一种手动健背器的创新设计

摘要：本文是在作者已有专利的基础上做进一步的结构优化设计。本设计一款运动健身器材，主要是通过做手臂伸展运动或扩胸运动的同时拉动按摩轮组做旋转运动，按摩轮组对背部进行挤压按摩。同时远红外发生器发射出远红外线对人体背部进行近距离的热辐射，从而促进人体背部血液循环，提高人体自身免疫力，达到预防保健的效果。

关键词：手臂运动;远红外线;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

通过对长期伏案工作人群的观察发现，这类人群普遍因伏案工作时间长，腹部受压，四肢麻木，活动量少，血液循环不畅，以致大脑供血供氧不足，出现头晕胸闷和乏力症状。因此这类人群在工作的间歇时间往往会做上几个扩胸、舒展手臂、扭转腰部的运动。由此我们就想到了可以利用手臂做舒展运动或做扩胸运动的同时带动按摩轮组对背部进行挤压式按摩。同时把远红外线对人体的保健功能融入其中，提高人体自身免疫力，达到预防保健的效果。

1.手动健背器的结构和工作原理

1.1手动健背器结构

手动健背器组成如图1所示。

图1 手动健背器结构

1-同步轮2-小齿轮 3-线轮 4-大齿轮 5-涡卷弹簧 6-线咀 7-同步带8、9-同步轮 10-同步带 11-同步轮 12、13-牵引绳 14-远红外发热片 15-按摩轮组 16-底座

1.2 手动健背器工作原理

手动健背器的工作过程及原理：人体坐在底座上，双手各握同侧牵引绳12、13做上、下或有一定向外倾斜角度的上、下牵引运动，当牵引绳被手臂带动做伸出运动的同时，内部的涡卷弹簧5做反时针转动，在涡卷弹簧盒的芯轴上施加转矩，产生弯曲弹性变形。当锻炼者拉到相应位置后，放回手柄。由于平面涡卷弹簧的储能释放，使手柄和拉绳自动收回。按摩轮组在做上下运动的同时实现对人体腰部，肩胛骨、肩峰三处的挤压式按摩，以缓解肌肉疲劳等症状。在两组按摩轮组之间还设计了一块远红外发热片14，锻炼者可在运动的同时享受远红外发热片产生的有“生命之光”之称的远红外线的热辅射。采用远红外线进行理疗对促进机体的血液循环，提高免疫力，增强新陈代谢及对机体的消炎和镇痛有较为显著的疗效。

2.手动健背器主要零部件设计

• 涡卷弹簧

弹簧材料选用高碳钢，考虑到空间问题选用接触式涡卷弹簧，根据安装空间的要求，由查表选取宽度为10mm，有效工作圈数为10转，由于是手动驱动，故其转矩按手臂拉力5Kg，转轴直径12mm计算，T=F*9.8*D=0.588N·mm;许用应力因转矩作用次数小于103时，取[σ]=0.8σb=0.8*1300=1040N/mm2， ①弹簧材料截面的厚度h：弹簧材料的截面尺寸按要求在表中选取材料宽度b=10 mm，另一方面由于弹簧要求外端固定，则系数K2=1。计算公式为： h=≌0.58，查表取值为：0.55MM;②弹簧的工作长度l：由于外端固定，取K3、K4均为0.84，计算公式为：l=≌3907mm;③芯轴固定部分长度，按d=30h≌16.5mm，可得ld=1.2πd1≌62mm;④簧盒固定部分长度可取 lD=0.8πd1≌42mm;⑤材料的固定长度为：L=l+ld+lD=4011mm;⑥ 簧盒内径D2，计算公式为：D2=≌76mm;⑦ 弹簧的圈数和转数，自由状态下的圈数为：

2.2 发热元件的选择

常用的碳纤维远红外电热元件有两大类，即一类为管状类，将碳纤维丝绕制成形后封装在石英管内，能产生高温高热和高的远红外辐射能的碳纤维石英电热管，另一大类常用于低温环境下的保暖、保健和低温加热，有碳纤维电热膜、碳晶、碳纤维发热线、碳纤维发热布。本健身装置是一种贴近人体的器材故不适合采用碳纤维电热管这类发热元件;其次碳晶型发热元件属硬性材料也不适用;再其次，碳纤维电热膜需在与人体紧密贴合的环境下使用效果会更优秀的特点也不适用;最后，比较合适的是碳纤维发热线和碳纤维发热布，考虑到碳纤维发热布的功率在单位面积内不能设置的太高的原因，还是采用碳纤维发热线最为合适。

2.3 远红外发热片的设计

远红外发热片由四层材料层叠固定在一起组成，具有一定的韧性以提高其抗振防摔的能力，同时碳纤维发热导线的绝缘层有两层，内层为耐高温高压硅胶层，外层为玻璃纤维绝缘层。接近人体的一面为耐高温布，这样人体能最大可能的接近吸收发热片发出的远红外线的热辐射。其中的铝板为0.25mm厚的薄板，起到反射与蓄能的作用，同时起到刚性支持的作用。云母片可有效阻止热量向相反方向的发射及保温的作用。结构如图3所示。

图3 远红外发热片结构图

1-耐高温布 2-碳纤维发热导线 3-铝板 4-云母片

3.创新点及应用

3.1创新点

通过手臂做伸展运动的同时带动按摩轮组对背部进行按摩，器材上还附有远红外线发生器对锻炼者的背部和脊柱进行近距离的热辐射，从而提高了缓解背部、腰部疲劳的作用，本设计具有结构简单，成本低，体积小等特点，使用时不受地点限制，可在家中、办公室里进行。

3.2应用

本设计可满足一部份不喜欢外出做运动或不喜欢做大运动量的人群做休闲简易活动的需求。因配备了远红外理疗装置使得锻炼者在不做运动的时候也可进行理疗而不受到使用地点的限制;本设计只需较小的活动范围，因此也不易影响到他人的工作和休息，是一个集运动、按摩、理疗于一体的理想设计。

4.结束语

本设计已获得国家实用新型发明专利，在此是对原设计的结构做进一步的调整。本文中提到的远红外电热线其发热体——碳纤维，具有功率余量大、耐高温、高热能力强、使用寿命长、且功率可随意调节等优点，被誉为是“本世纪最具竞争力的高科技材料”。除了能制成电热线外，还可以制成电热管的形式，可在较广泛的范围内发挥作用。希望能借助此文章告诉更多的人，远红外电热装置不但是对人体有益以及在节能环保方面也有着优异的表现。呼吁更多的人参与它的应用与研究。

参考文献

[1]机械设计手册编委会.机械设计手册.北京：机械工业出版社，2005

[2]季冠芳.《天津医药》，2007年. 第1期

作者简介：刘鹰，1972.1，女，籍贯广东，研究生在读、中级职称、主要研究机械类学科的高等职业教育及远红外发热器的创新性应用研究。

基金项目：本文系2014年度广西高校科研项目，编号：桂教高教LX2014598。