НАГРУЖАЮЩИЙ МЕХАНИЗМ ДЛЯ ТРЕНАЖЕРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2006 года по МПК A63B21/12 

Изобретение относится к спортивным тренажерам и может быть использовано для создания нагрузки при выполнении физических упражнений, в частности в спортивных тренажерах, развивающих мышцы рук, ног, туловища, а также используемых в оздоровительных и реабилитационных целях.

Известно нагрузочное устройство для физических упражнений, содержащее систему роликов, трос, рукоятку, регулируемую фрикционную муфту в виде втулки и конуса, роликовую муфту необратимого вращения, кинематически связывающую подпружиненный тросовый барабан с фрикционной муфтой (а.с. СССР №415005, М.кл. А 61 B 5/10, A 63 B 21/20, бюл. №6, 1974 г.).

Известно устройство для тренировки альпинистов, в котором блок переменного сопротивления состоит из основания, в которое встроен помост, и на котором установлены и закреплены две П-образные стойки. На каждой из этих стоек имеется держатель для штанги, дискретно переставляемый и закрепляемый на стойке с помощью кронштейнов. В нем имеются две цепи, одними концами прикрепленные к грифу штанги сверху, а другими концами - снизу, и перекинутые через две пары вращающихся на двух осях и валу звездочек, первая пара которых закреплена на валу, установленном с помощью втулок с подшипниками на основании. Одна из этих цепей огибает пятую звездочку, аналогичную указанным четырем и закрепленную подвижно в вертикальной плоскости на П-образной стойке в средней ее части с возможностью стопорения, а также звездочку большего диаметра, ось которой закреплена на опоре, установленной на основании, и на которой подвижно насажен рычаг с грузом, закрепленным на свободном конце этого рычага, фиксируемого с помощью подпружиненного пальца на звездочке большего диаметра под разными углами. Для этого на ней предусмотрены соответствующие отверстия (патент РФ №2245732, МПК ⁷ А 63 В 21/06, 21/00, бюл. №4, 2005 г.).

Применение данных устройств в тренажерах не обеспечивает оптимального режима нагружения мышц при выполнении упражнений во время тренировок.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является нагружающий механизм универсального тренажера, содержащий штангу с набором сменных элементов, выполненную в виде телескопического рычага, барабан, установленный на оси нагружателя с возможностью эксцентричного смещения, гибкую тягу и направляющую, при этом нагружатель выполнен фрикционным, или упругим, или трособлочным и имеет три степени свободы пространственного положения (патент РФ 2105582, МПК ⁶ А 63 В 21/012, 23/00, бюл. №6, 1998 г.).

Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает полного и точного фазового разделения нагрузки.

Была поставлена задача: создать нагружающий механизм для тренажеров, имеющий надежную конструкцию и позволяющий обеспечить полное и точное фазовое разделение и регулирование нагрузки во время тренировки, а также позволяющий подбирать индивидуальный угол поворота рычага (амплитуду движения) и быструю смену направления вращения (упражнения).

Поставленная задача решается за счет того, что в нагружающем механизме для тренажеров, содержащем штангу с закрепленной на ней осью, на которой установлен сменный рычаг, и с возможностью эксцентричного смещения относительно оси нагружающего механизма барабан с поперечиной, гибкую тягу и направляющую, барабан с внутренней стороны имеет, по крайней мере, один выполненный в виде втулок и дугообразной пластины узел крепления гибкой тяги, снабженной наконечником, при этом на поверхности барабана выполнены симметрично расположенные относительно оси втулок направляющие для гибкой тяги, ось нагружающего механизма установлена в подшипниках, при этом на ней со стороны барабана закреплены салазки, в которых установлена и посредством винта-фиксатора зафиксирована поперечина барабана, а с другой стороны на оси расположен механизм переключения угла рычага, состоящий из фиксирующей втулки, соединенной с подпружиненным шлицевым кольцом, и двух шлицевых втулок, одна из которых жестко закреплена на оси, а другая соединена с рычагом и установлена на оси с возможностью вращения, кроме того, нагружающий механизм снабжен маятниковым стабилизатором, один конец которого имеет малый шкив и опорный ролик, контактирующий с поверхностью барабана, а другой конец установлен подвижно на оси, закрепленной на штанге, и имеет шкив большего диаметра, при этом маятниковый стабилизатор снабжен откидным или съемным упором, один конец которого закреплен на оси малого шкива и опорного ролика, а другой опирается на закрепленный на штанге кронштейн. По варианту 2 нагружающий механизм для тренажеров содержит дополнительную ось, установленную в подшипниках на штанге параллельно оси нагружающего механизма, при этом оси установлены с возможностью изменения расстояния между ними и связаны механизмом передачи вращательного движения, а барабан и салазки установлены на дополнительной оси. Кроме того, механизм передачи вращательного движения выполнен в виде цепной передачи со звездочками большего и меньшего диаметра, установленными на оси нагружающего механизма и на дополнительной оси, или в виде вариатора, или в виде шестеренчатой пары. В обоих вариантах в подшипниках может быть установлен конец оси нагружающего механизма со стороны барабана или оба конца, а наружная поверхность барабана выполнена с канавкой.

Отличительный признак, заключающийся в том, что барабан с внутренней стороны имеет, по крайней мере, один выполненный в виде втулок и дугообразной пластины узел крепления гибкой тяги, снабженной наконечником, позволяет достичь быстрой смены направления вращения барабана.

Выполнение на поверхности барабана направляющих, симметрично расположенных относительно оси втулок, позволяет предохранить гибкую тягу от сильного перегиба и излома.

Закрепление на оси нагружающего механизма или на дополнительной оси со стороны барабана салазок, а также установка в них и фиксирование посредством винта-фиксатора поперечины барабана позволяет изменять эксцентричное положение барабана относительно упомянутых осей и тем самым достигать нужного распределения нагрузки по длине рабочего хода, противодействующей прилагаемому усилию пользователя.

Выполнение механизма переключения угла рычага в виде фиксирующей втулки, соединенной с подпружиненным шлицевым кольцом, и двух шлицевых втулок, а также расположение его с другой стороны оси нагружающего механизма позволяет быстро и удобно менять угол рычага и направление вращения (упражнения).

Выполнение нагружающего механизма с маятниковым стабилизатором позволяет зафиксировать вращение барабана в нулевой точке рабочего хода. В нулевой точке нагрузка направлена в сторону малого шкива маятника и не создает вращательного момента на рычаге, что позволяет безопасно расслабиться в состоянии не предельно растянутой мышцы; также фиксация барабана в нулевой точке позволяет легко разомкнуть шлицевый узел и сменить направление или угол, не создавая при этом нагрузки на рычаг, а также реализовать точное фазовое смещение нагрузки в течение рабочего хода рычага. При контакте опорного ролика с поверхностью барабана по мере вращения барабана в эксцентричном положении изменяется расстояние между осью вращения барабана и осью опорного ролика и малого шкива, что есть динамическое изменение плеча нагрузки.

Выполнение маятникого стабилизатора с упором дает возможность при его установке быстро увеличить нагрузку на рычаг, т.к. упор фиксирует маятник на наибольшем удалении осей барабана и опорного ролика и малого шкива маятника, при этом опорный ролик не контактирует с поверхностью барабана, и плечо нагрузки остается неизменно большим независимо от вращения барабана.

Выполненная на наружной поверхности барабана канавка для троса является его направляющей.

Отличительный признак по варианту 2, заключающийся в том, что барабан размещен на дополнительной оси, установленной в подшипниках на штанге параллельно оси нагружающего механизма с возможностью изменения расстояния между осями, которые связаны механизмом передачи вращательного движения, позволяет обеспечить поворот барабана на 180° и добиться полного фазового разделения нагрузки на мышцы пользователя.

Анализ известных технических решений в данной области техники показал, что заявителю не известны нагружающие механизмы для тренажеров с указанной совокупностью существенных признаков и заявленная совокупность существенных признаков не вытекает явным образом из современного уровня техники, что подтверждает соответствие заявляемого технического решения условиям "новизна" и "изобретательский уровень".

Предлагаемый нагружающий механизм для тренажеров иллюстрируется чертежами:

фиг.1 - нагружающий механизм для тренажера, вид сбоку (вариант 1);

фиг.2 - то же, без упора;

фиг.3 - нагружающий механизм для тренажера, вид сбоку (вариант 2);

фиг.4 - нагружающий механизм для тренажера, вид спереди (вариант 1);

фиг.5 - нагружающий механизм для тренажера, вид спереди (вариант 2);

фиг.6 - нагружающий механизм для тренажера, вид сзади (вариант 2);

фиг.7 - механизм переключения угла рычага в разрезе (вариант 1);

фиг.8 - механизм переключения угла рычага в разрезе (вариант 2);

фиг.9 - наконечник гибкой тяги в разрезе;

фиг.10 - барабан нагружающего механизма, общий вид.

Нагружающий механизм для тренажеров содержит трубчатую штангу 1, барабан 2 с поперечиной 3, рычаг 4, механизм 5 переключения угла рычага, маятниковый стабилизатор 6, гибкую тягу 7 с наконечником 8, направляющие 9 гибкой тяги.

К концу штанги 1 приварена втулка 10, которая со стороны барабана закрыта крышкой. Во втулке 10 съемно закреплен стакан 11, выполненный с наружным и внутренним кольцевыми выступами. В наружном выступе выполнены отверстия, в которых установлены крепежные элементы, соединяющие стакан 11 с крышкой втулки 10. Внутренний кольцевой выступ стакана 11 обеспечивает фиксацию подшипников, в которых установлен один из концов оси 12 нагружающего механизма. При необходимости ось 12 может быть выполнена удлиненной, в этом случае оба конца оси 12 устанавливаются в подшипниках.

С одной стороны оси 12 нагружающего механизма жестко закреплены салазки 13, имеющие в сечении - образную форму, отогнутые концы которой выполнены в виде сегментов с отверстиями под крепежные элементы, соединяющие салазки 13 с крышкой, в которой закреплена резьбовая втулка. В резьбовой втулке установлен винт-фиксатор 14.

В салазках 13 установлена поперечина 3 барабана 2, посредством перемещения и фиксации которой обеспечивается эксцентричное смещение барабана 2 относительно оси 12. Фиксация поперечины 3 осуществляется посредством винта-фиксатора 14.

С внутренней стороны барабана 2 размещен узел крепления гибкой тяги, выполненный в виде втулок 15 и дугообразной пластины 16. Барабан 2 в месте расположения втулок 15 имеет направляющие для гибкой тяги, выполненные в виде расположенного симметрично оси втулок 15 паза 17, под которым размещены отводы 18 в виде отогнутых пластин. Направляющие для гибкой тяги могут быть выполнены в виде углубления с отводами в виде канавок, расположенных симметрично оси втулок 15.

Барабан 2 может иметь несколько узлов крепления наконечника 8 гибкой тяги 7, что позволяет достигать более глубокого изменения нагрузки на протяжении рабочего хода барабана 2. В этом случае на поверхности барабана 2 и в одной из втулок 15 выполнены пазы 19.

Барабан 2 может иметь форму эллипса, круга или специальную комбинированную форму, а гибкая тяга 7 может быть выполнена в виде троса, ленты или упругого элемента. Трос может быть стальным или из подходящего неметаллического материала (нейлон, капрон и д.р.). Наконечник 8 гибкой тяги 7 выполнен в виде пальца 19 с поперечным отверстием 20 для троса и втулками 21 из неметаллического материала для мягкого вращения и снижения шума. Вместо втулок могут использоваться игольчатые подшипники. Наконечник 8 фиксируется от осевого смещения винтами 22, он может также фиксироваться стопорными шайбами либо специальными устройствами.

Трос фиксируется в отверстии 20 с помощью обжимной втулки или посредством литого наконечника.

На оси 12 со стороны, противоположной размещению барабана 2, расположен механизм 5 переключения угла рычага, состоящий из подпружиненного шлицевого кольца 23, двух шлицевых втулок 24, 25 и фиксирующей втулки 26. Шлицевая втулка 24 жестко закреплена на оси 12, а шлицевая втулка 25 установлена на оси 12 с возможностью вращения и соединена с рычагом 4, выполненным сменным. Форма рычага 4 и расположенных на нем рукояток, валиков, эргономичных фиксированных и поворотных лопаток, вращающихся рукояток выбирается в соответствии с выполняемым упражнением. Шлицевое кольцо 23 выполнено с кольцевым выступом, который служит упором для одного конца пружины и в который ввинчивается крепежный элемент, соединяющий фиксирующую втулку 26 со шлицевым кольцом 23. Другой конец пружины крепится на опорной скобке, которая приварена к шлицевой втулке 25. Шлицевое кольцо 23 обеспечивает фиксацию шлицевых втулок 24 и 25 относительно друг друга. Фиксирующая втулка 26 выполнена с вырезом, обеспечивающим возможность размещения рычага 4.

На штанге 1 закреплен маятниковый стабилизатор 6, один конец которого имеет малый шкив 27 для троса и опорный ролик 28, контактирующий с поверхностью барабана 2. Шкив 27 и опорный ролик 28 установлены на оси 29 с возможностью вращения.

Другой конец маятникого стабилизатора 6 имеет шкив 30 большего диаметра и соединен подвижно через подшипники с осью 31, закрепленной на штанге 1. Шкив 30 создает силу, прижимающую маятниковый стабилизатор 6 к барабану 2. Маятниковый стабилизатор 6 снабжен откидным или съемным упором 32, один конец которого закреплен на оси 29, а другой опирается на закрепленный на штанге 1 кронштейн 33.

Согласно варианту 2 нагружающий механизм для тренажеров содержит дополнительную ось 34, установленную параллельно оси 12 и связанную с ней посредством механизма передачи вращательного движения, который может быть выполнен в виде цепной передачи, вариатора или шестеренчатой пары.

В случае выполнения механизма передачи вращательного движения в виде цепной передачи дополнительная ось 34 установлена на подшипниках в стакане 35. Стакан 35 имеет четыре втулки 36, оси которых перпендикулярны дополнительной оси 34, а втулка 10 имеет четыре стержня 37 с резьбой, на которых с помощью регулировочных гаек 38 закреплены втулки 36.

На дополнительной оси 34 и оси 12 нагружающего механизма закреплены, соответственно, звездочка 39 меньшего диаметра и звездочка 40 большего диаметра (или наоборот), связанные между собой посредством цепи 41.

На дополнительной оси 34 аналогично варианту 1 жестко закреплены салазки 13, в которых установлена поперечина 3 барабана 2, посредством перемещения и фиксации которой обеспечивается эксцентричное смещение барабана 2 относительно оси 34. Фиксация поперечины 3 осуществляется посредством винта-фиксатора 14, расположенного со стороны барабана. Для удобства пользователя винт-фиксатор 14 может быть расположен со стороны сменного рычага 4. В этом случае винт-фиксатор 14 выполнен удлиненным и проходит сквозь дополнительную ось 34. Дополнительная ось 34 может быть расположена на разных концах штанги 1 в зависимости от вида тренажера.

По вариантам 1 и 2 на поверхности барабана 2, в случае выполнения гибкой тяги 7 в виде троса, выполнена канавка 42.

Нагружающий механизм для тренажеров может использоваться в тренажерах, позволяющих тренировать любые группы мышц.

Работа нагружающего механизма, установленного на тренажерах, осуществляется следующим образом.

Выставляется нужное направление и угол рычага 4 с помощью механизма 5 переключения угла рычага. Для этого оттягиваем фиксирующую втулку 26 к рычагу 4 до упора. Вследствие чего подпружиненное шлицевое кольцо 23 также перемещается в сторону рычага 4 и размыкает шлицевые втулки 24, 25. Повернув рычаг 4 на нужный угол, отпускаем фиксирующую втулку 26. В результате этого подпружиненное шлицевое кольцо 23 возвращается в исходное положение и замыкает шлицевые втулки 24, 25.

Затем выставляем нужное эксцентричное положение барабана 2, передвигая поперечину 3 в салазках 13 и фиксируя винтом-фиксатором 14.

При приложении пользователем усилия на рычаг 4 барабан 2 начинает вращаться, на него наматывается гибкая тяга 7 (трос). При этом происходит противодействие приложенному усилию. Изменение эксцентриситета барабана 2 позволяет изменить нагрузку, противодействующую прилагаемому усилию пользователя.

При наличии у барабана 2 нескольких узлов 15 крепления гибкой тяги (троса) гибкую тягу 7 (трос) с наконечником 8 вынимают из одного узла 15 крепления гибкой тяги и переставляют в другой. Это позволяет достигать более широкого диапазона изменения нагрузки на протяжении рабочего хода.

Без перемещения наконечника гибкой тяги в другой узел крепления возможны акценты только на начальный и конечный участки мышцы при эксцентричных смещениях барабана. В среднем положении барабана достигается равномерное распределение нагрузки по длине рабочего хода. Перемещение наконечника необходимо для акцента на средний участок мышцы.

Для плавного начала движения рычага и плавного нагружения мышц маятниковый стабилизатор 6 контактирует с поверхностью барабана 2 (упор 32 откинут). Для увеличения нагрузки и скорости вращения барабана 2 маятниковый стабилизатор 6 фиксируют упором 32 в наивысшей точке. В этом случае маятниковый стабилизатор 6 не контактирует с поверхностью барабана 2.

Работа нагружающего механизма для тренажеров по варианту 2 осуществляется аналогично работе механизма по варианту 1.

Применяемая в конструкции механизма передачи вращательного движения дополнительная ось 34, связанная с осью 12 нагружающего механизма посредством цепной передачи со звездочками разного диаметра, позволяет обеспечить поворот барабана на 180° и добиться полного фазового разделения нагрузки на мышцы пользователя, т.к. многие суставы не дают 180-градусного поворота, а некоторые, наоборот, превышают.

Регулируя натяжение цепи 41 путем изменения расстояния между осями 12 и 34 посредством втулок 36, стержня 37 и регулировочных гаек 38, обеспечивают изменение нагрузки на мышцы пользователя.

Заявляемое техническое решение имеет надежную и удобную конструкцию, позволяющую обеспечить полное и точное фазовое разделение и регулировку нагрузки во время тренировки.

Нагружающий механизм для тренажеров может быть выполнен на стандартном оборудовании с применением современных материалов и технологий.

Нагружающий механизм предназначен для использования в спортивных тренажерах, развивающих мышцы рук, ног, туловища и позволяет повысить надежность конструкции и точность фазового разделения нагрузки. На конце штанги установлена ось нагружающего механизма. Барабан установлен на оси с возможностью эксцентричного смещения и имеет, по крайней мере, один узел крепления гибкой тяги, выполненный в виде втулок и дугообразной пластины. Барабан имеет направляющие, предохраняющие гибкую тягу от повреждения. Механизм переключения угла рычага расположен на оси со стороны, противоположной размещению барабана, и состоит из подпружиненного шлицевого кольца, двух шлицевых втулок и фиксирующей втулки. На штанге закреплен маятниковый стабилизатор, один конец которого контактирует с поверхностью барабана, а другой установлен на штанге подвижно. Маятниковый стабилизатор снабжен откидным или съемным упором, один конец которого закреплен на оси, а другой опирается на кронштейн. Дополнительная ось установлена параллельно оси нагружающего механизма с возможностью изменения расстояния между ними и связана с ней механизмом передачи вращательного движения. Наружная поверхность барабана может быть выполнена с канавкой. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Нагружающий механизм для тренажеров, содержащий штангу с закрепленной на ней осью, на которой установлены сменный рычаг и барабан с поперечиной, установленный с возможностью эксцентричного смещения относительно оси, гибкую тягу и направляющую, отличающийся тем, что барабан с внутренней стороны имеет, по крайней мере, один выполненный в виде втулок и дугообразной пластины узел крепления гибкой тяги, снабженной наконечником, при этом на поверхности барабана выполнены симметрично расположенные относительно оси втулок направляющие для гибкой тяги, ось нагружающего механизма установлена в подшипниках, при этом на ней со стороны барабана закреплены салазки, в которых установлена и посредством винта-фиксатора зафиксирована поперечина барабана, а с другой стороны на оси расположен механизм переключения угла рычага, состоящий из фиксирующей втулки, подпружиненного шлицевого кольца и двух шлицевых втулок, одна из которых жестко закреплена на оси, а другая соединена с рычагом и установлена на оси с возможностью вращения, при этом нагружающий механизм снабжен маятниковым стабилизатором, один конец которого имеет малый шкив и опорный ролик, контактирующий с поверхностью барабана, а другой конец установлен подвижно на оси, закрепленной на штанге, и имеет шкив большего диаметра, при этом маятниковый стабилизатор снабжен откидным или съемным упором, один конец которого закреплен на оси малого шкива и опорного ролика, а другой опирается на закрепленный на штанге кронштейн.2. Нагружающий механизм для тренажеров по п.1, отличающийся тем, что в подшипниках установлен конец оси нагружающего механизма со стороны барабана.3. Нагружающий механизм для тренажеров по п.1, отличающийся тем, что в подшипниках установлены оба конца оси нагружающего механизма.4. Нагружающий механизм для тренажеров по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность барабана выполнена с канавкой.5. Нагружающий механизм для тренажеров, содержащий штангу с закрепленной на ней осью, на которой установлен сменный рычаг, барабан с поперечиной, установленный с возможностью эксцентричного смещения и фиксации относительно оси, гибкую тягу и направляющую, отличающийся тем, что нагружающий механизм содержит дополнительную ось, установленную в подшипниках на штанге параллельно оси нагружающего механизма, при этом оси установлены с возможностью изменения расстояния между ними и связаны механизмом передачи вращательного движения, при этом барабан установлен на дополнительной оси и с внутренней стороны имеет, по крайней мере, один выполненный в виде втулок и дугообразной пластины узел крепления гибкой тяги, снабженной наконечником, при этом на поверхности барабана выполнены симметрично расположенные относительно оси втулок направляющие для гибкой тяги, поперечина барабана установлена и посредством винта-фиксатора зафиксирована в салазках, закрепленных на дополнительной оси, ось нагружающего механизма установлена в подшипниках и снабжена механизмом переключения угла рычага, состоящим из фиксирующей втулки, подпружиненного шлицевого кольца и двух шлицевых втулок, одна из которых жестко закреплена на оси, а другая соединена с рычагом и установлена на оси с возможностью вращения, кроме того, нагружающий механизм снабжен маятниковым стабилизатором, один конец которого имеет малый шкив и опорный ролик, контактирующий с поверхностью барабана, а другой конец установлен подвижно на оси, закрепленной на штанге, и имеет шкив большего диаметра, при этом маятниковый стабилизатор снабжен откидным или съемным упором, один конец которого закреплен на оси малого шкива и опорного ролика, а другой опирается на закрепленный на штанге кронштейн.6. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что механизм передачи вращательного движения выполнен в виде цепной передачи со звездочками большего и меньшего диаметра, установленными на оси нагружающего механизма и на дополнительной оси.7. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что механизм передачи вращательного движения выполнен в виде вариатора.8. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что механизм передачи вращательного движения выполнен в виде шестеренчатой пары.9. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что в подшипниках установлен конец оси нагружающего механизма со стороны барабана.10. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что в подшипниках установлены оба конца оси нагружающего механизма.11. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что наружная поверхность барабана выполнена с канавкой.12. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что поперечина барабана зафиксирована в салазках посредством винта-фиксатора, расположенного со стороны барабана.13. Нагружающий механизм для тренажеров по п.5, отличающийся тем, что поперечина барабана зафиксирована в салазках посредством винта-фиксатора, расположенного со стороны сменного рычага.