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网球拍设计原则与测试



球拍制造商们总是不断的在研发新的球拍科技,生产新的网球拍,来从消费者口袋里掏走更多的钱。新科技对球拍来说影响并不如广告所说的作用明显。但对于网球拍材料的改变还是会有很大的作用。它的改变直接影响到网球拍的尺寸、形状和质量。对球拍的测试及设计原则也对球拍的质量、外形和舒适度等有重要影响。

1.网球拍设计原则

球拍的设计原则在很大程度上依赖于选手的类型和级别的高低。其原则包括力量、操控性、舒适性以及机械故障等。在理想状态下,所有的球拍都是追求这些指标的最大化,而最终是选择力量和控制来作为设计中最重要的指标。

1.1力量

第一个设计原则就是“为了力量更大,使用网线”。网线在受到冲击后能够回复约90%的变形能量,而单独的球(在硬表面上回弹)只能回复45%的能量 (Brody,1995)。另外,球拍框架变形的能量没有及时回复给球,增加球的能量,意味着任一球拍在受到冲击时网线产生的最大程度的变形,比网球或框 架变形更增加了动力。20世纪70年代,在出现特大型球拍以后,开始运用限制网线床尺寸的原则。当前的原则制定了网线质量和宽度的最大值,在框架两部里面 进行测量。后来最大化网线床尺寸的尝试集中在采用方形的球拍脸形状,而不是简单的圆形。这导致所有网线的长度很长,但是存在结构上的限制,框架变得难以制 造,强度不够,外观感觉也不好。最近10年,许多制造商已经采用了更大的索环,允许网线床的有效尺寸延伸到框架的外面。另一个影响动力的因素是质量分布, 尽管质量分布很难达到最优值,但是原理比较简单,即轻球牌摆动的快,增加击球速度;而重球拍摆动慢,但由于质量增大,同样可以导致球速增加,特别是如果增 加的质量加在击球点上时,更是如此。因此,在设计球拍时,既要质量足够小,能够高速摆动和击打,同时又要有足够的质量,以最优化网球的回弹特性。

1.2操控性

具有较高的抗扭稳定性的小型的头部和框架常常具有较好的操控能力,因为网线和框架的偏转角度较小。偏离球拍中心的击打产生较大角度的偏转,将导致网球离开 网线时的回弹角度大于平滑表面所产生的完美的回弹角度。这种细小的区别可能导致选手在赛场上比赛时发生较大的失误。高的抗扭转性能使得手中的球拍扭动较 小,从而得到更精准的击球点。在隔开网线的这一点对操控性也有影响,注意到这一点也许对操控会有帮助。为了制造扭曲稳定性好的小型的头部需要在球拍框架的 周边增加质量(3点钟和9点钟处)。更密集的网线导致更高效的网线张力,减少角度偏离,同时也减少旋转,这对于一些参赛者来说比较重要。

1.3舒适性

球球员对使用球拍的舒适度都有自己不同的感受,这使将球员的反馈信息转变为实际的设计参数非常困难。迄今为止,球员们的注意力主要集中在减少对球拍 的冲击以及由此产生的摆动幅度上。较刚硬的球拍与以前球员常用的老式拇指球拍相比往往具有较低的抗震性能,因此各式附加用来实验提供额外的抗震性能。较刚 硬的球拍在击打时声音较响,大多数球员不喜欢,因此采用了防震绳。减少冲击的方法包括将击打中心移至球拍中心,并增加球框的质量。与舒适性有关的因素还有 球拍表面的磨光以及球柄的把手部位的材料,制造商对此都已有很标准的工艺和方法。

1.4机械故障

在高水平的比赛中所用的球拍通常在所要求的范围内被设计得尽可能的长,碳纤维的引入,使球拍在性能和强度上发生了巨大的飞跃,球拍的内部强度问题主要与拍 架主体、收口部分及球拍的尖端部分的连接有关,此处受到来自网线的力最大,但大部分的制造商都通过加固此部位而解决了这一问题。市场对质量效些的球拍的需 求迫使厂家尽可能的改善他们的结构设计,就形成了适应不同冲击力条件的复杂而特殊的球拍类型。在强度减得不多的情况下,减轻质量的大多数方法是采用树脂含 量低的预浸渍料坯,用更少量的油漆层以及除掉磨具内提供压力的衬里和膨胀材料。在测试时,由于承受非正常负荷,这些球拍表现出非常脆弱,因为它们并非被设 计用于非正常受力条件。这个过程的关键使用恰当的测试方法来保证球拍的设计能够满足比赛时的受力情况。

1.5为不同的消费群体而设计

没有任何一种适合于所有运动员的完美球拍,因为打球者水平不同,打球风格也不同。应尽可能地开发不同类型的球拍来适应不同的消费者。

球员开始打球时总是使用质量小些、拍面大些的球拍。由于不具有职业选手的技巧与力量,这些球员常将球打偏。大球拍弥补了这一不足,它使这些球手能够更好的 控制球、更快的提高水平,也更快乐。在球打偏时,扭力也更稳定,这就为球员节省了大量体力,并且大球拍意味着大力量。

2.网球拍测试

较为常用的几种测试方法被大多数制造商所认可和采用。

2.1非破坏性实验

在大多数制造工艺中,在不同的阶段都对质量、平衡点和旋转质量进行监控,以便尽可能早的在过程中发现问题。网球拍的质量、平衡点、旋转质量和框架刚度是制造过程的基本指标,通常随机进行测试,或在网球拍完工后去全部进行测试。

测试沿着球拍长度的冲击方向上的弯曲强度有一种特定的实验即三点弯曲实验。在球拍脸部的两边各选定两点来支撑球拍,一边在钟表时针指向5点钟和6点钟的位 置,另一边在10点钟和11点钟的位置(将球拍的脸部视为一个钟的表面),用一个连接框架两边的负载夹在沿着球拍脸部的离散点上,测试所有点的偏离度,并 与其他不同的球拍相比较。球拍抗扭程度的实验为扭矩测试,它类似于三点弯曲实验,但支撑点有所不同,扭矩测试的支撑点在球拍脸部的任一边而非两边,也就是 说在5点钟和11点钟处,这样在框架上产生扭力,通过测试偏差来反映球拍的抗扭程度。顶部变形实验运用一种两点加载法,在球拍顶部的1点钟和11点钟两点处加载负荷,以此表示球拍顶部沿着半径方向的强度。在球拍脸部这是个关键区域,在受到冲击时会承受非常大的负载。另外,该实验还用来测试所用负载的偏离。

2.2破坏性实验

破坏性实验要做到使球拍变形直至破坏,然后测试最终的外力。顶部冲击实验是对顶部区域进行动态测试。实验时将从球拍从高处坠落,逐渐增加高度,直到球拍被破坏。采用球拍破坏的坠落高度来表示球拍顶部的冲击强度。

运动员灰心时会将球拍扔到地上或者球网上的趋向力经常导致在球拍脸部3点钟和9点钟处发生故障,这迫使制造商设计了在这种条件下的实验。将球拍放在一个类 似于钟摆的圆形框架里,围绕球柄旋转,从水平位置坠落,与垂直方向坚固的圆周相碰撞。可以向顶部冲击实验一样在球拍上加载质量,增大质量直至球拍破坏。在 这种情况下,用直至球拍破坏为止的所有质量之和来表示球拍抗击边缘冲击的能力。

球拍还需要具有一定的耐温性能,因此有温度实验来测试其耐温性能。将球拍排成一列,在80℃的环

估计索环强度实验。用一根网线从两个索环孔里穿过,在框架的里面持续拉线的两端直到索环或框架经受不住剪切应力。以测出的导致故障的最大压力来表明索环的强度。

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