不利于修改動作和尋找合適自己的擊球點，并且還會影響整體擊球動作。

2 網球固定點多球訓練器的設計思路

經過多年的網球正手反手技術動作的教學實踐，發現網球愛好者在初學網球階段經常出現的問題，以正手擊球為例：(1)引拍過程出現錯誤；(2)擊球時手腕與手臂發生形變，導致擊球動作結果改變；(3)擊球點和擊球時機不能準確的把握；(4)擊球時身體與球的位置不能準確的判斷；通過以上的問題、現有的網球訓練體育器材中的不足和初學者給予的建議，大多數初學者在學習網球技術動作過程中面臨最大的問題是擊球后球的運動軌跡與正常的運動軌跡出現較大的偏差，未能達到理想的擊球效果。如果初學者能達到理想的擊球效果，則對初學者學習網球技術動作有非常大的幫助。大多數初學者對飛行中的球判斷不夠準確，如果網球能夠靜止或者懸浮在空中，能有效減少初學者的注意力，讓更多的注意力和專注力集中在固定正確的技術動作。首先根據初學者的生理特點、個體差異和問題的集中情況，設計出讓網球懸浮在空中的輔助器材，將網球懸浮在空中，根據伯努利原理(“在水流或氣流里，如果速度小，壓強就大；如果速度大，壓強就小”[5])進行設計，利用空氣的高速氣流，將網球吹向空中,并根據不同需求選擇不同速度的氣流來斷定不同網球懸浮高度。

3 網球固定點多球訓練器的材料選擇與制作

3.1 材料選擇

高速靜音鼓風機——網球懸浮最主要的元件之一，主要為網球提供向上的沖擊力，選擇不同的鼓風機至關重要，本裝置通過篩選近20種類的鼓風機需要考慮重量體積、工作效率、氣流速度、噪聲和功率等情況，選擇永上牌鼓風機型號CZ-TD550，電壓220V、功率550W、轉速2820r/min、風量260m3/h、噪音73dB。如圖4所示。

專用調速器——網球懸浮最主要的元件之一，主要對鼓風機的風速大小和風量進行調控，根據伯努利原理，流速越大壓強越小，即流速越大，網球懸浮的位置越高，網球重量等于鼓風機的吹力。選擇合適的調速器能有有效保護鼓風機的正常運轉，而該調速器能在保證電機正常運轉的情況下，調整風機的電壓和風速風量，對電機實現零損耗。同時考慮到價格、及以后的修改和調整，選擇蘇州正控科技調速器實現對風機的調控。如圖5所示。

圖4 鼓風機

圖5 專業調速器

標準網球重量：56.7-58.47g，直徑6.541-6.858cm。

3.2 制作原理

網球固定點多球訓練器的制作原理——伯努利原理，通過鼓風機不斷將氣流吹向網球，按照氣流越大壓強越小的原理，將網球懸浮在空中。氣流達到一定速度時，壓強越小，鼓風機向上的作用力等于網球的重量，由此實現網球的懸浮技術。如圖6所示。

圖6 伯努利氣流原理圖

圖7 工作示意圖

圖6展示了氣流的運動軌跡，氣流以倒圓錐的形狀進行運動，中間的氣流速度大于四周的氣流速度。為了保證網球能在能夠穩定在鼓風機的上方，并保持穩定的高度，則需要穩定的氣流進行供應。當網球偏離出風口上方，出現網球向右偏離時，則球左邊的氣流速度大于球右邊的氣流速度，根據流速越大壓強越小的原理，網球會重新回到出風口的上方。伯努利原理能夠有效的解決網球懸浮問題和網球相對固定在出風口的上方，并保持相對穩定的狀態。圖7為網球固定點多球訓練器工作示意圖。

4 網球固定點多球訓練器的功能與優點分析

網球固定多球訓練器的制作，主要針對初中級網球愛好者、網球俱樂部和學校等許多地方的使用，能有效提高初學者對網球的熱愛和學習的效率，對中級水平的初學者能改善動作的合理性，更加符合生物力學的原理。對整體提高網球技術動作水平有一定的幫助作用，其具有以下基本的特征。

4.1 安全性

該裝置集合現階段網球訓練器材缺點及初學者出現較多的問題為出發點，通過將網球進行懸浮在空中，并保證出風口與網球存在一定的高度，保證其能正常的揮拍，其次擊打出去的球，能夠按照球的正常運動軌跡運動，減少了阻力對肘關節的損傷。

4.2 高效性

該裝置能有效提高網球訓練的效率，傳統的網球訓練器由于球始終與底座存在聯系，導致擊打出去的球不能正常飛出。沒有擊球后的網球飛行的運動軌跡，無法判斷該動作是否合理。而該裝置能有效的將網球擊打出去，并讓球固定在一定高度，保證擊球時拍面的動作正確。

4.3 單人操作

該裝置適合單人使用，在缺少同伴或球友時，可以通過該裝置正常的進行網球聯系，并且能把球控制在同樣的高度，減少同伴拋球的影響，使球高度和位置更符合初學者練習的需要。

4.4 適用性強

該裝置通過調速控制器的控制可以對不同類型的球和不同位置的球進行調控，讓該裝置的適用性更強，滿足所有用戶的需要。

4.5 成本低

該裝置僅需要鼓風機和調速器組成，價格成本較低，滿足大多數人的需要。

4.6 多功能

該裝置除了能將網球懸浮空中，還能依靠強大的鼓風機的風速，用于清掃球場衛生。

5 網球固定點多球訓練器的使用方法

在應用時需要把設備接上220V的電源，并保證設備處于相對平穩站立在地面，保證風口向上。第一步需要將設備開關打開，待鼓風機正常運轉后，并能保證穩定氣流才能進行使用。第二步需要將網球放至風機口的上方，讓網球自然下降至風口位置。第三步需要根據初學者的需要進行調整不同的高度，通過旋轉調速按鈕進行鼓風機電壓調控，改變風速大小，從而調整網球懸浮在不同的高度。第四步初學者在進行網球擊球訓練時，可以清楚的看到擊球時動作結構是否發生了變化，而影響了球的飛行效果。第五步教練員或教師可以通過該裝置進行網球技術動作的檢驗，保證其動作結構的合理性。第六步需要通過教練員或教師的指導，并進行多次反復的練習，從而達到改善網球技術動作，提高網球技術水平的作用。