劃船器的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析

陳鐵日

（沈陽(yáng)航空航天大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110135）

引言

劃船健身器是近些年多種健身器械中比較受歡迎的健身器械之一。劃船器在健身時(shí)，拉動(dòng)的力量通過(guò)四桿機(jī)構(gòu)[1]傳遞至各個(gè)部位。但是戶(hù)外的劃船器座椅和把手的距離存在許多問(wèn)題，而且座椅在運(yùn)動(dòng)中容易偏移導(dǎo)致發(fā)生老年人滑下座椅的情況。本文通過(guò)查閱有關(guān)人在使用劃船器健身時(shí)對(duì)身體狀態(tài)的影響[2-4]，在已有的劃船器[5]的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)出了一種新型的健身器械。本文通過(guò)使用SolidWorks建立了該劃船器的物理模型，并使用MATLAB[6]對(duì)該劃船器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)模擬[7-9]，為能夠更好地對(duì)劃船器進(jìn)行改進(jìn)與升級(jí)奠定了基礎(chǔ)。

1 機(jī)構(gòu)外形

圖1為該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。其中，該機(jī)構(gòu)的等效主動(dòng)件可視為桿AB或桿CD。裝置的初始位置即為死點(diǎn)位置，初始時(shí)Q與桿EF使得整個(gè)裝置的位置得到固定。

圖1 劃船器的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

2 建立數(shù)學(xué)方程并輸出運(yùn)動(dòng)圖像

因?yàn)锽PD為剛體，故P點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同。因此易求得Y、X坐標(biāo)參數(shù)為：

對(duì)上述兩式進(jìn)行求導(dǎo)，得到Y(jié)、X的速度參數(shù)為：

對(duì)上述兩式繼續(xù)求導(dǎo)，得到Y(jié)、X的加速度參數(shù)為：

為驗(yàn)證上文中利用參數(shù)坐標(biāo)方程所輸出的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)是否正確，本文使用了SolidWorks中自帶的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)輸出模塊“SolidWorks Motion”中的“Motion分析”再次輸出了Y方向與X方向的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，通過(guò)對(duì)比兩次關(guān)于Y方向與X方向運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的輸出，發(fā)現(xiàn)兩運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)一致，驗(yàn)證了上文利用參數(shù)坐標(biāo)方程所輸出運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)的正確性。

3 裝置運(yùn)動(dòng)過(guò)程及優(yōu)點(diǎn)

圖2的工作過(guò)程1即為該劃船器裝置的初始位置，也是該裝置的上死點(diǎn)位置。當(dāng)手、腳同時(shí)用力時(shí)會(huì)帶動(dòng)整個(gè)裝置的運(yùn)動(dòng)，具體運(yùn)動(dòng)過(guò)程如圖2所示。該裝置能夠保證在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)上身能夠始終保持未傾斜的狀態(tài)，即座椅部分在該裝置運(yùn)動(dòng)的同時(shí)只發(fā)生平移運(yùn)動(dòng)，并未發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。該裝置的這一特性很好地解決了傳統(tǒng)劃船器在健身過(guò)程中，易從座椅上滑下的缺點(diǎn)。

圖2 劃船器工作過(guò)程

4 結(jié)論及展望

建立戶(hù)外劃船器系統(tǒng)模型。并通過(guò)靜力分析和運(yùn)動(dòng)分析，再通過(guò)數(shù)學(xué)建模兒解決了老年人容易從座椅上下滑的缺點(diǎn)。文中檢驗(yàn)了一種戶(hù)外劃船器的動(dòng)力學(xué)性能與設(shè)計(jì)方案的合理性。能夠縮短制造速度，加快進(jìn)展周期，為劃船器的廣泛建設(shè)提供了理論依據(jù)。同時(shí)為研究劃船器對(duì)人的健身效果，奠定了基礎(chǔ)。本文中所提及的劃船器不能調(diào)整座椅的高度與腿部長(zhǎng)度，此劃船器在此基礎(chǔ)上可做進(jìn)一步改造。同時(shí)將該劃船器的座椅下部安裝磁鐵亦可使得人們可以自主調(diào)節(jié)劃船器的“擋位”，這也是該劃船器以后的改造方向之一。