专利名称：跑台浮动式跑步机及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种可投入商业、家庭和医疗康复等领域使用的跑步机及其使用方法。
背景技术：
随着国内消费水平的提升与健康生活方式的普及，现有各类健身、康复器材得到了广泛应用，越来越多的消费者期待通过健身运动来提高生活品质与体质。通常使用的跑步机具有占地面积小、移动方便等优点，其主要分为两种，一种是有动力的电动跑步机，另一种是无动力的家用跑步机。现有电动跑步机的缺点大致是,使用电机带动滚筒及跑步带转动，跑步带与跑步板为滑动摩擦，消耗功率大。健身者在跑动时脚部、膝部、髋部关节所受到的冲击力是体重的5-8倍。虽然现有跑步机有相关缓冲结构的设计，但这种缓冲结构主要靠橡胶材料的弹性特性来实现,总体比较刚性,跑步时对于健身者上述关节部位的冲击仍显较大。现有家用无动力跑步机的缺点大致是，跑步机的跑步台必须倾斜至一定的角度，如果水平放置不能跑步，跑起来既不舒适、对人体的上述关节部位冲击较大。
发明内容
本发明所述的跑台浮动式跑步机及其使用方法，其目的在于解决上述现有技术存在的问题而将承载健身者的跑步台组件相对于底座组件设计为沿垂向上浮动的，从而以垂向浮动方式提供一种远大于现有弹性结构与弹性材料的位移量，健身者在跑步过程中能够得到更为有效的缓冲与压力释放，保证健身者的膝盖、脚踝、髋部关节等部位免于受到较大的伤害。发明目的还在于，实现健身者跑步时针对跑步台组件的冲击力转变为跑步带等装置沿跑步相反方向移动的辅助动力，以减少电动跑步机的驱动力输入，或者不需要输入动力。另一发明目的是，应用于家用无动力跑步机时，可将跑步台组件进行水平放置，使用起来更为舒适与方便。为实现上述发明目的，所述的跑台浮动式跑步机主要包括有:一用于从底部进行支承与定位的底架组件，跑步台组件，用于承载健身者并连接于底架组件的框架内侧；跑步辊组件，沿健身者跑步方向设置于跑步台组件端部；驱动装置，用于驱动跑步辊组件以实现跑步台组件表面定向移动。与现有技术的区别之处在于，所述的跑步台组件，其整体沿垂向滑动连接于框架内侧；在跑步台组件与底架组件的垂向之间，连接有数组弹性复位装置；在跑步台组件与底架组件的侧部之间。连接有数组导向限位装置。
如上述基本方案，跑步台组件整体上相对于底座组件是沿垂向上下浮动的，该浮动位移量远大于现有缓冲橡胶。在不使用时、以及健身者跑动过程中双脚均离开时，弹性复位装置总使跑步台组件处于垂向最高位，或是趋向于垂向最高位、即跑步台组件整体沿垂向向上浮动。当健身者跑动过程中至少一只脚踩踏跑步台组件时，会对其产生向下的压力并克服弹性复位装置的向上的弹性复位作用力，这时跑步台组件整体沿垂向向下浮动。以此循环往复。弹性复位装置的使用除提供跑步过程中的瞬间冲击力缓冲作用以外，还可为跑步台组件沿垂向向上浮动时积蓄能量，从而将针对跑步台组件的冲击力转变为跑步带等装置沿跑步相反方向移动的辅助动力。基于上述垂向浮动原理与基本结构设计，针对实现跑步辊组件浮动操作的具体方案特征如下:所述的驱动装置，是安装于跑步台组件上的电机；所述的跑步棍组件具有,一向跑步台组件提供驱动力的传动轴；在传动轴上，套装有通过皮带连接于电机输出轴的皮带轮；在传动轴两端分别安装有齿轮或摩擦轮，齿轮或摩擦轮对应在地连接于框架内侧的齿条板或摩擦板。跑步台组件带动跑步辊组件沿垂向向下浮动时，是齿轮与齿条板相互啮合、或摩擦轮或摩擦板相互摩擦挤压作用，从而为跑步台组件沿垂向反复浮动提供运动轨迹。针对使用跑步带的跑步机来说，较为优选的驱动力传递结构是，在传动轴上通过单向轴承套装有跑步棍，单向轴承的内圈与传动轴过盈配合，单向轴承的外圈与跑步棍过盈配合；在跑步台组件两端的跑步棍之间,缠绕连接有跑步带。由于单向轴承的作用，跑步辊组件中的传动轴与跑步辊始终能够保持相同的旋转方向，从而保证跑步带始终沿着健身者跑步方向的相反方向移动。当健身者的双脚均离开跑步带时，弹性复位装置作用于跑步台组件沿垂向向上浮动，单向轴承可限定跑步辊不再旋转而限定跑步带并不沿与健身者跑动方向相同的方向移动，以避免健身者再次踩踏跑步带时发生跌倒或磕碰。为提高针对跑步台组件的垂向高度限位，防止其发生过大的垂向位移量，所述的弹性复位装置，包括有设置于底架组件上的复位弹簧组件和下限位器；复位弹簧组件由连接于底架组件的下钢索扣、连接于跑步台组件的上钢索扣、以及套装于下钢索扣与上钢索扣垂向之间的尼龙头、钢索、弹簧组成。复位弹簧组件可将跑步台组件限定于钢索完全拉伸状态(即垂向最高位)与下限位器(即垂向最低位)之间。为改善针对跑步台组件垂向浮动过程中的限位效果，可采取如下导向限位装置的改进方案，所述的导向限位装置，是以间隙配合分别连接于跑步台组件、底架组件侧部的连杆。为进一步地将滑动摩擦改为滚动摩擦，以减小因摩擦力而损失的输入驱动能量，所述的跑步台组件具有一整体式内框组件，在内框组件中设置有数组中间辊组件；
中间辊组件由数个穿套于内框组件的中间轴、套设在中间轴外部的中间辊组成；在内框组件与中间轴、中间轴与中间辊之间套设有塑料套或轴承组成。在不使用跑步带的情况下，也可采取以下传动结构，即在每一中间轴的两端分别固定连接有同步带轮，中间辊与中间轴固定连接；沿内框组件两侧分别设置一同步带，同步带沿健身者跑步方向分别连接内框组件两端的跑步辊、以及同步带轮。如上述发明构思所述，以及应用以上跑步机结构的改进而同时可实现下述跑步机使用方法:健身者在跑步台组件表面、沿跑步带移动或中间棍顶点旋转切线的相反方向跑动。基于健身者与跑步台组件的相互作用力，由弹性复位装置调节跑步台组件整体地相对于底架组件沿垂向上下浮动；在此过程中，导向限位装置限定跑步台组件的垂向投影位于底架组件的水平截面之内。更为具体地使用过程是，在传动轴两端，安装用于实现随着跑步辊组件垂向浮动的齿轮或摩擦轮；在传动轴上通过单向轴承套装有跑步辊，以驱动跑步带定向循环移动；在健身者的脚离开跑步台组件、跑步台组件整体地相对于底架组件向上浮动过程中，单向轴承通过跑步辊限定跑步带并不沿与健身者跑动方向相同的方向移动。另外，所述的弹性复位装置包括有设置于底架组件上的复位弹簧组件，复位弹簧组件通过上钢索扣限定跑步台组件在垂向上的最高浮动位置。综上内容，本发明跑台浮动式跑步机及其使用方法具有以下优点与有益效果:1、健身者鉴于跑步台组件沿垂向上浮动的，在跑步过程中能够得到更为有效的缓冲与压力释放，从而保证膝盖关节等部位免于受到较大的伤害。2、通过垂向浮动而施加于跑步带等装置辅助动力，以减少电动跑步机的动力输入。3、可水平放置家用无动力跑步机，而实现较为舒适与方便的跑步锻炼。 4、基于中间辊组件改进而进一步地减小滚动摩擦力，较为明显地节省能源。5、实现针对跑步台组件垂向与水平方向上的有效限位，防止跑步带等承载健身者的终端装置改变运转或移动方向，起到人身保护作用。6、持续垂向浮动的跑步台组件，其垂向投影能够始终处于底架组件水平截面之内，相关驱动、传动与限位装置之间的磨损较小。
现结合以下附图对本发明做进一步地说明。图1是所述跑步辊组件的轴线剖面示意图；图2是图1的轴向截面示意图；图3是所述跑步台组件的示意图；图4是图3的A部放大示意图5是图3的B部放大示意图；图6是图3的侧视示意图；图7是实施例1中的跑步机的示意图；图8是图7的C部放大示意图；图9是所述复位弹簧组件的结构示意图；图10是图7的侧向示意图；图11是图10的D部放大示意图；图12是不使用跑步带的跑步机示意图；图13是图12的E部放大示意图；图14是实施例2的跑步机示意图；图15是实施例3的跑步机示意图；图16是图15的C-C向剖面示意图。
具体实施例方式实施例1，如图1至图13所示，所述的跑步机主要包括有:一用于从底部进行支承与定位的底架组件300，跑步台组件200，用于承载健身者并整体上沿垂向滑动连接于底架组件300的框架301内侧；跑步辊组件100，沿健身者跑步方向设置于跑步台组件200端部；在跑步台组件200与底架组件300的垂向之间，连接有数组弹性复位装置307 ；在跑步台组件200与底架组件300的侧部之间，。连接有数组导向限位装置350。具体地，如图1和图2所示，跑步辊组件100由传动轴105、单向轴承103、跑步辊104、两端设置的齿轮101、轴承102组成。单向轴承103 (两个成对安装)由内圈1033、外圈1031、滚珠或柱1032组成；单向轴承103的内圈1033与传动轴105为过盈配合，外圈1031与跑步辊104为过盈配合；齿轮101与传动轴105过盈配合，通过此类过盈配合而将两者进行固定连接。由主视图(图2)可以看出，若传动轴105被齿轮101带动按顺时针方向定轴转动，跑步辊104可以不转动；若传动轴105被齿轮101带动按逆时针方向定轴转动，滚珠1032进入外圈1031的自锁角，使得跑步辊104必须也按逆时针方向转动。如图3至图6所示，跑步台组件200是由内框组件203通过螺钉固定连接的前连接板207 (成对)、后连接板201 (成对)组成的主体，跑步辊组件100 (前后各一套)中的轴承102的外圈与前连接板207 (成对)、后连接板201 (成对)相应的安装孔为过盈配合。销轴202焊接在内框组件203上。中间辊组件230由数个中间轴210、套在其外面的数个中间辊212、以及数个塑料套211组成，塑料套211的内圈与中间轴210为间隙配合，外圈与中间辊212为过盈配合；若中间轴210相对固定，中间辊212可以绕其自由旋转；塑料套211也装在内框组件203相应的安装孔内、且为过盈配合；中间轴210穿过此塑料套211与内框组件203固定连接，这样就避免了金属与金属的接触，减少了噪音。皮带轮205固定连接在跑步辊104的一端，电机209通过电机支架208与内框组件203固定连接，皮带206 —端连接电机209输出轴，另一端连接皮带轮205 ；电机209绕其出轴轴线逆时针旋转，可以带动跑步带204按箭头方向移动或转动；跑步带204套在前、后两个跑步辊组件100之间。如图7和图8所示，底架组件300由外框301、底板311组成紧固连接的框体，右端封闭，左端开口 ；该框体右端焊接底架转轴304 (对称)，左端固定连接轮子310。立柱303 (成对)与U型管302固定连接，立柱303 (成对)下端靠近底架转轴304(对称)处有调节槽306，可以调节底架组件300的不同仰角。外框301上固定连接连杆转销309 (对称)、齿条板305 (或摩擦板，对称)；底板311上固定连接复位弹簧组件307和下限位器308。如图9所示，复位弹簧组件307由下钢索扣3071、上钢索扣3076、尼龙片3075、尼龙头3074、钢索3072、弹簧3073组成；上钢索扣3076装入内框组件203相应的孔中，下钢索扣3071装入底板311相应的孔中，弹簧3073上端插入尼龙头3074，下端固定在底板311上；底板311相对固定，钢索3072限制内框组件203最高位置，若内框组件203向下移动，钢索3072可以弯曲。钢索3072与上钢索扣3076和下钢索扣3071为过盈配合。如图10和图11所示，连杆350设置有两对，其一端相应的孔连接跑步台组件200的销轴202 (两对)，且为间隙配合；另一端相应的孔连接底架组件300的连杆转销309 (两对)，也为间隙配合；跑步台组件200可在一定范围内在底架组件300内沿上述机构组成的平行四杆机构上下移动；移动的轨迹可以是平行四杆机构，也可以换成导柱导套式直上直下。当健身者在跑步时某个瞬间是双脚离地(跑步台组件200)的，此时跑步台组件200在复位弹簧组件307的作用下处于上面位置；某只脚踏上跑步台组件200时，会对其产生压力，此压力会使跑步台组件200 (带动跑步辊100组件)向下移动，齿轮101与齿条板305相互啮合，此时齿轮101逆时针旋转，单向轴承103外圈1031相对内圈1033处于不可转动方向，所以跑步辊组件100逆时针转动(前后两组跑步辊组件上切水平面方向看，或者两者之间有跑步带204，其上平面)始终沿着与人跑步前进方向相反的方向移动。当健身者双脚再次离开跑步台组件200的瞬间，复位弹簧组件307使跑步台组件200上移，此时齿轮101顺时针旋转，单向轴承103外圈1031相对内圈1033处于可转动方向，跑步棍组件100既不顺时针转动、也不逆时针转动；但是由于上次冲击的作用，如果跑步辊组件100此时产生了惯性力,此惯性力超过了摩擦阻力，跑步辊组件100被惯性力带动可以自由的沿逆时针转动，跑步带204依然向人跑步前进方向相反的方向移动；以此循环往复。具体计算过程如下:设人体冲击力为F，则作用在4个齿轮101 (或摩擦轮，对称)切线的合力为F (不考虑机械损失，下同)，则有:跑步带204受力P = FXr/R，同时存在中间轴210与塑料套211之间的摩擦力f = FX μ。其中，r是齿轮101的半径；R是跑步辊104的半径。r/R的比值越大，则P越接近F ;当r/R的比值大于I是，则P大于F ；μ 摩擦系数，对于滑动摩擦，μ永远小于I ;对于滚动轴承的摩擦系数更低。所以P > f，跑步带向背离人跑步前进方向移动。
如图12和图13所示，在实施例1中还可不使用跑步带204。具体地，数个中间轴210两端固定连接同步带轮230，中间辊212、中间轴210为固定连接；同步带250(两边各一条)两端分别连接前、后跑步辊104，中间啮合连接同步带轮230，跑步辊104转动时通过同步带250，带动同步带轮230转动，从而带动中间辊212转动。在中间辊212之间填充与内框组件203固定连接的草地装饰条270，既可以防止物体塞入在中间辊212的缝隙中，又可以美观。其余结构与上一实施例相同。实施例2,如图14所示,跑步台组件200受到跑步力F作用时会向下移动,将力量传至活塞401 (与跑步台组件200固定连接)。设置有4个活塞401，则每个活塞401受力为1/4F ；活塞401下移压缩缸体400 (与底架组件300固定连接)里的气体或液体，单向进气阀405和单向出气阀406使气体只能沿管路403至气动马达或液压马达404 (如箭头B指向)使之转动，转动的部分带动跑步辊104转动,从而带动跑步带204沿图示A方向移动。当人跑步时某个瞬间双脚离地(跑步台组件200)时，气缸弹簧402使活塞401上移，单向出气阀406关闭，单相进气阀405开通，气体进入缸体400,此时单向轴承103 (作用与前述相同)使得跑步带204不能沿箭头A反方向移动。以此循环往复，将冲击力转换成跑步带204向左移动的动力，同时又起到缓冲的作用。实施例3，如图15和图16所示，导向座502、发电机505、单向轴承座507皆固定于底架501上；导向柱504 —端固定连接跑步台515，另一端插入导向座502里，其下方有复位弹簧503。跑步辊512通过轴513与跑步台515连接，跑步辊512可在轴513上自由转动，轴513与跑步台515固定连接；电机510和齿条509 (或摩擦板)固定连接在跑步台515上，电机皮带511—端连接电机510的输出轴，另一端连接跑步辊512 ;跑步带514套在两个跑步辊512之间，电机510逆时针转动，跑步带514沿图示A方向移动(转动)。发电机皮带506 —端连接发电机505的输出轴，另一端连接单向轴承组件508中的发电机皮带轮5085 ;单向轴承组件508由固定于单向轴承座507的转轴5081、轴承5082、齿轮5083 (或摩擦轮)、单向轴承5084、发电机皮带轮5085组成；轴承5082内圈与转轴5081为过盈配合，外圈与齿轮5083(或摩擦轮)为过盈配合；单向轴承5084内圈与齿轮5083 (或摩擦轮)为过盈配合,外圈与发电机皮带轮5085内圈为过盈配合。如前所述跑步台515受到跑步力F作用时会向下移动，将力量传至齿条509，合计受力为F ;齿条509 (或摩擦板)下移啮合齿轮5083 (或摩擦轮)转动，假设此时齿轮5083(或摩擦轮)正转(逆时针)，单向轴承5084外圈相对内圈处于不可转动方向，所以通过发电机皮带轮508驱动发电机505发电(在关闭电机510电源时)。当人跑步时某个瞬间双脚离地(跑步台515)时，复位弹簧503使跑步台515上移。此时齿轮5083 (或摩擦轮)反转(顺时针)，单向轴承5084外圈相对内圈处于可转动方向，不驱动发电机505。以此循环往复，将冲击力转换成发电机505的电力，同时又起到缓冲的作用。所发的电力通过蓄电装置储存，可以供给电机510驱动跑步带514转动(或移动)。如上所述，结合附图和实施例所给出的方案内容，可以衍生出类似的技术方案。但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据上述技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
1.一种跑台浮动式跑步机，包括有用于从底部进行支承与定位的底架组件(300)， 跑步台组件(200)，用于承载健身者并连接于底架组件(300)的框架(301)内侧； 跑步辊组件(100)，沿健身者跑步方向设置于跑步台组件(200)端部； 驱动装置，用于驱动跑步辊组件(100)以实现跑步台组件(200)表面定向移动， 其特征在于:所述的跑步台组件(200)，其整体沿垂向滑动连接于框架(301)内侧； 在跑步台组件(200)与底架组件(300)的垂向之间，连接有数组弹性复位装置； 在跑步台组件(200)与底架组件(300)的侧部之间，连接有数组导向限位装置。
2.根据权利要求1所述的跑台浮动式跑步机，其特征在于:所述的驱动装置，是安装于跑步台组件(200)上的电机(209) 所述的跑步辊组件(100)，具有一向跑步台组件(200)提供驱动力的传动轴(105)； 在传动轴(105)上，套装有通过皮 带(206)连接于电机(209)输出轴的皮带轮(205)；在传动轴(105)两端分别安装有齿轮(101)或摩擦轮，齿轮(101)或摩擦轮连接于框架(301)内侧的齿条板(305)或摩擦板。
3.根据权利要求2所述的跑台浮动式跑步机，其特征在于:在传动轴(105)上通过单向轴承(103)套装有跑步辊(104)，单向轴承(103)的内圈(1033)与传动轴(105)过盈配合或固定连接，单向轴承(103)的外圈(1031)与跑步辊(104)过盈配合或固定连接。
在跑步台组件(200)两端的跑步辊(104)之间，缠绕连接有跑步带(204)。
4.根据权利要求1、2或3所述的跑台浮动式跑步机，其特征在于:所述的导向限位装置，是以间隙配合分别连接于跑步台组件(200)、底架组件(300)侧部的连杆(350)。
5.根据权利要求4所述的跑台浮动式跑步机，其特征在于:所述的跑步台组件(200)具有一整体式内框组件(203)，在内框组件(203)中设置有数组中间辊组件(230)； 中间辊组件(230)由数个穿套于内框组件(203)的中间轴(210)、套设在中间轴(210)外部的中间辊(212)组成； 在内框组件(203)与中间轴(210)、中间轴(210)与中间辊(212)之间套设有塑料套(211)或轴承组成。
6.根据权利要求5所述的跑台浮动式跑步机，其特征在于:在每一中间轴(210)的两端分别固定连接有同步带轮(230)，中间辊(212)与中间轴(210)固定连接； 沿内框组件(203)两侧分别设置一同步带(250)，同步带(250)沿健身者跑步方向分别连接内框组件(203)两端的跑步辊(104)、以及同步带轮(230)。
7.如权利要求1至6所述跑台浮动式跑步机的使用方法，健身者在跑步台组件(200)表面、沿跑步带(204)移动或中间辊(212)顶点旋转切线的相反方向跑动，其特征在于:基于健身者与跑步台组件(200)的相互作用力，由弹性复位装置调节跑步台组件(200)整体地相对于底架组件(300)沿垂向上下浮动； 在此过程中，导向限位装置限定跑步台组件(200)的垂向投影位于底架组件(300)的水平截面之内。
8.根据权利要求7所述的跑台浮动式跑步机使用方法，其特征在于:在传动轴(105)两端，安装用于实现跑步辊组件(100)垂向浮动的齿轮(101)或摩擦轮； 在传动轴(105)上通过单向轴承(103)套装有跑步辊(104)，以驱动跑步带(204)定向循环移动；在健身者的脚离开跑步台组件(200)、跑步台组件(200)整体地相对于底架组件(300)向上浮动过程中，单向轴承(103)通过跑步辊(104)限定跑步带(204)并不沿与健身者跑动方向相同的方向移动。
9.一种跑台浮动式跑步机使用方法，其特征在于:跑步台组件(200)受到健身者施加的跑步力F作用时向下移动，将压力传至与跑步台组件(200)固定连接的活塞(401)，活塞(401)下移压缩与底架组件(300)固定连接的缸体(400)中的流体，单向进气阀推动缸体(400)中的流体沿管路(403)流动至马达(404)，马达(404)转动时带动跑步辊(104)，从而实现跑步带(204)沿健身者跑动方向相反的方向移动； 当健身者的脚离开跑步台组件(200)、跑步台组件(200)不受力时，活塞(401)上移而单向出气阀(406)关闭、单相进气阀(405)开通，流体返回至缸体(400)，由单向轴承(103)限定跑步带(204)并不沿与健身者跑动方向相同的方向移动。
10.一种跑台浮动式跑步机使用方法，其特征在于:跑步台(515)受到健身者施加的跑步力F作用时向下移动，将压力传至齿条(509)并使之下移，与齿条(509)啮合的齿轮(5083)转动，通过发电机皮带轮(508)驱动发电机(505)发电，电机(510)驱动跑步带(514)沿健身者跑动方向相反的方向移动； 当健身者的脚离开跑步台(515)、跑步台(515)不受力时,复位弹簧(503)使得跑步台(515)上移，齿轮(5083)反向转动，发电机(505)未被驱动发电，跑步带(514)并不沿与健身者跑动方向相同的方向移 动。
全文摘要
本发明所述的跑台浮动式跑步机及其使用方法，将承载健身者的跑步台组件相对于底座组件设计为沿垂向上浮动的，从而以垂向浮动方式提供一种远大于现有弹性结构与弹性材料的位移量，在跑步过程中能够得到更为有效的缓冲与压力释放，保证健身者的膝盖、脚踝、髋部关节等部位免于受到较大的伤害。跑台浮动式跑步机包括有一底架组件，跑步台组件；跑步辊组件，沿健身者跑步方向设置于跑步台组件端部；驱动装置，用于驱动跑步辊组件以实现跑步台组件表面定向移动。跑步台组件，其整体沿垂向滑动连接于框架内侧；在跑步台组件与底架组件的垂向之间，连接有数组弹性复位装置；在跑步台组件与底架组件的侧部之间。连接有数组导向限位装置。
文档编号A63B22/02GK103170094SQ20121041539
公开日2013年6月26日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年9月10日
发明者胡刚 申请人:胡刚