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高性价比重力式力量训练器械动力传动装置设计中的问题研究及优化策略
李翔
摘要：随着全民健身意识的增强，许多人开始认识到健身对改善身体素质的重要性。重力式力量训练器械是健身器材中的重要组成部分，但是由于其在设计中存在着一系列的问题，导致部分用户的训练效果不佳，有的甚至还可能有着安全隐患，造成用户受伤。本文在对重力式力量训练器械设计中存在的缺陷加以概述的基础上，分析了健身器材设计的原则，并探讨了相应的优化策略。
关键词：重力式力量训练器械；设计问题；优化策略；设计原则
重力式力量训练器械具有较高的性价比,在运动训练和大众健身中被广泛使用.然而,重力式力量训练器械还存在全载负荷、可利用惯性、肌肉疲劳和器械噪声等若干问题.这些问题的关键在器械的动力传动装置。运动器械质量与性能的好坏直接影响到用户的训练效果，这就要求设计师在设计过程中必须从结合运动特点、人体特点等因素，坚持从实际出发，设计出符合用户实际需求的运动器械，从而优化用户的训练效果，达到提升身体素质的目的。
一、重力式力量训练器械设计中存在的缺陷 （一）安全问题 有的重力式力量训练器械设计者只注意到了运行性能的好坏，而忽视了安全装置的配备。由于在器械使用的过程中不可避免的可能会出现手滑、失重等情况，一旦缺乏相应的安全装置来作为支撑与防护，就会导致使用者在运动过程中坠地、倒地，从而对身体造成伤害。除此之外，有的重力式力量训练器械制造厂家为了节约生产成本而偷工减料，所使用的制造材料质量不高，这就使得运动器械不具备较强的可靠性，进而引发安全隐患。 （二）惯性与起始力矩问题 重力式力量训练器械在使用过程中，由于机械的特性使然，必定会产生可利用惯性，从而导致训练者其肌肉较为薄弱的部分难以得到良好的训练效果。重力式力量训练器械的使用要点在于伸膝运动，随着伸膝运动速度的变化，会导致起始力矩出现改变，一旦起始力矩较大，就会导致关节在运动时使用者的肢体与器械的支架形成较大的角加速度，进而使得使用者爆发式用力。如果在使用者伸膝的下一关节角度范围中，起始力矩变小或者为0，使用者的肢体与器械的支架仍然可能转过该关节角度范围，就会因为可利用惯性过大而导致“空载现象”。[1] （三）实用性问题 一般说来，重力式力量训练器械适用于训练者的力量锻炼，使其身体素质能够得到提升。但是实际上，有的重力式力量训练器械并不具备较强的实用性，一方面其体积较大，所占用的室内、室外面积过多，造成了空间的浪费。另一方面，有的重力式力量训练器械在外形上设计得过于美化，但是其性能却不够完善，与人体测量数据不符合，甚至可能存在着安全问题，这就使得其实用性较低。[2]
二、运动器械设计原则分析 （一）科学性原则 重力式力量训练器械的应用其主要目的是为了确保使用者的健身效果，而由于不同的使用群体有着不同的生理特点，例如男性与女性在力量方面存在着差异、老年人与年轻人在关节灵活度方面存在着差异。如果在对运动器械设计时没有对不同群体的人体特点加以分析，而仅仅是针对某一特定群体进行器械的功能设计，就会使得器械的普适性不高。因此，在设计过程中，设计师必须坚持科学性的原则，从人体特征与使用者的需求出发，设计出科学、合理的运动器械。 （二）安全性原则 重力式力量训练器械的使用不可避免会导致可利用惯性的产生，如果不能对可利用惯性加以控制，轻则会导致使用者肌肉拉伤，重则可能危及生命，同时也会对器械生产企业的品牌形象造成负面的影响。这就要求设计师在设计中必须对科学数据加以分析，并采取相应的措施提升器械的安全性与可靠性，尽可能减少安全隐患出现的概率。 （三）实用性原则 使用者选择运动器械的直接目的在于运动健身，这就要求器械必须具备较高的实用性，这样才能满足使用者的需求，对制造商扩大市场份额有着积极的意义。因此，在对运动器械加以设计时，既要保证外形的简洁美观，又要保证其实用性较强，能够在最大程度上提升使用者的训练效果。除此之外，经济性也是用户所关注的重点，因此制造企业还要优化成本结构，制造出物美价廉的运动器械。[3]
三、重力式力量训练器械设计优化策略 （一）优化安全设计 导致重力式力量训练器械出现安全隐患的因素主要有两个方面，一是惯性与起始力矩因素，二是质量因素，因此要对器械的安全性加以优化，就需要从这两个方面入手。一方面，减小器械的起始力矩，从而降低可利用惯性，避免“空载现象”的出现，同时还要强化安全装置的性能，保证护垫的柔软性与厚度，即使使用者坠落也不会受到损伤。另一方面，要对材料的质量加以控制，器械制造企业应当具备较高的安全意识与责任意识，选择最优材料，不可偷工减料，从而保证器械的质量。 （二）优化智能设计 随着计算机应用技术的不断进步，重力式力量训练器械的智能化发展也是优化器械性能的有效途径。在器械设计中加入自动提醒功能、自动计数功能、音乐播放功能等，不但能够提升重力式力量训练器械的使用价值，同时也可以为使用者提供智能化的优质服务。[4] （三）优化功能设计 重力式力量训练器械制造企业应当认识到不同群体之间在生理特点上存在着的差异，针对不同群体的人体特点进行调查，获取科学的人体测量数据，并以此作为依据明确器械的参数。从而对器械的功能与性能进行合理调整，设计出符合不同使用群体特点的多功能器械。除此之外，还可以加入人机交互的界面，由使用者自行选择与自身情况相适应的参数，使器械能够进行自动化调整，以提高使用者的训练效果。[5]
结束语： 重力式力量训练器械具有较高的性价比，在运动训练和大众健身中被广泛使用．然而，重力式力量训练器械还存在全载负荷、可利用惯性、肌肉疲劳和器械噪声等若干问题．这些问题的关键在器械的动力传动装置，大多数产品采用杠杆传动，如英派斯、爱普特、万年青等品牌，但都没有解决上述问题；一些较好的产品采用了凸轮传动的方式，如意大利的TECHNOGYM、德国的GYM80等品牌，凸轮传动方式的器械在全载负荷问题上有所改进，其它几个问题则依然存在。重力式力量训练器械在设计方面存在着一定的弊端，可能会导致安全事故的发生，对使用者、企业都会造成不利的影响。因此，设计者必须考虑到这些不利因素，并遵循相关的设计原则，对器械的安全性、功能性以及智能化等方面作出合理的调整，使之能够符合不同使用群体的需求。
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