Устройство вращательного действия для формирования регулируемой нагрузки на спортивном тренажере

Устройство вращательного действия для формирования регулируемой нагрузки на спортивном тренажере относится к спортивному оборудованию и может быть использовано для создания нагрузки в тренажерах, использующих для создания нагрузки вращательное движение - велотренажерах, степперах, эллипсоидах, беговых дорожках и т.д.

Известна конструкция устройства для тренировки мышц, содержащего шарнирно установленные на корпусе (основании) спортивного тренажера эле- менты для передачи крутящего момента и отвесы, выполненные в виде полого барабана, внутренняя полость которых заполнена нагружающим материалом. Регулирование нагрузки осуществляют путем дополнения или убавления нагружающего материала через окно (патент РФ на полезную модель N 107949, А63В 23/00).

Недостатками известного устройства являются низкие вандалоустойчи- вость и эргономичность использования на открытых площадках, связанные с необходимостью обеспечения свободного доступа пользователей к нагружаю- щему материалу, расположенному внутри тренажера, наличия вспомогатель- ных приспособлений для загрузки-выгрузки нагружающего материала и нали- чия резерва нагружающего материала рядом с тренажером в свободном досту- пе, что создает высокую вероятность утраты и порчи нагружающего материала вследствие воздействия ветра и осадков, а также повреждения самого тренаже- ра в случае загрузки влажного нагружающего материала. Также недостатком известного устройства является невозможность его использования в режиме однонаправленного движения, что не позволяет использовать его в качестве нагрузки для целого ряда упражнений. Известна конструкция устройства для тренировки мышц, содержащего ротор, выполненный в виде полого барабана, внутренняя полость которого за- полнена нагружающим материалом, и элементы для передачи крутящего мо- мента, прикрепленные к ротору посредством соосных ротору цапф (см. патент РФ на полезную модель JST« 188300, А63В 21/00).

Недостатком известного устройства является невозможность изменения нагрузки, заданной при изготовлении тренажера.

Известна конструкция велотренажера, содержащая опору, несущую руль, установленный с возможностью углового смещения, регулируемое тормозное средство с тормозным диском, седло, телескопическую стойку, ось вращения педалей педального механизма, отличающаяся тем, что опора выполнена в ви- де рамы, на которой установлено с помощью телескопической стойки седло, на этой же стойке установлена ось вращения педалей, на которой установлено заднее колесо, снабженное муфтой свободного хода, руль установлен на раме с помощью выноса руля, велотренажер снабжен также шатуном, верхняя ось ко- торого шарнирно размещена на руле, при этом нижняя ось шатуна шарнирно и с эксцентриситетом установлена на колесе, снабженном муфтой свободного хода и установленном на раме с возможностью вращения, причем это колесо связано посредством цепной передачи с тормозным диском, установленным с возможностью вращения на раме и связанным, в свою очередь, цепной переда- чей с задним колесом (см. патент РФ на изобретение JT«2318671 , А63В 23/04).

Недостатком известной конструкции является использование для переда- чи крутящего момента цепных передач, нуждающихся в частом обслуживании и уязвимых к воздействию осадков и пыли, а также использование фрикцион- ного тормозного механизма для формирования и регулирования нагрузки, что в условиях открытых спортивных площадок повлечет быстрый износ тренажера и потребует частого обслуживания для поддержания работоспособного состояния. Известно устройство переключения передач велосипеда, содержащее ра- му, ведущую и ведомые звездочки с цепью, расположенной между ними, и ме- ханизм переключения передач с тросом, отличающееся тем, что оно дополни- тельно снабжено рычагом, тягой и пружиной, при этом рычаг одним концом шарнирно соединен с рамой велосипеда и снабжен фиксатором, а другой его конец выполнен свободным и расположен на цепи, тяга соединена одним кон- цом шарнирно с рычагом, а другим соединена жестко с тросом механизма пе- реключения передач, пружина закреплена между рычагом и рамой (см. патент РФ на изобретение N°2252891, В63М 9/06).

Известное устройство решает задачу изменения усилия на ведущей звез- дочке, что может быть использовано для создания регулируемой нагрузки на велотренажере, использующем для отягощения какое-либо устройство, созда- ющее постоянную нагрузку - например, как в рассмотренном выше патенте РФ на полезную модель N° 188300. Однако данное устройство применительно к ис- пользованию в велотренажерах для открытых площадок имеет также значимый недостаток, заключающийся в наличии цепных передач с механизмом пере- ключения, являющихся открытыми для внешних воздействий сложными эле- ментами конструкции, уязвимыми для осадков, загрязнения и вандализма.

Известно также устройство многофункционального тренажера, содержа- щее платформу, закрепленный на ней электромагнитный нагружатель, заклю- ченный в корпус, приводной элемент и держатель, отличающееся тем, что на корпусе электромагнитного нагружателя смонтировано с возможностью пере- становки по окружности корпуса нагружателя и фиксации на нем отклоняющее устройство, сквозь которое пропущен приводной элемент, выполненный в виде троса с концами, запасованными в нагружателе и на держателе, причем в сред- ней части направляющей смонтирована педальная каретка, на которой уста- новлена пара переставных шатунов, расположенных на ее оси под углом 180 или 360o относительно друг друга, на которых закреплены держатели, выпол- ненные в виде педалей со съемными площадками для ног и туклипсами (см. патент РФ на изобретение JST°2143938, А63В 21/00).

Данное устройство хотя и позволяет варьировать в широком диапазоне нагрузку на тренирующегося, однако непригодно для использования в качестве тренажера для уличных площадок, поскольку нуждается в питании электриче- ским током из внешнего источника, а также не только уязвим для осадков, пы- ли и вандализма, но и может представлять опасность для тренирующихся в случае нарушения электроизоляции или системы управления нагрузкой.

Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству является устрой- ство вращательного действия для формирования регулируемой нагрузки на спортивном тренажере, содержащее роторы, выполненные в виде полых бара- банов, внутри которых размещен нагружающий материал, элементы для пере- дачи крутящего момента, установленные на соответствующем участке корпуса спортивного тренажера, и втулку, установленную на элементе для передачи крутящего момента, причем барабан одной стороной жестко закреплен на эле- менте для передачи крутящего момента, а другой стороной подвижно соединен со втулкой и дополнительно снабжен закрепленными на втулке отсекателем и рычагом; рычаг расположен с наружной стороны барабана, а отсекатель уста- новлен с минимальными зазорами относительно внутренних поверхностей ба- рабана; при этом устройство дополнительно содержит закрепленное на корпусе спортивного тренажера фиксирующее устройство, отсекателей может быть бо- лее одного, а внутренние поверхности барабана могут быть выполнены с раз- личной жесткостью и шероховатостью (см. патент РФ на изобретение N22688388, А63В 21/00).

Недостатком известного устройства является узкий диапазон изменения нагрузки, в целом заданной количеством нагружающего материала, вязкостью нагружающего материала, шероховатостью и жесткостью внутренних поверх- ностей барабана, а при изменении отсекателями диапазона перемещения нагружающего материала меняющейся незначительно.

В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство враща- тельного действия для формирования регулируемой нагрузки на спортивном тренажере, которое обеспечит использование тренажера занимающимися с разным уровнем физических данных, для чего требуется не менее чем пяти- кратный диапазон изменения нагрузки, причем устройство должно быть при- годным для использования на открытых площадках - то есть устойчивым к осадкам, загрязнению, перепадам температуры и умеренному вандализму, не нуждающимся во внешнем питании, не содержащим фрикционных накладок и других быстроизнашивающихся и уязвимых элементов, для чего требуется формирование регулируемой однонаправленной нагрузки без использования электропитания и фрикционных элементов - за счет перемещения массы нагрузочного материала при неизменном его количестве внутри тренажера и без взаимодействия со внешней средой.

Поставленная задача решается тем, что в заявляемом устройстве враща- тельного действия для формирования регулируемой нагрузки на спортивном тренажере, содержащем установленный с возможностью вращения ротор, эле- менты для преобразования усилия занимающегося во вращение ротора и нагру- зочный материал, расположенный в замкнутом объеме с возможностью взаи- модействия с ротором, согласно изобретению, ротор расположен внутри ко- жуха, выполненного в виде полого короба и частично заполненного нагрузоч- ным материалом, причем кожух установлен с возможностью смещения относи- тельно стационарной опоры и снабжен приспособлениями для регулирования и фиксации положения кожуха относительно стационарной опоры.

При этом кожух может быть установлен с возможностью линейного смещения с вертикальной составляющей, либо может быть установлен с воз- можностью поворота относительно стационарной опоры и иметь сечение в плоскости поворота, отличное от круга с центром на оси поворота. В этом слу- чае кожух может быть выполнен в виде цилиндрической трубы с боковыми стенками, установленной с эксцентриситетом по отношению к ротору, и уста- новлен с возможностью поворота как в плоскости вращения ротора, так и под углом к ней, а нагрузочный материал может представлять собой как сыпучее тело, так и жидкость. Внутри кожуха могут быть расположены направляющие для нагрузочного материала, установленные с возможностью поворота относи- тельно кожуха. Кроме того, внутри ротора может быть расположен отсекатель для нагрузочного материала, установленный с возможностью вращения отно- сительно ротора и без возможности вращения относительно кожуха в процессе вращения ротора. При этом отсекатель для нагрузочного материала может быть установлен с возможностью поворота и фиксации в различных положениях от- носительно кожуха.

Также кожух может быть выполнен с возможностью блокирования с ро- тором и непрерывного вращения относительно стационарной опоры.

Такое исполнение заявляемого изобретения обеспечивает возможность регулировать усилие вращения ротора в широких пределах, варьируя долю пе- ремещаемого при вращении нагрузочного материала в диапазоне от близкого к нулю усилия, когда сопротивление вращению формируется только за счет инерции ротора и трения в приводах тренажера, до всего заложенного объема.

Элементами для преобразования усилия занимающегося во вращение ро- тора, в зависимости от типа тренажера, в котором используется устройство вращательного действия для формирования регулируемой нагрузки, и его кон- структивного исполнения, могут быть рычаги с педалями в случае велотрена- жера, другие разновидности кривошипно-шатунных механизмов для преобра- зования движений на степперах и эллипсоидах, а также шестеренные, цепные, фрикционные и другие известные устройства. Признак, характеризующий исполнение уличного тренажера с нагружа- ющим материалом в виде сыпучего тела или жидкости для создания нагрузки при однонаправленном движении, позволяющее в процессе эксплуатации рас- полагать внутри ротора тренажера с возможностью взаимодействия с ротором разное количество нагружающего материала при неизменном общем его коли- честве внутри тренажера, в известных технических решениях не обнаружен.

Признак, характеризующий исполнение уличного тренажера с нагружа- ющим материалом, содержащего отдельные друг от друга кожух и ротор, в из- вестных технических решениях не обнаружен.

Признак, характеризующий исполнение уличного тренажера с кожухом, установленным с возможностью поворота относительно стационарной опоры соосно ротору, при этом центр симметрии кожуха смещен относительно оси его поворота, что обеспечивает размещение различного количества нагружаю- щего материала внутри ротора, в известных технических решениях не обнару- жен.

Признак, характеризующий исполнение уличного тренажера с нагружа- ющим материалом, содержащего отдельные друг от друга кожух и ротор с об- щей осью вращения, в котором кожух и ротор могут быть зафиксированы друг относительно друга, в известных технических решениях не обнаружен.

Исходя из этого, можно сделать вывод, что заявляемое изобретение соот- ветствует критерию «мировая новизна», а также не следует очевидным для специалиста образом из существующего уровня науки и техники, в связи с чем соответствует критерию «изобретательский уровень».

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлен вид с местным разрезом предлагаемого устройства в плоскости, в которой расположен с возможностью вращения ротор, в исполне- нии с соосными друг другу ротором и кожухом, при положении кожуха, соот- ветствующего минимальной нагрузке; на фиг. 2 - то же, при положении кожуха, соответствующего максимальной нагрузке; на фиг. 3 - представлен разрез предлагаемого устройства в плоскости А-А на фиг. 1.; на фиг. 4 - представлен разрез предлагаемого устройства в плоскости А-А на фиг. 2.

Заявляемое устройство вращательного действия для формирования регу- лируемой нагрузки на спортивном тренажере устроено, например, следующим образом. На фундаменте установлены стойки 1 рамы (фиг. 1-4), на которых по- средством закрытых подшипников 2 с возможностью вращения установлен за- крытый кожух 3 в виде цилиндрической трубы с плоскими боковинами 4, при этом ось симметрии цилиндрической трубы 3 и плоских боковин 4 смещена относительно подшипников 2. На одной из плоских боковин 4 закреплена ка- чающаяся рукоятка-фиксатор с шипом 5. К стойке 1 прикреплен регулировоч- ный шаблон 6 в виде соосного подшипникам 2 полукольца с пазами для раз- мещения шипа рукоятки-фиксатора 5, последовательно расположенными на одном радиусе относительно подшипников 2. Внутри закрытого кожуха 3 меж- ду плоскими боковинами 4 на закрытых подшипниках 7 соосно закрытым подшипникам 2 расположен ротор 8 в виде оси 9 и двух неподвижно закреп- ленных на ней круглых фланцев 10, между которыми неподвижно закреплены пластины 11. Пространство внутри закрытого кожуха 3 между плоскими боко- винами 4 частично заполнено нагрузочным материалом в виде стальных шари- ков 12, размер которых позволяет свободно проходить в промежутки между пластинами 11. К концам оси 9 жестко прикреплены рычаги 13, к которым прикреплены с возможностью вращения педали 14.

Заявляемое устройство вращательного действия для формирования регу- лируемой нагрузки на спортивном тренажере в описанном исполнении работа- ет следующим образом. Тренирующийся нажатием на педаль 14 пробует нагрузку, на которую тренажер был отрегулирован до начала его тренировки, и оценивает ее соответствие своим физическим данным. При этом движение пе- дали вызывает поворот ротора 8, внутри которого пересыпаются стальные ша- рики 12 - затрата энергии на подъем части шариков вслед за пластинами 11 ро- тора 8 и трение перемещающихся шариков друг о друга создают нагрузку, про- тиводействующую вращению ротора 8. В случае, если для тренировки требует- ся большая или меньшая нагрузка, тренирующийся поворачивает рукоятку- фиксатор 5 в положение, параллельное боковинам 4 закрытого кожуха, и пово- рачивает рукояткой-фиксатором 5 закрытый кожух 3: в случае, если нагрузку следует увеличить, закрытый кожух 3 поворачивают, поднимая его ось сим- метрии, если нагрузку следует уменьшить - закрытый кожух 3 поворачивают, опуская его ось симметрии. При подъеме оси симметрии закрытого кожуха 3, соответственно, уменьшается объем его находящейся под ротором 8 части, за- полняемый стальными шариками 12 под действием их собственного веса - со- ответственно, увеличивается количество стальных шариков 12, находящихся внутри ротора 8 и перемещаемых при его вращении, что увеличивает нагрузку на тренирующегося. При опускании оси симметрии закрытого кожуха 3, соот- ветственно, происходят противоположные действия и достигается противопо- ложный результат.

Выбрав нагрузку, тренирующийся поворачивает рукоятку-фиксатор 5 наружу, заводя шип рукоятки-фиксатора 5 в паз регулировочного шаблона 6. При этом закрытый кожух 3 фиксируется относительно регулировочного шаб- лона 6. Затем тренирующийся фиксирует свое тело с помощью сиденья, руля или других приспособлений (не показаны на фигурах) и кручением педалей 14 вращает ротор 8 с выбранной нагрузкой.

Таким образом, заявляемое изобретение может быть изготовлено и ис- пользовано с достижением заявляемых технических результатов, что доказыва- ет соответствие критерию «промышленная применимость».