新型折叠健身车的设计方案

新型折叠健身车的设计方

案

第一章绪论

1-1 研究动机

每天能养成规律的运动习惯和适当的休闲娱乐，可以促进体适能、减少各种心血管疾病，不但对身体有好处，更可提高工作效率，达到事半功倍的效果。其中，有氧运动可以改善心肺耐力与减少身体脂肪，并适当提升肌力与肌耐力。有氧运动是指在运动时，呼吸是成规律性的呼气、吸气，肌肉是呈现规律性的紧张、放松相互交替，长期从事有氧运动可使肌肉线条修长、匀称，如︰慢跑、健走、骑脚踏车等运动皆是有氧运动，而有氧运动除了可加强心肺功能外，并可促进人体新陈代谢。

老年人因骨骼机能的退化，慢跑、健走时下肢容易承受来自地面的冲击力，造成一般影响行走能力之膝关节炎及体关节炎，以上两种皆会使关节疼痛及变形，进而影响正常步态。体关节炎产生之不正常步态情形为上半身过度向患侧侧移及另一侧骨盆向下掉，如图 1.1 所示；膝关节炎产生之不正常步态情形为步速变慢、步长缩短、两脚步宽变宽、两脚站立期与摆荡期皆增长。另外，脚踏车的两轮设计对老年人产生害怕与不安心感以致于容易产生跌跤的危险。

健身器材的种类很多，小至重量训练用的沙包、哑铃，大至直立式固定脚踏车，皆属于健身器材，甚至像机械构造复杂的跑步机、椭圆机等，都归纳于健身器材的范围中，也因为大众的需求越来越多，让我们更有很多机会接触到这些健身器材的机会。其中，椭圆机的运动过程中没有撞击地面所产生的冲击力，这对关节不适的人而言，是相当适合的低冲击性运动器材。又如跑步机、椭圆机等运动器材只限于室内使用，且价格昂贵、体积太大，使得一般家庭室内无法有摆放空间。所以本项目将针对现有椭圆机的步态驱动机构做完整的收集以及分析，设计出具椭圆步态驱动机构的新型折叠健身车，以达到椭圆机原本健身的功能及改善其缺点。

本研究将针对大众利用椭圆机的步态驱动机构，结合脚踏车的构造，设计出一台能健身、休闲、代步且方便的新型折叠健身车，提供其规律的运动和适当的休闲娱乐，以提高人们对生活的质量与乐趣。其步态是以人体最自然行走的方式，搭配椭圆机的步态驱动方式，减少地面对下肢的冲击力。三轮式的车身设计，在于改善骑脚踏车时跌跤的危险。

1-2 椭圆机相关研究

椭圆机主要能以全身性运动，平滑顺畅地模拟跑步或是走路，并且减少跑步及走路时来自地面的冲击力，对于刚开始使用健身器材的人们而言，是非常不错的选择。针对椭圆运动机搜集及分析现有专利，归纳出其设计需求及设计限制，再经由系统化的设计程序，根据功能需求合成并评估可行的新型椭圆运动机构想，选定新型构想后，配合所订定的需求运动曲线，合成出新型椭圆运动机各参数尺寸，完成新型椭圆运动机的运动设计。其新型椭圆运动机的特性有︰一、脚踏板位置的曲线为近似椭圆形的封闭曲线，其跨距长与高度符合一般人的跨步距离；二、曲柄的位置在使用者前方，使用者可以更自由的伸展运动；三、所有杆件皆为连杆，没有滚子或滑件所造成的噪音及磨损的问题。归纳国外有关椭圆运动机结构专利资料，配合人体行走轨迹，以数学推导方式进行改良式；六连杆椭圆运动机，使其运动轨迹最佳化，并根据文献计算后得到的数据，作为椭圆运动机的尺寸需求与限制︰椭圆轨迹长轴长 475mm～525mm、长短轴比值为3，为了得到类似于登山的效果，椭圆长轴角度上扬 10°，手握杆摆动角度约40°，手握把摆动距离约384mm。以10位成年男女进行摄影拍摄分析，观察行走时脚跟的轨迹变化，建构出合理的椭圆运动轨迹，设计出可以符合人类正常步态之四连杆椭圆运动机。由文献可知，在进行椭圆运动机结构设计时，人体步态轨迹是必须考量的，唯有符合人体工学之设计，才能给予人体舒适的使用感与最低的运动伤害。

21-3 研究目的

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第二章设计步骤

本研究主要以大众为设计考量，发展出一套设计方法，以研发出

新型折叠健身车，然后进行分析选优、制作原型机，并进行实作与测试。因此，本章首先建立一套新型折叠健身车的设计程序，再根据其

流程，建立设计规范和概念设计，而整体的具体设计与实作和测试则

于第三章介绍

2-1 研究方法与步骤

为满足大众需求和设计考量，新型折叠健身车的研发，从产品开发与工程设计的程序来进行设计。整个设计流程如下图所示，包括：一. 需求的确认与任务的界定、二. 概念设计的产出、三. 具体设计的建构、四. 模型的细部设计、以及五.原型机的实作与测试等。其方法与步骤如下

步骤一、需求的确认与任务的界定

首先是收集有关椭圆运动机、步态驱动机构等相关的学术论文、技术报告、参考书目、以及专利文献，并进一步整理与分析。其次，进行市场的调查与分析，一般产品的设计之所以被市场放弃的重要因素，主要在于缺少使用者之需求与意见的考量。再者，规划和理清设计需求与限制，透过文献研究与市场分析来认识问题、定义问题，以规划和理清设计需求与限制，并确立设计的目标和规范。最后，订定功能规格，将设计规范与产品特点转化成量化的功能规格表

步骤二、概念设计的产出

在概念设计阶段中，我们将根据上述所得到的设计需求与限制、功能规格，着手进行新型折叠健身车的概念设计与分析选优。首先将上步骤所建立的系统功能分解为三轮式车身、可调式步态驱动机构、三种使用模式的多功能转向系统等次功能，因这些次功能组成较具体、明确的能量、材料、及讯号流程，并辅以步态驱动机构等技巧，可初步找到可能的技术解决方法；再由次功能的解决方法组合成次系统及系统：再者，将解决方案组合稍加具体设计，将系统配置、重要零组件规格、重要功能组件之设计参数找出来，以技术、市场、及成本考量选择暂时的最佳设计方案，并撰写概念设计的报告。

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步骤三、具体设计的建构

本步骤主要在于将概念设计的最佳解决方案具体化，包括整个新型折叠健身车等模型的建构，并确认系统配置、重要零组件规格、重要功能组件的设计参数和其供应来源。在此具体设计步骤，主要进行尺寸设计以及实体模型的建构工作，其中含有零件建构、组合件装配、与工程图制作。此步骤的方法是以运用 CAD/CAE 的 Solid Works 软件来进行具体设计。因 Solid Works 采参变数合并运用并以特征化的方式进行实体模型的建构工作，其中含有零件建构、组合件装配、及工程图制作等三部份基本模块，所有几何资料透过单一资料库可以达到双向的资料沟通与传递更新，完全符合同步工程的设计要求。

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