下肢力量训练器.doc

曲柄摇杆机构是本训练器设计的重点，也是《机械原理》和《机械设计》的综合运用，优化是机构设计和结构化的设计，实现了所学理论知识到实践的转化。 ...*下肢力量训练器 一、设计目的： 目前我国的游泳运动竞技水平的专项力量训练的理论、观念比较滞后，训练方法、手段相对单一。腿部力量训练仍然沿用五十年代的“杠铃”训练体系，游泳运动员下肢力量的获得主要是靠杠铃深蹲、半蹲、单腿拉橡皮筋等原始训练方法，存在着下肢力量训练手段单调、枯燥、训练的针对性不强等弊端。 本作品是一种必威体育精装版研制的训练游泳运动员腿部力量的专用器材。该训练器材采用了曲柄摇杆机构，能真实地模拟游泳运动员双腿交替运动，达到腿部摆动力量训练的目的。该曲柄摇杆机构以摇杆为原动件，采用巧妙的设计克服了急回特性，并采用惯性轮克服死点位置。同时该训练器械还具有使训练后腿部肌肉放松的功能。该训练器械填补了国内空白，弥补了传统训练方式的不足，提高了训练质量和效率。 二、工作原理： 曲柄摇杆机构 惯性轮 摆腿架 连杆 机架 运动员上身伏卧在身体支撑腹板上，髋关节正好位于摆腿架与机架的铰接点（转动副）上，双脚伸进脚套内并固定，双手抓住扶手，用力摆动双腿。双腿带动摆腿架摆动，下压连杆，连杆带动惯性轮转动。左右腿的摆动是模仿游泳打水的动作交替进行的，左腿下压时右腿上抬，惯性轮在左侧连杆作用下加速旋转，当左侧曲柄转到下极限位置时，连杆与曲柄共线，曲柄摇杆机构处于死点位置 ，此时再大的压腿力都不能使惯性轮旋转，必须依靠惯性轮的惯性越过死点位置。此后，右腿下压左腿上抬，惯性轮又加速转动，当右侧曲柄转到下极限位置时，完成了一次左右腿加力过程。右侧曲柄继续转动，转过下极限位置时，便进入了下一个循环。摆杆摆动的阻力由包裹惯性轮的摩擦带和压簧提供。除此之外，通过转换旋钮简单调节，还可以实现不同运动的转换（自由泳、蝶泳）。 三、设计计算： 曲柄摇杆机构是本训练器设计的重点，也是《机械原理》和《机械设计》的综合运用，优化是机构设计和结构化的设计，实现了所学理论知识到实践的转化。设计时需要根据所掌握的游泳运动员平均身高和运动特点来确定训练器结构尺寸。这里取摆腿架长度的三分之一作为摇杆长度L1，摆腿架高度为h1，摆腿架上下摆动的角度分别为α和β，惯性轮直径为d，其轮缘到机架底面的距离为h2，根据以上条件可以设计出训练器要求的曲柄摇杆机构（见图2）。 运动员使用该训练器进行训练时，与在水中游泳时的动作相似，两腿上下交替进行，一腿处于最低点时，另一腿正好处于最高点。根据该训练器的特点，必须设计成摆腿架上下摆动时，曲柄转过的角度相等，也就是说所设计的曲柄摇杆机构不具有急回运动特性。以下是利用作图法确定各构件尺寸的方法： 在机架底面以上h1高度上取一点A作为摆腿架与机架连接的转动副，以A为圆心作半径为L1的圆弧。再过A点作两条射线，分别与水平线夹α、β角。射线与圆弧的交点设为B1、B2 ，显然AB1=AB2= L1。连接B1、B2并延长，则曲柄转动中心必在B1B2延长线上。作距机架底面垂直距离为d/2 +h2的水平线mn，则直线B1B2与直线mn 的交点D即为曲柄的转动中心。设曲柄半径为LCD，因为无急回运动特性的曲柄摇杆机构其极位夹角必为零，根据几何关系知2LCD＝B1B2。以D为圆心作出曲柄圆，该圆与直线B1B2的交点为C1、C2，LBC即为连杆长度。至此，要求摆角分别为α、β无急回运动特性的运动学设计完成，再经过具体结构化便可设计出满意的曲柄摇杆机构实际结构。 四、功能特点： （1）训练器的调整。 对于不同身高的运动员，原则上不需任何复杂的调整。由于四肢较长，可以把脚套左移、身体支撑腹板左移，但始终保证其髋关节位于摆腿架转动副处；曲柄的调整主要影响摆腿幅度的大小，曲柄调整时只需把连接曲柄与连杆的转动副沿惯性轮径向外移即可。这样的调整，不会导致曲柄摇杆机构产生急回运动的特性，不会出现每一侧摆杆往复摆动时惯性轮转过的角度不等，左右摆杆不能协调工作的情况。针对不同的运动员有着不一样的身体素质，运动员的训练强度也不同，本产品设计的可以通过拧紧或松动惯性轮旁边的螺母，方便、快捷的改变摩擦系数的大小，从而控制阻力的大小。达到训练的目的。 （2）训练指标的检测。 本产品设计的指标系统可以检测运动员训练的时间、路程、卡路里、速度和心率。运动员在训练过程中可以根据指标系统的数据调整训练强度。根据系统的数据检测运动员的训练成果。同时，本系统专门设计了一个设定功能，运动员可以在训练之前先设定好训练的参数（时间、路程、卡路里等），在运动员的训练效果达到预先设定的参数时，系统会发出报警声，训练停止。 （3）放松系统。 放松训练这一功能是本产品的一个独特的创新之处，这是传统的训练器械所没有的。运动员在训练过后，肌体处于兴奋状态。如果训练后不进行放松