网球固定点多球训练器的设计与制作

薛阳光，黄 平

1 研究背景

1.1 研制的意义

随着经济的快速发展，国民生活质量不断提高，物质层面已经基本满足广大国民需求，开始追寻精神层面的发展，积极带动体育运动项目的不断发展。网球运动的发展最为明显，从2004年雅典奥运会中获得女子双打冠军、2011年获得法国网球公开女单冠军等影响，网球运动得到快速的发展。高校、社会中小学等均开展网球课、网球俱乐部、网球兴趣班等形式，深受人们的喜爱。初学者在学习网球中会遇到有各种各样的问题，例如：网球初学者学习网球时正手击球技术是最重要的基础。无论是站的位置、握拍的方式方法、持拍后摆动作、前挥拍时的充分程度以及挥拍动作多种自身不良习惯等因素的影响[1]，一个人无法进行练习、击球点找不准、动作不正确、击球节奏混乱、步伐错乱等情况的出现。每一技术动作环节都会影响击球效果，如果不注意动作规范与科学，错误的动作模式更容易对机体产生影响，长期下来，难以避免地对身体各个部位产生不同程度的损伤[2]。在各种网球技术练习中, 由于基本的技术失误, 肘关节是最受伤害的[3]。通过设计制作网球固定点多球训练器，能够有效的帮助初学者对初学网球阶段出现的问题进行改正和巩固高水平爱好者网球技术动作，提高网球运动技术水平。

1.2 现阶段网球辅助器材分析

现阶段网球练习辅助器材，如图1、2、3所示，比较传统的通过支柱和弹簧装置将网球置于空中，并且没有击球的实际效果，球不能按照实际的击球路线进行运动，初学者看不到击球后效果，对初学者的使用效果不明显，如果出现错误的动作进行反复的练习，影响最终的学习网球效果，不利于正确动作的掌握和改正。如图1，网球都会受线状物牵拉而加速弹回,使得击球技术动作变形,技术没有可持续发展的可能,初学者很可能就失去对网球学习的兴趣,从而停止进行网球运动[4]。

图1 带线网球击球训练器

图1，线网球击球训练器，通过橡皮绳装置将网球牢牢的拴住，该装置在使用过程中经常出现的情况：(1)网球重量过重、弹性较差；(2)击球路线会随着橡皮绳的牵拉而发生改变；(3)存在一定的危险性，球通过橡皮绳与底座相连，每经过的球均经过底座附近，人处于底座附近容易被飞行中的球击中。

图2 传统网球固定训练器

图3 便捷式网球固定训练器

图2与图3原理相同，通过支柱、弹簧与球三者之间的有效连接，当球拍接触球时球依靠弹簧的伸张而发生改变。在使用过程中经常出现的情况：(1)弹簧装置过硬或过松，限制了球拍的正常运动轨迹；(2)底座过轻，在使用中初学者在进行击球训练时常常出现该装置摔倒情况；(3)磨损过快，该装置由于是固定在整个装置中，经常的使用“固定网球”发生严重的损坏。

通过对以上三种体育器材的分析发现，三者均没有击球后的效果，无法达到学习和训练的效果，网球运动最主要的效果是通过练习挥拍达到预计的击球效果，不利于修改动作和寻找合适自己的击球点，并且还会影响整体击球动作。

2 网球固定点多球训练器的设计思路

经过多年的网球正手反手技术动作的教学实践，发现网球爱好者在初学网球阶段经常出现的问题，以正手击球为例：(1)引拍过程出现错误；(2)击球时手腕与手臂发生形变，导致击球动作结果改变；(3)击球点和击球时机不能准确的把握；(4)击球时身体与球的位置不能准确的判断；通过以上的问题、现有的网球训练体育器材中的不足和初学者给予的建议，大多数初学者在学习网球技术动作过程中面临最大的问题是击球后球的运动轨迹与正常的运动轨迹出现较大的偏差，未能达到理想的击球效果。如果初学者能达到理想的击球效果，则对初学者学习网球技术动作有非常大的帮助。大多数初学者对飞行中的球判断不够准确，如果网球能够静止或者悬浮在空中，能有效减少初学者的注意力，让更多的注意力和专注力集中在固定正确的技术动作。首先根据初学者的生理特点、个体差异和问题的集中情况，设计出让网球悬浮在空中的辅助器材，将网球悬浮在空中，根据伯努利原理(“在水流或气流里，如果速度小，压强就大；如果速度大，压强就小”[5])进行设计，利用空气的高速气流，将网球吹向空中,并根据不同需求选择不同速度的气流来断定不同网球悬浮高度。

3 网球固定点多球训练器的材料选择与制作

3.1 材料选择

高速静音鼓风机——网球悬浮最主要的元件之一，主要为网球提供向上的冲击力，选择不同的鼓风机至关重要，本装置通过筛选近20种类的鼓风机需要考虑重量体积、工作效率、气流速度、噪声和功率等情况，选择永上牌鼓风机型号CZ-TD550，电压220V、功率550W、转速2820r/min、风量260m3/h、噪音73dB。如图4所示。

专用调速器——网球悬浮最主要的元件之一，主要对鼓风机的风速大小和风量进行调控，根据伯努利原理，流速越大压强越小，即流速越大，网球悬浮的位置越高，网球重量等于鼓风机的吹力。选择合适的调速器能有有效保护鼓风机的正常运转，而该调速器能在保证电机正常运转的情况下，调整风机的电压和风速风量，对电机实现零损耗。同时考虑到价格、及以后的修改和调整，选择苏州正控科技调速器实现对风机的调控。如图5所示。

图4 鼓风机

图5 专业调速器

标准网球重量：56.7-58.47g，直径6.541-6.858cm。

3.2 制作原理

网球固定点多球训练器的制作原理——伯努利原理，通过鼓风机不断将气流吹向网球，按照气流越大压强越小的原理，将网球悬浮在空中。气流达到一定速度时，压强越小，鼓风机向上的作用力等于网球的重量，由此实现网球的悬浮技术。如图6所示。

图6 伯努利气流原理图

图7 工作示意图

图6展示了气流的运动轨迹，气流以倒圆锥的形状进行运动，中间的气流速度大于四周的气流速度。为了保证网球能在能够稳定在鼓风机的上方，并保持稳定的高度，则需要稳定的气流进行供应。当网球偏离出风口上方，出现网球向右偏离时，则球左边的气流速度大于球右边的气流速度，根据流速越大压强越小的原理，网球会重新回到出风口的上方。伯努利原理能够有效的解决网球悬浮问题和网球相对固定在出风口的上方，并保持相对稳定的状态。图7为网球固定点多球训练器工作示意图。

4 网球固定点多球训练器的功能与优点分析

网球固定多球训练器的制作，主要针对初中级网球爱好者、网球俱乐部和学校等许多地方的使用，能有效提高初学者对网球的热爱和学习的效率，对中级水平的初学者能改善动作的合理性，更加符合生物力学的原理。对整体提高网球技术动作水平有一定的帮助作用，其具有以下基本的特征。

4.1 安全性

该装置集合现阶段网球训练器材缺点及初学者出现较多的问题为出发点，通过将网球进行悬浮在空中，并保证出风口与网球存在一定的高度，保证其能正常的挥拍，其次击打出去的球，能够按照球的正常运动轨迹运动，减少了阻力对肘关节的损伤。

4.2 高效性

该装置能有效提高网球训练的效率，传统的网球训练器由于球始终与底座存在联系，导致击打出去的球不能正常飞出。没有击球后的网球飞行的运动轨迹，无法判断该动作是否合理。而该装置能有效的将网球击打出去，并让球固定在一定高度，保证击球时拍面的动作正确。

4.3 单人操作

该装置适合单人使用，在缺少同伴或球友时，可以通过该装置正常的进行网球联系，并且能把球控制在同样的高度，减少同伴抛球的影响，使球高度和位置更符合初学者练习的需要。

4.4 适用性强

该装置通过调速控制器的控制可以对不同类型的球和不同位置的球进行调控，让该装置的适用性更强，满足所有用户的需要。

4.5 成本低

该装置仅需要鼓风机和调速器组成，价格成本较低，满足大多数人的需要。

4.6 多功能

该装置除了能将网球悬浮空中，还能依靠强大的鼓风机的风速，用于清扫球场卫生。

5 网球固定点多球训练器的使用方法

在应用时需要把设备接上220V的电源，并保证设备处于相对平稳站立在地面，保证风口向上。第一步需要将设备开关打开，待鼓风机正常运转后，并能保证稳定气流才能进行使用。第二步需要将网球放至风机口的上方，让网球自然下降至风口位置。第三步需要根据初学者的需要进行调整不同的高度，通过旋转调速按钮进行鼓风机电压调控，改变风速大小，从而调整网球悬浮在不同的高度。第四步初学者在进行网球击球训练时，可以清楚的看到击球时动作结构是否发生了变化，而影响了球的飞行效果。第五步教练员或教师可以通过该装置进行网球技术动作的检验，保证其动作结构的合理性。第六步需要通过教练员或教师的指导，并进行多次反复的练习，从而达到改善网球技术动作，提高网球技术水平的作用。