阻力基本恒定的健身器

摘要

本发明涉及一种为健身器(11)提供在运动范围内基本恒定的力的阻力组件(10)，该阻力组件(10)包括可沿行进路线(P)彼此相对移动的至少一个悬臂弹簧(12a，12j)和至少一个刚性件(14b，80j)。刚性件使悬臂弹簧偏转从而产生阻力。刚性件接合悬臂弹簧的偏转端(18a，18j)，并在悬臂弹簧和刚性件彼此相对移动时将该偏转端限制在预定的偏转路线内。刚性件可以是非平面接触表面(14b)或枢转连杆(80j)，偏转端可沿该非平面接触表面(14b)行进。组件可包括用于将悬臂弹簧和至少一个刚性件中的至少一个操作性地连接到健身器上的装置。

说明书

技术领域

本发明一般地涉及健身器。更具体地，本发明涉及用在健身器中的阻力基本恒定的阻力组件。

背景技术

抗阻训练(阻力训练)的价值已经公认许多年了。大多数抗阻训练运动的目的是对用户的运动提供阻力，以便在用户移动负载时使其肌肉组织拉紧。所谓的“自由重量”可能是提供这种阻力的最简单方式，因为用户可以简单地举起重物，而重力作用于重物的质量以对用户的运动提供阻力。因为在使用人员可重复进行的运动范围内重力非常固定，所以自由重量可以有效地施加在运动范围基本恒定的阻力。尽管自由重量可有效地提供在运动范围基本恒定的力，但自由重物必需很重而且通常体积庞大，从而造成伤害用户的危险并使得健身系统难以移动和紧凑地存放。

除了自由重量之外，加重系统已被结合进通常具有与加重系统互连的滑轮和手柄系统的健身器中，以便能够进行各种抗阻训练。这种健身器通常具有重量/重物“配重片”，其设有去除件(take-off)以使用户能够调节所希望的重量等级和所希望的健身运动类型—即卧推、屈腿等。利用了加重系统的健身器会遇到许多与自由重量有关的问题，其中健身器可能很重并且难以移动。

由于这些原因，现已研制出用弹簧或其它阻力件代替加重系统的健身器，以便将其简化成更轻且更安全的健身器。而且，已将弹簧结合进用于低重力环境的健身器中，在所述低重力环境下重力非常低以致重量训练无效。

尽管利用弹簧来模拟自由重量或加重系统所提供的阻力已取得某些成功，但已经证明将弹簧用作阻力件也存在问题。这是由于大多数弹簧对运动提供的阻力一般是变化的，即，由弹簧产生的力一般随弹簧的位移增加或减少而改变。因此，用户可能在运动范围的开始遇到很高或很低的阻力，并在运动范围的最后遇到很低或很高的阻力。由于大多数抗阻训练的目的是提供在运动范围内恒定的阻力，因此常规弹簧作为健身设备中的重物代替品已被证明是有问题的。

发明内容

已认识到，开发一种为健身器提供在运动范围内基本恒定的阻力的阻力组件是有利的。此外，已认识到，开发一种提供基本恒定的阻力且可在健身器内以各种构型定向的阻力组件是有利的。

本发明提供了一种为健身器提供在运动范围内基本恒定的力的阻力组件，该阻力组件包括可沿行进路线彼此相对移动的至少一个悬臂弹簧和至少一个刚性件。当悬臂弹簧和刚性件沿行进路线彼此相对移动时，刚性件使悬臂弹簧偏转并产生阻力。悬臂弹簧具有锚固端和偏转端。刚性件接合悬臂弹簧的偏转端，并在悬臂弹簧和刚性件彼此相对移动时将偏转端限制在预定的偏转路线。(本发明)可以包括将悬臂弹簧和非平面接触表面中的至少一个操作性地连接到健身器上的装置。

根据本发明的另一方面，提供了一种为健身器提供在运动范围内基本恒定的力的阻力组件，该阻力组件包括至少一个悬臂弹簧和至少一个刚性件，所述至少一个悬臂弹簧和至少一个刚性件均彼此相对地被至少一个导轨沿基本为直线的行进路线操作性地约束。当悬臂弹簧和刚性件沿直线行进路线彼此相对移动时，刚性件使悬臂弹簧偏转并产生阻力。悬臂弹簧具有锚固端和偏转端。刚性件接合悬臂弹簧的偏转端，并在悬臂弹簧和刚性件彼此相对移动时将偏转端限制在预定的偏转路线。

根据本发明的另一方面，提供了一种为健身器提供在运动范围内基本恒定的力的阻力组件，该阻力组件包括一对可沿行进路线彼此相对移动的对置的横梁(crosshead)和至少一个导轨，所述一对对置的横梁中的至少一个可沿所述导轨沿行进路线移动。至少一个刚性件与所述一对对置的横梁中的一个相互作用，至少一个悬臂弹簧与所述一对对置的横梁中的另一个相互作用。当所述一对对置的横梁彼此相对移动时，悬臂弹簧可与所述至少一个刚性件接合。响应横梁沿行进路线的相对运动，悬臂弹簧在横梁之间提供基本恒定的压阻力。

(本发明提供了)一种为健身运动提供在运动范围内基本恒定的力的方法，该方法包括在运动范围内拉动健身器的主动件。响应对主动件的拉动而使至少一个悬臂弹簧在偏转范围偏转以产生阻力。将由所述至少一个悬臂弹簧所产生的阻力分成1)在偏转范围内基本恒定的第一分量，和2)在偏转范围内基本非恒定的第二分量。仅将由所述至少一个悬臂弹簧所产生的阻力的第一分量操作性地结合到健身器的主动件上。悬臂弹簧和刚性件可响应对主动件的拉动而沿基本为直线的行进路线彼此相对位移。由悬臂弹簧的偏转端施加到刚性件上的力的角度可从与直线行进路线基本平行的方向改变为与直线行进路线成锐角的方向。

根据另一方面，本发明提供一种为健身运动提供在运动范围内基本恒定的力的方法，该方法包括以下步骤：在运动范围内拉动健身器的主动件；响应对主动件的拉动而使悬臂弹簧和非平面接触表面中的至少一个沿基本为直线的行进路线彼此相对位移；以及使由悬臂弹簧的偏转端施加到非平面接触表面上的力的角度从与直线行进路线基本共线的方向改变为与直线行进路线成锐角的方向。

从下面结合附图对本发明的详细说明中，可以看出本发明的其它特征和优点，所述附图作为示例共同示出了本发明的特征。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的阻力基本恒定的阻力组件的正视图；

图2为图1所示阻力组件位移后的构型的正视图；

图3是根据本发明一个方面的悬臂弹簧组件的正视图；

图4是根据本发明的一个方面的杆弹簧的示例性伪刚体模型的正视图；

图5是根据本发明另一实施例的阻力基本恒定的阻力组件的正视图；

图6是图5中的阻力组件连接到健身器的正视图；

图7是根据本发明一个实施例的另一阻力组件的正视图；

图8是图7的阻力组件位移后的构型的正视图。

具体实施方式

现在参见附图所示的示例性实施例，本文将使用专门术语来说明这些实施例。不过应理解，这不是对本发明的范围的限定。相关技术领域且持有本公开的技术人员可想到的本文所示发明特征的替代方案和其它变型以及本文所示发明原理的其它应用，都包括在本发明的范围内。

本发明提供了一种或多种为健身器提供在运动范围内基本恒定的力的阻力组件。可从本发明的应用中受益的领域的示例包括健身器、体适能(physical fitness)、重量训练以及保健。例如，如图6中作为示例示出的，可将该组件结合到健身器11中。健身器可以具有各种不同的构型、操作等。健身组件可包括可沿行进路线彼此相对移动的悬臂弹簧和刚性件。如下面更详细说明的，刚性件可以包括非平面接触表面或枢转连杆。当至少一个悬臂弹簧和至少一个刚性件沿行进路线彼此相对移动时，刚性件使该至少一个悬臂弹簧偏转从而产生阻力。刚性件接合悬臂弹簧的偏转端，并在所述至少一个悬臂弹簧和至少一个刚性件彼此相对移动时将该偏转端限制在预定的偏转路线。此外，刚性件将由所述至少一个悬臂弹簧产生的阻力分成1)在偏转路线内基本恒定的第一分量，和2)在偏转路线内基本非恒定的第二分量。(本发明)可以包括用于仅将由所述至少一个悬臂弹簧产生的阻力的第一分量操作性地结合到健身器上的装置。

如图1和图2所示，可以设置一个或多个根据本发明的总体以标号10表示的阻力组件。组件10可包括至少一个悬臂弹簧12a和至少一个非平面接触表面14b。非平面接触表面14b可以形成上述刚性件。非平面接触表面14b可以是弧形或者拱形，具有弄圆的或半圆的形状。悬臂弹簧和非平面接触表面可以沿总体以P表示的行进路线彼此相对移动。如下所述，行进路线P可以基本是直的。如图2所示，悬臂弹簧12a可以沿行进路线P朝向非平面接触表面14b移动。或者，非平面接触表面可以朝悬臂弹簧移动，或它们二者可以彼此相对移动。

悬臂弹簧可以具有锚固端16a和滑动或偏转端18a。当悬臂弹簧12a和非平面接触表面14b沿行进路线P彼此相对移动时，偏转端18a可以与非平面接触表面14b接合，并可以沿该非表面接触表面14b行进。悬臂弹簧12a可以具有初始的基本无应力或不弯曲的构型，在该构型中悬臂弹簧基本平行于行进路线P定向。此外，悬臂弹簧12a可以初始地基本垂直于非平面接触表面14b定向(尽管偏转端18a可以以很小的角度接合非平面接触表面，以便有助于偏转端沿接触表面在正确的方向上移动)。

如图2所示，当悬臂弹簧12a和非平面接触表面14b沿行进路线P彼此相对移动时，悬臂弹簧12a可以随着偏转端18a沿非平面接触表面14b行进而弯曲，以便产生在行进路线P方向上基本恒定的阻力。当悬臂弹簧12a弯曲时，偏转端18a偏转。非平面接触表面14b的弯曲部分、悬臂弹簧12a以及行进路线P可以限定一平面或平面层，并可被包含在该平面或平面层中。当悬臂弹簧12a弯曲时，它仍然处于上述平面或平面层内。如上所述，悬臂弹簧和非平面支承表面中的一个或二者可以彼此相对移动。术语“悬臂弹簧”用以指杆弹簧(beam spring)或片簧，所述杆弹簧或片簧的一端(锚固端16a)比其相对端(偏转端18a)更受限制。例如，锚固端16a可当悬臂弹簧12a沿行进路线P移动或移位时移动，但它仅限于沿行进路线移动，而偏转端18a会偏转或弯曲。

组件10可以包括将悬臂弹簧和非平面接触表面操作性地连接到健身器上的连接件20。连接件20可以包括轭状部22和销24，该轭状部和销可与连接至健身器或与健身器相互作用的缆绳26相接合。轭状部22可连接在悬臂弹簧或非平面接触表面上，或者连接到如下所述的相关部件上。连接件20是用于将悬臂弹簧和非平面接触表面中的至少一个操作性地连接到健身器的装置的一个示例。用于将弹簧和/或非平面接触表面连接到健身器上的装置可以包括各种构型。

非平面接触表面14b和悬臂弹簧12a均可由至少一个导轨28操作性地约束，该导轨28可以限定行进路线P。悬臂弹簧12a和非平面接触表面14b中的一个或二者都可以沿导轨28移动。尽管不限于此，但在本发明的一个方面，行进路线P可以包括一基本为直线的路线，如导轨将接触表面和弹簧的移动限制为沿导轨的直线移动时的情况那样。

在图1和图2所示的实施例中，一对对置的横梁30a和30b可以沿行进路线P彼此相对移动。该对对置的横梁中的一个或二者可以沿导轨28移动。非平面接触表面14b可以与横梁中的一个30b相互作用或由该横梁30b支承。悬臂弹簧12a可以与该对对置的横梁中的另一个30a相互作用或由该横梁30a支承。此外，连接件20可以连接到其中一个横梁30a上。

组件10可包括操作性地共同配成对的多个悬臂弹簧和多个非平面接触表面。使弹簧和接触表面成对可以使力平衡。例如，弹簧和接触表面可以成对为彼此相对，例如使相对的悬臂弹簧12a、12b和与之对置的非接触表面14a、14b成对。第一悬臂弹簧12a可以连接到第一非平面接触表面14a上，且该第一悬臂弹簧12a接合与该第一接触表面14a相对的第二非平面接触表面14b。第二悬臂弹簧12b可以连接到第二非平面接触表面14b上，并可以接合第一接触表面14a。这样，弹簧和接触表面配对成相互接合。作为另一个例子，可以设置与第一对类似的另一对，该另一对可以包括具有类似构型的第三和第四悬臂弹簧12c和12d以及第三和第四非平面接触表面14c和14d。这样，第一和第三弹簧12a和12c可以与第一和第三接触表面14a和14c配对在一起。第一和第三弹簧12a和12c可以沿相反方向弯曲以便使力平衡。因此，悬臂弹簧可以响应横梁沿行进路线的相对运动而在横梁之间提供基本恒定的压阻力。

横梁30a和30b可以以本领域技术人员已知的各种方式与一对平行的导轨28相互作用。在所示实施例中，横梁可以包括线性轴承(未示出)，导轨穿过该线性轴承设置。线性轴承可以使横梁能在很小的阻力下相对于导轨移动。同样，非平面接触表面和悬臂弹簧可由本领域技术人员已知的各种材料制成。在本发明的一个方面，悬臂梁由洛氏硬度约为48-50的发蓝回火(blue tempered)且抛光的1095弹簧钢制成。本系统已被成功地结合进了由Icon Corporation of Utah制造的PowerFlex ModelGGSY29210中。在本申请中，测得系统在约13.3cm的位移下具有约418N的输出力或阻力。

悬臂弹簧12a和非平面接触表面14b可以以各种方式设置在系统内。如最清楚的图3所示出的，在本发明的一个方面，可将悬臂弹簧保持在两个可以与螺栓36结合来固定弹簧的肩板34之间，所述螺栓36穿过肩板、穿过弹簧并插入阻力组件的支承结构中。如图1和图2所示，非平面接触表面可以通过螺栓38或者通过本技术领域技术人员已知的各种连接装置固定到横梁30的表面上。在本发明的一个方面，第一悬臂弹簧12a连接到第一非平面接触表面14a上，并与连接在第二非平面接触表面14b上的第二悬臂弹簧12b相对。在这方面，第一悬臂弹簧的偏转端18a可与第二非平面接触表面14b接合，而第二悬臂弹簧的偏转端18b可与第一非平面接触表面14a接合。

悬臂弹簧12的偏转端18可以以各种方式与非平面接触表面14接合并沿之行进。在图1和图2所示的实施例中，可以在悬臂弹簧的端部连接或设置可滑动的轴承40。在图3所示的情况下，可以在弹簧的端部设置或连接滚柱轴承42。在每种情况下，轴承有助于减小弹簧和接触表面之间的阻(曳)力，以便提高阻力组件的效率。

如图1所示，系统可包括一对沿彼此相对的定向设置的对置的阻力组件。例如，可将一对相对的悬臂弹簧12a、12b沿相对的定向设置在一对相对的非平面接触表面14a、14b上。这样，可以将系统优化，以便协同操作地结合利用第一阻力组件的阻力以及与第一组件相对的、阻力基本相同的第二阻力组件的阻力。

如图5所示，在本发明的一个方面，系统可包括总共8个阻力组件。在该实施例中，第一两对阻力组件可以沿彼此相对的定向设置。组合12a、14a和组合12b、14b可构成第一两对阻力组件中的第一对，而组合12c、14c和组合12d、14d可构成第一两对阻力组件中的第二对。这样，每两对组件均包括4个非平面接触表面和4个悬臂弹簧，如作为示例的包括非平面接触表面14a、14b、14c和14d以及悬臂弹簧12a、12b、12c和12d的第一两对组件所示。第一两对组件的这些部件都可设置在第一层。在所示的示例中，第一层组件设置在横梁30a和30b的前面。

此外，系统可包括以彼此相对的定向设置的第二两对阻力组件。组合12e、14e和组合12f、14f可构成第二两对阻力组件中的第一对，而组合12g、14g和组合12h、14h可构成第二两对阻力组件中的第二对。可以看出，每两对组件都包括4个非平面接触表面和4个悬臂弹簧，如作为示例的包括非平面接触表面14e、14f、14g和14h以及悬臂弹簧12e、12f、12g和12h的第二两对组件所示。第二两对组件的这些部件都可设置在第二层。在所示的示例中，第二层组件设置在横梁30a和30b的后面。从而第二层组件可定向为平行并接近第一层组件。

尽管示出组件具有垂直的行进路线P，但应理解，所述组件可定向为具有水平或甚至成角度的行进路线。此外，尽管一些非平面接触表面示为分开的(14b和14d)，但应理解，接触表面可以是单个的连续表面。

在本发明的一个方面，悬臂弹簧12可以向非平面接触表面14施加一力，当弹簧的偏转端18沿非平面接触表面行进时，该力相对于行进路线P的角度改变。例如，当悬臂弹簧和非平接触表面最初开始行进时，弹簧12a的端部18a起初施加到非平面接触表面14b的力F1的方向基本平行于行进路线P(图1)。如图2所示，当弹簧和非平面接触表面彼此相向行进一定距离后，由弹簧施加到接触表面上的力F2相对于行进路线P形成一个角度。该角度的大小可在一定范围内变化并在一个实施例中为锐角。因此，该力具有一与行进路线平行的分量和一与行进路线垂直的分量。当弹簧弯曲时，由弹簧自身所提供的阻力变动或增加，而与行进路线平行的力分量保持基本恒定。

如图1和图2所示，非平面接触表面14d可包括拱形表面。在本发明的一个方面，非平面接触表面可包括在至少45°范围内具有基本恒定的曲率半径R的圆形表面。在所示实施例中，组件所提供的基本恒定的阻力的大小可以用方程式F＝0.105Eth³/L²表示，现已发现，在变动范围大于悬臂弹簧长度的约百分之六十(60％)的偏转(d，图2)下力的改变小于约百分之三(3％)。在所给出的力方程式中，E是弹簧的杨氏模量，t是悬臂弹簧的厚度(图1)，h是悬臂弹簧的宽度(图1的平面向里)，L是悬臂弹簧的长度(图1)。在本发明的一个方面，所述变量的值如下：R＝21.6cm，L＝28.8cm，h＝5.08cm，t＝0.1575cm，E＝207GPa。

现在转向图4，其示出一种已被发现能精确预测悬臂弹簧的较大偏转运动的伪刚体。该模型包括第一刚性连杆50和第二刚性连杆52。第一刚性连杆可以在销连接部56处枢转连接到横梁54上。第二刚性连杆可以在销连接部58处枢转连接到第一连杆上。第二刚性连杆可以通过扭转弹簧62枢转连接到横梁60上。假定扭转弹簧的弹簧常数K＝0.188Eth³/L，则该模型可以通过无量纲长度比R/L＝0.753优化。

参照图6，其示出将组件10结合到健身器11。健身器可以具有各种不同的连接部和操作部件。如图所示，健身器可以利用滑轮系统70将主动件例如手握件74操作性地连接到组件10上。从而，使用者可以拉动手握件74，手握件74拉动通过滑轮系统70的缆绳26从而使组件的悬臂弹簧和非平面接触表面彼此相对位移。应理解，可以使用各种不同的主动件，例如脚扣件、杆、屈腿或屈臂件等。

现在转向图7和图8，其示出阻力组件10b构造为用于健身器中的本发明的另一个实施例。组件10b在许多方面与上述组件相同。组件10b可包括一个或多个悬臂弹簧12j和12k，以及一个或多个枢转连杆80j和80k。枢转连杆可形成如上所述的刚性件。悬臂弹簧12j和12k可分别具有锚固端16j和16k，并分别具有偏转端18j和18k。枢转连杆80j和80k可具有枢转连接到横梁30b上的枢转端82和枢转连接到悬臂弹簧的偏转端18j和18k上的相对的移动端84。枢转连杆构造成绕端部82枢转，以限定另一端84的半径为R的拱形偏转路线。如图8中位移后的构型所示，当横梁30a相对于横梁30b移动时，枢转连杆80j和80k使悬臂弹簧12j和12k偏转，从而在悬臂弹簧和枢转连杆沿行进路线彼此相对移动时产生阻力。枢转连杆80j和80k接合悬臂弹簧的偏转端18j和18k，并将偏转端限制在预定的偏转路线。

本发明还包括一种利用上面详述的结构为健身运动提供在运动范围内基本恒定的力的方法。该方法可包括以下步骤：在运动范围内拉动健身器的主动件；响应对主动件的拉动而使至少一个悬臂弹簧的偏转端沿偏转路线偏转以产生阻力；将由所述至少一个悬臂弹簧所产生的阻力分成i)在偏转路线内基本恒定的第一分量，和ii)在偏转路线内基本非恒定的第二分量；以及仅将由所述至少一个悬臂弹簧所产生的阻力的第一分量操作性地结合到健身器的主动件上。

该方法还可包括以下步骤：响应对主动件的拉动而使悬臂弹簧和非平面接触表面中的至少一个沿基本为直线的行进路线彼此相对移动；以及使由悬臂弹簧的偏转端施加到非平面接触表面的力的角度从与直线行进路线基本共线的方向改变为与直线行进路线成锐角的方向。

该方法还可包括使第二悬臂弹簧和第二非平面接触表面中的至少一个沿行进路线彼此相对移动的步骤。所述至少一个悬臂弹簧和非平面接触表面可包括阻力组件，该方法还可包括以下步骤：将两对阻力组件沿彼此相对的定向设置，并将这两对阻力组件定向在第一平面；以及将第二两对阻力组件沿彼此相对的定向设置，并将所述第二两对组件定向在平行并接近第一平面的第二平面中。该方法还可包括将第二两对阻力组件设置在两对阻力组件后面的步骤。

应理解，上面所涉及的布置是本发明原理的应用示例。显然，本领域普通技术人员可在不脱离如权利要求所阐明的本发明的原理和思想的情况下进行许多修改。