ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМЫЙ МАГНИТНО-ДИСПЕРСИОННЫЙ ТОРМОЗ И НАГРУЖАТЕЛЬ СПОРТИВНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ С ЭЛЕКТРОУПРАВЛЯЕМЫМ МАГНИТНО-ДИСПЕРСИОННЫМ ТОРМОЗОМ Российский патент 1999 года по МПК A63B21/05 F16D37/02 

Изобретение относится к области спортивной медицины и может быть использовано при реабилитации, предполетной тренировке и для поддержания работоспособности во время полета космонавтов с возможностью телеметрии и программирования нагрузок для организации мониторинга тренировок, а также как бытовой и спортивно-профессиональный тренажер, применяемый для создания различных видов нагрузок при тренировках.

Известные в настоящее время тренажеры используют для создания нагрузки при тренировке различного рода пружины, грузы, включая вес тела тренирующегося, силовые цилиндры и т.п. В этом ряду особое место занимают магнитно-дисперсионные муфты, выполняющие роль тормоза, поскольку они наиболее приспособлены для снятия телеметрии и программирования создаваемых при тренировках нагрузок.

Известна электромагнитная муфта, содержащая статорный и роторный концентрично установленные один в другом элементы, встречные поверхности которых выполнены в виде выступов и впадин, причем выступы одного элемента расположены напротив впадин другого, а зазор между ними по всему периметру заполнен магнитореологической суспензией (ФРГ OS 3409048 от 1985 г., МКИ F 16 D 37/02).

Наиболее близким аналогом, принимаемым за прототип заявленной группы изобретений, является нагрузочное устройство для спортивных тренажеров, в корпусе которого размещен вал с подшипниками, стянутыми торцевыми втулками. Между подшипниками расположен электромагнит. Внутренняя полость подшипников заполнена магнитореологической смазкой, которая равномерно смачивает ролики и кольца подшипников. Элементы корпуса и его крепежные детали, торцевые втулки и стягивающие их винты, а также дополнительные втулочные и корпусные кольца выполнены из магнитомягкой стали (СССР а.с. 1718987 от 1992 г., МКИ A 63 B 21/005).

Недостатками всех перечисленных аналогов, включая прототип, является, во-первых, наличие нагрузки при холостом ходе тренируемой части тела, что не позволяет полностью имитировать естественные условия, и, во-вторых, усложненность конструкции нагружателя, требующая переставлять его на раме для выполнения каждого нового упражнения.

Задача предлагаемого изобретения заключается в том, чтобы свести к минимуму нагрузки холостого хода и позволить проводить разнообразные упражнения с наименьшей перестановкой нагружателей.

Эта задача решается тем, что электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз содержит магнитопроводный корпус с электропроводной катушкой, заключенный в нем немагнитный ротор и магнитореологическую суспензию. Тормоз имеет тормозные диски магнитопроводного корпуса и магнитопроводные нагрузочные диски ротора, на поверхности которых образованы концентрические выступы, а на внутренних поверхностях корпуса, обращенных к магнитопроводным нагрузочным дискам, и на тормозных дисках образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов, размещенных напротив выступов нагрузочных дисков. Полости, заключенные между выступами корпуса, нагрузочных и тормозных дисков, заполнены магнитореологической суспензией. Зазоры между торцами нагрузочных дисков и внутренней поверхностью магнитопроводящего корпуса и между торцами тормозных дисков и поверхностью ротора заполнены по всему периметру электроизолирующей смазкой.

Нагружатель спортивных тренажеров с электроуправляемым магнитно-дисперсионным тормозом содержит обечайку с ротором и рабочий орган. Нагружатель имеет обгонную муфту и цилиндрический барабан, заключенные в корпусе закрепленного на обечайке тормоза. Цилиндрический барабан смонтирован на обгонной муфте с возможностью вращения и внутри него расположена спиральная пружина, закрепленная одним концом на обечайке тормоза, а другим - на внутренней поверхности цилиндрического барабана, на котором смонтирован рабочий орган. На корпусе цилиндрического барабана смонтирован на поворотном П-образном кронштейне, снабженном полой осью, отклоняющий ролик и отклоняющий канал, расположенный на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика, смещенной относительно полой оси кронштейна. Рабочий орган выполнен в виде навитого на цилиндрический барабан гибкого троса, закрепленного своим концом на поверхности барабана и пропущенного сквозь полую ось П-образного кронштейна, через отклоняющий ролик и отклоняющий канал, причем полая ось П-образного кронштейна расположена по касательной к поверхности цилиндрического барабана, а отклоняющий канал расположен на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика. Корпус цилиндрического барабана установлен на обечайке тормоза с возможностью поворота вокруг ротора тормоза и фиксации на нем.

Сравнения заявленной конструкции с другими техническими решениями того же назначения показывают, что взаимное расположение впадин на внутренней поверхности корпуса, на тормозных и нагрузочных дисках, изоляция полостей между соседними тормозными и загрузочными дисками, а также установка на валу нагружателя, состыкованного с ротором тормоза обгонной муфты, позволяет свети к минимуму нагрузку холостого хода во время выполнения того или иного упражнения, а включение в конструкцию гибкого троса и система его запасовки в полой оси П-образного кронштейна на отклоняющем канале и отклоняющем ролике позволяет значительно расширить и разнообразить выполняемые упражнения без перестановки нагружателя на тренажере.

Это сравнение указывает на возможность достижения нового технического эффекта от применения предложенного нагружателя.

Изобретение поясняется примером его выполнения.

На фиг. 1 показан общий вид нагружателя, вид с торца;
на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - отклоняющий ролик, вид сбоку;
на фиг. 4 - отклоняющий ролик, вид сверху;
на фиг. 5 - электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз;
на фиг. 6 - узел А на фиг. 5;
на фиг. 7 - общий вид тренажера с нагружателями.

Тормоз 1 выполнен в виде корпуса 2 цилиндрической формы, состоящего из обечайки 3 и крышки 4. Внутри корпуса по его периферии смонтирована тороидальная электропроводная катушка 5 и установлены тормозные диски 6, выполняющие роль статора. Ротор 7 и пристыкованная к нему обогонная муфта 8 стянуты друг с другом болтом 9. На роторе смонтированы нагрузочные диски 10 таким образом, что между ними и тормозными дисками 6 образованы зазоры 11. На обращенных друг к другу поверхностях нагрузочных и тормозных дисков и на внутренних поверхностях 12 корпуса 2, обращенных к нагрузочным дискам 10, образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов 13, а полости 14, заключенные между выступами корпуса, нагрузочных и тормозных дисков, заполнены магнитореологической суспензией. Выступы 13 на нагрузочных и тормозных дисках и на внутренних поверхностях корпуса размещены напротив друг друга. Глубина впадин 15, располагаемых между выступами, не регламентирована, в частном случае, когда толщина нагрузочных дисков 10 невелика, глубина впадин на этих дисках может иметь нулевое значение, т.е. впадины на нагрузочных дисках могут отсутствовать. Магнитные силовые линии концетрируются в зоне расположения выступов 13, повышая эффективность работы нагружателя. Зазоры 16 между торцами нагрузочных дисков 10 и внутренней поверхностью корпуса 2 и зазоры 17 между торцами тормозных дисков 6 и поверхностью ротора 7 заполнены по всему периметру электроизолирующей смазкой. Для подключения тормоза к источнику энергии на корпусе установлены выводы 18. Обечайка 3 и крышка 4 корпуса 2 стянуты болтами 19. Поскольку корпус тормоза изготовлен из магнитопроводящего материала, его части выполняют роль также и тормозных дисков, между которыми располагаются нагрузочные диски 10. В зависимости от конструкции в тормозе может быть установлен только один нагрузочный диск 10, и тогда специально тормозные диски не ставятся, а их функцию выполняют части корпуса тормоза.

К ротору 7 тормоза 1 пристыкована обгонная муфта 8. На муфте смонтирован цилиндрический барабан 20. Обгонная муфта и цилиндрический барабан заключены в корпусе 21, жестко закрепленном на тормозе 1. Внутри цилиндрического барабана расположена спиральная пружина 22, закрепленная одним своим концом 23 на обгонной муфте 8, а другим 24 - не обечайке 3 тормоза 1. Рабочий орган нагружателя выполнен в виде гибкого троса 25, навитого на поверхность цилиндрического барабана 20 и закрепленного на нем одним концом. Свободный конец гибкого троса пропущен сквозь полую ось 26 повторного П-образного кронштейна 27, далее через отклоняющий ролик 28 и отклоняющий канал 29. П-образный кронштейн смонтирован на корпусе 21 цилиндрического барабана и расположен по касательной относительно навитого на барабан гибкого троса 25. Отклоняющий ролик 28 смонтирован на кронштейне 27 и свободно вращается вокруг оси 30. Отклоняющий канал установлен на этом кронштейне со смещением "е" относительно продольной оси 31 Помимо вращения вокруг оси 30, отклоняющий ролик вместе с П-образным кронштейном 27 имеет возможность поворачиваться также вокруг оси 31 полой оси 26. П-образный кронштейн 27 и его полая ось 26 фиксируются на корпусе 21 при помощи пластины 32 на винте 33. На оси 30 также свободно с возможностью поворота установлена консоль 34 с закрепленным на ней отклоняющим каналом 29. Таким образом, свободный конец троса может воспринимать и передавать нагрузку на цилиндрический барабан 20 и далее на обгонную муфту 8 и тормоз 1 из сектора, представляющего собой как минимум полусферу. Величина нагрузки, возникающая при исполнении того или иного упражнения, зависит от величины тока, которая регулируется и регистрируется на пульте управления 35. Корпус 21 цилиндрического барабана 20 установлен на обечайке 3 тормоза с возможностью поворота вокруг ротора 7 тормоза и последующей фиксации на нем, например, подпружиненной лапкой 36.

При подаче питания в тороидальную катушку 5 возникает электромагнитное поле, под воздействием которого магнитореологическая суспензия приобретает свои намагничивающиеся свойства: находящиеся в суспензии частицы ориентируются в нормальном относительно плоскости дисков 6 и 10 и корпуса 2 направлении, что затрудняет проворачивание тормозных дисков 6 относительно нагрузочных дисков 10. Поскольку нагрузочные диски 10 связаны через обгонную муфту 8, пружину 22, цилиндрический барабан 20 и гибкий трос 25 с тренирующимся, возникающее в тормозе усилие на преодоление сопротивления проворачиванию одних дисков относительно других и является нагрузкой на тренирующегося. При холостом ходе троса при его возврате в исходное положение (наматывание на цилиндрический барабан 20) в действие вступает обгонная муфта 8, отключающая цилиндрический барабан 20 от тормоза 1 и позволяющая свободно поворачиваться цилиндрическому барабану в противоположную сторону: это происходит, например, при "опускании" штанги в упражнении, имитирующем подъем штанги. Наличие отклоняющего ролика 28 и отклоняющего канала 29, смонтированных с возможностью вращения вокруг осей 30 и 31, позволяет, не меняя положения тормоза 1, воспринимать усилия, возникающие на тросе 25 в очень широком секторе, что в свою очередь дает возможность выполнять различные упражнения без перестановки тормоза на тренажере. Возможность проворачивания корпуса 21 цилиндрического барабана 20 вокруг ротора 7 с последующей фиксацией на нем позволяет еще более расширить этот сектор.

Электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз содержит магнитопроводный корпус с электропроводной катушкой и тормозными дисками, заключенный в нем немагнитный ротор с магнитопроводными нагрузочными дисками, на поверхности которых образованы концентрические выступы, и магнитореологическую суспензию. На внутренних поверхностях корпуса и на тормозных дисках образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов, размещенных напротив выступов нагрузочных дисков, а пространства между выступами заполнены магнитореологической суспензией. Нагружатель спортивных тренажеров с электроуправляемым магнитно-дисперсионным тормозом содержит обечайку с ротором и рабочий орган. Нагружатепь снабжен валом, на котором установлены обгонная муфта и цилиндрический барабан, заключенные в корпус, закрепленный на обечайке тормоза. Вал нагружателя жестко состыкован с ротором тормоза, а цилиндрический барабан смонтирован на обгонной муфте с возможностью вращения. Внутри барабана расположена спиральная пружина. На корпусе цилиндрического барабана смонтирован на поворотном кронштейне отклоняющий ролик и отклоняющий канал, расположенный на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика, смещенной относительно оси кронштейна. Рабочий орган выполнен в виде навитого на цилиндрический барабан гибкого троса, закрепленного своим концом на поверхности барабана и пропущенного сквозь ось кронштейна, через отклоняющий ролик и отклоняющий канал. Изобретение позволяет свести к минимуму нагрузки холостого хода и проводить упражнения с наименьшей перестановкой нагружателей. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз, содержащий магнитопроводный корпус с электропроводной катушкой, заключенный в нем немагнитный ротор и магнитореологическую суспензию, отличающийся тем, что он имеет тормозные диски магнитопроводного корпуса и магнитопроводные нагрузочные диски ротора, на поверхности которых образованы концентрические выступы, а на внутренних поверхностях корпусах, обращенных к магнитопроводным нагрузочным дискам, и на тормозных дисках образованы концентраторы магнитных силовых линий, выполненные в виде концентрически расположенных выступов, размещенных напротив выступов нагрузочных дисков, а полости, заключенные между выступами корпуса, нагрузочных и тормозных дисков, заполнены магнитореологической суспензией. 2. Электроуправляемый магнитно-дисперсионный тормоз по п.1, отличающийся тем, что зазоры между торцами нагрузочных дисков и внутренней поверхностью магнитопроводящего корпуса и между торцами тормозных дисков и поверхностью ротора заполнены по всему периметру электроизолирующей смазкой. 3. Нагружатель спортивных тренажеров с электроуправляемым магнитно-дисперсионным тормозом, содержащий обечайку с ротором и рабочий орган, отличающийся тем, что он имеет обгонную муфту и цилиндрический барабан, заключенные в корпусе закрепленного на обечайке тормоза, а цилиндрический барабан смонтирован на обгонной муфте с возможностью вращения и внутри него расположена спиральная пружина, закрепленная одним концом на обечайке тормоза, а другим - на внутренней поверхности цилиндрического барабана, на котором смонтирован рабочий орган. 4. Нагружатель спортивных тренажеров по п.3, отличающийся тем, что на корпусе цилиндрического барабана смонтирован на поворотном П-образном кронштейне, снабженном полой осью, отклоняющий ролик и отклоняющий канал, расположенный на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика, смещенной относительно полой оси кронштейна, а рабочий орган выполнен в виде навитого на цилиндрический барабан гибкого троса, закрепленного своим концом на поверхности барабана и пропущенного сквозь полую ось П-образного кронштейна, через отклоняющий ролик и отклоняющий канал, причем полая ось П-образного кронштейна расположена по касательной к поверхности цилиндрического барабана, а отклоняющий канал расположен на консоли, закрепленной с возможностью поворота на оси отклоняющего ролика. 5. Нагружатель спортивных тренажеров по п.3, отличающийся тем, что корпус цилиндрического барабана установлен на обечайке тормоза с возможностью поворота вокруг ротора тормоза и фиксации на нем.