宋子航

摘 要 文章設(shè)計了一種新型可拆卸網(wǎng)球拍，包括球拍主體與球拍網(wǎng)，球拍網(wǎng)與球拍主體的環(huán)圈通過卡扣連接；球拍網(wǎng)的邊緣處均勻設(shè)置有錐體狀的橡膠塞，球拍主體的環(huán)圈上設(shè)有與所述橡膠塞相對應(yīng)的錐體狀凹槽，橡膠塞位于所述凹槽內(nèi)；球拍網(wǎng)包括線邊框，球拍線經(jīng)緯交叉排列固定在所述線邊框上；球拍主體還包括球拍手柄與球拍框，球拍手柄與球拍框采用一體化設(shè)計。本實用新型的球拍網(wǎng)與球拍主體通過卡扣連接，球拍網(wǎng)是可拆卸的，在球拍網(wǎng)損壞時只需更換球拍網(wǎng)即可，無需更換球拍，節(jié)約了精力和金錢。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)球拍；可拆卸；一體化

中圖分類號 G8 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）230-0140-02

網(wǎng)球是世界第二大球類運動[ 1 ]，受到很多人喜愛。現(xiàn)代網(wǎng)球運動在法國出現(xiàn)萌芽，當時受眾面還比較狹窄。隨后在英國得到了充分的繼承和發(fā)展，19世紀真正意義上的現(xiàn)代網(wǎng)球誕生了，伯明翰建立了一整套完善的規(guī)則制度。現(xiàn)代網(wǎng)球傳入美國后，受到大量美國民眾的喜愛，發(fā)展日臻成熟?，F(xiàn)在已經(jīng)成為了盛行全世界的體育運動[ 2 ]。網(wǎng)球有單打和雙打兩種比較常見形式，規(guī)則簡要概括來說就是玩家分列于網(wǎng)球場的兩側(cè)，使用網(wǎng)球拍來擊打網(wǎng)球落到對方的場地，盡量使對方無法接到網(wǎng)球。目前廣受關(guān)注的網(wǎng)球比賽是網(wǎng)球四大滿貫賽事，吸引來自世界各國優(yōu)秀的網(wǎng)球運動員參加。

在日常的網(wǎng)球運動中，隨著使用次數(shù)的逐漸增加，網(wǎng)球拍會受到嚴重的損害，網(wǎng)球愛好者需要花很多的錢和精力來維護或更換網(wǎng)球拍。其實許多時候只是球網(wǎng)受損，主體部分仍然完好。但是球網(wǎng)的維修很不方便，長時間的維修還會耽誤使用。出于成本的考慮，也沒必要更換網(wǎng)球拍，因此有必要設(shè)計一種方便拆卸的網(wǎng)球拍。

1 網(wǎng)球拍結(jié)構(gòu)與材料的發(fā)展

在網(wǎng)球運動中，網(wǎng)球拍扮演著至關(guān)重要的角色。人們通過球拍來與網(wǎng)球接觸，利用球拍來擊打網(wǎng)球，改變網(wǎng)球的運動方向。因此網(wǎng)球運動的發(fā)展中又蘊含著網(wǎng)球拍的設(shè)計與結(jié)構(gòu)的不斷進步。

最早的網(wǎng)球球拍是16世紀時意大利人發(fā)明的羊皮紙球拍[ 3 ]，正處于網(wǎng)球運動的初始階段，網(wǎng)球運動還沒有被廣泛推廣[ 4 ]。羊皮紙在當時的實際生產(chǎn)生活中很常見，而且具有較強的彈性，可用來擊打網(wǎng)球，因此人們因地制宜，設(shè)計了羊皮紙球拍，既節(jié)約了成本，又體驗到了運動的樂趣，可以說是一種非常平民化的設(shè)計。17世紀，網(wǎng)球運動隨著國際間的貿(mào)易傳入英國，英國人對網(wǎng)球拍的設(shè)計進行了改進，設(shè)計了現(xiàn)在廣泛使用的羊腸線球拍。作為網(wǎng)球拍與網(wǎng)球直接接觸的部位，羊腸線的韌性要明顯強于較為單薄的羊皮紙，這項巧妙的設(shè)計大幅提高了網(wǎng)球拍的使用壽命，也更能夠吸引更多的網(wǎng)球愛好者投入這項運動。1874年，真正意義上的木質(zhì)球拍由英國人沃爾特發(fā)明。相比金屬材料來說，木材密度低，揮拍比較輕便，直到碳纖維材料發(fā)明出現(xiàn)之前，一直被廣泛使用。進入20世紀后，人們發(fā)明了比木料更輕巧、強度更高的復(fù)合碳纖維材料，并將其應(yīng)用于制造網(wǎng)球拍，球拍網(wǎng)也多用新發(fā)明的塑料材料來制造。

進入21世紀以后，隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，更多復(fù)合材料、納米材料也用于制造球拍，網(wǎng)球線也逐步采用各種人工合成材料。當新材料被用于網(wǎng)球拍的制作時，不僅豐富了網(wǎng)球愛好者的體驗，也推動著網(wǎng)球運動不斷發(fā)展。

但是在長期的發(fā)展過程中，網(wǎng)球拍的結(jié)構(gòu)仍然比較單一，還是球拍網(wǎng)與球拍主體的簡單組合，球拍網(wǎng)固定在球拍上。一般情況下，只有球拍網(wǎng)會損壞，而主體部分依然完好，球拍網(wǎng)的拆卸和維修十分不便，仍存在改進的空間，網(wǎng)球愛好者需要花很多的錢財和精力來維護或更換網(wǎng)球拍。

2 新型網(wǎng)球拍的總體設(shè)計

考慮到現(xiàn)有網(wǎng)球拍的不足，作者設(shè)計了一種新型可拆卸網(wǎng)球拍，可以對球拍網(wǎng)進行自由拆卸，這樣能夠方便對球拍網(wǎng)進行更換。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。本球拍采用整體設(shè)計，主要的結(jié)構(gòu)組件包括球拍主體與球拍網(wǎng)。球拍網(wǎng)與球拍主體的環(huán)圈通過卡扣連接，球拍網(wǎng)的邊緣處均勻設(shè)置有錐體狀的橡膠塞，球拍主體的環(huán)圈上設(shè)有與橡膠塞相對應(yīng)的錐體狀凹槽，橡膠塞位于凹槽內(nèi)。錐體狀的橡膠塞的形狀為外大內(nèi)小，從而實現(xiàn)固定，防止在使用時脫落，而且能夠承受一定幅度的揮拍力與振動。

球拍網(wǎng)包括線邊框和球拍線兩部分，球拍線經(jīng)緯交叉排列固定在線邊框上。要實現(xiàn)較好的擊球效果，球拍線的直徑應(yīng)控制在0.1mm～1mm之間。

球拍主體還包括球拍手柄與球拍框，球拍手柄與球拍框一體成型。球拍主體采用塑膠材質(zhì)。球拍手柄上還附著有可以增加摩擦力的摩擦機構(gòu)，方便使用時手能夠抓牢，即便手上有汗液也不會輕易脫落，也能夠防止揮拍時用力過猛，球拍飛出傷人。經(jīng)過在各種摩擦材料之間對比分析，采用膠紙來制作摩擦機構(gòu)。既能夠節(jié)省成本，也能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能。相對于普通的球拍，我們還適當加長了球拍手柄的長度，加長后的球拍可以為使用者提供更加方便的擊球體驗，增大了揮球時施加給網(wǎng)球的力矩，提高了網(wǎng)球飛行時的角速度，能夠更好地發(fā)揮出自己的球技。

同時，在設(shè)計上我們還加大了球拍頭部的寬度，這樣可以提高球拍的容錯性。本球拍的目標人群主要是新手和業(yè)余玩家，因此提高接到球的幾率顯得很有必要，有利于加強他們學(xué)習網(wǎng)球的積極性和自信心，即便是沒有擊打到網(wǎng)球的中心也能夠完成擊球動作，大大地減小失誤率。提高頭寬從提高橫向距離和縱向距離兩方面來著手，讓玩家能夠更加放心大膽地擊球，訓(xùn)練他們的快速反應(yīng)能力，提高他們的擊球力度。

球拍的材料選用高張力碳纖維材質(zhì)，提高了球拍的硬度和強度，從而延長了球拍本身的使用壽命。高張力碳纖維的硬度系數(shù)為8，而普通碳纖維的硬度系數(shù)僅為3，通過材料上的改進，減小了球拍上能量的損耗，讓網(wǎng)球飛出時可以具有更大的動量。這種材料的密度比較適當，比普通的碳纖維要稍大一點。在權(quán)衡網(wǎng)球拍質(zhì)量的問題上，作者進行了一些深入的思考。由于受眾主要為業(yè)余玩家，他們不需要特別靈活的操縱感，安全性和穩(wěn)定性應(yīng)該是第一位的，需要培養(yǎng)網(wǎng)球的“球感”，在此基礎(chǔ)上才能有快速的提升，因此質(zhì)量設(shè)計需要稍重一些。這樣可以減輕對手部和肩部的沖擊，防止使用者因用力過猛出現(xiàn)扭傷，也降低了球拍甩出發(fā)生傷人事故的幾率。

還需要考慮的一個因素是球拍框和手柄的質(zhì)量分配問題。描述該問題的一個方法就是確定所謂“平衡點”的位置，根據(jù)平衡點的位置得到了一個描述平衡程度的值，可以稱之為平衡值，這個值等于拍柄到平衡點長度與拍柄到球拍中心點的長度之差與規(guī)定值（0.35）之比（上述長度單位都為毫米）。重頭球拍[ 5 ]相對于輕頭球拍來說使用時會感覺力量更充足一些，主要是由于揮動拍時需要更大的動量才能將球擊出，從而也能夠為網(wǎng)球的飛行提供更大的動量，但不便于操縱。重頭球拍的設(shè)計常見于早期的木質(zhì)球拍，隨著時間的推移，手柄所占質(zhì)量比重逐漸增大。我們這里就取目前市面上球拍的一個平均值300。這樣能夠保證球拍的操縱性，讓玩家更加輕松地擊球。

3 結(jié)論與展望

由于本網(wǎng)球拍的球拍網(wǎng)與球拍主體是通過卡扣連接的，因此球拍網(wǎng)可以通過解開卡扣方便地進行拆卸，在球拍網(wǎng)損壞時只需更換球拍網(wǎng)即可，無需更換球拍，可以節(jié)省精力和金錢，提升網(wǎng)球愛好者的娛樂體驗。當然這種網(wǎng)球拍的設(shè)計仍處于比較初步的階段，批產(chǎn)可能還有很大的距離，還需要實現(xiàn)產(chǎn)品的通用化設(shè)計和深入的成本計算，這是進一步的工作。希望通過網(wǎng)球設(shè)備的不斷改進，提高網(wǎng)球運動的受歡迎程度，吸引越來越多的網(wǎng)球愛好者投身到網(wǎng)球這項充滿挑戰(zhàn)與娛樂性的運動中來，也希望我國的網(wǎng)球界能夠涌現(xiàn)出越來越多的人才。

參考文獻

[1]鄒云明.論網(wǎng)球拍的演變及未來發(fā)展趨勢[J].體育科技文獻通報，2013，21（1）：129-132.

[2]李玉磊.科技進步對網(wǎng)球運動發(fā)展的影響[J].科技視界，2014（17）：155，178.

[3]夏永桉.網(wǎng)球拍線材質(zhì)和線徑對底線擊球效果及持拍前臂沖擊載荷的影響[D].北京：北京體育大學(xué)，2016.

[4]田苗.網(wǎng)球拍的演變對網(wǎng)球擊球效果和正手技術(shù)的影響研究[D].北京：北京體育大學(xué)，2014.

[5]Jason. Dont forget the balance [J]. united states racquet stringers association， 2002.

[6]Tom Allen. Comparison of a finite element model of a tennis racket to experimental data[J]. Sports Engineering Association. 2010（12）：87-98.