BIBLIOGRAFICKÁ CITACE:

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA, BIBLIOGRAFICKÁ CITACE ABSTRAKT: Bakalářské práce Zařízení na posilování mezilopatkového svalstva se zabývá návrhem konstrukce zařízení na posilování zmíněné skupiny svalů. Její součástí je také pojednání o moţnostech a důleţitosti posilování této části těla. KLÍČOVÁ SLOVA: Posilovací stroj, mezilopatkové svalstvo, posilování ABSTRAKT The bachelor thesis The Machine for Exercising Semispinalis Muscles deals with the construction of the exercising machine for building up the strength of the above mentionet muscles. This thesis also includes information about other posibilities and the importance of strengthening this part of human body. KEY WORDS exercising machine, semispinalis muscles, strengthening BIBLIOGRAFICKÁ CITACE: HLAVÁČEK, P., Zařízení na posilování mezilopatkového svalstva. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 2006. 37 s. Vedoucí bakalářské práce Doc. Ing. Michal Černý, CSc. 5

6

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe tuto bakalářskou práci Zařízení na posilování mezilopatkového svalstva jsem vypracoval a napsal samostatně a čerpal jsem pouze z literatury uvedené v seznamu pouţitých zdrojů. Pavel Hlaváček v Brně dne 27.5.2010 Podpis autora 7

8

PODĚKOVÁNÍ PODĚKOVÁNÍ: Děkuji vedoucímu mé bakalářské práce doc. Ing. Michalovi Černému, Csc. za cenné připomínky a rady, kterými provázel mou činnost na bakalářské práci. A především děkuji za ochotu a čas, který mi během vypracovávání bakalářské práce věnoval. 9

10

OBSAH OBSAH ÚVOD... 12 1 Posilování páteře... 13 1.1 Bolesti zad... 13 1.1.1 Ekonomické zatěţování kloubně svalové jednotky... 14 1.2 Zakřivení páteře... 14 1.3 Vadné drţení těla... 16 1.4 Mezilopatkové svalstvo (Musculi rhomboidei)... 16 1.5 Posilování mezilopatkového svalstva... 18 2 Konstrukce stroje... 19 2.1 Návrh konstrukce... 19 2.2 Popis cviku na posílení mezilopatkového svalstva... 19 2.3 Nastavení posilovacího stroje... 20 2.3.1 Nastavení délky madla... 20 2.3.2 Nastavení úhlu sklonu madla... 22 2.4 Konstrukční uzly... 22 2.4.1 Uchycení madla k rámu stroje - A... 23 2.4.2 Zajištění polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku - B... 24 2.4.3 Dolní uchycení vzpěry k rámu stroje - C... 25 2.4.4 Zajištění polohy výsuvné části vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku - E.. 26 2.4.5 Zajištění výsuvných stabilizačních noh - F... 26 2.4.6 Uchycení pěnových chytů k madlu stroje - G... 27 2.4.7 Uchycení pěnového chrániče na rámu stroje - H... 28 2.4.8 Uchycení nášlapů k madlu posilovacího stroje - I... 28 3 Výpočty... 30 3.1 Výpočet úhlů při nastavení sklonu madla... 30 3.2 Výpočet bezpečnosti na ohyb výsuvné časti madla... 31 3.3 Výpočet hmotnosti výsuvné části madla... 33 3.4 Výpočet bezpečnosti na ohyb spodní části madla... 34 3.5 Výpočet hmotnosti spodní části madla... 35 3.6 Výpočet jistícího kolíku na otlačení a střih... 35 3.7 Výpočet rámu stroje na ohyb... 36 4 Seznam pouţitých zdrojů... 37 5 Seznam pouţitých zkratek, symbolů a veličin... 38 5.1 Seznam pouţitých zkratek... 38 5.2 Seznam pouţitých symbolů a veličin... 38 6 Seznam obrázků... 40 7 Seznam příloh... 41 11

ÚVOD ÚVOD Svaly jsou velmi důleţitou součástí lidského těla. Díky jejich funkci je nám umoţněn pohyb, ale ovlivňují také funkce orgánů jako jsou např. plíce či ţaludek. Z tohoto pohledu jsou svaly děleny na příčné, hladké a příčně pruhované. Jednotlivé druhy se liší svou stavbou. Hladké svalstvo je svalstvo vnitřních orgánů a není ovládáno naší vůlí. Příčně pruhované svalstvo (někdy téţ nazývané jako kosterní svalstvo) zajišťuje pohyb těla jako celku, a proto je ovládáno vůlí. Zvláštním případem je srdce, které má strukturu příčně pruhovaného svalstva, avšak není ovládáno vůlí. Pro dobrou pohyblivost těla je důleţité, aby kosterní svaly byly dostatečně silné. Toho je docíleno jejich posilováním. V této bakalářské práci je popsáno posilování mezilopatkových svalů, které jsou nezbytné pro správné drţení těla. Proto jsou v následujících kapitolách vysvětleny různé druhy a moţnosti posilování těchto svalů. Také je v této práci navrţen stroj určený právě k posilování mezilopatkových svalů. 12

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE 1 POSILOVÁNÍ PÁTEŘE Jak jiţ vyplývá z úvodu této práce, posilování zádového svalstva, tzv. posilování páteře je velmi důleţité, neboť pokud máme tyto svaly ochablé, s nejvyšší pravděpodobností nás budou trápit bolesti zad. V horším případě můţe dojít aţ k porušením páteře ve formě vyhřeznutých plotének, apod. Bolest a vadné drţení těla (viz Obr. 1.1.) jsou základními identifikátory, poukazujícími na to, ţe naše zádové svaly jsou slabé.[1] 1 1.1 Bolesti zad Bolest v hybné soustavě nevzniká nahodile, nýbrţ zákonitě. Je nejčastěji ovlivňována skutečnostmi, které můţe kaţdý pozitivně či negativně ovlivnit. Je také nutné chápat bolest jako výraz ochranné reakce. To znamená, ţe bolest nám naznačuje, ţe mámě něco z našich pohybových návyků změnit. Bolest lze zmírnit, eliminovat či zhoršit, podle toho, jak respektujeme optimalizaci pohybu to znamená pohyb vykonávaný tak, abychom udrţeli zatíţení organismu v mezích, kdy toto zatíţení nepovede k trvalému poškození. Toho se dá dosáhnout šetrným zatěţováním kloubně svalové jednotky. [1] 1.1 Obr. 1.1. - Vadné drţení těla předsun hlavy a bederní lordóza [1] 13

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE 1.1.1 Ekonomické zatěţování kloubně svalové jednotky Ekonomické zatěţování kloubů a svalů má dvě hlavní kritéria: Měli bychom vynakládat tu nejmenší energii nutnou k provedení daného pohybu nebo polohy těla např. i u zcela zdravých osob vyvolává dlouhodobý sed s kulatými zády při jízdě autem bolesti v bederní páteři, protoţe se jedná o nevhodné ohybové zatíţení páteře. Princip správného drţení těla je popsán v následujících kapitolách. Musíme vzít v úvahu, ţe opakované pohyby, které jsou izolovaně v mezích běţného zatíţení, vedou po určité době k únavě, která se významně projevuje v celém hybném systému (např. při práci prstů na klávesnici počítače). Můţeme se na tato kritéria podívat ze strojařského pohledu a potom zde spatřujeme určitou analogii s bezpečnostními kritérii při konstrukci strojů, kdy také nesmíme překročit při zatěţování stroje určitou mez pevnosti materiálů, a zároveň musíme kalkulovat i s mezí únavy. Ekonomický pohyb je tedy pohyb provedený v dané situaci tak, aby byl pro organismus co nejšetrnější. [1] 1.2 Zakřivení páteře Páteř dospělého člověka má typická zakřivení ve směru předozadním (v sagitální rovině) a můţe být lehce zakřivena i v rovině boční (frontální). Účelem zakřivení páteře je tlumení rázů do těla a hlavy způsobených chůzí. Mezi předozadní zakřivení patří lordosa a kyfosa (Obr. 1.2.1.). Lordosa je obloukovité zakřivení vyklenuté (konvexní) dopředu. Nachází se na krční části páteře a na bederní části. Krční lordosa je při narození málo vytvořená, zvýrazňuje a uplatňuje se v době, kdy dítě v poloze vleţe na bříšku zdvihá hlavu činností šíjového svalstva. Bederní lordosa, původně jen naznačená se zvýrazňuje a upevňuje (činností zádového svalstva při udrţování rovnováhy) od doby, kdy se dítě učí stát a chodit. Kyfosa je opak lordosy, oblouk je konvexní dozadu. Hrudní kyfosa je zbytek původního plynulého kyfotického zakřivení celé páteře a kompenzuje lordosy. Vybočení páteře do stran ve frontální rovině se nazývá skoliosa. Vzniká i přechodně, při asymetrickém zatíţení páteře (např. drţíme-li v ruce břemeno nebo při stoji na jedné noze). Téměř kaţdá páteř má klidu mírné vybočení (Obr. 1.2.2.). [2] 14

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE Obr. 1.2.1. zakřivení páteře ve frontální rovině [2] Obr. 1.2.2. zakřivení páteře v sagitální rovině [2] 15

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE 1.3 Vadné drţení těla Představíme-li si krční páteř jako část menšího ozubeného kola, hrudní páteř jako část většího ozubeného kola a bederní úsek páteře jako část menšího ozubeného kola při pohledu ze strany, pak názorným příkladem vadného a správného drţení těla je Obr. 1.2. Otočíme-li spodním (bederním) kolem tak, ţe se pánev sklopí dopředu, pak se tímto pohybem zvětší lordické zakřivení bederní páteře a ovlivní se i hrudní páteř, neboť ozubená kola do sebe zapadají. Je tedy jasné, ţe pokud dojde k natočení ozubeného kola představujícího hrudní páteř, dojde i k natočení krční páteře. A naopak, pokud otočíme spodním ozubeným kolem dozadu tedy sklopíme pánev dozadu, vytvoříme kulatá záda, neboť vytváříme kyfózu bederní páteře. Pak nemůţeme krční páteř vzpřímit, nanejvýš se nám podaří zvětšit krční lordózu a dostat hlavu, sedící na horním konci krční páteře, do záklonu. [1] Obr. 1.2. Model ozubených kol představující 3 úseky páteře [1] Je tedy jasné, ţe pokud máme například ochablé pouze svalstvo bederní páteře, negativně to ovlivňuje celou páteř. A naopak to platí samozřejmě také. Pokud posilujeme jen bederní páteř, není nám to nic platné, protoţe ostatní části páteře budou ochablé a budou nám působit dále problémy. Kdyţ tedy chceme zlepšit své drţení těla pomocí posilování zádových svalů, musíme cvičit všechny svaly stejnoměrně, jinak se poţadovaný efekt nedostaví. Pokud jedno ozubené kolo v soukolí nepracuje tak jak má, je ovlivněna funkce celého systému. [1] 1.4 Mezilopatkové svalstvo (Musculi rhomboidei) Jak jiţ bylo zmíněno v předchozích odstavcích, při posilování svalstva páteře je nutné posilovat všechny její části. Jedny z nejvíce zanedbávaných svalů jsou svaly mezilopatkové. Jejich funkcí je přitahování lopatek směrem k páteři a vzhůru. Jejich funkce je nejlépe znatelná, kdyţ takzvaně nasadíme ramena a vypneme prsa. Lopatky se přitáhnou k páteři, která se tímto pohybem srovná do optimální zdravé polohy. Ochablost těchto svalů způsobuje efekt kulatých zad, coţ je v dnešní době velmi rozšířený defekt páteře. Většinou se však nejedná o trvalou deformaci páteře, která 16

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE by jiţ nebyla obnovitelná. Proti kulatým zádům můţeme bojovat právě posilováním mezilopatkového svalstva (viz Obr. 1.5.). [1] Obr. 1.5. Zádové svaly 2 musculus splenius capitis, 3 m. levator scapulae, 4 m. rhomboideus minor, 7 m. rhomboideus major, 12 m. serratus posterior interior, 22 m. trapezius, 23 m. deltoideus, 26 m. triceps brachii, 27 m. latissimus dorsi[2] 17

POSILOVÁNÍ PÁTEŘE 1.5 Posilování mezilopatkového svalstva Neexistuje mnoho cviků, jak mezilopatkové svaly posilovat. Asi nejjednodušší cvik, který můţeme provozovat kdykoliv a kdekoliv je tzv. vypnutí prsou. Například během práce u počítače, stačí si myslet na to, ţe mám sedět vzpřímeně, přitáhnout lopatky k páteři a vydrţet v této poloze. Většinou se však po pár minutách vrátíme do pohodlnější polohy s uvolněným zádovým svalstvem. Výbornou pomůckou pro to, abychom udrţeli při sedu záda ve vzpřímené poloze jsou gymnastické míče. Pokud vyměníme pohodlné kancelářské křeslo za gymnastický míč, musíme při sebemenším pohybu vyvaţovat balanc, čímţ se výborně cvičí všechny zádové svaly, včetně svalů mezilopatkových. Ovšem je pochopitelné, ţe ne všichni si mohou dovolit ve své kanceláři hopsat na gymnastickém míči. Mezi aktivnější způsoby posilování lze povaţovat rozličné posilovací stroje a nástroje, případně sporty. Mezi sporty, při který se nejvíce posilují mezilopatkové svaly lze povaţovat veslování. Během opakovaného přitahování vesla k sobě se do práce v nemalé míře zapojují i mezilopatkové svaly. Veslování, jako sport, je sice dosti limitované přírodními podmínkami, avšak téměř v kaţdé posilovně jsou stroje, na kterých se dá veslování simulovat a trénovat. Poměrně draţší variantou jsou veslařské trenaţéry. Bohuţel se ale dá veslovat i špatně, to znamená tak, ţe neposilujeme správné svaly a důsledkem můţe být i způsobení zdravotních problémů. Tento problém se vyskytuje téměř u všech cviku a posilovacích zařízení. Nesprávně prováděným cvikem si opravdu můţeme víc uškodit neţ pomoci, v lepším případě neposílíme ty svaly, které má cvik posílit. Proto je cílem této práce konstrukční řešení jednoúčelového posilovacího stroje mezilopatkového svalstva, jehoţ pouţívání je tak jednoduché, ţe si při jeho uţívání nemůţe nikdo uškodit, naopak vyvěšením (Obr. 1.6) se navíc uvolňuje svalstvo v okolí páteře. Obr. 1.6 Cvičenec na posilovacím stroji poloha dole Obr. 1.7 Cvičenec na posilovacím stroji poloha nahoře 18

KONSTRUKCE STROJE 2 KONSTRUKCE STROJE Tato kapitola se zabývá samotnou konstrukcí posilovacího stroje, tedy návrhem konstrukce a řešením konstrukčních uzlů. 2.1 Návrh konstrukce Funkce navrhovaného stroje je tedy podle předchozích kapitol zaměřena především na posilování mezilopatkového svalstva (samozřejmě při cvičení se budou posilovat i další svaly a to hlavně deltoideus, biceps brachii a trapezius, mezilopatkové svaly však budou posilovány nejvíce). Bylo tedy nutné vymyslet, jaký cvik a jakým způsobem se bude na posilovacím stroji provádět. Mým konstrukčním cílem bylo, aby navrţený stroj byl pokud moţno co nejmenší, nejlehčí a dobře skladný, aby nepřekáţel v době, kdy se na něm nebude cvičit. Z těchto kritérii tedy jasně vyplynulo, ţe stroj nebude vyuţívat ţádná závaţí, coţ podpoří minimalizaci hmotnosti stroje. Při poţadovaném cviku se tedy musí vyuţívat vlastní hmotnosti cvičícího. To jsou základní kritéria, podle kterých byla konstrukce posilovacího stroje navrţena (Obr. 2.1) 2.1 Obr. 2.1. Posilovací stroj mezilopatkového svalstva 2.2 Popis cviku na posílení mezilopatkového svalstva Cvik, který se na tomto stroji můţe provádět, je ze své podstaty velmi jednoduchý. Cvičenec zaujme základní polohu (Obr. 1.6), kdy uchopí oběma rukama madla stroje (Obr. 2.2 místo A). Ruce zůstanou propnuté. Poté stoupne nohama na nášlapy (Obr. 2.2. místo B). Nohy téţ zůstanou propnuté. Zbytek těla zůstane uvolněný (páteř a ramena), čímţ cvičící visí na stroji, prověšený do oblouku (Obr. 2.3). Poté následuje samotný cvik: Cvičenec, který je stále zavěšený na stroji, se nyní přitáhne rukama k madlu stroje tak, aby se pěsti jeho rukou dotýkaly jeho prsou (Obr. 1.7). Při přitahování vytáčí 2.12 19

KONSTRUKCE STROJE lokty směrem od těla. Přitom se zároveň napřimuje tak, aby ve výsledné poloze bylo tělo cvičícího napřímené, rovnoběţně s osou madla (Obr. 2.4) Poté se cvičenec uvolní opět do základní polohy, kdy ruce i nohy jsou napnuté a zbytek těla, hlavně záda a pletenec horních končetin jsou uvolněné. Obr. 2.2. Chyty a nášlapy na stroji 2.3 Nastavení posilovacího stroje Aby cvičení na tomto stroji mělo správný efekt, je nutné stroj správně nastavit. Stroj je nastavitelný ve dvou rozměrech: Délka, resp. výška madla a úhel sklonu madla vůči podloţce. 2.3.1 Nastavení délky madla Tomuto nastavení je třeba věnovat zvýšenou pozornost, neboť se tím ovlivňuje, které svaly se při cvičení na posilovacím stroji budou ve skutečnosti namáhat. Kritériem, podle kterého se délka madla nastavuje je výška cvičence. Pokud chceme posilovat mezilopatkové svaly s maximálním efektem, pak musíme délku madla nastavit tak, abychom se při přítahu během cvičení dotýkali pěstmi svých prsou. Zároveň musí platit předpoklad, ţe se drţíme uprostřed pěnových chytů na madle. Pokud bude délka madla krátká, pak při správném uchopení chytů na madle se při přítahu budeme pěstmi dotýkat spodní části hrudního koše, nebo břicha. Zároveň bude cvik namáhavější a více namáhanými svaly budou svaly deltové a trojhlavé paţní (Obr. 1.5. - č. 23 - deltoid a č. 26 triceps brachii) V případě, ţe bude délka madla příliš velká, opět nebude docházet k maximálnímu záběru mezilopatkových svalů, ale více namáhanými budou svaly deltové a prsní (deltoid a pectoralis major Obr. 2.5) 20

KONSTRUKCE STROJE Obr. 2.5. svaly na přední straně lidského těla [4] Nastavení délky madla je celkem jednoduchá záleţitost. Madlo samotné se skládá ze dvou částí, které se do sebe zasouvají. Vzájemná poloha je zajišťována pomocí kolíků, které jsou zastrčené v polohovacích dírách vyvrtaných na bocích madla. Při změně nastavení délky madla je tedy nutné vytáhnout zajišťovací kolíky z děr, nastavit madlo do poţadované délky a poté opět zajistit zastrčením zajišťovacích kolíku do děr (Obr. 2.6). Před nastavováním délky madla doporučuji sklopit celé madlo do vodorovné polohy (viz kapitola 2.3.2. Nastavení úhlu sklonu madla), neboť výsuvná část madla je poměrně těţká a po vytaţení zajišťovacích kolíků by nám mohla tato horní část madla samovolně zajet do spodní části a případně nám způsobit nějaké zranění. Pokud budeme nastavovat délku madla při vodorovné poloze madla, pak ţádny samovolný pohyb nehrozí a tím pádem i riziko zranění je nulové. 21

KONSTRUKCE STROJE 2.3.2 Nastavení úhlu sklonu madla Nastavením úhlu madla se koriguje náročnost samotného cviku. Čím je úhel mezi madle a podloţkou menší, tím je cvik náročnější. A naopak, čím větší úhel, tím lehčí je cvičení. Nastavení úhlu je samozřejmě omezené do určitých mezí. Nejmenší úhel, na který můţeme madlo nastavit je přibliţně 32, maximální úhel který jde nastavit je přibliţně 53. Cvičící, který je začátečníkem, by určitě neměl začínat cvičit na stroji nastaveném na minimální úhel sklonu tedy na maximální náročnosti cviku. Naopak doporučuji začít na maximálním úhlu, který zajišťuje nejmenší náročnost cviku a aţ se nám podaří v této poloze zopakovat cvik 20x bez oddechu, můţeme si zkusit nastavit stroj na vyšší náročnost tedy zmenšit úhel sklonu madla. Samotné nastavování úhlu se provádí podobně jako nastavení délky madla. Vzpěra, která zajišťuje polohu madla je také sestavena ze dvou částí, které se do sebe zasouvají. Stejný je i systém zajištění vzájemné polohy obou částí vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku. Pokud tedy chceme změnit úhel sklonu madla, stačí vytáhnout zajišťovací kolík z díry na vzpěře, nastavit madlo do poţadované polohy a opět zajistit kolíkem. Zde však je nutné dbát zvýšené opatrnosti při nastavování úhlu sklonu, neboť celé madlo váţí přibliţně 19 kg a při vytaţení zajišťovacího kolíku na vzpěře se bude vlivem gravitace samo sklápět k zemi do vodorovné polohy. Je proto nutné před vytaţením kolíku madlo dobře drţet, aby se nám po vytaţení kolíku samovolně nesklopilo a nezpůsobilo nám opět nějaké zranění. 2.4 Konstrukční uzly Na navrhovaném stroji je několik konstrukčních uzlů, které budou v této kapitole podrobněji rozebrány. Konkrétně se jedná o uchycení madla k rámu stroje (Obr. 2.7. A), zajišťování polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku (Obr. 2.7.-B), dolní uchycení vzpěry k rámu stroje (Obr. 2.7. C), horní uchycení vzpěry k madlu (Obr. 2.7. D), zajištění polohy výsuvné části vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku (Obr. 2.7. E), zajištění výsuvných stabilizačních noh (Obr. 2.7. F), uchycení pěnových chytů k madlu (Obr. 2.7. G), uchycení pěnového chrániče na rámu stroje (Obr. 2.7. H) a uchycení nášlapů k madlu posilovacího stroje (Obr. 2.7. I) 22

KONSTRUKCE STROJE Obr. 2.7. Konstrukční uzly posilovacího stroje 2.4.1 Uchycení madla k rámu stroje - A Uchycení madla k rámu stroje je provedeno celkem jednoduchým způsobem (Obr. 2.8.). Na dolním konci trubek tvořících spodní díl madla jsou na bocích vyvrtány díry o průměru 10mm. Na rámu stroje, jsou navařeny úchyty, vyrobené z plechu o tloušťce 5mm, ve kterých jsou rovněţ vyvrtány díry o průměru 10mm. Plechové úchyty jsou celkem 4 a jsou navařeny tak, aby kaţdá tyč spodního dílce madla měla na kaţdé straně v těsné blízkosti 1 úchyt, zároveň však aby se po kompletaci mohla ve své pozici volně otáčet kolem spojujícího prvku. Jako spojující prvek madla a rámu (respektive plechových úchytů) je pouţitý šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem M10 x 80 ISO 4762 12.9. Šroub je zajištěn pomocí podloţky 10,5 ČSN 02 1703.11 a šestihranné matice M10 x 1 ISO 4034 05. Pro sníţení tření v tomto spoji je pouţito plastické mazivo. 2.4.1 23

KONSTRUKCE STROJE Obr. 2.8. Uchycení madla k rámu stroje 2.4.2 Zajištění polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku - B Tento konstrukční uzel je velmi důleţitý, neboť se jedná vlastně o rozebíratelné spojení, se kterým bude cvičenec manipulovat relativně často. Hlavně pokud se na posilovacím stroji bude střídat více cvičenců s rozdílnou výškou (viz kapitola 2.3.1 Nastavení délky madla). Obr. 2.9. Zajištění polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku V tomto místě se zasouvá tyč horní části madla o průměru 28mm do tyčí spodní časti madla, jejichţ vnitřní průměr je 28,6mm, čímţ je zajištěna vůle pro volné zasouvání tyčí. Na tyčích spodní části madla je v horní části (30 mm od horního konce) na bocích vyvrtána díra o průměru 6 mm. Také v horní časti madla jsou vyvrtány díry 24

KONSTRUKCE STROJE stejného průměru, které se při zasouvání do spodního dílce kryjí s dírami na bocích spodního dílce. Tohoto se vyuţívá pro zajištění vzájemné polohy pomocí zajišťovacího kolíku, který prostrčíme dírou ve spodním dílci a zároveň i v horním dílci tak, aby volný konec kolíku vyčníval na druhé straně spodního dílce. Samotný zajišťovací kolík je sloţen ze dvou částí. Základem je ocelový kolík o průměru 6 mm a délce 56mm, který je jedním koncem zašroubován do plastového úchytu. Tento plastový úchyt je tvarován tak, ţe po stranách vybíhají plastové packy, jejichţ funkcí je, aby po zastrčení kolíku do díry objímaly trubku dolního dílce madla, a tím zajišťovaly kolík proti samovolnému vypadnutí. Na vrcholu plastového dílce je ještě kulovitý úchyt, který slouţí k manipulaci s kolíkem pro jeho snadné uchopení při vytahování a zasouvání do díry (viz Obr. 2.9.). 2.4.3 Dolní uchycení vzpěry k rámu stroje - C 2.4.3 Obr. 2.10. Uchycení vzpěry k rámu stroje Tento konstrukční uzel je realizován prakticky stejným způsobem jako konstrukční uzel A (kapitola 2.4.1. Uchycení madla k rámu stroje). Na rám stroje jsou opět navařeny dva úchyty vyrobené z plechu tloušťky 5mm (viz Obr. 2.10.). Jejich vzájemná vzdálenost je 35mm, coţ je vzdálenost shodná s vnějším průměrem spodního dílce vzpěry a zajišťuje moţnost volného otáčení kolem spojujícího prvku, bez vzniku tření mezi úchyty a trubkou vzpěry. V plechových úchytech jsou opět vyvrtány díry o průměru 10mm, a stejně tak je provrtána i trubka dolního dílce vzpěry. Jako spojující prvek je opět pouţitý šroub s válcovou hlavou a vnitřním šestihranem M10 x 80 ISO 4762 12.9, který je prostrčený skrz díry úchytů i trubky. Šroub je zajištěn pomocí podloţky 10,5 ČSN 02 1703.11 a šestihranné matice M10 x 1 ISO 4034 05. Pro sníţení tření mezi šroubem a dílcem vzpěry v tomto spoji je pouţito plastické mazivo. 25

KONSTRUKCE STROJE 2.4.4 Zajištění polohy výsuvné části vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku - E Obr. 2.11. Zajištění polohy výsuvné části vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku Tento konstrukční uzel je velmi podobný jako uzel popisovaný v kapitole 2.4.2. (Zajištění polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku). Vzpěra je také tvořena dvěma částmi, které se do sebe volně zasouvají (viz Obr. 2.11). Horní dílec je vyroben z plné tyče o průměru 28mm, ve které je vyvrtáno 10 nastavovacích děr o průměru 6mm. Dolní dílec se tvořen trubkou o vnějším průměru 35mm a tloušťce stěny 3,2mm. Vnitřní průměr trubky je tedy 28,6mm, coţ nám zaručuje volné zasouvání horního dílce. 25mm od horního okraje spodního dílce vzpěry je provrtána díra o průměru 6mm. Vzájemná poloha obou dílců vzpěry se opět zajišťuje pomocí zajišťovacího kolíku, který je stejný jako kolík pouţitý pro zajištění polohy výsuvné části madla. 2.4.5 Zajištění výsuvných stabilizačních noh - F Jelikoţ posilovací stroj má relativně vysoké těţiště, je nutné zajistit řádnou stabilitu, aby se stroj během cvičení nepřevrhl na stranu. O to se starají dvě výsuvné nohy, ukryté v zadním příčníku rámu stroje. Po jejich vytaţení má základna stroje šířku 1200mm, coţ je uţ dostatečná hodnota, která jistí stroj proti jiţ zmiňovanému převrţení na bok. Zadní příčník rámu je vyroben z profilu TR 4HR 50x5 500 - ČSN 42 5720.00 11 523.0. Výsuvné nohy jsou vyrobeny z profilu TR 4HR 40x5 300 - ČSN 42 5720.00 11 523.0. Tyto rozměry zajišťují, ţe výsuvná noha se můţe v příčníku volně posouvat. Je však nutné, aby se dala poloha nohy vůči příčníku zajisti, neboť při cvičení na stroji by nebylo dobré, kdyby se například vysunutá noha samovolně zasunula a tím sníţila stabilitu celého stroje. O zajištění polohy se stará jednoduchý systém vytvořený z matice ISO 4034 M12 a křídlového šroubu ČSN 4488 M12x18. V zadním příčníku rámu stroje jsou vyvrtány na obou koncích díry o průměru 13mm. V tomto místě je přivařena matice ISO 4034 M12 tak, aby závit matice byl souosý 26

KONSTRUKCE STROJE s vyvrtanou dírou. Do matice se zašroubuje křídlový šroub ČSN 4488 M12x18, který při dotaţení způsobí zajištění polohy výsuvné nohy (viz. Obr. 2.12.). Jeho povolením se uvolní i poloha nohy a je moţné změnit její pozici. Obr. 2.12 Zajištění výsuvných stabilizačních noh 2.4.6 Uchycení pěnových chytů k madlu stroje - G 2.4.6 Obr. 2.13. Uchycení pěnových chytů na madlu stroje Aby se zvýšil komfort cvičence během posilování na tomto posilovacím stroji, tak jsou v místech, kde se cvičenec drţí rukama na madle umístěny pěnové chyty (Obr. 2.13.). Tyto chyty jsou vyrobeny z polyuretanové tvrzené hmoty, která zajišťuje pohodlné drţení, bez vzniku otlačenin nebo mozolů na dlaních. Povrch chytů je téţ 27

KONSTRUKCE STROJE protiskluzový, čímţ zajišťuje i vyšší bezpečnost v okamţiku, kdy má cvičenec například zpocené dlaně. Chyty jsou na madlo připevněny navulkanizováním. 2.4.7 Uchycení pěnového chrániče na rámu stroje - H Obr. 2.14. Uchycení pěnového chrániče na rámu stroje Kvůli zvýšení bezpečnosti posilovacího stroje je na rámu stroje umístěn pěnový chránič (Obr. 2.14.). Jeho funkcí je tlumit náraz v případě, ţe by se cvičenec z nějakého důvodu pustil rukama během cvičení. Pokud by k takovémuto případu došlo, tak by byla nejvíce ohroţena bederní část páteře a pánev cvičence, neboť tyto části těla cvičence by přišly do kontaktu s podloţkou jako první. Proto je právě do míst předpokládaného dopadu cvičence instalován tento ochranný prvek. Z konstrukčního hlediska se jedná o velmi jednoduchou záleţitost. Na boky čtvercového profilu, který tvoří páteř stroje jsou navařeny vzpěry vyrobené z plechu. Tyto plechové dílce spolu s ráme stroje vytvářejí plochu na kterou je nalepen samotný pěnový chránič vyrobený z polyuretanové hmoty. Jako lepidlo je pouţito lepidlo na bázi chemoprenu. 2.4.8 Uchycení nášlapů k madlu posilovacího stroje - I Poslední konstrukční uzel, kterým se budeme zabývat v tomto odstavci je uchycení nášlapů k madlu posilovacího stroje. Samotný nášlap je vytvořený z plechu P ŢEBROVANÝ 5-100x213 ČSN 42 5390, který je jedním koncem z části navinutý na trubku, která je přivařena k madlu stroje. Protoţe je nutné, aby nášlap měl protiskluzové vlastnosti (aby se zabránilo sklouznutí nohy cvičence z nášlapu, následnému pádu a moţnému zranění), byl jako materiál nášlapu zvolen právě plech ČSN, který svým vroubkovaným povrchem protiskluzové kritérium dostatečně splňuje. Spojení mezi plechovým nášlapem a trubkou je realizováno pomocí klasického koutového svaru (viz Obr. 2.15.). Trubka, na kterou je nášlap přivařen je 28

KONSTRUKCE STROJE vyrobena z polotovaru TR 35x3,2 ČSN 42 5715 11 523. Tento materiál byl zvolen z toho důvodu, ţe spodní dílec madla je vyroben ze stejného polotovaru. Obr. 2.15. Uchycení nášlapu k madlu posilovacího stroje 29

VÝPOČTY 3 VÝPOČTY V této kapitole jsou provedeny nezbytně nutné výpočty, aby byla zajištěna dostatečná bezpečnost stroje při jeho uţívání (tj. aby stroj vydrţel dané zatíţení) a je zde také určena hmotnost některých dílů stroje. Při všech dílčích výpočtech v této kapitole bylo postupováno dle: LEINVEBER, J., VÁVRA, P., Strojnické tabulky. 3.1 Výpočet úhlů při nastavení sklonu madla Tímto výpočtem si vypočteme úhly v naznačeném trojúhelníku (Obr. 3.1.), který schématicky zobrazuje nastavitelnou část posilovacího stroje ( a je vzpěra, c je vzdálenost od osy rotace madla po uchycení vzpěry k madlu a b je vzdálenost na rámu od osy rotace madla po uchycení vzpěry k rámu) Daný výpočet je prováděn pro minimální úhel a, čímţ si připravíme hodnoty úhlů pro následující pevnostní výpočty. Obr. 3.1. Úhly pro nastavení stroje a 900mm b 600mm c 1350mm acos b 2 c 2 a 2 ( 2 b c) 32.089deg asin b a sin( ) 20.742deg acos b 2 a 2 c 2 ( 2 a b) 127.169deg 30

VÝPOČTY 3.2 Výpočet bezpečnosti na ohyb výsuvné časti madla Výsuvná část madla je potřeba zkontrolovat, zda vydrţí zadanou zátěţ. Všechny pevnostní výpočty jsou postaveny tak, ţe jako zatíţení je brána síla 1300N s působištěm na konci výsuvné části madla při jeho maximálním vysunutí a při minimálním úhlu sklonu madla (Obr. 3.3.). Tato síla má simulovat cvičence o hmotnosti 120kg plus hmotnost madla, coţ je nejvyšší moţná hmotnost cvičence, pro kterou je stroj navrţen. 3.2 Tyč kruhová válcovaná zatepla, normální a zvýšené přesnosti Materiál: ocel 11 523.0 Mez pevnosti: Rm 1 520MPa Mez kluzu: Re 1 333MPa Průměr tyče: d 1 28mm Délka ramene: l 1 1m Síla působící na rameni: F 1300N Průměr zajišťovacího kolíku: d k 6mm Úhel mezi ramenem a silou: 32.089deg Průřezový modul v ohybu: W o.1 d 1 3 32 d 1 d k 6 2 2 W o.1 2.113 10 3 L Ohybový moment: M o.1 F l 1 cos ( ) M o.1 1.101 10 3 N m Ohybové napětí: o.1 M o.1 2W o.1 o.1 260.606MPa Bezpečnost v ohybu: k k.1 Re 1 o.1 k k.1 1.278 31

VÝPOČTY Poznámka: Pro výpočet průřezového modulu v ohybu W o1 byl pouţit zjednodušený vzorec, který nahrazuje sloţitý výpočet, který by byl nutný, pro uvaţování přesné geometrie příčného průřezu v kritickém místě (viz Obr. 3.2.) Obr. 3.2. - geometrie průřezu v kritickém místě Pro zjednodušení je tedy průřezový modul v ohybu Wo1 pro tento průřez vypočten jako průřezový modul plného kruhu, od kterého je odečítán průřezový modul obdélníku, který nahrazuje vyvrtanou díru (viz. Obr. 3.3.) Vyvrtaná díra v prutu působí také jako koncentrátor napětí, avšak hodnota koncentrace je uţ podle poměru poloměrů tyče a díry (14:3) taková, ţe při výpočtu můţeme uvaţovat ţe zde ke koncentraci napětí nedochází. Obr. 3.3. - zjednodušená geometrie průřezu 32

VÝPOČTY Obr. 3.4. znázornění silového působení ve stroji 3.3 Výpočet hmotnosti výsuvné části madla 3.3 Délka výsuvné části madla: l 1c 1.3m Rádius zaoblení madla: r 1 75mm Hustota oceli: 1 7800 kg m 3 Plocha průřezu: s 1c 2 d 1 Hmotnost výsuvné části madla: m 1 2 l 1c d 1 4 2 s 1c 22 s 1c 615.752mm 2 2 d k d 4 1 1 m 1 12.563kg Celková hmotnost výsuvné části madla je tedy 12,563 kg, coţ je sice poměrně vysoká hodnota, ale kdyţ uváţíme ţe se jedná o plnou tyč, tak je to hodnota odpovídající. 33

VÝPOČTY 3.4 Výpočet bezpečnosti na ohyb spodní části madla Tato část stroje je samozřejmě také namáhána ohybovým napětím vyvolaným působící zátěţnou silou, avšak toto napětí uţ nemá tak vysoké hodnoty jako u výsuvného dílce madla, proto můţe být ke konstrukci spodní části madla pouţitý levnější materiál s menší mezí kluzu. Trubka ocelová bezešvá, tvářená za tepla materiál: 11 523 Rm 2 520MPa Re 2 333MPa Vnější průměr trubky: D 2 35mm Tloušťka stěny trubky: t 2 3.2mm Vnitřní průměr trubky: d 2 D 2 2 t 2 d 2 28.6mm Délka spodní části madla: l 2 1.35m Síla působící ohyb: F 2 M o.1 l 1 l 1 l 2 l 2 F 2 1.77kN Úhel mezi ramenem a silou: 20.742deg Průřezový modul v ohybu: W o.2 32 D 2 4 d 2 4 D 2 2 t 2 d k 6 2 2 W o.2 2.323 10 3 L Ohybový moment: M o.2 M o.1 M o.2 1.101 10 3 J Ohybové napětí: o.2 M o.2 2W o.2 o.2 237.068MPa Bezpečnost v ohybu: k k.2 Re 2 o.2 k k.2 1.405 Výsledná hodnota bezpečnosti v ohybu je pro spodní dílec madla 1.405, coţ je hodnota dostatečná. 34

VÝPOČTY 3.5 Výpočet hmotnosti spodní části madla 3.5 Délka spodní části madla: l 2 1.35m Hustota oceli: 2 1 2 7.8 10 3 kg m 3 2 2 Plocha průřezu: s 2 D 4 2 d 2 s 2 319.688mm 2 Hmotnost spodní části madla: m 2 2 l 2 s 2 d k 2 4 2t 2 2 m 2 6.731kg Hmotnost spodní části madla je celkem 6,731 kg, coţ je přibliţně poloviční hodnota proti výsuvné části. 3.6 Výpočet jistícího kolíku na otlačení a střih 3.6 Průměr kolíku: d k 6 mm 2 d k Plocha pro výpočet namáhání na střih: s t s 4 t 28.274mm 2 Plocha pro výpočet namáhání na otlak: s p d k t 3 s p 60.319mm 2 Tangenciální síla působící na kolík: F t F 3.vz F t 4.997 10 3 N Namáhání na otlačení: Namáhání na smyk: p F t p 82.844MPa s p F t s 176.735MPa t Namáhání jistícího kolíku na střih i na otlačení je v bezpečných mezích, neboť materiálové charakteristiky několikanásobně převyšují vypočtené hodnoty namáhání. 35

VÝPOČTY 3.7 Výpočet rámu stroje na ohyb Na rám stroje působí také ohybová moment, neboť se na něj přenáší moment vyvolaný zatíţením madla. Proto je nutné, také v této části stroje provést kontrolní pevnostní výpočet. Trubka ocelová bezešvá čtvercová tvářená za tepla Materiál: 11 523 Rm r 520MPa Re r 333MPa Vnější rozměr stěny: a r 50mm Tloušťka stěny: t r 3mm Vnitřní rozměr stěny: b r a r 2 t r b r 44 mm 4 4 a r b r Průřezový modul v ohybu: W o.r 6a r W o.r 8.34 10 3 L M o.1 Ohybová síla: F r l 2 cos ( ) F r 888.889N Ohybový moment: M o.r F r b M o.r 533.333J Ohybové napětí: o.r M o.r W o.r o.r 63.951MPa Bezpečnost vůči ohybu: k k.r Re r o.r k k.r 5.207 Z vypočtených hodnot je patrné, ţe k ţádným plastickým deformacím v oblasti rámu nedojde, neboť ve výpočtu vyšla bezpečnost s koeficientem 5. 36

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 4 SEZNAM POUŢITÝCH ZDROJŮ 4 [1] RAŠEV, E., Škola zad, Direkta Praha 8, 1992, ISBN 80 900272-6-1. [2] ČIHÁK, R., Anatomie 1, GRADA Publishing 2001, ISBN 80 7169-970-5. [3] LEINVEBER, J., VÁVRA, P., Strojnické tabulky, Albra pedagogické nakladatelství, Úvaly, 2008, ISBN 978-80-7361-051-7. [4] http://anatomie-lidskeho-tela.kvalitne.cz/files/svaly-kosti/svaly-1.png 37

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 5 SEZNAM POUŢITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 5.1 Seznam pouţitých zkratek např. - například m. - musculus resp. - respektive tj. - to je tzn. - to znamená 5.2 Seznam pouţitých symbolů a veličin a [mm] délka strany trojúhelníka a r [mm] vnější rozměr stěny profilu rámu b [mm] délka strany trojúhelníka b r [mm] vnitřní vzdálenost stěn profilu rámu c [mm] délka strany trojúhelníka [ ] úhle trojúhelníka [ ] úhle trojúhelníka [ ] úhle trojúhelníka [ ] úhel mezi ramenem a silou pro výpočet ohybového momentu o1 [MPa] ohybové napětí na výsuvné části madla o2 [MPa] ohybové napětí na spodní části madla or [MPa] ohybové napětí na profilu rámu 1 [kg.m -3 ] hustota oceli [kg.m -3 ] hustota oceli [MPa] namáhání jistícího kolíku na smyk d 1 [mm] průměr tyče výsuvné části madla d 2 [mm] vnitřní průměr trubky spodní části madla D 2 [mm] vnější průměr trubky spodní části madla d k [mm] průměr díry pro jistící kolík F [N] zátěţná síla simulující zatíţení stroje cvičencem F 2 [N] síla vyvolávající ohyb ve spodní části madla F r [N] síla vyvolávající ohyb v rámu F t [N] tangenciální síla působící na jistící kolík k k1 [ - ] bezpečnost v ohybu výsuvné části madla k k2 [ - ] bezpečnost v ohybu spodní části madla k kr [ - ] bezpečnost v ohybu profilu rámu stroje l 1 [mm] délka ramene na výsuvné části madla l 1c [mm] celková délka výsuvné části madla l 2 [mm] délka spodní části madla m 1 [kg] hmotnost výsuvné části madla m 2 [kg] hmotnost spodní části madla 38

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN M o1 [N.m] ohybové napětí v kritickém průřezu výsuvné části madla M o2 [N.m] ohybové napětí v kritickém průřezu spodní části madla M or [N.m] ohybové napětí v kritickém průřezu profilu rámu p [MPa] namáhání jistícího kolíku na otlačení r1 [mm] rádius zaoblení výsuvné části madla Rm 1 [MPa] mez pevnosti materiálu výsuvné části madla Rm 2 [MPa] mez pevnosti materiálu spodní části madla Rm r [MPa] mez pevnosti materiálu rámu Re 1 [MPa] mez kluzu materiálu výsuvné části madla Re 2 [MPa] mez kluzu materiálu spodní části madla Re r [MPa] mez kluzu materiálu rámu s 1c [mm 2 ] plocha průřezu výsuvné části madla s 2 [mm 2 ] plocha průřezu spodní části madla s p [mm 2 ] plocha pro výpočet namáhání jistícího kolíku na otlak s t [mm 2 ] plocha pro výpočet namáhání jistícího kolíku na střih t 2 [mm] tloušťka stěny trubky spodní části madla t r [mm] tolušťka stěny profilu rámu W o1 [mm 3 ] průřezový modul v ohybu výsuvné části madla W o2 [mm 3 ] průřezový modul v ohybu spodní části madla W or [mm] průřezový modul v ohybu profilu rámu 39

SEZNAM OBRÁZKŮ 6 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1.1. - Vadné drţení těla předsun hlavy a bederní lordóza [1]... 13 Obr. 1.2.1. zakřivení páteře ve frontální rovině [2]... 15 Obr. 1.2.2. zakřivení páteře v sagitální rovině [2]... 15 Obr. 1.2. Model ozubených kol představující 3 úseky páteře [1]... 16 Obr. 1.5. Zádové svaly 2 musculus splenius capitis, 3 m. levator scapulae, 4 m. rhomboideus minor, 7 m. rhomboideus major, 12 m. serratus posterior interior, 22 m. trapezius, 23 m. deltoideus, 26 m. triceps brachii, 27 m. latissimus dorsi[2]... 17 Obr. 1.7 Cvičenec na posilovacím stroji poloha nahoře... 18 Obr. 1.6 Cvičenec na posilovacím stroji poloha dole... 18 Obr. 2.1. Posilovací stroj mezilopatkového svalstva... 19 Obr. 2.2. Chyty a nášlapy na stroji... 20 Obr. 2.5. svaly na přední straně lidského těla [4]... 21 Obr. 2.7. Konstrukční uzly posilovacího stroje... 23 Obr. 2.8. Uchycení madla k rámu stroje... 24 Obr. 2.9. Zajištění polohy výsuvné části madla pomocí zajišťovacího kolíku... 24 Obr. 2.10. Uchycení vzpěry k rámu stroje... 25 Obr. 2.11. Zajištění polohy výsuvné části vzpěry pomocí zajišťovacího kolíku... 26 Obr. 2.12 Zajištění výsuvných stabilizačních noh... 27 Obr. 2.13. Uchycení pěnových chytů na madlu stroje... 27 Obr. 2.14. Uchycení pěnového chrániče na rámu stroje... 28 Obr. 2.15. Uchycení nášlapu k madlu posilovacího stroje... 29 Obr. 3.1. Úhly pro nastavení stroje... 30 Obr. 3.2. - geometrie průřezu v kritickém místě... 32 Obr. 3.3. - zjednodušená geometrie průřezu... 32 Obr. 3.4. znázornění silového působení ve stroji... 33 40

SEZNAM VÝKRESŮ 7 SEZNAM PŘÍLOH 7 1-3A4-21/1 4-3A4-21/2 2-3A4-21/3 4-3A4-21/4 4-3A4-21/5 2-3A4-21/6 4-3A4-21/7 4-3A4-21/8 4-3A4-21/9 4-3A4-21/10 4-3A4-21/11 4-3A4-21/12 4-3A4-21/13 4-3A4-21/14 4-3A4-21/15 1-3A4-21/16 4-3A4-21/17 4-3A4-21/18 4-3A4-21/19 4-3A4-21/20 4-3A4-21/21 výkres sestavy kusovník výkres svarku výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres svarku výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti výkres součásti 41