一種家用多功能健身椅的數字化設計

閭逸凡，王 偉，劉 海

（揚州工業職業技術學院，江蘇 揚州 225127）

隨著我國經濟的高速發展，人們的生活水平日益提高，伙食越來越好。在相對輕松的工作條件之下人們往往忽略了自己的身體健康，容易造成肥胖或亞健康。為此，越來越多的人開始注重養生、注重鍛煉，雖然社會上的健身房越開越多，但是對于上班一族來說卻無法分配合適的時間去鍛煉身體，家用健身器材便隨之產生。利用家用健身器材居家鍛煉的群體越來越龐大，既節省了時間又達到了綜合鍛煉的目的，市場應用前景較好。課題組通過市場調研，結合人們的實際使用需求，利用數字化軟件UG設計了一款使用方便、操作簡單的多功能家用健身椅，為人們身體素質的提升助力。

1 工作原理分析

多功能健身椅主體結構為可調節角度的躺椅，通過角度調節桿與支撐架上的齒即可實現不同角度的調節。器材內部采用彈簧結構，以提高拉力和動力復位，針對不同的鍛煉強度需求可利用外設彈力繩與啞鈴片進行調節。在結構設計上為外設的增添預留了專屬裝置，使得外設的增添與卸載更加方便，所有轉動功能均由軸承完成，提高了健身運動的順滑度，增強了體驗感。核心三大模塊組成分別為整體坐墊、雙向腳踏機構與多功能扶手和滑動坐墊。三大模塊結合在椅子主體之上，通過角度的調節以及各機構的配合完成多樣化的運動，其外設有彈力繩和啞鈴片，整體結構展示見圖1。

圖1 多功能健身椅三維建模圖

2 主要部件的數字化設計

2.1 整體坐墊設計

彈簧坐墊主要實現健身椅的器械扭腰功能及部分擬劃船運動，見第89頁圖2。坐墊與轉臺之間采用軸承連接使得轉臺與坐墊能實現平面旋轉運動，轉臺與坐墊分別設計兩個連接件連接彈簧2與彈簧3，在進行扭轉運動時彈簧2與彈簧3即可增加兩個方向的阻力，從而在進行扭腰運動時腰部肌群得到有效的鍛煉。滑輪主要是為了能使整體結構在轉臺帶凹槽坐墊板上滑動，彈簧1則為滑動提供阻力以及復位動力。彈簧1尺寸為：長10 cm、寬2 cm、線徑0.1cm；彈簧2、彈簧3尺寸為：長6cm、寬2cm、線徑0.1 cm。3根彈簧均為拉簧材質，65Mn彈簧鋼。轉臺尺寸為：直徑16 cm、厚2.5 cm；坐墊尺寸為：長28 cm、寬20 cm、厚5 cm。考慮到舒適度，坐墊表面采用海綿材質[1]。

圖2 彈簧坐墊的數字化設計

2.2 雙向腳踏機構設計

雙向軸的設計能夠使連桿實現上下擺動與左右擺動兩種運動方式，收納角度調節桿實現左右擺動是為了配合扭腰運動，使得雙腿可以放到舒適位置實現臀腿腰部的聯動，見圖3。實現上下擺動是為了實現坐式屈腿運動，圓環1與圓環2之間由彈力繩連接就可以為上下擺動提供阻力達到鍛煉的目的。腳踏板1與腳踏板2中間采用軸承連接，與傳統擬騎行運動相比沒有添加阻力，減少了慣性運動，使得騎行用的力度始終均衡，增添了運動的自由度，防止肌群勞損。同時踏板1與踏板2均可拆卸，可實現兩側踏板的完全對稱而非單一的騎行踏板Z形位置，通過踏板位置的調整配合坐式屈腿運動以及擬劃船運動。連桿與角度調節齒可以隨意調節舒適的騎行角度，連桿上的角度調節桿在最下方角度調節齒上時連桿與圖1所示支撐架2角度最小，在中間齒時角度最大[2]。

圖3 雙向腳踏機構拆解

2.3 多功能扶手和滑動坐墊模塊設計

兩邊扶手結構完全相同，每個扶手由殼體、彈簧、連桿、彈簧連接件組成（見第90頁圖4）。彈簧連接件與殼體為一體，彈簧扶手整體與帶凹槽坐墊板為可活動連接，使得扶手可與水平面形成不同角度。以扶手內部連桿1的水平位置為例，當扶手整體向后運動90°時即可實現臥推運動，考慮到臥推強度連桿前端設計為T形狀，一側可當把手，另一側可加啞鈴片。通過角度調節加裝啞鈴片也可實現傳統啞鈴的鍛煉方式，可鍛煉手臂力量。不加裝啞鈴片保持圖4所示角度即可實現坐姿推胸運動，彈簧則為運動提供阻力，達到運動效果，帶凹槽坐墊板安裝模塊1整體坐墊實現往復來回滑動運動。彈簧1與其對應的側彈簧均采用彈簧鋼，其尺寸為：長10 cm、鋼絲線徑0.1 cm、直徑2 cm；帶凹槽坐墊板的尺寸為：長50 cm、寬25 cm、厚5 cm；扶手內部連桿1與連桿2的尺寸均為：長20 cm、直徑1.5cm；扶手殼體的尺寸為：長30cm、高20cm、寬3 cm。

圖4 多功能扶手、滑動坐墊模塊三維線框圖

3 主要功能的實現

本文設計的健身椅包括日常躺椅功能在內共計9種功能。一是劃船運動：可以鍛煉肩部肌群、胸部肌群、腹部肌群、背部肌群、下肢肌群等部位。把圖1所示的靠背調整到水平位置，多功能扶手1、2調節至向下，雙向腳踏機構根據需求調節至近乎水平的角度。圖3中的腳踏板1、2調節至同向，圓環1連接彈力繩，手拉彈力繩，腳抵住調節后通向腳踏板1、2，通過圖1所示滑動坐墊機構即可實現擬劃船運動。二是騎行運動：如圖1所示，采用雙向腳踏機構進行鍛煉，同時將支撐架2與角度調節桿2調整成騎行角度。三是坐式屈腿運動：可鍛煉小腿、大腿、膝關節。如圖3所示，調節腳踏板1、2為同向，雙腿置于踏板下，圓環1、2加裝彈力繩增加阻力即可實現坐式屈腿運動。四是仰臥起坐：如圖1所示，靠背調整到水平位置，放下扶手，雙腿放在支撐架后方兩個海綿墊后，即可實現仰臥起坐運動。五是坐姿推胸：如圖1所示，兩側扶手在水平位置時通過圖4所示內部連桿帶動彈簧與扶手殼體進行伸縮運動即為坐姿推胸。六是器械扭腰：可鍛煉腰部、腹部的肌肉，如圖1所示，保持扶手當前位置收納角度調整桿2，雙手扶住多功能扶手，調節雙向腳踏機構兩個腳踏板為同向，實現臀腿腰聯動，圖2所示結構彈簧2、3提供扭動阻力，即可實現器械扭腰運動。七是平板臥推：如圖1所示，多功能扶手向后運動90°，靠背1調整到水平位置，圖4所示彈簧提供阻力亦可加裝啞鈴片增大臥推力量，扶手內部連桿與扶手殼體可實現伸縮運動，綜合即可實現平板臥推。八是啞鈴功能：如圖1所示，多功能扶手外側加裝啞鈴片，即可實現傳統啞鈴功能，可單手鍛煉亦可雙手鍛煉。九是日常休閑躺椅功能：可以通過調節圖1所示靠背角度，調整舒適的躺姿用于日常休閑及運動后的放松[3]。

4 結束語

本文設計的多功能健身椅主要借助數字化軟件UG來進行設計，比較直觀地體現出了產品的圖樣，把多樣化的健身功能集成設計在日常的椅子之上，賦予了椅子多功能健身的屬性。該設計利用了較為簡單的機械結構和力學原理，整體框架采用Q235A型號普碳鋼，成本可控，質量有保證，人性化的細節設計增強了運動鍛煉體驗感。與傳統健身房器材相比，該健身椅針對性有所降低，綜合鍛煉能力得到了大幅度提高，更加符合大眾的需求，能夠滿足人們的日常健身需求。