薛陽光，黃 平

1 研究背景

1.1 研制的意義

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國民生活質(zhì)量不斷提高，物質(zhì)層面已經(jīng)基本滿足廣大國民需求，開始追尋精神層面的發(fā)展，積極帶動(dòng)體育運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目的不斷發(fā)展。網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)的發(fā)展最為明顯，從2004年雅典奧運(yùn)會(huì)中獲得女子雙打冠軍、2011年獲得法國網(wǎng)球公開女單冠軍等影響，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)得到快速的發(fā)展。高校、社會(huì)中小學(xué)等均開展網(wǎng)球課、網(wǎng)球俱樂部、網(wǎng)球興趣班等形式，深受人們的喜愛。初學(xué)者在學(xué)習(xí)網(wǎng)球中會(huì)遇到有各種各樣的問題，例如：網(wǎng)球初學(xué)者學(xué)習(xí)網(wǎng)球時(shí)正手擊球技術(shù)是最重要的基礎(chǔ)。無論是站的位置、握拍的方式方法、持拍后擺動(dòng)作、前揮拍時(shí)的充分程度以及揮拍動(dòng)作多種自身不良習(xí)慣等因素的影響[1]，一個(gè)人無法進(jìn)行練習(xí)、擊球點(diǎn)找不準(zhǔn)、動(dòng)作不正確、擊球節(jié)奏混亂、步伐錯(cuò)亂等情況的出現(xiàn)。每一技術(shù)動(dòng)作環(huán)節(jié)都會(huì)影響擊球效果，如果不注意動(dòng)作規(guī)范與科學(xué)，錯(cuò)誤的動(dòng)作模式更容易對機(jī)體產(chǎn)生影響，長期下來，難以避免地對身體各個(gè)部位產(chǎn)生不同程度的損傷[2]。在各種網(wǎng)球技術(shù)練習(xí)中, 由于基本的技術(shù)失誤, 肘關(guān)節(jié)是最受傷害的[3]。通過設(shè)計(jì)制作網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器，能夠有效的幫助初學(xué)者對初學(xué)網(wǎng)球階段出現(xiàn)的問題進(jìn)行改正和鞏固高水平愛好者網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作，提高網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)技術(shù)水平。

1.2 現(xiàn)階段網(wǎng)球輔助器材分析

現(xiàn)階段網(wǎng)球練習(xí)輔助器材，如圖1、2、3所示，比較傳統(tǒng)的通過支柱和彈簧裝置將網(wǎng)球置于空中，并且沒有擊球的實(shí)際效果，球不能按照實(shí)際的擊球路線進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，初學(xué)者看不到擊球后效果，對初學(xué)者的使用效果不明顯，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤的動(dòng)作進(jìn)行反復(fù)的練習(xí)，影響最終的學(xué)習(xí)網(wǎng)球效果，不利于正確動(dòng)作的掌握和改正。如圖1，網(wǎng)球都會(huì)受線狀物牽拉而加速彈回,使得擊球技術(shù)動(dòng)作變形,技術(shù)沒有可持續(xù)發(fā)展的可能,初學(xué)者很可能就失去對網(wǎng)球?qū)W習(xí)的興趣,從而停止進(jìn)行網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)[4]。

圖1 帶線網(wǎng)球擊球訓(xùn)練器

圖1，線網(wǎng)球擊球訓(xùn)練器，通過橡皮繩裝置將網(wǎng)球牢牢的拴住，該裝置在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況：(1)網(wǎng)球重量過重、彈性較差；(2)擊球路線會(huì)隨著橡皮繩的牽拉而發(fā)生改變；(3)存在一定的危險(xiǎn)性，球通過橡皮繩與底座相連，每經(jīng)過的球均經(jīng)過底座附近，人處于底座附近容易被飛行中的球擊中。

圖2 傳統(tǒng)網(wǎng)球固定訓(xùn)練器

圖3 便捷式網(wǎng)球固定訓(xùn)練器

圖2與圖3原理相同，通過支柱、彈簧與球三者之間的有效連接，當(dāng)球拍接觸球時(shí)球依靠彈簧的伸張而發(fā)生改變。在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)的情況：(1)彈簧裝置過硬或過松，限制了球拍的正常運(yùn)動(dòng)軌跡；(2)底座過輕，在使用中初學(xué)者在進(jìn)行擊球訓(xùn)練時(shí)常常出現(xiàn)該裝置摔倒情況；(3)磨損過快，該裝置由于是固定在整個(gè)裝置中，經(jīng)常的使用“固定網(wǎng)球”發(fā)生嚴(yán)重的損壞。

通過對以上三種體育器材的分析發(fā)現(xiàn)，三者均沒有擊球后的效果，無法達(dá)到學(xué)習(xí)和訓(xùn)練的效果，網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)最主要的效果是通過練習(xí)揮拍達(dá)到預(yù)計(jì)的擊球效果，不利于修改動(dòng)作和尋找合適自己的擊球點(diǎn)，并且還會(huì)影響整體擊球動(dòng)作。

2 網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器的設(shè)計(jì)思路

經(jīng)過多年的網(wǎng)球正手反手技術(shù)動(dòng)作的教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)球愛好者在初學(xué)網(wǎng)球階段經(jīng)常出現(xiàn)的問題，以正手擊球?yàn)槔?1)引拍過程出現(xiàn)錯(cuò)誤；(2)擊球時(shí)手腕與手臂發(fā)生形變，導(dǎo)致?lián)羟騽?dòng)作結(jié)果改變；(3)擊球點(diǎn)和擊球時(shí)機(jī)不能準(zhǔn)確的把握；(4)擊球時(shí)身體與球的位置不能準(zhǔn)確的判斷；通過以上的問題、現(xiàn)有的網(wǎng)球訓(xùn)練體育器材中的不足和初學(xué)者給予的建議，大多數(shù)初學(xué)者在學(xué)習(xí)網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作過程中面臨最大的問題是擊球后球的運(yùn)動(dòng)軌跡與正常的運(yùn)動(dòng)軌跡出現(xiàn)較大的偏差，未能達(dá)到理想的擊球效果。如果初學(xué)者能達(dá)到理想的擊球效果，則對初學(xué)者學(xué)習(xí)網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作有非常大的幫助。大多數(shù)初學(xué)者對飛行中的球判斷不夠準(zhǔn)確，如果網(wǎng)球能夠靜止或者懸浮在空中，能有效減少初學(xué)者的注意力，讓更多的注意力和專注力集中在固定正確的技術(shù)動(dòng)作。首先根據(jù)初學(xué)者的生理特點(diǎn)、個(gè)體差異和問題的集中情況，設(shè)計(jì)出讓網(wǎng)球懸浮在空中的輔助器材，將網(wǎng)球懸浮在空中，根據(jù)伯努利原理(“在水流或氣流里，如果速度小，壓強(qiáng)就大；如果速度大，壓強(qiáng)就小”[5])進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用空氣的高速氣流，將網(wǎng)球吹向空中,并根據(jù)不同需求選擇不同速度的氣流來斷定不同網(wǎng)球懸浮高度。

3 網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器的材料選擇與制作

3.1 材料選擇

高速靜音鼓風(fēng)機(jī)——網(wǎng)球懸浮最主要的元件之一，主要為網(wǎng)球提供向上的沖擊力，選擇不同的鼓風(fēng)機(jī)至關(guān)重要，本裝置通過篩選近20種類的鼓風(fēng)機(jī)需要考慮重量體積、工作效率、氣流速度、噪聲和功率等情況，選擇永上牌鼓風(fēng)機(jī)型號CZ-TD550，電壓220V、功率550W、轉(zhuǎn)速2820r/min、風(fēng)量260m3/h、噪音73dB。如圖4所示。

專用調(diào)速器——網(wǎng)球懸浮最主要的元件之一，主要對鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速大小和風(fēng)量進(jìn)行調(diào)控，根據(jù)伯努利原理，流速越大壓強(qiáng)越小，即流速越大，網(wǎng)球懸浮的位置越高，網(wǎng)球重量等于鼓風(fēng)機(jī)的吹力。選擇合適的調(diào)速器能有有效保護(hù)鼓風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而該調(diào)速器能在保證電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，調(diào)整風(fēng)機(jī)的電壓和風(fēng)速風(fēng)量，對電機(jī)實(shí)現(xiàn)零損耗。同時(shí)考慮到價(jià)格、及以后的修改和調(diào)整，選擇蘇州正控科技調(diào)速器實(shí)現(xiàn)對風(fēng)機(jī)的調(diào)控。如圖5所示。

圖4 鼓風(fēng)機(jī)

圖5 專業(yè)調(diào)速器

標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)球重量：56.7-58.47g，直徑6.541-6.858cm。

3.2 制作原理

網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器的制作原理——伯努利原理，通過鼓風(fēng)機(jī)不斷將氣流吹向網(wǎng)球，按照氣流越大壓強(qiáng)越小的原理，將網(wǎng)球懸浮在空中。氣流達(dá)到一定速度時(shí)，壓強(qiáng)越小，鼓風(fēng)機(jī)向上的作用力等于網(wǎng)球的重量，由此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)球的懸浮技術(shù)。如圖6所示。

圖6 伯努利氣流原理圖

圖7 工作示意圖

圖6展示了氣流的運(yùn)動(dòng)軌跡，氣流以倒圓錐的形狀進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，中間的氣流速度大于四周的氣流速度。為了保證網(wǎng)球能在能夠穩(wěn)定在鼓風(fēng)機(jī)的上方，并保持穩(wěn)定的高度，則需要穩(wěn)定的氣流進(jìn)行供應(yīng)。當(dāng)網(wǎng)球偏離出風(fēng)口上方，出現(xiàn)網(wǎng)球向右偏離時(shí)，則球左邊的氣流速度大于球右邊的氣流速度，根據(jù)流速越大壓強(qiáng)越小的原理，網(wǎng)球會(huì)重新回到出風(fēng)口的上方。伯努利原理能夠有效的解決網(wǎng)球懸浮問題和網(wǎng)球相對固定在出風(fēng)口的上方，并保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。圖7為網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器工作示意圖。

4 網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器的功能與優(yōu)點(diǎn)分析

網(wǎng)球固定多球訓(xùn)練器的制作，主要針對初中級網(wǎng)球愛好者、網(wǎng)球俱樂部和學(xué)校等許多地方的使用，能有效提高初學(xué)者對網(wǎng)球的熱愛和學(xué)習(xí)的效率，對中級水平的初學(xué)者能改善動(dòng)作的合理性，更加符合生物力學(xué)的原理。對整體提高網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作水平有一定的幫助作用，其具有以下基本的特征。

4.1 安全性

該裝置集合現(xiàn)階段網(wǎng)球訓(xùn)練器材缺點(diǎn)及初學(xué)者出現(xiàn)較多的問題為出發(fā)點(diǎn)，通過將網(wǎng)球進(jìn)行懸浮在空中，并保證出風(fēng)口與網(wǎng)球存在一定的高度，保證其能正常的揮拍，其次擊打出去的球，能夠按照球的正常運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)，減少了阻力對肘關(guān)節(jié)的損傷。

4.2 高效性

該裝置能有效提高網(wǎng)球訓(xùn)練的效率，傳統(tǒng)的網(wǎng)球訓(xùn)練器由于球始終與底座存在聯(lián)系，導(dǎo)致?lián)舸虺鋈サ那虿荒苷ｏw出。沒有擊球后的網(wǎng)球飛行的運(yùn)動(dòng)軌跡，無法判斷該動(dòng)作是否合理。而該裝置能有效的將網(wǎng)球擊打出去，并讓球固定在一定高度，保證擊球時(shí)拍面的動(dòng)作正確。

4.3 單人操作

該裝置適合單人使用，在缺少同伴或球友時(shí)，可以通過該裝置正常的進(jìn)行網(wǎng)球聯(lián)系，并且能把球控制在同樣的高度，減少同伴拋球的影響，使球高度和位置更符合初學(xué)者練習(xí)的需要。

4.4 適用性強(qiáng)

該裝置通過調(diào)速控制器的控制可以對不同類型的球和不同位置的球進(jìn)行調(diào)控，讓該裝置的適用性更強(qiáng)，滿足所有用戶的需要。

4.5 成本低

該裝置僅需要鼓風(fēng)機(jī)和調(diào)速器組成，價(jià)格成本較低，滿足大多數(shù)人的需要。

4.6 多功能

該裝置除了能將網(wǎng)球懸浮空中，還能依靠強(qiáng)大的鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速，用于清掃球場衛(wèi)生。

5 網(wǎng)球固定點(diǎn)多球訓(xùn)練器的使用方法

在應(yīng)用時(shí)需要把設(shè)備接上220V的電源，并保證設(shè)備處于相對平穩(wěn)站立在地面，保證風(fēng)口向上。第一步需要將設(shè)備開關(guān)打開，待鼓風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，并能保證穩(wěn)定氣流才能進(jìn)行使用。第二步需要將網(wǎng)球放至風(fēng)機(jī)口的上方，讓網(wǎng)球自然下降至風(fēng)口位置。第三步需要根據(jù)初學(xué)者的需要進(jìn)行調(diào)整不同的高度，通過旋轉(zhuǎn)調(diào)速按鈕進(jìn)行鼓風(fēng)機(jī)電壓調(diào)控，改變風(fēng)速大小，從而調(diào)整網(wǎng)球懸浮在不同的高度。第四步初學(xué)者在進(jìn)行網(wǎng)球擊球訓(xùn)練時(shí)，可以清楚的看到擊球時(shí)動(dòng)作結(jié)構(gòu)是否發(fā)生了變化，而影響了球的飛行效果。第五步教練員或教師可以通過該裝置進(jìn)行網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作的檢驗(yàn)，保證其動(dòng)作結(jié)構(gòu)的合理性。第六步需要通過教練員或教師的指導(dǎo)，并進(jìn)行多次反復(fù)的練習(xí)，從而達(dá)到改善網(wǎng)球技術(shù)動(dòng)作，提高網(wǎng)球技術(shù)水平的作用。