蓬式多功能健身柱

蓬式多功能健身柱，是一款创新发明类新产品，现就该产品的相关问题予以说明。

一、技术领域

本产品属室外健身技术领域，涉及室外健身活动的路径和方式，及健身器材的功能创新 和结构设计技术。

二、背景技术

检索国内健身相关资料，室外健身专业技术资料十分缺乏；室内健身房、健身器材展现 较多。但室内健身器材昂贵，健身房则更是普通群众无法涉足的。国内室外健身目前仅有的 指导性技术文件，就是国标GB19272-2011《室外健身器材安全通用要求》，及相关产品的试 验方式等资料。

目前，国内室外健身器材的技术状况：普遍采用单一功能型设计，型式同一，结构简单， 技术含量较低。在器具实际使用方面，因其功能单一特征，要实现多功能健身活动，就必须 选择面积较大的公共活动场地成片安装。虽然这是一种可行的布局，但其存在如下明显缺陷： 一是公共活动场地分布有限，且一般离人们工作或生活居住地较远，大多数人想锻炼并不方 便；二是这种过度集中式群聚性的健身活动方式，明显存在着公共卫生安全隐患。

三、发明内容

突破室外健身器材现行单体单功能设计制造模式，开发单体多功能新产品，解决单体多 功能产品在集成优化、功能创新以及在满足安全通用技术条件下的结构设计技术问题。

单体多功能是本产品技术方案设计的基本思路。方案的主要内容就是明确产品的多功能 选项以及确定实现这些选项所采取的技术途径和最佳方式。

方案的要点如下：

1.多功能承载体单体主柱的设计采用分段组合式。以保证多功能布局所需要的高度和空 间以及生产加工的工艺性要求；

2.确立传统健身功能选项六项，包括室外健身普及面较广，使用率较高的扭腰器、搓腿 器、腰部按摩器、上肢牵引器四项和室外少有但人们又喜欢使用的吊环、秋千二项；

3.确立发明创新健身功能项目四项，包括柱式拉力器、颈椎牵引器、盘式屈臂器和崖式 云梯；

4.十项功能的结构设计和优化布局。结构设计以安全稳定可靠为重点，布局则采取多方 位多层次内外空间的有序合理占位方式；

5.整体结构设计为蓬式。可提高利用率，实用性。

显然，单体多功能产品占地面积小，实际只相当于一颗中型树的空间占位。能够多点普 及式的安装在人们工作和生活居住地的旁边，加上产品具有健身部位涵盖面广、健身方式多 样的特点，能很好满足各类人群不同的健身需求，相比较于到较远的集中式的公共活动场地 去锻炼，人们更喜欢接受这种靠近身边的便捷的健身活动方式。

本人按照上述技术方案，在自家门前制作安装了一台简易型“样机”，不仅家人高兴使用， 也深受邻居们喜爱，大家经常抽空来此健身，十分惬意。事实证明，本产品对于推进全民健 身活动有明显的社会效果。

四、附图说明

图1为本发明总装图

附图1可直观的看清产品整体多功能的布局以及产品各功能部件的基本结构和连接方 式，它的创新之处在于：仅用一根立柱的站位，充分利用和扩展有限的方位和高度空间，将 十项健身功能进行巧妙有序合理的布局，并提供了一套较完善的结构设计。

需要说明的是，产品确定的十项功能中八项是基本设置，每一方位二项，另有二项是针 对特定人群的加装设置，秋千是针对少年儿童爱好而加装在吊环上，颈椎牵引器是针对有颈 椎牵引锻炼需求的人群，而加装在拉力器上的，加装项与被加装项不可同时使用，所以无特 定需求。加装项平时可不安装。另外，为保证单个人自由活动的空间，每个方位同时只限一 个人使用其中一项功能。

本产品在主体设计时充分考虑了受力件的刚强度要求。主体立柱选用加厚壁钢管，(壁厚 4mm，高于国标的2.75mm)负荷较大的顶盘两外伸横杆属悬臂梁，特别是吊环横杆，承载拉、 压、弯矩合力。特在横杆上部加焊抗弯筋板。经对横杆梁危险截面应力和变形挠度进行校核， 其值均在使用范围内。相应的技术措施，保证了产品的安全性、可靠性。

图2为柱式拉力器

从附图2可以看到拉力器的具体结构形式和拉伸运动方式，此项为完全创新发明项目。 创新点：抱柱式的垂直拉伸方式。利用大直径(Ф114)立柱外表面作为滑动轨道，设计非对 称可分拆三点式线性支撑的滑动导套，再配以高弹簧指数(n＝10)的拉伸弹簧组作为牵引力， 就构成一种完全新式的拉力器装置。这种拉力器明显具有如下特征：第一。中心立柱导向， 拉伸运动定向定位，力度可控、稳定性好，第二、运用高指数拉簧，初始力小，变形量大， 可拉伸行程长，所以相应手臂运动量大，且强度适中，适宜人群面广。

图3为颈椎牵引器

如附图3所示，颈椎牵引器是加装在柱式拉力器滑动导套上的一种扩展装置，也是拉力 器的一种功能延伸。所以将其设定为功能加装项。颈椎牵引器利用拉力器的弹簧弹性动能作 为牵引力，再配置设计一套颈部高度及托夹定位装置构成。部件图直接显示了高度定位和托 架定位的结构形式。

这种颈椎牵引器的最大优点，就是突破了过去采用的固定座式、再利用重物吊挂对颈部 进行牵引的方式，而采用全新站立式自控力度的动态牵引，使用者完全可以根据自身的感受 和承受量来把控牵引的行程和力度，实用性更强，效果也会更好。

使用中有相关事项需要提示或说明：一是牵引操作有动态和静态两种方式，动态是按人 的颈部实际高度托夹定位，然后通过人身体的下拉和上抬运动进行牵引；静态则是预紧力式 牵引法，即托板架是定位在比颈部较高的位置，然后将托板架下拉至颈部托夹，这样，人身 体静态时颈部仍承受一定牵引力的作用；二是可以通过增减拉力器上的拉簧的数量。(4-6 六根均可)来调整颈椎牵引的初始力，以达自己适宜的力度。三是在颈椎牵引时，人的身体 必须倚靠在盘式屈臂器内，双手把持屈臂器的手把，以控制身体在下拉和上抬运动时的平衡 和牵引的力度，将屈臂器设计布局在颈椎牵引器同方位的下部位置，就是基于利用屈臂器发 挥这种辅助作用的考虑。

所以，以实际操作过程可以看出：颈椎牵引使用了本产品中的三项功能，一是拉力器的 牵引力，二是高度和托夹定位，三是屈臂器扶持平衡。这三方面的要素构成颈椎牵引的完整 功能。

五、实施方式

现就本产品的创新发明功能装置的具体实施方式分别作详细说明：

(一)多功能健身柱的布局和结构设计

以一根立柱为支撑主体，在东南西北中五个方位，优化集成设置“8+2”共十项健身功能。 立柱采用组合式法兰结构，分为底柱、中立柱、顶盘三部分，中部法兰选用8-M10，顶部法 兰选用6-M12内六角螺栓刚性隐形连接。立柱材料选用Ф114×4(外径×壁厚，单位：mm， 下同)钢管；底柱长1600mm，地下埋入500mm，底柱上端焊接有盘式钢圈，直径380mm；中立柱长1500mm，包括上部的法兰顶盘，地面总高度2700mm。功能布局方式：以组合立柱为 中轴线，在水平面分为低、中、高三层区位；在垂直面分为半径500mm的内侧空间和半径1000mm的外侧空间，以人体承载支撑点为基准，将十项功能进行错位布局。基本格局为：低位功能项占用内侧空间，高位功能项占用外侧空间，中位功能项占用中心空间。具体功能布局设置参见附图1(总装图)。

若主视图为正面，则正面低位为盘式屈臂器，用Ф32×3钢管弯曲成U型，用管套插入 方式与底柱上端的盘式钢圈连接。正面的中位为颈椎牵引器(其具体结构后有专述)，此为加 装项，加装在对面的柱式拉力器的滑动导套上。正面的高位外侧是上肢牵引器，牵引器的弓 形摆臂用Ф32×3钢管弯曲成形，两端通过环形链条悬挂拉手把，弓形摆臂中心顶部焊接轴 承座，采用铜质或粉末冶金轴套结构形式安装在同方位立柱顶盘悬臂横杆上，轴套配合公称 尺寸Ф30。

主视图左边方位，低位内侧是腰部按摩器；支撑按摩滚的U形管是组焊成型，管部上端 焊接支座后，通过短轴与底柱上部的耳板活动连接。支座内侧装有缓冲弹簧以消除按摩器下 落就位时的冲击。U形钢管规格：Ф28×2.5，支座孔轴Ф32mm。按摩滚定制，规格Ф80-100 均可，长度400mm。高位外侧是崖式云梯，云梯有五步攀爬横杆，间距180mm，横杆长450 mm，用Ф32×3钢管制作，横杆通过两根同规格连杆，再加焊规格50×4mm扁钢与中立柱连 焊成整体。

主视图的右边方位，低位内侧为搓腿器。弧形搓腿按摩滚定制，规格长度160mm，最大 直径Ф60-80mm均可配置。按摩滚芯轴直径20mm，通过细牙螺纹与底柱焊接的园台搭子连 接在一起。高位外侧是吊环，吊环钢圈直径110mm，用Ф18×2.5钢管弯曲成型，钢圈通过环形链条悬挂在顶盘的长臂横杆上。横杆全长1160mm，选用Ф48×4钢管，钢管上端再加焊规格60×5mm扁钢筋板，在吊环横杆与连接上肢牵引器的横杆这二根互相垂直的横杆之间，再用5.6/3.6型号角钢和规格50×4扁钢加焊三角形网格衬板，增强悬臂梁横杆的抗弯抗冲击能力。秋千则是通过两根绳索上端的可开口环扣直接加装在吊环上构成。

主视图的对面方位，低位外侧是扭腰器，转盘直径280mm，用厚度1.2钢板冲压成型， 装配型号206轴承。下部通过螺纹套管与连接底柱下端的不等边角钢垂直连接。套管与套管 座连接螺纹M42×2。套管座与角钢连杆安装时非外露，均应埋入地平面以下。中位内侧是柱 式拉力器(此项后有专述)。本方位立柱的上端，焊接有安装遮阳伞的两个支点，伞柄插座焊 接在中立柱的上部，伞柄的套夹焊接在顶盘横杆的筋板上，就在此位置安装一顶2.4×2.4m

(二)一体二用拉力牵引装置的构思设计

该装置虽整体联动，但按功能和结构可分为独立的两部分，即柱式拉力器和颈椎牵引器， 现分开说明：

1、柱式拉力器的结构设计(参见附图2)

在中立柱的上部，设置一对开式的活动管夹，作为拉簧组的悬挂支撑点，拉簧选用规格 参数：钢丝直径2.2mm，弹簧中径22mm指数值10，弹簧长度300mm，端部结构圆钩环压中心L III型。一组6根，使用中可调减。

在中立柱的下部，设置一长730mm滑动区段，区段上下端焊接限位兼防卡压和冲击可装 配软套的钢圈。区段内立柱钢管的外层沿垂直方向，按图纸指定的位置和角度，铣宽3mm， 深1.8mm的6条沟槽，镶入直径3.2mm钢丝，建立三条滑动轨道。

滑动导套的设计和制作是本项目的技术难点：一是滑动方式的选择，确定采用相对摩擦 阻力较小的滚动接触方式，套体选用外径127mm，内径119mm，壁厚4mm钢管做坯料，与立 柱(Ф114×4)钢管配比，两筒体圆周平均间距2.5mm。配装轻型08#向心球滚动轴承三组， 每组4个。二是滑动导套结构的设计。导套必须同时满足两个条件：第一、导套要可分拆、 可再装配，并且与立柱的配合间隙可调整；第二、导套装配滚动轴承的三个支点，在圆周截 面上，三个夹角中任意两个夹角之和必须大于180°，也就是说，导套安装后不能存在横向 位移。经过测算和实验，导套三个支点的夹角确定为115°+115°+130°，在130°夹角的两 边，是导套分割和安装2组滚动轴承的中心线，在两边夹角均为115°的对称点，则为另一组滚动轴承的安装中心线。在生产工艺的设计上，导套在切割分离成非对称对开的两件之前， 必须在完成全部焊接构件，并进行了消除应力处理之后，这些构件包括：安装滚动轴承的三 对耳板、钩挂拉簧的扣板，连接拉手把的抱板和上下端部的围圈以及备用件挂座等。分离切 割在130°夹角的两边中心线处沿两耳板内侧进行，切割宽度20mm，切割后有一项重要的工 艺处理点，就是靠115°夹角的耳板内侧，必须进行4×30°的倒角加工，保证主体导套的开 口处，最小间距不小于114mm，达到可拆卸、可再装配的工艺要求。

需要说明的是：拉力器操作时，滑动导套焊接的固定弓形拉手，可以实现单手拉伸和双 手拉伸运动。单手握持手把中间的弓背部位，双手握持手把的两端部位，拉伸力度自控。

2、颈椎牵引器的结构设计(参见附图3)

在拉力器滑动导套的挂座备用接口上，延伸设计人体颈部高度定位和托夹装置，就构成 颈椎牵引功能。

本牵引器设置有两种高度定位方式：一种是滑杆套夹式。选用Ф28×2.5钢管做升降滑 杆，长度500mm，选用Ф34×3钢管，截长80mm，沿轴线切割破口，焊接开合耳板及相关组 件，制成滑杆夹套支座，可直接与拉力器滑动导套挂座相连接；另一种是齿条齿轮式。齿条 选用Ф28×3钢管，长度500mm，制作非标准圆柱型齿条，齿条齿轮参数为模数1、齿轮齿数30，分度圆直径30，齿顶圆直径32与圆柱齿条中心距28，配装齿条齿轮的牵引座选用铝合金铸造成型。这两种颈部高度定位方式，可与后面的两种颈部托夹定位方式匹配应用。

颈部托夹由于部位特殊，设计特别注重实用性、安全性。托板选用木质复合板，单边单 板呈腰圆弧线型，用对开对合，可活动方式与翘板连接组合成托板架。托板厚度20mm，两托 板对合后外形尺寸380×260mm

在托板架与升降滑杆(或圆柱齿条杆)之间，设置有连接构件，在实际使用中，颈部牵 引托板架需要有转动变位和锁定功能。所以连接构件设计为可90°转动和锁定铰链结构。图 示为悬臂链。悬臂链的两块长度120mm，间距24mm平行竖板设为悬臂，竖板的一端与滑杆(或 圆柱齿条杆)下端固定焊连接，另一端则与安装托板的翘板，通过u型支架构成可转动铰链 链接。铰链连接采用两种方式：一种是简易型。在悬臂竖板与u型支架的转动连接部位，设 立一个转动和锁定实际接触圆，直径为30mm，在这个接触圆周上，竖板接触面按90°均布 钻半球形凹坑4个或8个，u型支架接触圆周上对应匀布冲压成型半球状凸台4个，再通过 连接螺栓手动拧开拧合，实现转动和锁定，这种方式可与滑杆夹套高度定位方式匹配。

另一种是盘式销轴定位方式。将悬臂竖板和u型支架连接转动部位，设计为芯轴配装压 缩弹簧预紧式连接，芯轴前端为圆盘，芯轴直径10mm，圆盘直径40mm，同样设计圆盘与u 型支架接触圆直径为30mm，在u型支架与悬臂竖板在接触圆周上按90°匀布钻4孔，直径5mm，圆盘在接触圆周对应位配装直径5mm，长8mm固定销轴2个或4个，圆盘芯轴可轴向推 动，但不可转动，当芯轴被前推时，圆盘销轴从u型支架和悬臂竖板孔中退出，托板架可转 动，当托板架到位后，芯轴在压缩弹簧预紧力作用下自动复位，圆盘销轴插入u型支架和悬 臂竖板的销孔中，完成锁定。这种定位方式可与齿条齿轮式高度定位匹配使用。

本套装置中，颈部高度定位和颈部托夹定位均采用两种方式设计，可视为普通型+升级版 模式，增加了生产和使用的选择性。