Тренажер для развития мышц рук гимадиева
Тренажер относится к спортивному оборудованию и может быть использован для тренировок спортсменов, занимающихся армрестлингом и другими силовыми вида спорта, а также космонавтами в невесомости для поддержания физической силы рук. Тренажер состоит из нескольких дисков, причем на валу выполнен паз с прямыми боками, на ободе диска пазы имеют наклонные бока, элементов сцепления с неподвижным блоком, которыми являются шпонки с отверстиями с уступом, куда вставлены цилиндрические пружинки сжатия, эти шпонки размещены также в пазах с прямыми боками неподвижного блока. Диски между собой разнятся только расположением шпоночных пазов для посадки на вал на угол α° с наращением на Δα° соответственно относительно одной из пазов с наклонными боками. Шумность уменьшена с применением одной пружинки в отверстии шпонок, имеющей малые размеры по сравнению с многоместными шпонками прототипа. Новизна тренажера заключается в том, что с применением дисков с наклонными боками на ободе в подвижной системе достигается равномерность приложения крутящего момента на вал. Величина прилагаемого усилия на вал регулируется перемещением ручки по пазу рычага. Крутящий момент прилагается на подвижную систему рукой с помощью ручки, посаженной на рычаг, который прикреплен к концу вала. Рычаг вместе с ручкой имеет возможность вращаться на 360° и с любой скоростью. Технический результат заключается в обеспечении равномерности приложения крутящего момента на вал на любой фазе его вращения и любой скорости. 5 ил.
Тренажер относится к спортивному оборудованию и может быть использован для тренировок спортсменов-армрестлингистов с целью увеличения силы мышц. Он может быть использован в невесомости для приложения человеком расчетной величины силы вне зависимости от гравитации.
Известны тренажеры для увеличения силы рук, содержащие винтовую пружину, ручки, прикрепленные к концам пружины. Однако такие тренажеры служат для тренировок преимущественно кисти рук, ограниченного количества мышц руки.
АНАЛОГ
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является тренажер для развития мышц человека, содержащий систему блоков, ось, трос, узел оказания сопротивления, включающий в себя подвижный блок, неподвижный блок. В неподвижном блоке выполнены шпоночные пазы с прямыми боками для размещения в них шпонок с отверстиями для цилиндрических пружин. Подвижный блок имеет пазы с наклонными боками для шпонок с посаженной в ее отверстие пружинкой.
ПРОТОТИП. Патент России №2392994 С1, МПК A63B 21/00; 23/12. Недостатком таких тренажеров является невозможность получения равномерного приложения вращательного усилия к подвижному блоку и вследствие этого неравномерное его вращение, так как одновременно сжимаются и разжимаются большое количество пружинок, собранных в отверстиях шпонок, находящихся в неподвижном блоке и способных совершать возвратно-поступательное движение в прямоугольных шпоночных пазах.
Анализ заявленного технического решения в сопоставлении с прототипом позволяет сформулировать цель предлагаемого изобретения как: обеспечение равномерности приложения крутящего момента на вал подвижной системы на любой фазе его вращения, уменьшение шумности тренажера вне зависимости от силы гравитации, плавность вращения.
Поставленная цель достигается тем, что в подвижной системе собраны несколько дисков на прямобочный шпоночный паз вала, на ободе диска пазы имеют наклонные бока. Элементами сцепления с неподвижным блоком являются шпонки с отверстиями с уступом, куда вставлены цилиндрические пружинки сжатия, эти шпонки размещены также в шпоночных пазах с прямыми боками в неподвижном блоке.
Диски между собой разнятся только расположением шпоночных пазов
для посадки на вал на угол α° с наращением соответственно относительно оси одной из пазов с наклонными боками.
Угол α° растет в арифметической прогрессии для последующего диска с интервалом /приращением/ на 5° или 10° в зависимости от того, какую степень равномерности во вращении вала нужно достичь. Меньшее значение интервала Δα° приращения улучшает степень равномерности вращения вала. Шумность при использовании уменьшена с применением одной пружинки в отверстии шпонки, имеющей малые размеры по сравнению с многоместными шпонками прототипа. Шпонки с малыми размерами сравнительно меньше издают шума при встрече с боковой наклонной поверхностью паза, что соответствует началу сжатия пружинки и спуска с наклонной поверхности в период разжатия пружинки.
Новизна тренажера заключается в том, что с применением дисков с пазами, имеющими наклонные бока на ободе в подвижной системе, достигается равномерность приложения крутящего момента на вал. Диски имеют прямобочные шпоночные пазы для посадки на вал, разнящиеся между собой на угол α° относительно оси одной из кособоких шпоночных пазов на ободе. Величина прилагаемого усилия на вал регулируется перемещением ручки по пазу рычага.
Существенные отличия от прототипа состоят в том, что крутящий момент на подвижную систему прилагается рукой с помощью ручки, посаженной на рычаг, который прикреплен к концу вала. Регулировку величины прилагаемого усилия на вал осуществляют изменением длины рычага, имеющего паз, по которому ручка имеет возможность перемещаться, тем самым изменять величину усилия в процессе выполнения упражнений. Рычаг вместе с ручкой имеет возможность вращаться на 360°. Основание, к которому прикреплен узел оказания сопротивления, имеет на концах дуги для удержания тренажера от перемещения, позволяют тренироваться левой или правой рукой или обеими вместе. Существенно уменьшен уровень шума, создаваемый тренажером вследствие того, что уменьшены вес шпонки с отверстием для одной пружинки.
Сочетание взаимоположения деталей, значимость назначения, совокупность всех признаков предложенного устройства позволяет признать данную заявку изобретением.
На фиг.1 изображен тренажер общий вид,
на фиг.2 изображено продольное сечение на фиг.1,
на фиг.3 изображено сечение А-А на фиг.2,
на фиг.4 изображен неподвижный блок,
на фиг.5 изображен диск подвижного блока.
Тренажер состоит из следующих узлов и деталей: узел основание 1, к боковинам которого закреплен узел оказания сопротивления крутящему моменту 2, включающий в себя неподвижный блок 3 с ободом 4, закрепленный болтами 5 с шайбами 6 к блоку 3, блок 3 зафиксирован к боковинам основания 1 хомутом 7 с помощью болтов 8 с шайбами 9. На боковинах основания 1 выполнены прямоугольные ложа 11 для предотвращения возможности вращения неподвижного блока 3 и закрепления вкладыша 13, на который посажена втулка 14 вкладыша. На втулки 14 и 12 посажены концы вала 15 подвижного блока 2, который включает в себя несколько дисков 16, собранных с валом на шпонку 17 на шпоночном пазу вала 15, каждый диск 16 имеет свой шпоночный прямоугольный паз 18 для посадки на вал, разница в дисках 16 только в том, что пазы 18 выполнены с отступлением по фазе на угол α° от оси одной из кособоких пазов 19 на ободе диска 16. Кособоких пазов 19 на дисках 16 столько же, сколько прямоугольных пазов 19 на неподвижном блоке 3, так же равномерно распределены по окружности. На прямоугольные пазы 10 неподвижного блока 3 посажены шпонки 20 прямоугольной формы с отверстием с уступом для пружин 21. На одну шпонку 20 собрана одна пружинка, один конец пружинки 21 упирается на обод 4, а другой конец пружинки упирается на уступ отверстия шпонки 20. За пределами боковин основания 1 к концам вала посажены рычаги 22, закрепленные гайками 23, шайбами 24, на рычагах 22 выполнены приливы с пазами 25 для размещения в них ручек 26 с трубками 27 и закреплены гайками 28 с шайбами 29 на определенном месте рычага, удобном для вращения вала по физическим возможностям человека. Шпонки 20 со стороны расточенной части неподвижного блока 3 защищены от выпадания крышкой 30, прикрепленной к ободу 4 винтами 31, для удержания от смещения основания 1 при работе одной рукой, выполнены дуги 32 на каждой из продолговатой части основания 1.
СБОРКА. Сначала собирают вал 15 (фиг.2) со втулкой 12 и неподвижным блоком 3. В отверстие сборочного приспособления вставляют вал 15 в сборе со втулкой 12 и неподвижным блоком 3, собирают обод 4 с блоком 3, фиксируют болтами 6 и шайбами 5, в шпоночный паз вала 15 вставляют призматическую шпонку 17, собирают в шпонку 17 диск 16, имеющий шпоночный паз 18, у которого ось совпадает с осью паза с наклонными боками 19, поворотом вала 15 совмещают оси шпоночных пазов неподвижного блока 3 с осями пазов с наклонными боками 19 диска 16, затем в каждый паз с прямыми боками неподвижного блока 3 вставляют шпонки 20 в сборе с пружинками 21 последовательно по одному и специальной лопаточкой-толкателем проталкивают в шпоночные пазы с наклонными боками первого диска, после этого берут другой диск 16, имеющий шпоночный паз 18, смещенный по отношению к оси шпоночного паза с наклонными боками обода на первое приращение Δα° (см. фиг.5), и собирают со шпонкой 17, находящейся в сборочном приспособлении в сборе с валом 15, проталкивают его до упора с первым собранным диском 16, далее, берут другие шпонки 20 со вставленными в его отверстие пружинками 21, вставляют в прямобочные пазы неподвижного блока 3, проталкивают лопаточкой до упора в шпоночные пазы с наклонными боками второго диска, далее, берут третий диск 16 со шпоночным пазом 18, имеющим смещение Δα°+Δα° по отношению к оси шпоночного паза с наклонными боками, собирают со шпонкой 17 вала, проталкивают до упора со вторыми диском 16, вращением вала 15 совмещают оси шпоночных пазов третьего диска с осями прямых пазов неподвижного блока 3, вставляют новые шпонки 20 с пружинками 21 в прямобочные пазы блока 3 и лопаточкой проталкивают в пазы 19 подвижного блока диска 16 до упора. Такие сборочные действия совершают с четвертым, пятым, шестым дисками 16 и шпонками 20 с пружинками. Выдерживать очередность сборки дисков 16 не обязательно, так как сжатие пружинок 21 происходит поочередно принудительно каждое в свое время, обусловленное расположением шпоночных пазов 18 относительно оси шпоночного паза с наклонными боками 19. После сборки всех дисков 16 со шпонками 20 и пружинками 21, вставляют крышку 30 на обод 4 и фиксируют винтами 31. Вставляют втулку 14 на конец вала 15, собирают вкладыш 13 со втулкой 14, снимают со сборочного приспособления и помещают в оба ложе с прямыми боками 11 (фиг.1) основания 1, прижимают хомутами 7 и фиксируют к обеим боковинам основания 1 болтами 8, шайбами 9. К обеим концам вала вставляют рычаги 22, закрепляют их на валу шайбами 24, гайками 23. На пазы 25 рычагов 22 собирают ручки 26 с трубками 27, закрепляют шайбами 29 и гайками 28. Необходимо соблюсти соотношение: 360/н≤Δα·к, где н - число пазов с прямыми боками, к - число дисков со шпоночными пазами с наклонными боками.
РАБОТА. Тренажер для развития мышц рук человека предназначен для оказания сопротивления вращательным движениям ручек, соединенных с рычагами к концам вала 15. Основными элементами для оказания сопротивления крутящему моменту вала является цилиндрические пружины 21. Прикладывать вращательный момент на вал 15 можно одной рукой или двумя руками, взявшись за ручку 26 захватом сверху или захватом снизу. Захватом сверху держат ручку, когда надо вращать вал 15 по часовой стрелке, то есть толкать рычаг 22 от себя. Захватом снизу берут ручку, когда надо вращать вал против часовой стрелки, то есть тянуть рычаг 22 на себя. При вращении вала одной рукой, держатся другой рукой за дугу 32, чтобы не было смещения тренажера по столу, на котором размещен тренажер. На вращение вала по часовой стрелке или против часовой стрелки тратится одинаковая величина усилия руками человека потому, что боковые поверхности наклонных шпоночных пазов 19 дисков 16 имеют равные углы наклона β° слева и справа от оси шпоночного паза. Количество шпоночных пазов на дисках 16 равно количеству шпоночных пазов 10 неподвижного блока (3 см. фиг.3, 4, 5). Все диски 15 на ободе имеют одинаковую геометрию, конфигурацию. Отличие в дисках 16 только в разном расположении шпоночного паза 18 для посадки на вал 15 на угол α° соответственно с наращением на Δα° относительно оси одной из шпоночных пазов с наклонными боками для обеспечения равномерности приложения крутящего момента на вал, то есть обеспечения равномерного вращения вала 15 без рывков, разных напряжений мышц руки на любой фазе вращения вала и с любой скоростью. Для лучшего восприятия теории возьмем конкретный пример. Пусть диаметр диска 16 будет иметь значение 80 мм. Разобьем его на 6 равных частей. Угол между осями вершин кулачков составит 360/6=60°. γ° - угол между началом подъема наклонной боковой поверхности шпоночного паза с наклонными боками и концом подъема вершиной равен 12°, γ°=12° (фиг.5). Для того чтобы добиться равномерности вращения вала, надо разбить сектор 60° на равные части, имеющие приращение Δα° меньшее, чем γ°, Δα°<γ°, например 10°, то есть Δα°=10°. Получим 60/10=6, это означает, что надо иметь 6 дисков, одинаковых по конфигурации на ободе, разнящихся друг от друга расположением шпоночных пазов 18 для вала на угол 10° относительно одного из осей кособоких пазов. Для практики достаточно иметь 6 дисков, чтобы получилось равномерное вращение вала 15. Возможны другие варианты подбора дисков 16 для получения равномерного вращения вала 15 с другими размерами пазов 19. Шпонка с отверстием 20 с уступом для посадки пружинки имеет длиновой размер, равный толщине диска 16. Угол β° наклона боков паза к основанию паза 19 (фиг.5) выполняется в интервале 4÷85°, в нашем примере β°=30°. От глубины шпоночного паза с наклонными боками зависит длина цилиндрических пружин сжатия 21 и бесшумность тренажера. Чем глубже этот паз, тем больше шумливость тренажера потому, что шум издается шпонкой с отверстием для пружинки, помещенной в это отверстие с уступом. Шпонка 20 встречается с началом подъема боковой поверхности 19 и из-за наличия зазора в размерах толщины шпонки 20 и шириной основания паза при встрече получается стук, складывающийся в шум от стуков многих пазов и шпонок. Этот шум тем меньше, чем меньше размеры шпонок 20 и дисков 16. По сравнению с прототипом размеры шпонок 20 намного меньше и следовательно, шум получается меньше. Стук создается шпонкой с пружинкой еще при спуске с наклонной поверхности с углом β° во время встречи шпонки с основанием шпоночного паза. В этом случае накопленная энергия пружинки при сжатии тратится на принудительное опускание шпонки 20 к основанию шпоночного паза. К обеим концам вала 15 прикреплены рычаги 22, имеющие приливы с пазами 25 для сборки к ним перпендикулярно ручек 26 с трубкой 27, которые имеют возможность вращаться по поверхности ручек 26, обеспечивая комфортное приложение крутящего момента рукой к валу 15. Вал 15 имеет возможность вращаться во втулках, помещенных: на одной стороне - на промежуточную деталь-вкладыш 13 с прямоугольным профилем, на другой стороне - на отверстие неподвижного блока 3, которые посажены на прямобочные ложа 11 боковины основания 1. Вкладыш 13 и неподвижный блок 3 закреплены к основанию 1 хомутом 7 с помощью болтов 8 и шайб 9.
Расчет величины крутящего момента на валу ведется, взяв за основу усилие сжатия одной пружинки на величину глубины шпоночного паза с наклонными боками диска 16, допустим на величину Pпр1. У нас количество шпоночных пазов н'', равномерно распределенных по окружности в неподвижном и подвижном блоках, в каждом шпоночном пазе непрерывно претерпевает сжатие по одной пружинке. Рпр - суммарное постоянное усилие-сжатие пружинок рассчитывается как Рпр=Рпр1×н кг. Мк - крутящий момент, необходимый для приложения к валу, определяется по формуле: Мк=Рпр·Д/2·tgβ°, где Д - диаметр подвижного диска.
Экономический эффект
Экономический эффект от применения тренажера для развития мышц рук складывается из следующих свойств: 1/ устройство малогабаритно, занимает мало места, 2/ не тяжелое, способно заменить тяжелую гирю, не обладает инерционностью, пружинки и шпонки защищены от выпадения, 3/ обладает возможностью менять физическую нагрузку от возможностей человека, 4/ неприхотлив в обращении, 5/ можно использовать в невесомости, независимо от гравитации, 6/ предлагается как новая модель спортивного оборудования - велотренажер для рук, удовлетворяющий требованиям к силовым тренажерам как постоянство создаваемой нагрузки при любой скорости, бесшумность работы, простота использования и др.
Использованная литература
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя, том 2, стр.228. Москва, Машиностроение, 1978 г.
2. ПРОТОТИП - патент России № 2392994.
Тренажер для развития мышц рук, содержащий узел оказания сопротивления крутящему моменту, включающий в себя неподвижный блок, подвижный блок, призматическую шпонку, втулки, ручки, в неподвижном блоке выполнены шпоночные пазы с прямыми боками для размещения в них шпонок с отверстиями с уступом для цилиндрических пружин, при этом оси симметрии шпоночных пазов расположены равномерно по окружности, отличающийся тем, что неподвижный блок имеет обод, закрепленный к блоку болтами с шайбами, подвижный блок состоит из нескольких дисков, имеющих на ободе шпоночные пазы с наклонными боковыми поверхностями для возможности размещения в них шпонок с отверстием для одной пружины, диски посажены на вал на единую призматическую шпонку, диски различаются друг от друга разным расположением шпоночного паза для посадки на вал на угол α° соответственно с наращением на Δα° относительно оси одной из шпоночных пазов с наклонными боками для обеспечения равномерности приложения крутящего момента на вал, причем, Δα°<γ°, где γ° - угол между началом подъема наклонной боковой поверхности шпоночного паза с наклонными боками и концом подъема, шпонка с отверстием для пружинки имеет длиновой размер, равный толщине диска, к обеим концам вала прикреплены рычаги, имеющие приливы с пазом для прикрепления к ним перпендикулярно ручек, вал имеет возможность вращаться во втулках, помещенных на одной стороне - на промежуточную деталь с прямоугольным профилем, на другой стороне - на отверстие неподвижного блока, которые посажены на прямобочные ложа боковин основания, промежуточная деталь и неподвижный блок закреплены к основанию хомутом с помощью болтов, со стороны расточенной части неподвижного блока к ободу прикреплена крышка, для равномерного вращения вала необходимо соблюдение соотношения: 360/н≤Δα·к, где н - число пазов с прямыми боками, к - число дисков со шпоночными пазами с наклонными боками.
