崑山科技大學

機械工程系

學生專題製作報告

舉重健身腳踏車之設計與製作

指導老師:陳維仁

組員；吳政軒 4960H139

林致宏 4981H052

蘇員正 4960H209

張喆翔 4981H051

目 錄

誌謝……………………………………… 1

序………………………………………… 2

摘要……………………………………… 3

第一章 前言………………………………4

1.1 運動器材之介紹…………………………5

1.2 器材間之選用……………………………6

第二章 設計……………………………… 7

2.1 設計之動機…………………………… 8

2.2 設計之目的…………………………… 9

2.3 設計之構想…………………………… 10

第三章設計工具之介紹……………………11

3.1 機構作動分析……………………………11

3.2零件使用種類與數量………………………13

3.3構造主體與零件………………………… 14

第四章 結論…………………………………27

參考資料…………………………………… 28

誌 謝

在本次專題實務製作首先要感謝是我的指導教授;陳維仁教授

當我在設計機構及繪製零件圖過程中總是會遇到許多的困難，這時老

師總是耐心的與我們討論及改進，並且對我們提出的問題加以解答及

提供意見，一一的檢查我所設計的零件圖及組合圖，找出錯誤所在讓

我能在最短的時間內修正及繪製出最後完成的組合圖，老師也抽空介

紹幾間廠商供我們洽談並教導我們如何與廠商互動，在幾次訪談後也

完成了製作模型的成品，在此要非常鄭重的感謝指導教授，陳維仁教

授。

在此也要感謝光信廣告的全體工作人員，因為在我繪製圖形

遇到困難時給了我許多建議以及設計模型材料的選用，並幫我檢查圖

中的錯誤及跟我分析零件圖的固定性跟迴避性，使我完成更加堅固的

模型。

最後再次感謝在這次實務專題製作中幫助我引導我的各位教授、朋友

以及目前在業界服務的各家廠商，因為有你們的教導、建議才幫助我

在這次實務專題製作中能克服困難，並且將最後的實體模型給順利製

作並呈現出來。

1

序

記得剛升到四技三年級要開始找製作三學期的專題老師製作專

題，因為之前有修過電腦輔助繪圖的課程，所以讓我順利的找到實務

專題製作的老師。

剛開始設計機構圖時完全沒有方向，但是老師也是百忙之中抽

空與我們討論以及開會，一一的拿出之前學長製作的機構模型給我們

參考，慢慢的我們初步有了概念圖，只要想到新的靈感就馬上用鉛筆

先繪畫出來，所以在下學期幾乎都在趕設計圖，當然過程中遇到很多

困難及挫折，也詢問過很多朋友的協助，有時甚至忙著繪畫設計圖到

三更半夜才睡覺，才得以完成機構設計圖，接下來要開始選用模型加

工材料的選用、加工方式、成本的控制，且要四處尋找加工廠商製作

模型，除了上網尋找以及朋友介紹遲遲找不到適合的廠商，後來經過

老師的協助才順利上網找到代工廠商，也順利的製作出專題模型。

這一學期專題製作的這些日子，常常急著要把實務專題做完而

給自己很大的壓力，但過程中遇到很多的朋友、老師幫助我順利的解

決困難及挫折，當然我也獲得了很多寶貴的經驗幫助我迎接未來的各

項挑戰。

2

摘 要

就世界健身市場而言，消費者在休閒活動項目選擇中，愈來

愈重視體育活動，也願意以運動來維持個人的身材和健康在台灣健身

器材市場消費者以追求身材健美為主；台灣健身器材市場，主要體育

用品消費族群為15~34歲年齡層的消費，這是因為台灣以從事體育活

動來促進身體健康的人愈來愈多，這股體育活動參與力量，將會使得

消費族群的年齡層提高，將會是最具成長潛力的部份。

台灣家庭用健身器材主要購買層為40歲以上消費者，隨著年

紀增加，對健康的關心度提高，踏步器(Stepper)、腳踏器(Bike)、

按摩椅、騎馬器等在台灣相當受歡迎，一般家庭的坪數不大，大型的

健身器材沒地方擺，如能開發較不佔空間或容易折疊收納的健身器材

產品，將比較容易被消費者接受，近年健身室增加了各種適合年紀較

大或家庭主婦的健身器材，增加了塑身養生熱潮，向不同階層的消費

族群鼓吹健身熱潮。製造商針對高齡人士的需要，以安全為首要條件。

傳統上運動量較大的青少年從事健身運動人數反有下降的趨

勢，青少年活動量的減少，可歸因於體能教育的不受重視，再加上網

路、電動玩具及電視節目的普及，把以往受歡迎的童軍活動、各式球

類競技排除在外，將大部分的時間安排在室內活動上。

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第一章 前言

現今社會因為忙碌、壓力的影響身體多少會因為不堪負荷而

產生一些文明病，所以人們也開始注重養身及運動來保養、調理身體

但總因為沒時間外出運動而興起了健身房與家庭運動器材的選用，市

面也提供各式各樣的運動器材供人們更多的選擇。

人體的器官隨著年齡而逐漸退化；肌肉力量從三十歲以後就逐漸減

了，韌帶肌腱的強度到四十歲約減弱一半，四十歲以上，身體膠原組

織強度減弱一半以上，壯年的上班族應要斟酌減少運動量，注意熱身

再從事運動以免韌帶或肌肉受傷，加上現代人工作壓力大、吃的太

好，故塑身舒壓的運動器材為其不二選擇。更年期後的的婦女，骨質

疏鬆會很明顯，從事運動必須小心，在女性消費市場裡，故選擇舒壓

兼具美麗塑身的運動產品總是不退流行。

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1.1運動器材之介紹

立式健身車

家用車雙向可折疊健身車

5

1.2器材間之選用

人體好比是一精密組合的機器人，任何一個零件受損都會影響

到活動的功能。而根據統計顯示人體有許多疼痛與傷害，是由於未選

用或正確使用其器材，引起對人體組織不當的振動、撞擊以及物理性

壓力所造成，尤其慢性的運動傷害，不是一天兩天就看得到，而是經

年累月之後才顯現出來，以符合自然運動方式為原則，設計適合正常

運動曲線之運動機。首先收集市售運動器材之優缺點資訊，目前市面

所售之以下肢運動為主之運動器材有跑步機、走步機以及橢圓機，其

優缺點如下：

一. 跑步機，優點:完全與人類行走及跑步功能吻合。缺點:若馬達失

控或跑帶意外滑動斷裂易造成嚴重意外傷害。

二.腳踏機，優點:無電控失效之安全顧慮，多為金屬管件之結構，較

不易在使用中突然斷裂產生危險。缺點:腳部在兩支搖擺桿所做之運

動與實際人類行走及跑步之運動方式差距甚遠,易造成不舒適感及運

動傷害,且兩隻腳的腳底一直在受壓力及受摩擦力作用,腳底易起水

泡,不適合長時間使用。並且踏板處於在懸空狀態做前後搖擺運動，

易讓使用者失去重心而摔倒受傷。

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第二章 設計

利用腳踏車為主體並結合拆卸式的訓練台來從事腳踏車的運動，

這種搭配的方式對於本身已有腳踏車的民眾來說尤其方便，因為腳踏

車主體是屬於自己的，無論是在車架尺寸的大小、龍頭把手及坐墊高

度的設定，完全合乎自身需求，同以及降低發生運動傷害的危險因子。

故本器材是經腳踏車改良而成的運動健身器材，同時搭配舉重效果的

手臂鍛練滑塊，讓你在騎乘腳踏車的同時訓練腿部也能使手臂的肌肉

達到鍛鍊的效果，坐墊調得太高或太低會造成大、小腿肌肉酸麻的現

象因為坐墊過高會造成下背和臀部的運動傷害，坐墊太低則會導致膝

蓋前側脛骨的疼痛，踏板前後位置的調整對於採踏時的力量輸出有著

絕對的關係，其最佳踏板的位置如右圖所示，以拇趾球在腳踝90度

時，剛好垂線通過踏板軸心為基準點，才能有最佳的力學輸出。

滑塊與滑道的設計是運用三角形原理計算各個內角角度所計算出來

與腳踏基座配合的基準長度，使其運作時排除所有的阻礙，進而符合

人體工學。

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2.1設計之動機

台灣地區生活步調緊湊,容易緊張的情緒,有時又比較缺乏生活舒壓

管道,普遍健身房收費高價,卻不適合親子同遊,空閒時想去健身房運

動又覺缺乏動力,因此構想開發一個適合親子同樂的複合式休閒運動

空間,促進人與人之間的交流 ,不但增進親子之間的感情,又可以達

到健身休閒的目的!好讓在現今生活中有個舒適的運動休閒空間。

「現代人都很忙，社會大眾對於「運動」與「體育」型態的刻板印象，

才是「那是運動選手訓練」與「非選手實務練習」想法的主因。其實，

「運動」並沒有那麼的複雜與困難，運動員與一般人的運動參與原則

也沒有什麼不同。只是，一般社會大眾往往需要在日常生活中，規劃

出適當的運動參與時間與運動休閒型態；運動員則需要在運動訓練

後，安排靜態的休閒與休息。

8

2.2設計之目的

「工欲善其事，必先利其器」；在使用運動器材之運動項目中，運動

器材之設計為運動表現優劣一大關鍵，不僅是教練選手技術體能之比

賽，更是運動器材設計者間的競爭；現代科技日新月異，運動器材的

設計研發也突飛猛進，運用各種精密儀器及電腦輔助，希望能組合材

料、力學分析、設計及製造等領域之專長，設計出最佳化運動器材。

人體各項身體機能的維護，除了必須具備足夠的運動量以外，參與運

動的方式也很重要。特別是有關健康體適能的部份，心肺適能、肌肉

適能、柔軟度與身體組成等，各自獨立且互不關連的特性相當明顯。

每天進行腳踏車運動者，在肌肉適能的發展上，長期耐力運動

訓練後，人體生理會有轉向利於有氧代謝發展的條件，對於瞬發、敏

捷與協調要求較高的身體活動狀況，都有相當大的幫助。

人體各項身體機能的維護，除了必須具備足夠的運動量以外，參與運

動的方式也很重要。特別是有關健康體適能的部份，心肺適能、肌肉

適能、柔軟度與身體組成等，對健康都有很好的維護。

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2.3設計之構想

此結構產生預先決定之封閉路徑運動軌跡，導引使用者的腳步

隨此軌跡運動。並透過連桿組的延伸讓手部與腳步做協調運動。

其機器結構主要為對腳踏板運動曲線之控制，此機器左右兩側各有

一個做相對運動之腳踏板，此兩個腳踏板分別固定在兩側兩支做相

對運動之連接桿上，這兩支連接桿再接到兩側兩支做相對運動之曲

柄，兩支連接桿的另一端再接到兩側之兩支搖擺桿上。機器主體為

一固定桿，固定桿一端與與其兩側曲柄之一端連接使曲柄在此作迴

轉圓周運動，固定桿另一端與其兩側之兩支搖擺桿連結使兩支搖擺

桿在此做相對搖擺運動。

經由上述結構使腳踏板在使者運動時做近似長方形橢圓或橢圓延

伸形曲線運動，此封閉曲線為模擬人類足步在走路、跑步、爬坡和

騎自行車之足部運動曲線合成，並且因腳底緊貼踏板，使得雙腳在

做前後上下如跑步之運動時減少對關節及肌肉之衝擊，並且藉由搖

擺桿穿過其支點之延伸使手掌能握著搖擺桿之另一端也與足步做

協調式前後運動。

10

第三章 設計工具之介紹

本專題之設計，採用solidworks此套繪圖軟體來進行我們所需的零

件之3D示意圖，並利用了此套軟體進行模擬組裝與模擬運動時是否會

造成碰撞之偵測，以及模擬零件與零件之間組裝時是否會互相干涉。

3.1機構作動分析

本專題所設計之運作具備腳踏車之動作能力，其機構必有一個可以

360度迴轉的曲柄，且必需有一連接桿可繞其圓周擺動，並且帶動連

接桿上頭的滑塊作上下擺動，因此在圖3-1中，標註1到4號的桿件

依序為機架、曲柄、連接桿、滑塊。

此機構作動過程滑塊在最高點時的運動長度如圖3-2，我們運用三

角形正弦定理 計算出滑塊在最高點高度

y1=131.0mm

圖3-1機構簡圖 圖3-2

11

此機構作動過程滑塊在最低點時的運動長度如圖3-3，我們運用三

角形正弦定理 計算出滑塊在最低點高度

y2=31.40mm。

所以滑塊運動行程長度為最高點位置減最低點位置等於

131.0-31.40=99.60mm。

圖3-3

12

3.2零件使用種類與數量

內滾輪 1個

外滾輪 1個

支撐滑道柱 1個

支撐零件 1個

固定桿 1個

底座 1個

拉桿 1個

連接桿 1個

腳踏板 1組

腳踏板連接桿 1組

組合體 1個

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3.3構造主體與零件

內滾輪

14

外滾輪

15

支撐滑道柱

16

支撐零件

17

固定桿

18

底 座

19

拉 桿

20

連接桿

21

腳踏板

22

腳踏板連接桿

23

組合圖

24

組合上視圖

25

組合側視圖

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第四章 結論

這次專題製作學到很多的經驗，並且學會許多解決問題的方法，

由於現代社會中，人口多集中於都市，忙碌於工作，因此運動的時間

跟空間也逐漸的減少了，這時家庭用健身器材儼然成為減輕上班族壓

力的最佳幫手。再目前健身器材市場上，其器材的機台都過於龐大所

以在放置的時候往往都會佔據家中很大的空間且整理也不方便，故使

許多消費者想購買器材卻因收藏不便而放棄購買，在本次的設計中雖

然其運動方式較為新奇，但還是有許多要改進的地方，譬如:收藏的

便利性、體積的大小、組裝的容易度等。以及如何讓本器材增加使用

率。由於特殊型的公共設施，包括游泳池、健身房、溫泉SPA 等可能

需要提供較大的場地、精密的機械設施及專業安全人員的駐地等，故

除了昂貴建置費用的轉嫁，亦需龐大的定期檢修及管理維護費用。

特殊型公共設施數量越多將使社區住戶負擔較高昂的管理維護費

用，以上問題都值得我們去探討改進。

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參考資料

1.自行腳踏車機構介紹

http://www.me.ntu.edu.tw/ntume_am/application/bike/10/UntitledFrameset-10.htm

2台灣運動休閒產業展

http://www.leisuretaiwan.com.tw/zh_TW/index.html

3強身運動科技有限公司

http://www.chanson.com.tw/about.asp

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