摘要：本文是在作者已有專利的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)一款運(yùn)動(dòng)健身器材，主要是通過做手臂伸展運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)拉動(dòng)按摩輪組做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按摩輪組對(duì)背部進(jìn)行擠壓按摩。同時(shí)遠(yuǎn)紅外發(fā)生器發(fā)射出遠(yuǎn)紅外線對(duì)人體背部進(jìn)行近距離的熱輻射，從而促進(jìn)人體背部血液循環(huán)，提高人體自身免疫力，達(dá)到預(yù)防保健的效果。

關(guān)鍵詞：手臂運(yùn)動(dòng);遠(yuǎn)紅外線;背部按摩

The?innovative?design?of?a?manual?and?health?back

LIU?Ying

（Electrical?and?Mechanical?Services?Department，?Guangxi?Vocational?and?Technical?College?of?Agriculture，?Nanning?530007，?China）

Abstract：?This?article?is?the?author?on?the?basis?of?existing?patent?for?further?structural?optimization?design.?This?design?a?sports?fitness?equipment，?mainly?by?doing?arm?stretching?or?exercise?of?chest?expansion?and?rotation?of?the?stimulating?massage?wheel?at?the?same?time，?to?squeeze?back?massage?massage?wheel.?Emitting?far?infrared?and?far?infrared?generator?back?to?close?to?the?human?body's?thermal?radiation，?thus?promote?the?blood?circulation，?the?body?back?to?improve?the?body's?own?immune?system，?to?achieve?the?effect?of?preventive?care.

Keywords：?arm?movement;?far?infrared;?back?massage

通過對(duì)長期伏案工作人群的觀察發(fā)現(xiàn)，這類人群普遍因伏案工作時(shí)間長，腹部受壓，四肢麻木，活動(dòng)量少，血液循環(huán)不暢，以致大腦供血供氧不足，出現(xiàn)頭暈胸悶和乏力癥狀。因此這類人群在工作的間歇時(shí)間往往會(huì)做上幾個(gè)擴(kuò)胸、舒展手臂、扭轉(zhuǎn)腰部的運(yùn)動(dòng)。由此我們就想到了可以利用手臂做舒展運(yùn)動(dòng)或做擴(kuò)胸運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)按摩輪組對(duì)背部進(jìn)行擠壓式按摩。同時(shí)把遠(yuǎn)紅外線對(duì)人體的保健功能融入其中，提高人體自身免疫力，達(dá)到預(yù)防保健的效果。

1.手動(dòng)健背器的結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1手動(dòng)健背器結(jié)構(gòu)

手動(dòng)健背器組成如圖1所示。

圖1?手動(dòng)健背器結(jié)構(gòu)

1-同步輪2-小齒輪?3-線輪?4-大齒輪?5-渦卷彈簧?6-線咀?7-同步帶8、9-同步輪?10-同步帶?11-同步輪?12、13-牽引繩?14-遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片?15-按摩輪組?16-底座

1.2?手動(dòng)健背器工作原理

手動(dòng)健背器的工作過程及原理：人體坐在底座上，雙手各握同側(cè)牽引繩12、13做上、下或有一定向外傾斜角度的上、下牽引運(yùn)動(dòng)，當(dāng)牽引繩被手臂帶動(dòng)做伸出運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，內(nèi)部的渦卷彈簧5做反時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，在渦卷彈簧盒的芯軸上施加轉(zhuǎn)矩，產(chǎn)生彎曲彈性變形。當(dāng)鍛煉者拉到相應(yīng)位置后，放回手柄。由于平面渦卷彈簧的儲(chǔ)能釋放，使手柄和拉繩自動(dòng)收回。按摩輪組在做上下運(yùn)動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)人體腰部，肩胛骨、肩峰三處的擠壓式按摩，以緩解肌肉疲勞等癥狀。在兩組按摩輪組之間還設(shè)計(jì)了一塊遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片14，鍛煉者可在運(yùn)動(dòng)的同時(shí)享受遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片產(chǎn)生的有“生命之光”之稱的遠(yuǎn)紅外線的熱輔射。采用遠(yuǎn)紅外線進(jìn)行理療對(duì)促進(jìn)機(jī)體的血液循環(huán)，提高免疫力，增強(qiáng)新陳代謝及對(duì)機(jī)體的消炎和鎮(zhèn)痛有較為顯著的療效。

2.手動(dòng)健背器主要零部件設(shè)計(jì)

• 渦卷彈簧

彈簧材料選用高碳鋼，考慮到空間問題選用接觸式渦卷彈簧，根據(jù)安裝空間的要求，由查表選取寬度為10mm，有效工作圈數(shù)為10轉(zhuǎn)，由于是手動(dòng)驅(qū)動(dòng)，故其轉(zhuǎn)矩按手臂拉力5Kg，轉(zhuǎn)軸直徑12mm計(jì)算，T=F*9.8*D=0.588N·mm;許用應(yīng)力因轉(zhuǎn)矩作用次數(shù)小于103時(shí)，取[σ]=0.8σb=0.8*1300=1040N/mm2，?①彈簧材料截面的厚度h：彈簧材料的截面尺寸按要求在表中選取材料寬度b=10?mm，另一方面由于彈簧要求外端固定，則系數(shù)K2=1。計(jì)算公式為：?h=≌0.58，查表取值為：0.55MM;②彈簧的工作長度l：由于外端固定，取K3、K4均為0.84，計(jì)算公式為：l=≌3907mm;③芯軸固定部分長度，按d=30h≌16.5mm，可得ld=1.2πd1≌62mm;④簧盒固定部分長度可取?lD=0.8πd1≌42mm;⑤材料的固定長度為：L=l+ld+lD=4011mm;⑥?簧盒內(nèi)徑D2，計(jì)算公式為：D2=≌76mm;⑦?彈簧的圈數(shù)和轉(zhuǎn)數(shù)，自由狀態(tài)下的圈數(shù)為：

2.2?發(fā)熱元件的選擇

常用的碳纖維遠(yuǎn)紅外電熱元件有兩大類，即一類為管狀類，將碳纖維絲繞制成形后封裝在石英管內(nèi)，能產(chǎn)生高溫高熱和高的遠(yuǎn)紅外輻射能的碳纖維石英電熱管，另一大類常用于低溫環(huán)境下的保暖、保健和低溫加熱，有碳纖維電熱膜、碳晶、碳纖維發(fā)熱線、碳纖維發(fā)熱布。本健身裝置是一種貼近人體的器材故不適合采用碳纖維電熱管這類發(fā)熱元件;其次碳晶型發(fā)熱元件屬硬性材料也不適用;再其次，碳纖維電熱膜需在與人體緊密貼合的環(huán)境下使用效果會(huì)更優(yōu)秀的特點(diǎn)也不適用;最后，比較合適的是碳纖維發(fā)熱線和碳纖維發(fā)熱布，考慮到碳纖維發(fā)熱布的功率在單位面積內(nèi)不能設(shè)置的太高的原因，還是采用碳纖維發(fā)熱線最為合適。

2.3?遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片由四層材料層疊固定在一起組成，具有一定的韌性以提高其抗振防摔的能力，同時(shí)碳纖維發(fā)熱導(dǎo)線的絕緣層有兩層，內(nèi)層為耐高溫高壓硅膠層，外層為玻璃纖維絕緣層。接近人體的一面為耐高溫布，這樣人體能最大可能的接近吸收發(fā)熱片發(fā)出的遠(yuǎn)紅外線的熱輻射。其中的鋁板為0.25mm厚的薄板，起到反射與蓄能的作用，同時(shí)起到剛性支持的作用。云母片可有效阻止熱量向相反方向的發(fā)射及保溫的作用。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3?遠(yuǎn)紅外發(fā)熱片結(jié)構(gòu)圖

1-耐高溫布?2-碳纖維發(fā)熱導(dǎo)線?3-鋁板?4-云母片

3.創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

3.1創(chuàng)新點(diǎn)

通過手臂做伸展運(yùn)動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)按摩輪組對(duì)背部進(jìn)行按摩，器材上還附有遠(yuǎn)紅外線發(fā)生器對(duì)鍛煉者的背部和脊柱進(jìn)行近距離的熱輻射，從而提高了緩解背部、腰部疲勞的作用，本設(shè)計(jì)具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低，體積小等特點(diǎn)，使用時(shí)不受地點(diǎn)限制，可在家中、辦公室里進(jìn)行。

3.2應(yīng)用

本設(shè)計(jì)可滿足一部份不喜歡外出做運(yùn)動(dòng)或不喜歡做大運(yùn)動(dòng)量的人群做休閑簡易活動(dòng)的需求。因配備了遠(yuǎn)紅外理療裝置使得鍛煉者在不做運(yùn)動(dòng)的時(shí)候也可進(jìn)行理療而不受到使用地點(diǎn)的限制;本設(shè)計(jì)只需較小的活動(dòng)范圍，因此也不易影響到他人的工作和休息，是一個(gè)集運(yùn)動(dòng)、按摩、理療于一體的理想設(shè)計(jì)。

4.結(jié)束語

本設(shè)計(jì)已獲得國家實(shí)用新型發(fā)明專利，在此是對(duì)原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)做進(jìn)一步的調(diào)整。本文中提到的遠(yuǎn)紅外電熱線其發(fā)熱體——碳纖維，具有功率余量大、耐高溫、高熱能力強(qiáng)、使用壽命長、且功率可隨意調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為是“本世紀(jì)最具競爭力的高科技材料”。除了能制成電熱線外，還可以制成電熱管的形式，可在較廣泛的范圍內(nèi)發(fā)揮作用。希望能借助此文章告訴更多的人，遠(yuǎn)紅外電熱裝置不但是對(duì)人體有益以及在節(jié)能環(huán)保方面也有著優(yōu)異的表現(xiàn)。呼吁更多的人參與它的應(yīng)用與研究。

參考文獻(xiàn)

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[2]季冠芳.《天津醫(yī)藥》，2007年.?第1期

作者簡介：劉鷹，1972.1，女，籍貫廣東，研究生在讀、中級(jí)職稱、主要研究機(jī)械類學(xué)科的高等職業(yè)教育及遠(yuǎn)紅外發(fā)熱器的創(chuàng)新性應(yīng)用研究。

基金項(xiàng)目：本文系2014年度廣西高?？蒲许?xiàng)目，編號(hào)：桂教高教LX2014598。