德州學(xué)院機(jī)電工程學(xué)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(yùn)動(dòng)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(shí)隨地通過簡單的握緊松開，可以對人的手部以及前臂進(jìn)行鍛煉，對老人來說，可以促進(jìn)血液的循環(huán)，使手部更加靈活；對青壯年而言可以增強(qiáng)手部的力量，使得肌肉結(jié)實(shí)，保持手部與全身肌肉律動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡；同時(shí)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(fù)。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(jì)數(shù)、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(jié)構(gòu)較為簡單，能起到鍛煉手指作用，但V型的設(shè)計(jì)，當(dāng)手握時(shí)難免會(huì)產(chǎn)生五指用力不夠均勻，不夠協(xié)調(diào)的問題?；谝陨犀F(xiàn)狀，改進(jìn)設(shè)計(jì)出一種新型的可按摩手部的握力器勢在必行。

1 整體設(shè)計(jì)

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(shè)計(jì)

外殼由上下兩部分組成，可拆卸，通過螺釘連接。在左側(cè)外殼設(shè)計(jì)螺紋孔，右側(cè)外殼帶有螺栓，當(dāng)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(shè)計(jì)

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(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)以及上下的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，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(chǎn)生因重力而導(dǎo)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(yīng)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(huì)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(jīng)脫離，只有一端被通孔固定，便可能產(chǎn)生前后的移動(dòng)，無法保證U型螺栓右側(cè)穿過通孔，彈簧也無法回歸原長。當(dāng)剩余長度大于彈簧的形變量時(shí)，U型螺母右側(cè)就不會(huì)脫離通孔，避免了彈簧無法回歸這一問題。

1.3 握桿的設(shè)計(jì)

上握桿與左端外殼一體，設(shè)計(jì)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(guī)律地布置一些凸點(diǎn)。采用橡膠套，既可以起到防止打滑的作用，同時(shí)可以避免對手部造成傷害。U型螺栓的左端充當(dāng)握力器的另一個(gè)握桿，同樣選擇橡膠套包裹。兩個(gè)握桿之間保持距離，當(dāng)握桿向外伸長到最大距離之后，仍保證手握時(shí)不被擠壓。

兩握桿之間的距離選擇：兩個(gè)握桿之間的距離應(yīng)該小于手掌的長度，考慮到手握握桿時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲此時(shí)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(shí)更加舒適，將兩桿之間的距離設(shè)計(jì)為10厘米。

1.4 彈簧的選擇

下握桿起到壓縮彈簧的作用，當(dāng)下握桿受力時(shí)逐漸向上握桿靠近，彈簧逐漸壓縮，因?yàn)閮蓚€(gè)握桿之間的距離為10厘米，因此彈簧的最大形變量應(yīng)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(jì)算出所需彈簧的勁度系數(shù)k。兩個(gè)彈簧并聯(lián)，具體計(jì)算如下：

因?yàn)閮蓚€(gè)彈簧規(guī)格相同，所以K1=K2。帶入數(shù)據(jù)得出：

握力器的外觀設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 新型握力器外觀設(shè)計(jì)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(chǎn)生一個(gè)拉力，拉動(dòng)上握桿向左移動(dòng)，內(nèi)部彈簧同時(shí)受到擋板處帶來的壓力而產(chǎn)生收縮。在這個(gè)過程當(dāng)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(diǎn)的橡膠套包裹，當(dāng)手部握住兩個(gè)握桿時(shí)，其上的凸點(diǎn)可以起到按摩手部穴位的作用。以下介紹三個(gè)主要的穴位：當(dāng)四指握住下握桿時(shí)，凸點(diǎn)可以對少府穴進(jìn)行按摩，起到緩解心悸胸痛等癥狀的作用。當(dāng)用大拇指部分握住握桿時(shí)，可以對魚際穴進(jìn)行按摩，此穴可以治療咽喉腫痛，咳嗽哮喘，風(fēng)熱之癥。當(dāng)整個(gè)手部完全握住握桿時(shí)，凸點(diǎn)便可與勞宮穴相接觸，此穴可以安神緩解疲勞。

3 結(jié)語

這種握力器在實(shí)現(xiàn)鍛煉手部力量，不影響鍛煉時(shí)的舒適度的前提下，通過對握桿的設(shè)計(jì)，可以起到按摩手部關(guān)鍵穴位的作用，同時(shí)使得鍛煉用力時(shí)更加均勻，手指活動(dòng)更加協(xié)調(diào)。

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