一种可拆卸网球拍设计

宋子航

摘 要 文章设计了一种新型可拆卸网球拍，包括球拍主体与球拍网，球拍网与球拍主体的环圈通过卡扣连接；球拍网的边缘处均匀设置有锥体状的橡胶塞，球拍主体的环圈上设有与所述橡胶塞相对应的锥体状凹槽，橡胶塞位于所述凹槽内；球拍网包括线边框，球拍线经纬交叉排列固定在所述线边框上；球拍主体还包括球拍手柄与球拍框，球拍手柄与球拍框采用一体化设计。本实用新型的球拍网与球拍主体通过卡扣连接，球拍网是可拆卸的，在球拍网损坏时只需更换球拍网即可，无需更換球拍，节约了精力和金钱。

关键词 网球拍；可拆卸；一体化

中图分类号 G8 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2019）230-0140-02

网球是世界第二大球类运动[ 1 ]，受到很多人喜爱。现代网球运动在法国出现萌芽，当时受众面还比较狭窄。随后在英国得到了充分的继承和发展，19世纪真正意义上的现代网球诞生了，伯明翰建立了一整套完善的规则制度。现代网球传入美国后，受到大量美国民众的喜爱，发展日臻成熟。现在已经成为了盛行全世界的体育运动[ 2 ]。网球有单打和双打两种比较常见形式，规则简要概括来说就是玩家分列于网球场的两侧，使用网球拍来击打网球落到对方的场地，尽量使对方无法接到网球。目前广受关注的网球比赛是网球四大满贯赛事，吸引来自世界各国优秀的网球运动员参加。

在日常的网球运动中，随着使用次数的逐渐增加，网球拍会受到严重的损害，网球爱好者需要花很多的钱和精力来维护或更换网球拍。其实许多时候只是球网受损，主体部分仍然完好。但是球网的维修很不方便，长时间的维修还会耽误使用。出于成本的考虑，也没必要更换网球拍，因此有必要设计一种方便拆卸的网球拍。

1 网球拍结构与材料的发展

在网球运动中，网球拍扮演着至关重要的角色。人们通过球拍来与网球接触，利用球拍来击打网球，改变网球的运动方向。因此网球运动的发展中又蕴含着网球拍的设计与结构的不断进步。

最早的网球球拍是16世纪时意大利人发明的羊皮纸球拍[ 3 ]，正处于网球运动的初始阶段，网球运动还没有被广泛推广[ 4 ]。羊皮纸在当时的实际生产生活中很常见，而且具有较强的弹性，可用来击打网球，因此人们因地制宜，设计了羊皮纸球拍，既节约了成本，又体验到了运动的乐趣，可以说是一种非常平民化的设计。17世纪，网球运动随着国际间的贸易传入英国，英国人对网球拍的设计进行了改进，设计了现在广泛使用的羊肠线球拍。作为网球拍与网球直接接触的部位，羊肠线的韧性要明显强于较为单薄的羊皮纸，这项巧妙的设计大幅提高了网球拍的使用寿命，也更能够吸引更多的网球爱好者投入这项运动。1874年，真正意义上的木质球拍由英国人沃尔特发明。相比金属材料来说，木材密度低，挥拍比较轻便，直到碳纤维材料发明出现之前，一直被广泛使用。进入20世纪后，人们发明了比木料更轻巧、强度更高的复合碳纤维材料，并将其应用于制造网球拍，球拍网也多用新发明的塑料材料来制造。

进入21世纪以后，随着材料科学的不断发展，更多复合材料、纳米材料也用于制造球拍，网球线也逐步采用各种人工合成材料。当新材料被用于网球拍的制作时，不仅丰富了网球爱好者的体验，也推动着网球运动不断发展。

但是在长期的发展过程中，网球拍的结构仍然比较单一，还是球拍网与球拍主体的简单组合，球拍网固定在球拍上。一般情况下，只有球拍网会损坏，而主体部分依然完好，球拍网的拆卸和维修十分不便，仍存在改进的空间，网球爱好者需要花很多的钱财和精力来维护或更换网球拍。

2 新型网球拍的总体设计

考虑到现有网球拍的不足，作者设计了一种新型可拆卸网球拍，可以对球拍网进行自由拆卸，这样能够方便对球拍网进行更换。其结构图如图1所示。本球拍采用整体设计，主要的结构组件包括球拍主体与球拍网。球拍网与球拍主体的环圈通过卡扣连接，球拍网的边缘处均匀设置有锥体状的橡胶塞，球拍主体的环圈上设有与橡胶塞相对应的锥体状凹槽，橡胶塞位于凹槽内。锥体状的橡胶塞的形状为外大内小，从而实现固定，防止在使用时脱落，而且能够承受一定幅度的挥拍力与振动。

球拍网包括线边框和球拍线两部分，球拍线经纬交叉排列固定在线边框上。要实现较好的击球效果，球拍线的直径应控制在0.1mm～1mm之间。

球拍主体还包括球拍手柄与球拍框，球拍手柄与球拍框一体成型。球拍主体采用塑胶材质。球拍手柄上还附着有可以增加摩擦力的摩擦机构，方便使用时手能够抓牢，即便手上有汗液也不会轻易脱落，也能够防止挥拍时用力过猛，球拍飞出伤人。经过在各种摩擦材料之间对比分析，采用胶纸来制作摩擦机构。既能够节省成本，也能够实现上述功能。相对于普通的球拍，我们还适当加长了球拍手柄的长度，加长后的球拍可以为使用者提供更加方便的击球体验，增大了挥球时施加给网球的力矩，提高了网球飞行时的角速度，能够更好地发挥出自己的球技。

同时，在设计上我们还加大了球拍头部的宽度，这样可以提高球拍的容错性。本球拍的目标人群主要是新手和业余玩家，因此提高接到球的几率显得很有必要，有利于加强他们学习网球的积极性和自信心，即便是没有击打到网球的中心也能够完成击球动作，大大地减小失误率。提高头宽从提高横向距离和纵向距离两方面来着手，让玩家能够更加放心大胆地击球，训练他们的快速反应能力，提高他们的击球力度。

球拍的材料选用高张力碳纤维材质，提高了球拍的硬度和强度，从而延长了球拍本身的使用寿命。高张力碳纤维的硬度系数为8，而普通碳纤维的硬度系数仅为3，通过材料上的改进，减小了球拍上能量的损耗，让网球飞出时可以具有更大的动量。这种材料的密度比较适当，比普通的碳纤维要稍大一点。在权衡网球拍质量的问题上，作者进行了一些深入的思考。由于受众主要为业余玩家，他们不需要特别灵活的操纵感，安全性和稳定性应该是第一位的，需要培养网球的“球感”，在此基础上才能有快速的提升，因此质量设计需要稍重一些。这样可以减轻对手部和肩部的冲击，防止使用者因用力过猛出现扭伤，也降低了球拍甩出发生伤人事故的几率。

还需要考虑的一个因素是球拍框和手柄的质量分配问题。描述该问题的一个方法就是确定所谓“平衡点”的位置，根据平衡点的位置得到了一个描述平衡程度的值，可以称之为平衡值，这个值等于拍柄到平衡點长度与拍柄到球拍中心点的长度之差与规定值（0.35）之比（上述长度单位都为毫米）。重头球拍[ 5 ]相对于轻头球拍来说使用时会感觉力量更充足一些，主要是由于挥动拍时需要更大的动量才能将球击出，从而也能够为网球的飞行提供更大的动量，但不便于操纵。重头球拍的设计常见于早期的木质球拍，随着时间的推移，手柄所占质量比重逐渐增大。我们这里就取目前市面上球拍的一个平均值300。这样能够保证球拍的操纵性，让玩家更加轻松地击球。

3 结论与展望

由于本网球拍的球拍网与球拍主体是通过卡扣连接的，因此球拍网可以通过解开卡扣方便地进行拆卸，在球拍网损坏时只需更换球拍网即可，无需更换球拍，可以节省精力和金钱，提升网球爱好者的娱乐体验。当然这种网球拍的设计仍处于比较初步的阶段，批产可能还有很大的距离，还需要实现产品的通用化设计和深入的成本计算，这是进一步的工作。希望通过网球设备的不断改进，提高网球运动的受欢迎程度，吸引越来越多的网球爱好者投身到网球这项充满挑战与娱乐性的运动中来，也希望我国的网球界能够涌现出越来越多的人才。

参考文献

[1]邹云明.论网球拍的演变及未来发展趋势[J].体育科技文献通报，2013，21（1）：129-132.

[2]李玉磊.科技进步对网球运动发展的影响[J].科技视界，2014（17）：155，178.

[3]夏永桉.网球拍线材质和线径对底线击球效果及持拍前臂冲击载荷的影响[D].北京：北京体育大学，2016.

[4]田苗.网球拍的演变对网球击球效果和正手技术的影响研究[D].北京：北京体育大学，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.