專利名稱：訓(xùn)練器械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及訓(xùn)練器械，特別是固定腳踏車式訓(xùn)練器械。
腳踏車式訓(xùn)練器械有時也稱為“固定式自行車”，已被人們所熟知。這些運(yùn)動器械一般都包括一個極類似于自行車車座的鞍座，用來支承直坐在該器械上的人，由腳驅(qū)動的曲柄裝置安裝在鞍座的下方。現(xiàn)有腳踏車式訓(xùn)練器械的曲柄裝置包括一對從旋轉(zhuǎn)軸向外伸的曲柄臂，曲柄臂的自由端裝有腳踏板，安裝好的曲柄裝置用于容納坐在訓(xùn)練器械上的人的雙腳。傳動鏈條或皮帶將曲柄裝置的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞到一個能量吸收裝置，例如飛輪或葉輪，吸能裝置提供一個負(fù)載力，受訓(xùn)練者在蹬踏曲柄機(jī)構(gòu)時克服這個力消耗能量。Hooper在us4，188，030號美國專利中公開了一種這樣的腳踏訓(xùn)練器械。
現(xiàn)有腳踏車式訓(xùn)練器械采用一個曲柄機(jī)構(gòu)，使用者蹬踏該曲柄機(jī)柄，同時對該器械做功，這些訓(xùn)練器械在每次蹬踏的整個行程中不能把使用者的能量恒定地傳遞給負(fù)載。曲柄踏板機(jī)構(gòu)在每個行程的頂點(diǎn)和底點(diǎn)均有一個零位，當(dāng)曲柄機(jī)構(gòu)通過該死點(diǎn)位置時，踏板曲柄臂的有效長度減小到零長度;當(dāng)踏板曲柄臂通過90°位置，即每個行程的頂點(diǎn)與底點(diǎn)之間一半距離的位置時，踏板的有效杠桿臂按正弦變化規(guī)律增加到最大有效長度。由于有效杠桿臂的不斷變化，受訓(xùn)練者在每一完整的踏板行程中消耗能量對負(fù)載裝置做有用功的比率也同樣地發(fā)生變化。由于每一行程中能量轉(zhuǎn)換的比率只在瞬時達(dá)到最大值，因此這種變化減低了腳踏車式訓(xùn)練器械所能達(dá)到的最大效率。
現(xiàn)有腳踏車式訓(xùn)練器械，特別是與這些器械一起使用的曲柄機(jī)構(gòu)的另一個缺點(diǎn)與行程的長度有關(guān)，該行程的長度由曲柄機(jī)構(gòu)所用的曲柄臂的長度所決定，不易改變。改變有效行程長度需要更換整個曲柄組件或者提供踏板安裝位置可變的曲柄臂。在上述任一種場合下，可采用的方法都是代價昂貴的，并且為了適應(yīng)腳踏行程長度相差很大(即腿較長或較短)的使用者或者運(yùn)動能力顯著不同的使用者而改變曲柄臂的長度，需要技術(shù)人員的幫助。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種改進(jìn)的腳踏車式訓(xùn)練器械。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種不需要傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)式曲柄裝置的腳踏車式訓(xùn)練器械。
本發(fā)明再一個目的是提供一種腳踏車式訓(xùn)練器械，該器械轉(zhuǎn)換能量的比率在每一行程自始至終基本上是恒定的。
本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一種腳踏車式訓(xùn)練器械，其中，每次行程的長度可以縮短而不會影響該器械的結(jié)構(gòu)或效用。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)可以從下述說明中更清楚地了解。
總的來說，本發(fā)明用一對腳操縱的踏板或踏蹬取代傳統(tǒng)訓(xùn)練器械中的旋轉(zhuǎn)式踏板裝置，使用者雙腳交替地壓下踏板時，踏板以前后來回的方式接受使用者的操縱力，并把這種來回的運(yùn)動與能量吸收裝置相聯(lián)系，從而向踏板施加機(jī)械負(fù)載并且消耗使踏板運(yùn)動的能量。該耗能裝置還與一對手操縱桿聯(lián)接。
具體地說，每個腳踏板可沿一軌跡往復(fù)運(yùn)動，并且兩個踏板相互聯(lián)接在一起，以便壓下一個踏板時另一踏板自動上升，反之亦然。踏板安裝成沿一弧形軌跡運(yùn)動或者沿一直線軌跡運(yùn)動，這種往復(fù)運(yùn)動用來驅(qū)動一負(fù)載消耗機(jī)構(gòu)，它最好是如下所述的一種轉(zhuǎn)動式裝置。
更具體地說，踏板通過繞過一個皮帶輪裝置的撓性拉伸元件而相互連接，該皮帶輪裝置使安裝在每個踏板上的傳動帶換向。由踏板驅(qū)動的拉伸元件至少帶動一個單向離合器，當(dāng)踏板驅(qū)動拉伸元件向某一特定方向運(yùn)動時，該單向離合器又驅(qū)動一個葉輪，當(dāng)踏板反向運(yùn)動或處于反向行程時，該單向離合器空轉(zhuǎn)，使葉輪能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，而不影響該踏板的反向運(yùn)動。由于所述踏板裝置不存在傳統(tǒng)曲柄裝置的相應(yīng)于死點(diǎn)位置的零位區(qū)，因此，每個踏板的整個向下的行程對于以一基本恒定的比率耗散能量是有用的。
由踏板機(jī)構(gòu)驅(qū)動的負(fù)載裝置可以是任何適當(dāng)類型的，該負(fù)載裝置的一種是飛輪。該飛輪上設(shè)置徑向葉片，葉片安置成當(dāng)葉輪隨踏板的運(yùn)動而轉(zhuǎn)動時，可以產(chǎn)生最大的阻力。另一可供選擇的裝置是一個轉(zhuǎn)動體，其周邊與一摩擦制動裝置相配合，該制動裝置可以包括一扭矩傳感器，用于檢測和傳遞相應(yīng)于施加到轉(zhuǎn)動體上的扭矩(磅-呎)信號。


圖1表示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的訓(xùn)練器械，為清楚起見，圖中省略了一些部件;
圖2為圖1的右視圖;
圖3為表示圖1和圖2所示實(shí)施例的傳動機(jī)構(gòu)的局部視圖;
圖4為表示本發(fā)明第二實(shí)施例的側(cè)視圖;
圖5為圖4所示實(shí)施例的制動帶機(jī)構(gòu)的詳圖;
圖6為表示圖4和圖5所示實(shí)施例中所用的力傳感器的放大的剖視圖;
圖7為表示本發(fā)明第三實(shí)施例的側(cè)視圖;
圖8為圖7中沿8-8線截取的剖視圖;
圖9為表示圖7和圖8所示實(shí)施例的傳動機(jī)構(gòu)的局部視圖;
圖10為表示圖7-9所示實(shí)施例的另一可供選擇的傳動裝置的局部視圖;
圖11為表示本發(fā)明第四實(shí)施例的側(cè)視圖，為清楚起見，其中局部被剖切;
圖12為圖11所示實(shí)施例的側(cè)向剖視圖;
圖13為圖11中沿13-13線截取的剖視圖，為清楚起見，省略了一些部件;
首先參照圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的訓(xùn)練器械如10所示，它包括一個具有適于支承在地板表面上的底座11的支架和一對分別從該底座的前部和中部向上延伸的直立部件12和13。底座11的前部裝有橫板11a，該板安置在地板上;底座11還裝有后橫板11b，該板支承著一對與地板相接觸的可調(diào)水平的腳16。前橫板11a和腳16支承著底座，使之稍高于地板。鞍座支架14在中間直立部件13的后面從底座11向上延伸，因此，鞍座支架14是位于直立部件12和13的后面，最好鞍座支架在底座槽17中前后活動的范圍內(nèi)是可調(diào)節(jié)的。
鞍座15安裝在鞍座支架14的上端，該鞍座15支承訓(xùn)練器械的使用者。本發(fā)明實(shí)施例中的鞍座具有傳統(tǒng)自行車的或類似的鞍座的一般形狀和特征，為了適應(yīng)不同身高和腿長的受訓(xùn)者，鞍座15相對于底座11在鉛垂方向是可調(diào)節(jié)的。在所述實(shí)施例中，該調(diào)節(jié)由支柱18來完成。支柱18可伸縮地插入鞍座支架14的中空的上端19中，在上端19處，支柱18沿鉛垂方向的調(diào)節(jié)可由任何適當(dāng)?shù)难b置來完成，例如螺紋夾緊裝置20，這在自行車座或類似的鞍座的安裝技術(shù)領(lǐng)域是公知的。
一對腳踏板22和23安裝在底座11上，每個踏板位于鞍座支架14和直立部件13的相對的外側(cè)面的兩旁，踏板22和23具有足夠的寬度，以易于接納坐在鞍座15上的人的腳，踏板的寬度以4-5英吋為宜，不過這不是限制。踏板22和23的后端24與鄰近訓(xùn)練器械底座11的后端27的相應(yīng)的鉸鏈25相聯(lián)接。在所述實(shí)施例中，每個踏板22和23從各自的鉸鏈25向前延伸，一直到底座11前端29附近的前端28。
兩個踏板22和23是相互聯(lián)接在一起的，一個踏板被壓下時，另一個上升，反之亦然。踏板22和23的這種交替往復(fù)的運(yùn)動由主傳動皮帶32提供，皮帶32的端部分別在鄰近踏板前端28的位置與各踏板相聯(lián)接。在這個實(shí)施例中，主傳動皮帶32為一帶齒的皮帶，它從踏板22向上延伸，繞過有齒皮帶輪33R，并由此向前延伸與同步皮帶輪組35的下部帶齒皮帶輪34嚙合。皮帶輪34按下述方式與同步皮帶輪組35的上部皮帶輪53相聯(lián)接，層疊式皮帶輪34和35在一直立的支承軸上一起轉(zhuǎn)動，主傳動皮帶繞皮帶輪34轉(zhuǎn)過大約180°，由此向后運(yùn)動與有齒皮帶輪33L(見圖3)相嚙合，再轉(zhuǎn)向下方與左踏板23相聯(lián)接。于是，當(dāng)使用所述訓(xùn)練器械10的人向下推壓一踏板時，繞皮帶輪33R、34和33L運(yùn)動的主傳動皮帶輪32將該向下的運(yùn)動轉(zhuǎn)換成另一踏板的向上的運(yùn)動。
在直立部件12和13的上端之間設(shè)有一水平支架37，該水平支架上安裝一個飛輪39，飛輪39完全被安全罩35(在圖1中被省略)所包圍，該飛輪上設(shè)置了一些徑向延伸的葉片40，這些葉片在垂直于飛輪鉛垂面的一個平面上的正投影面積相當(dāng)大，當(dāng)飛輪39轉(zhuǎn)動時，飛輪葉片40將能量耗散到空氣中。更詳細(xì)的說明見下文。
飛輪39安裝在軸41上，該軸的兩端插入兩個飛輪離合器44和45的相應(yīng)的輸出部件中。所述離合器通常也稱為單向離合器。這些離合器44和45各有一輸入部件，它們分別與皮帶輪33R和33L相聯(lián)接。利用這種型式的飛輪離合器，其輸出部件可在一個驅(qū)動力的作用下向一個方向旋轉(zhuǎn)，但是，該離合器僅對一個方向的輸入旋轉(zhuǎn)作出響應(yīng)并將力傳遞到輸出部件，當(dāng)輸入的力中斷或反向時，輸入部件只相對于輸出部件空轉(zhuǎn)。這種離合器的細(xì)節(jié)是公知的，此處不再贅述。
一對訓(xùn)練桿54和55用于訓(xùn)練坐在鞍座15上的使用者的臂和肩，它們被可轉(zhuǎn)動地安裝在底座11的前端附近。訓(xùn)練桿54和55從底座11的一個樞軸桿57向上延伸，從傳動皮帶32前部的圈內(nèi)通過，在所述訓(xùn)練桿的上端以水平手柄56終止，手柄56從訓(xùn)練桿向外延伸，以便于使用者抓握。手柄可以推拉的方式沿予定的最大運(yùn)動弧線往復(fù)運(yùn)動，樞軸桿57安裝成可在一定范圍內(nèi)沿底座11前后移動，以便有選擇地改變手柄56相對于鞍座15的位置。
訓(xùn)練桿54和55分別與連桿51和52相聯(lián)，連桿51和52連接到帶齒的手柄桿傳動皮帶58上，該傳動皮帶繞過裝在水平支架37的后端上方的立柱上的滾輪50，并且在飛輪39的兩側(cè)向前延伸，以便與前述同步皮帶輪組35的上部有齒皮帶輪53相嚙合。皮帶輪組35的上、下皮帶輪53和34相互聯(lián)接在一起，這樣，主傳動皮帶32使下皮帶輪產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動便帶動上皮帶輪和手柄桿傳動皮帶58，反之亦然。
下面參照圖1-3說明所示訓(xùn)練器械的操作，先適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)好鞍座柱18，然后使用者坐在鞍座15上，雙腳自然地擱在兩個踏板22和23上，如果需要，使用者還可握住兩個訓(xùn)練桿54和55的手柄56。使用者先壓下一個腳踏板22，然后壓下另一腳踏板23，兩個踏板就上下交替往復(fù)運(yùn)動。將踏板22、23聯(lián)接起來的主傳動皮帶32繞過有齒皮帶輪33R、下部有齒皮帶輪34和有齒皮帶輪33L，確保在壓下一個腳踏板的同時，以一種關(guān)聯(lián)的交替上下往復(fù)的方式使另一腳踏板上升。
當(dāng)主傳動皮帶32和皮帶輪33R、33L驅(qū)動單向離合器44時，任一腳踏板的每個向下的行程都將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給飛輪39。在每個腳踏板，例如踏板22，向上運(yùn)動的過程中，主傳動皮帶32驅(qū)動皮帶輪33R，同時，單向離合器44使該皮帶輪沿順時針方向(見圖1)轉(zhuǎn)動，與由前述另一踏板23向下運(yùn)動而引起的飛輪39的逆時針轉(zhuǎn)動互不干擾。
每次壓下兩個腳踏板22和23中的一個，也使訓(xùn)練桿54和55沿其運(yùn)動的弧線改變位置。例如，當(dāng)腳踏板22向下運(yùn)動，主傳動皮帶32使下部的有齒皮帶輪34轉(zhuǎn)動時，上部的有齒皮帶輪53以與主傳動皮帶相同的方向拉手柄桿傳動皮帶58。該傳動皮帶58的運(yùn)動經(jīng)連桿51和52的傳遞，將訓(xùn)練桿54向后拉向使用者，并將另一訓(xùn)練桿55向前推離使用者，接著，另一腳踏板23向下運(yùn)動，使前述訓(xùn)練桿54和55向反方向擺動，返回圖1所示的位置。同樣，使用者可以交替地推、拉桿54和55，該作用力被傳遞給主傳動皮帶32，進(jìn)而驅(qū)動飛輪39。
由于主傳動皮帶32以一恒定的杠桿臂(即每個有齒皮帶輪的半徑)作用在有齒皮帶輪33R和33L上，每個腳踏板22和23的整個向下的行程以基本相同的比率施加力，使飛輪39轉(zhuǎn)動。這種為驅(qū)動飛輪39所施加的恒定的作用與典型的具有自行車曲柄裝置、每個踏板行程的頂點(diǎn)和底點(diǎn)為零位或死點(diǎn)區(qū)的腳踏式訓(xùn)練器械的踏蹬作用大不相同，而本發(fā)明的訓(xùn)練器械的皮帶傳動裝置避免了這種零位區(qū)，而且使用者每次壓下腳踏板時自始至終都做功(和消耗能量)。在每個訓(xùn)練桿行程中恒定力對訓(xùn)練桿所作的功同使用者推拉訓(xùn)練桿所做的功一樣，由于上部皮帶輪53的半徑比下部皮帶輪34的小，因此每個桿對飛輪39所做的有用功減小。
圖4-6所示為另一訓(xùn)練器械78，它利用與訓(xùn)練械10相同的踏板和傳動皮帶機(jī)構(gòu)，圖中用相同的標(biāo)號表示與前述實(shí)施例相同的部件。訓(xùn)練器械78用一摩擦制動帶機(jī)構(gòu)79代替第一實(shí)施例中的飛輪39和葉片40，以及由踏板22、23和訓(xùn)練桿54、55驅(qū)動的能量吸收裝置。
制動帶機(jī)構(gòu)79包括一個具有光滑的外圓周表面81的飛輪80，該表面81最好開有淺槽，以便與制動帶82的側(cè)邊緣配合并保持嚙合狀態(tài)。制動帶82與外圓表面81相接合。飛輪80應(yīng)具有足夠的重量以便使通過踏板和訓(xùn)練桿施加在其上的扭矩穩(wěn)定地變化。
制動帶82繞過飛輪80和扭矩負(fù)荷相對小的皮帶輪85，皮帶輪85安裝在直立部件13上端的飛輪后面。在這個實(shí)施例中，制動帶82既不與飛輪80連接，也不與承受扭矩的小皮帶輪85連接，制動帶82的兩端84和86緊固到位于飛輪80上部的扭力架87的上端。扭力架87將在下文中進(jìn)一步說明，很明顯，承受扭矩的皮帶輪85和制動帶82移動極小。
承受扭矩的皮帶輪85安裝在拉桿92上端的支架91上，桿92從緊挨著直立部件13前部的固定在底座11上的鉸鏈93向上延伸。在直立部件13后邊的扭矩負(fù)載調(diào)節(jié)旋鈕94與穿過直立部件的螺桿95相配合，一螺旋拉簧97將螺桿聯(lián)接到拉桿92上。手動調(diào)節(jié)旋鈕94可增加彈簧的彈力，把拉桿92上端的支架91和安裝在支架上的承受扭矩的皮帶輪85向后推。
扭力架87限制制動帶82在飛輪80上作角運(yùn)動和橫向運(yùn)動，并且將扭矩傳遞到安裝在底座11上扭力架下端附近的扭矩傳感器100。扭力架87在飛輪80的左右兩側(cè)向下延伸，并在飛輪80的支承軸41上自由轉(zhuǎn)動。由于制動帶82的端部86被固定在扭力架87上，制動帶與沿逆時針方向(如圖5所示)轉(zhuǎn)動的飛輪80之間的摩擦接合使扭力架的下端被向前推，如箭頭101所示。扭矩傳感器100的推桿102承受并抵抗從扭力架87傳來的該機(jī)械力。
扭矩傳感器100的結(jié)構(gòu)如圖6所示，不過人們知道，傳統(tǒng)的壓力傳感器或彈簧加載變阻器可以取代氣動傳感器100。該扭矩傳感器包括一個有內(nèi)腔106的殼體105，內(nèi)腔106包含一個懸垂在該腔內(nèi)作有限運(yùn)動的膜片107，推桿102可在殼體105一側(cè)的通道108內(nèi)自由移動，而推桿的內(nèi)端頂靠在安裝于膜片107中央的密封圈110上。密封圈110有一軸向通道111，該通道與推桿102上的軸向泄放孔對中。
膜片107將內(nèi)腔106分成兩部分，這兩部分之間的唯一聯(lián)系是膜片密封圈110中的通道111。針形閥117的內(nèi)端116與在推桿內(nèi)端109對面的密封圈110相接觸。該針形閥具有一個與內(nèi)端116同軸但直徑較大的主閥體118，該主閥體可松動地插入與其同軸的孔道119內(nèi)，孔119經(jīng)供氣管120與壓縮空氣源相通。
針形閥117的內(nèi)端116可松動地插入孔道119的內(nèi)部，一橫向孔123使所述內(nèi)孔119與空氣通道124相聯(lián)，空氣通道124與膜片腔106的右側(cè)125和空氣信號線路126連通。空氣信號線路通向一個適當(dāng)?shù)目諝鈮毫鞲衅?27，該傳感器可以用適當(dāng)?shù)膯挝粊順?biāo)度，例如扭矩的磅-呎值，或者(假如與一個計時機(jī)構(gòu)相聯(lián)的話)用使用該訓(xùn)練器械的人所消耗的功率來標(biāo)度。
下面討論圖4-6所示的訓(xùn)練器械的操作。使用者付出能量使踏板22、23上下往復(fù)運(yùn)動，或者推、拉訓(xùn)練桿54、55，或者二者兼用，該運(yùn)動提供扭矩，克服由飛輪表面81上的制動帶82所施加的摩擦阻力使飛輪80轉(zhuǎn)動。該摩擦阻力的大小可由旋鈕94調(diào)節(jié)，旋鈕94增加或減小使扭矩負(fù)載皮帶輪85離開飛輪80的彈簧拉力。當(dāng)飛輪80轉(zhuǎn)動時，作用于制動帶82的摩擦力通過制動帶的端部84和86施加到扭力架87上，因此，扭力架87的下端按壓壓力傳感器100的推桿102，使推桿向內(nèi)運(yùn)動與膜片107接觸，并推動該膜片與針形閥117的內(nèi)端116相接觸。
針形閥117的這種機(jī)械運(yùn)動，使主閥體118和針形閥117的內(nèi)端116之間的針形閥117上的閥錐面130產(chǎn)生微小的位移，使空氣從供氣管120進(jìn)入膜片腔106的右側(cè)125。右側(cè)125內(nèi)增加的空氣壓力作用在膜片107上，把膜片推向推桿102直至膜片力克服了推桿上由扭矩引起的力，因此膜片107向左運(yùn)動如圖6所示。由于閥體118右端131具有比針形閥的閥錐面130大的橫截面積，在針形閥腔119內(nèi)，增加的空氣壓力迫使針形閥向左運(yùn)動，并保持針形閥內(nèi)端116與膜片密封圈110相接觸，從而阻塞了密封圈中的通道111。然而，假如腔106右側(cè)125內(nèi)增加的空氣壓力所引起的膜片運(yùn)動超過針形閥117的限定的行程(該行程在閥錐面130靠在閥座底時確定)，通道111便打開，并經(jīng)推桿102上的泄放孔道112將空氣壓力泄放到大氣中。只有當(dāng)需要與作用在推桿102上的增加的力取得平衡時，傳感器才利用供氣管120內(nèi)的空氣。作用在推桿102上的力使膜片返回到一個位置，在此位置，作用在膜片右側(cè)的空氣壓力與推桿102作用在膜片左側(cè)的力相平衡。由于空氣信號線路126傳送使膜片平衡所需要的空氣壓力，起平衡作用的空氣壓力是衡量將推桿102壓向膜片的與扭矩有關(guān)的力的一種尺度，因而，信號線路126內(nèi)的起平衡作用的空氣壓力是使用者在任一時刻施加在訓(xùn)練器械上的力的函數(shù)。信號管126內(nèi)與這個力有關(guān)的空氣壓力由輸出裝置127顯示，如前所述，該裝置可以用與功或功率有關(guān)的、對于使用者有意義的名詞來標(biāo)刻度。
圖7-9表示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的訓(xùn)練器械138，跟前述實(shí)施例一樣，訓(xùn)練器械138包括一個底座11，其上裝有帶鞍座15的鞍座支架14。然而，訓(xùn)練器械138沒有前述實(shí)施例那樣的腳踏板，而代之以隨著腳的壓力而被約束在一個規(guī)定的軌道上來回滑動的踏板。同前述實(shí)施例中踏板的操作一樣，訓(xùn)練器械138的踏板使使用者能在整個踏板行程中均勻地施加做功的力，該器械的右側(cè)踏板由139R表示。
訓(xùn)練器械138用一個裝在縱向風(fēng)扇軸141上的風(fēng)扇140作為負(fù)載，人使用該器械克服該負(fù)載做功。風(fēng)扇軸141裝在傳動機(jī)構(gòu)142的前端，該機(jī)構(gòu)包括沿底座11的縱向分開設(shè)置的立柱143和144，頂梁145在立柱143和144的上端之間延伸，通常在柱143、144和頂梁145的兩側(cè)安裝適當(dāng)?shù)膫?cè)板，將傳動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動部件掩蓋住，為了清楚起見，圖7中省略了這些板。
一對橫向間隔開的前滑桿從頂梁145垂直向下延伸到底座11，并且上、下兩端固定定位，從圖7中僅能看出右前滑桿149R，圖9表示了左前滑桿149L。一對后滑桿150R、150L也在頂梁145和底座之間垂直延伸，前后滑桿間的間距可從圖8清楚地看出。右踏板滑塊152R和左踏板滑塊152L分別安裝在前滑桿149R、149L和后滑桿150R、150L上。踏板滑塊152R和152L由傳統(tǒng)設(shè)計的球軸承可滑動地安裝在滑桿上，以便滑塊自由地沿滑桿上下往復(fù)運(yùn)動，并使摩擦阻力最小。
前傳動皮帶154和后傳動皮帶155裝在踏板滑塊152R和152L之間，并與滑塊相聯(lián)接，傳動皮帶154和155最好是如前所述的有齒皮帶，這些皮帶分別與傳動機(jī)構(gòu)142上端附近的相應(yīng)的有齒皮帶輪156和157相嚙合。傳動皮帶154和155繞過不是必需的空轉(zhuǎn)皮帶輪158，該皮帶輪安裝在傳動機(jī)構(gòu)142的下端附近，并有助于保持傳動皮帶拉緊，由于踏板滑塊的相互聯(lián)系能保持傳動皮帶的適當(dāng)運(yùn)動，這些空轉(zhuǎn)皮帶輪也可以省去。
前、后傳動皮帶與踏板滑塊152R和152L的裝配詳見圖8。前傳動皮帶的左邊154L固定在左踏板滑塊152L的內(nèi)側(cè)162上，前傳動皮帶的右邊154R固定在右踏板滑塊152R的內(nèi)側(cè)163上。假定右踏板139R向下運(yùn)動，使前傳動皮帶154的右邊154R向下運(yùn)動，同時使該傳動皮帶的左邊154L上升，那么左踏板滑塊152L和與其相聯(lián)的踏板139L也上升。
每個踏板滑塊152L和152R都有設(shè)置在后傳動皮帶155的相應(yīng)的對面的延伸部分，左踏板滑塊152L具有一個固定到后傳動皮帶的右邊155R上的延伸部分164，同樣的，右踏板滑塊152R有一個固定到后傳動皮帶的左邊155L上的延伸部分165。顯然，壓下一個踏板，例如踏板139L，不僅象前面所述的那樣使前傳動皮帶154運(yùn)動從而升高右踏板139R，而且使后傳動皮帶155沿與前傳動皮帶相反的方向運(yùn)動。后傳動皮帶155的這種運(yùn)動依次經(jīng)延伸部分165和右踏板滑塊152R傳遞到右踏板139R。
分別與前傳動皮帶154和后傳動皮帶155嚙合的上皮帶輪156和157又分別與相應(yīng)的單向離合器168和169的輸入部分相聯(lián)，主軸170沿傳動機(jī)構(gòu)142的上端縱向延伸，兩個單向離合器168、169根據(jù)輸入部分的轉(zhuǎn)動，帶動主軸170沿同方向轉(zhuǎn)動，在此實(shí)施例中為順時針方向轉(zhuǎn)動(從后向前看)。壓下右踏板139R，拉動前傳動皮帶154的右邊154R，使與前離合器168相聯(lián)的皮帶輪156沿順時針方向轉(zhuǎn)動，該轉(zhuǎn)動被傳遞給主軸170;當(dāng)右踏板139R向下運(yùn)動時，左踏板139L向上運(yùn)動而后傳動皮帶155則向相反的方向運(yùn)動，使后傳動皮帶輪157沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。隨著該逆時針方向的運(yùn)動，后面的單向離合器169空轉(zhuǎn)，這樣，主軸170的順時針轉(zhuǎn)動不會受到影響。當(dāng)右踏板139R達(dá)到其行程末端而使用者將剛升起的左踏板139L向下壓時，左踏板的延伸部分164使后傳動皮帶的右邊155R向下運(yùn)動，將順時針方向的轉(zhuǎn)動傳遞給后傳動皮帶輪157，并且通過后單向離合器169使主軸170順時針轉(zhuǎn)動?？梢?，踏板139R、139L的每個向下的行程都驅(qū)動主軸170向同一方向轉(zhuǎn)動。
主軸170由傳動機(jī)構(gòu)142內(nèi)的軸承支承，其前端從前立柱144向前延伸到聯(lián)軸節(jié)173內(nèi)。聯(lián)軸節(jié)173包含一軸承，主軸170可在該軸承內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，因此該聯(lián)軸節(jié)不傳遞主軸的轉(zhuǎn)動。緊挨聯(lián)軸節(jié)173的后面，主軸170與一大皮帶輪174相聯(lián)，皮帶輪174通過傳動皮帶176驅(qū)動一個相對較小的皮帶輪175，該皮帶輪175又帶動中間軸177，使相對較大的皮帶輪178轉(zhuǎn)動，皮帶輪178通過皮帶180再帶動一個較小的皮帶輪179。作為本發(fā)明的特例，皮帶輪組174、175和178、179各自的升速比都是5∶1，不過，該速比不能被認(rèn)為是極限值。
皮帶輪179驅(qū)動前述風(fēng)扇軸141，從而使風(fēng)扇140轉(zhuǎn)動，風(fēng)扇軸141與主軸170同軸，風(fēng)扇軸的后端裝在聯(lián)軸節(jié)173內(nèi)，風(fēng)扇140的葉片183可以是固定的，或者是可調(diào)節(jié)的，以便改變旋轉(zhuǎn)風(fēng)扇的空氣阻力，并且，如果需要，可以使空氣流向后朝向該器械的使用者。需要時，在訓(xùn)練器械138上風(fēng)扇140的后面設(shè)置框架184，上面安裝可調(diào)式通氣罩或?qū)Я靼?，以限制朝向使用者的空氣流?br> 訓(xùn)練器械138還包括供使用者在驅(qū)動踏板或者脫離踏板時抓握和操縱的手柄188和189。與前述實(shí)施例中相應(yīng)的手柄一樣，這些手柄的下端以鉸接方式安裝在底架11上。每個手柄188、189通過各自的剛性傳動桿與有齒皮帶190相聯(lián)，191表示該傳動桿之一。皮帶190繞過一個安裝在前立柱144上端附近的水平平面內(nèi)的空轉(zhuǎn)皮帶輪192，在一個基本水平的平面內(nèi)向后延伸到標(biāo)號為193的后空轉(zhuǎn)皮帶輪，該皮帶輪裝在傳動機(jī)構(gòu)142兩側(cè)的鉛垂平面內(nèi)的后立柱143上。皮帶190從后空轉(zhuǎn)皮帶輪193向下繞過皮帶輪194，皮帶輪194與可轉(zhuǎn)動地裝在后立柱143下端附近的軸195相連接，軸195驅(qū)動一個相對大的支承皮帶197的皮帶輪196，皮帶197向上延伸到相對較小的皮帶輪201，皮帶輪201與從后單向離合器169的輸入端向后延伸的套筒202相聯(lián)。主軸170在套筒202和皮帶輪201內(nèi)延伸，并且與皮帶輪的轉(zhuǎn)動互不干擾。
至此，手柄188、189的操作已很明顯，當(dāng)使用者使手柄188、189前后往復(fù)運(yùn)動時，桿191將該運(yùn)動傳遞給皮帶190，并經(jīng)過由皮帶輪194、196和201提供的升速傳動傳遞到離合器169的輸入部分。這樣，手柄188、189的每次全往復(fù)運(yùn)動經(jīng)單向離合器169傳遞給風(fēng)扇，對風(fēng)扇140做功。
圖10表示傳遞手柄188、189的運(yùn)動，使主軸170轉(zhuǎn)動的可供選擇的裝置，該裝置避免了傳動皮帶190在多個平面內(nèi)運(yùn)行，并代之以向后延伸、與安裝在后立柱143上的水平面內(nèi)的皮帶輪209嚙合的傳動皮帶190a。皮帶輪209與面向上對著主軸170的傘齒輪210相聯(lián)接，傘齒輪210與一個較小的第二傘齒輪211嚙合，傘齒輪211又與后單向離合器169的輸入端相接，并位于緊挨著與該離合器相聯(lián)的皮帶輪157的后面。選擇兩個傘齒輪210、211的相對直徑，可獲得手柄188、189和驅(qū)動風(fēng)扇的主軸170之間所希望的升速比。
圖11-13表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的一種訓(xùn)練器械220，該器械220包括一個座椅221和腳踏板222。該座椅最好設(shè)計成支承使用者的呈向后靠姿勢的身體部分，腳踏板222(圖11中只示出其中之一)安裝成可沿相對于器械220的底座224傾斜的軌道223往復(fù)運(yùn)動。兩個腳踏板相互聯(lián)接，用來驅(qū)動飛輪225，兩個訓(xùn)練手柄226也相互聯(lián)接并驅(qū)動飛輪。由于安全的原因，飛輪225應(yīng)包含在一個適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)裝置(例如護(hù)罩或類似的部件)內(nèi)，圖11中未示出。訓(xùn)練器械220的后靠座椅與供踏板222往復(fù)運(yùn)動的傾斜軌道223一起作用，能產(chǎn)生大于單個使用者體重的蹬踏力，因此能增大使用者在該訓(xùn)練器械上所付出的最大功率。
滑塊229支承著安裝在訓(xùn)練器械右側(cè)的踏板222，該滑塊沿裝在殼體231外側(cè)的一對軌道230運(yùn)動，殼體231內(nèi)有將踏板運(yùn)動和訓(xùn)練手柄的運(yùn)動傳遞到飛輪225的傳動機(jī)構(gòu)。一長槽232與軌道230平行地貫穿殼體231，一個桿(圖12中由233表示位于左側(cè)的桿)固定到滑塊229上，并穿過所述槽延伸進(jìn)殼體231內(nèi)?？梢岳斫?，在訓(xùn)練器械220的左側(cè)的踏板組件，包括軌道230和槽232，也是這樣的。這些部件在本實(shí)施例中由相同的標(biāo)號表示，用于訓(xùn)練器械220左側(cè)滑塊的桿233在圖12中示出，其詳細(xì)說明見下文。
圖12和13表示的訓(xùn)練器械220的傳動機(jī)構(gòu)的細(xì)節(jié)。飛輪225支承在飛輪軸236上，一對相互聯(lián)接的單向離合器237驅(qū)動飛輪225向一個方向轉(zhuǎn)動。單向離合器設(shè)置在飛輪的兩側(cè)，每個離合器237的輸入部分包括一個與有齒皮帶239嚙合的皮帶輪238，皮帶239的一端從飛輪225左側(cè)的皮帶輪238向后延伸，繞過位于殼體231左側(cè)后部的槽型皮帶輪240，向下延伸到皮帶端部242。皮帶端242與從殼體231左側(cè)的踏板滑塊229延伸進(jìn)槽232內(nèi)的前述桿233固定聯(lián)接，圖12中，左側(cè)踏板滑塊239位于其傾斜行程的上端附近。
在殼體231內(nèi)，飛輪225的左下方，皮帶239從單向離合器上的皮帶輪238向前、向下延伸，繞過安裝在軸247上的槽型同步皮帶輪246。一個可在軸247上自由轉(zhuǎn)動的鏈輪248與同步皮帶輪246固定聯(lián)接。顯然，圖12所示的同步皮帶輪246和鏈輪248是兩個此類皮帶輪一鏈輪組的一個，另一組(圖12未示)在飛輪225的右側(cè)安裝在同一軸247上。
同步皮帶輪246轉(zhuǎn)過大約120°后，同步皮帶239向后朝著空轉(zhuǎn)皮帶輪249運(yùn)動，在此過程中，皮帶239扭轉(zhuǎn)90°。空轉(zhuǎn)皮帶輪249裝在殼體后側(cè)壁250附近的一個鉛垂軸上，同步皮帶239圍繞空轉(zhuǎn)皮帶輪249并由此向前延伸，在到達(dá)右側(cè)同步皮帶輪(未示出)之前，在251處，又翻轉(zhuǎn)90°，皮帶239繞過右側(cè)的同步皮帶輪后向上運(yùn)動，與飛輪225右側(cè)的單向離合器237的皮帶輪238相嚙合。然后，皮帶239向后運(yùn)動，繞過右側(cè)空轉(zhuǎn)皮帶輪240，直到它與桿233相連的另一端。桿233與裝在訓(xùn)練器械220右側(cè)的踏板滑塊相聯(lián)接。顯然，由于皮帶239與踏板相聯(lián)，因此壓下踏板222中的一個，另一個便上升，反之亦然。
每側(cè)的軌道230和皮帶輪240均從鉛垂方向向外傾斜幾度(見圖13)，以使當(dāng)踏板滑塊229往復(fù)運(yùn)動時，桿233不致于同皮帶239相撞。
兩個訓(xùn)練手柄226沿殼體231的左右兩側(cè)向下延伸，從圖13可以清楚地看出。該訓(xùn)練手柄裝在訓(xùn)練器械的底座258的下面的支耳中，底座258由其后部的可調(diào)支架259和其前端的輪子260支承在地板平面上。每個訓(xùn)練手柄226包括一個穿過長孔264向上延伸的桿263，長孔264位于設(shè)置在殼體231中央的縱向U形槽部件265中，每個訓(xùn)練手柄的桿263在殼體內(nèi)向上延伸一段距離并在267處向外彎折，然后在與鏈條聯(lián)接器270相聯(lián)的面向里的端部269處終止(見圖12)。滾子鏈條271的第一段安裝到鏈條聯(lián)接器270的前端272上，并向前延伸繞過與左側(cè)同步皮帶輪246相連的左側(cè)鏈輪248。滾子鏈條271從鏈輪248的底部繼續(xù)向后終止于鏈條聯(lián)接器273。第二段滾子鏈條276與鏈條聯(lián)接器273的后端相連，并相對于滾子鏈條271轉(zhuǎn)過了90°，滾子鏈條276從聯(lián)接器273向后延伸，繞過空轉(zhuǎn)鏈輪277，該鏈輪277在位于殼體231后端附近的軸252上自由轉(zhuǎn)動。第二段滾子鏈條276繞過空轉(zhuǎn)鏈輪277向前延伸，以便有效地與鏈輪248嚙合，鏈輪248與可轉(zhuǎn)動地安裝在軸247上的右側(cè)鏈輪一同步皮帶輪組相聯(lián)。顯然，同步鏈條傳動機(jī)構(gòu)的右側(cè)有一條與鏈條271相類似的第三滾子鏈條，它經(jīng)過另一鏈條聯(lián)接器聯(lián)接到第四滾子鏈條上。第四滾子鏈條又繞過裝在軸252上自由轉(zhuǎn)動的空轉(zhuǎn)鏈輪281，并由此向前延伸與鏈條聯(lián)接器270的后端282相聯(lián)。這些鏈條聯(lián)接器270、273……必須使在鉛垂傳動鏈輪248和水平空轉(zhuǎn)鏈輪277、281之間的滾子鏈條均旋轉(zhuǎn)90°，空轉(zhuǎn)鏈條從訓(xùn)練手柄桿263之間由彎折部分267所提供的空間內(nèi)穿過，見圖13。
可變阻尼負(fù)載由皮帶285施加到飛輪225上，見圖11。皮帶285安裝在飛輪225的凸緣式周邊內(nèi)，與飛輪225的上部和下部接合，并向外繞過裝在殼體231內(nèi)的后張緊皮帶輪286和前張緊皮帶輪287。后張緊皮帶輪286裝在彈簧偏壓桿288的端部，調(diào)節(jié)此桿288便可改變皮帶285的拉力和由皮帶施加給飛輪225的摩擦阻力。前張緊皮帶輪287在其軸上可自由轉(zhuǎn)動，但有一力臂289連接到該皮帶輪上并且可任意選擇地連接或不連接到皮帶285上。力臂289向外延伸，與負(fù)載傳感器290的工作柱塞相連，傳感器290以前已述及的方式工作，以限制力臂289的運(yùn)動，由此限定前張緊皮帶輪287的轉(zhuǎn)動。
圖11-13所示實(shí)施例的操作是顯而易見的，當(dāng)坐在座椅221上的人前后蹬動踏板222時，經(jīng)單向離合器237使皮帶239往復(fù)運(yùn)動，從而使飛輪225沿予定的方向轉(zhuǎn)動。摩擦帶285阻止飛輪225轉(zhuǎn)動，負(fù)載傳感器290以前述方式檢測由受訓(xùn)者付出的功的大小。踏板222通過同步皮帶輪246和傳動鏈輪248與訓(xùn)練手柄226相聯(lián)，在驅(qū)動飛輪225的過程中，受訓(xùn)練者可以利用訓(xùn)練手柄226，或者利用踏板222，或者兩者同時兼用。正如前述實(shí)施例那樣，本實(shí)施例可配備適當(dāng)?shù)碾娮语@示器來表示所需的參數(shù)，例如消耗的功率，運(yùn)行的“距離”或其他變量。
上述的特殊組成部分，作為本發(fā)明公開的特殊實(shí)施例的部件，也可以適當(dāng)?shù)赜糜谄渌麑?shí)施例的相應(yīng)之處，例如圖11-13所示的實(shí)施例的座椅可以代替其他實(shí)施例的座椅，對于該技術(shù)領(lǐng)域的熟練的技術(shù)人員來說顯然還有其他合適的替換。
可以認(rèn)為，這里所述的傳動機(jī)構(gòu)不限于用于固定式訓(xùn)練器械。它可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的用于推進(jìn)自行車或其他車輛的旋轉(zhuǎn)式曲柄踏板機(jī)構(gòu)。
前面所述的僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，顯然，還可以不脫離權(quán)利要求的主題和范圍而作出許多變換和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種訓(xùn)練器械，包括一個用于耗散能量的可轉(zhuǎn)動裝置；一對腳踏部件，各沿一大致成直線的軌跡往復(fù)運(yùn)動，該對腳踏部件可操縱地相互連接從而交替地往復(fù)運(yùn)動，每個腳踏部件沿第一方向的運(yùn)動是對另一腳踏部件沿第二方向運(yùn)動的響應(yīng)，反之亦然；一對手桿，可操縱地相互連接，各沿一軌跡并相互交替地往復(fù)運(yùn)動，每個手桿沿第一方向運(yùn)動以響應(yīng)另一手桿沿第二方向的運(yùn)動，反之亦然；由所述的一對腳踏部件的往復(fù)運(yùn)動在所述的兩個方向上交替地驅(qū)動的裝置，該裝置僅在一個方向傳遞能量，驅(qū)動所述的可轉(zhuǎn)動裝置；將所述的一對手桿與所述的傳遞能量的裝置相連接的裝置，該所述的傳遞能量的裝置僅對每個手桿沿一個方向的運(yùn)動作出響應(yīng)而傳遞能量，驅(qū)動所述的可轉(zhuǎn)動裝置；可操縱地將手桿和腳踏部件相聯(lián)的裝置，該裝置使任一所述腳踏部件的每個運(yùn)動都引起手桿運(yùn)動，反之亦然；該訓(xùn)練器械的使用者可以通過推動任一腳踏部件或任一手桿在一個方向上沿至少部分所述軌跡運(yùn)動來對可轉(zhuǎn)動裝置做功，也可以沿相反方向推動該腳踏部件或手桿而不受該可轉(zhuǎn)動裝置的影響。
2.如權(quán)利要求1所述的訓(xùn)練器械，其特征在于，用于傳遞能量的裝置包括單向離合器裝置，它由所述的腳踏部件或手桿的運(yùn)動在所述的兩個方向交替地驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求1所述的訓(xùn)練器械，還包括使所述腳踏板互相連接從而與所述手桿協(xié)調(diào)地運(yùn)動的裝置，以便在壓下某一腳踏板時，一個手桿朝使用者運(yùn)動而另一手桿則離開使用者運(yùn)動，反之亦然。
全文摘要
本發(fā)明用一對腳操縱的踏板或踏登取代傳統(tǒng)訓(xùn)練器械中的旋轉(zhuǎn)式踏板裝置，使用者雙腳交替地壓下踏板時，踏板以前后來回的方式接受使用者的操縱力，并把這種來回的運(yùn)動與能量吸收裝置相聯(lián)系，從而向踏板施加機(jī)械負(fù)載并且消耗使踏板運(yùn)動的能量。該耗能裝置還與一對手操縱桿聯(lián)系。
文檔編號A63B23/04GK1044229SQ8910153
公開日1990年8月1日 申請日期1989年1月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年1月16日
發(fā)明者約翰·武·詹金斯 申請人:貝爾懷瑟公司