一種可拆卸網球拍設計

宋子航

摘 要 文章設計了一種新型可拆卸網球拍，包括球拍主體與球拍網，球拍網與球拍主體的環圈通過卡扣連接；球拍網的邊緣處均勻設置有錐體狀的橡膠塞，球拍主體的環圈上設有與所述橡膠塞相對應的錐體狀凹槽，橡膠塞位于所述凹槽內；球拍網包括線邊框，球拍線經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計。本實用新型的球拍網與球拍主體通過卡扣連接，球拍網是可拆卸的，在球拍網損壞時只需更換球拍網即可，無需更換球拍，節約了精力和金錢。

關鍵詞 網球拍；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

網球是世界第二大球類運動[ 1 ]，受到很多人喜愛。現代網球運動在法國出現萌芽，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展，19世紀真正意義上的現代網球誕生了，伯明翰建立了一整套完善的規則制度。現代網球傳入美國后，受到大量美國民眾的喜愛，發展日臻成熟。現在已經成為了盛行全世界的體育運動[ 2 ]。網球有單打和雙打兩種比較常見形式，規則簡要概括來說就是玩家分列于網球場的兩側，使用網球拍來擊打網球落到對方的場地，盡量使對方無法接到網球。目前廣受關注的網球比賽是網球四大滿貫賽事，吸引來自世界各國優秀的網球運動員參加。

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

1 網球拍結構與材料的發展

在網球運動中，網球拍扮演著至關重要的角色。人們通過球拍來與網球接觸，利用球拍來擊打網球，改變網球的運動方向。因此網球運動的發展中又蘊含著網球拍的設計與結構的不斷進步。

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

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

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

2 新型網球拍的總體設計

考慮到現有網球拍的不足，作者設計了一種新型可拆卸網球拍，可以對球拍網進行自由拆卸，這樣能夠方便對球拍網進行更換。其結構圖如圖1所示。本球拍采用整體設計，主要的結構組件包括球拍主體與球拍網。球拍網與球拍主體的環圈通過卡扣連接，球拍網的邊緣處均勻設置有錐體狀的橡膠塞，球拍主體的環圈上設有與橡膠塞相對應的錐體狀凹槽，橡膠塞位于凹槽內。錐體狀的橡膠塞的形狀為外大內小，從而實現固定，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。

球拍網包括線邊框和球拍線兩部分，球拍線經緯交叉排列固定在線邊框上。要實現較好的擊球效果，球拍線的直徑應控制在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。球拍手柄上還附著有可以增加摩擦力的摩擦機構，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。既能夠節省成本，也能夠實現上述功能。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球的力矩，提高了網球飛行時的角速度，能夠更好地發揮出自己的球技。

同時，在設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，有利于加強他們學習網球的積極性和自信心，即便是沒有擊打到網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，訓練他們的快速反應能力，提高他們的擊球力度。

球拍的材料選用高張力碳纖維材質，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為8，而普通碳纖維的硬度系數僅為3，通過材料上的改進，減小了球拍上能量的損耗，讓網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。在權衡網球拍質量的問題上，作者進行了一些深入的思考。由于受眾主要為業余玩家，他們不需要特別靈活的操縱感，安全性和穩定性應該是第一位的，需要培養網球的“球感”，在此基礎上才能有快速的提升，因此質量設計需要稍重一些。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扭傷，也降低了球拍甩出發生傷人事故的幾率。

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，從而也能夠為網球的飛行提供更大的動量，但不便于操縱。重頭球拍的設計常見于早期的木質球拍，隨著時間的推移，手柄所占質量比重逐漸增大。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 結論與展望

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

參考文獻

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

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

[3]夏永桉.網球拍線材質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，2016.

[4]田苗.網球拍的演變對網球擊球效果和正手技術的影響研究[D].北京：北京體育大學，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.