一种可提供重力环境的健身设备、设施的制作方法

本实用新型属于健身设备技术领域，特别涉及一种可提供重力环境的健身设备、设施。

背景技术：

航天员进行体能训练时，采用离心机创造高重力以锻炼肌肉，从而能够适应火箭升空时的高过载。然而，航天员训练用的离心机不适宜直接作为民用健身设备。

从结构上来看，航天员用的离心机只有一个舱位，导致在高速旋转时中心的转轴受力不均匀；为保证设备的安全性，必须采用更加坚韧的材料，从而造成材料成本的增加；另外，一个舱位的离心机同一时刻只能容纳一个人锻炼，使用效率极低。

从使用体验来看，离心机旋转时等效重力(即地球重力与旋转所产生的惯性离心力的合力)方向与腿的方向不相同，不利于健身者使用其他健身器材进行辅助锻炼。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种可提供重力环境的健身设备、设施，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本实用新型的健身设备能够提供高重力锻炼环境，可解决健身者进行细致、周到的锻炼后仍无法均匀锻炼到身体的每一处肌肉群的技术问题。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的一种可提供重力环境的健身设备，包括：

中心转轴，所述中心转轴用于固定设置于地基或底座上；

轨道，所述轨道固定设置于所述中心转轴；其中，所述轨道为圆环状轨道；

顶部转盘，所述顶部转盘可转动的设置于所述中心转轴；所述顶部转盘安装有多个承重轮，每个承重轮均可滚动的安装于所述轨道；

健身舱室，所述健身舱室的数量为多个，多个健身舱室绕所述中心转轴的轴线周向均布；其中，每个健身舱室均固定设置有第一连接臂，第一连接臂通过铰接转轴铰接于所述顶部转盘；

电动机，所述电动机用于驱动所述顶部转盘转动。

进一步地，所述轨道通过三角承重架固定设置于所述中心转轴。

进一步地，所述三角承重架的数量为多个，等间距地固连于所述中心转轴。

进一步地，所述舱室主体为圆柱状。

进一步地，所述轨道上设置有轨道挡板。

进一步地，所述顶部转盘包括：转盘主体、套装环和第二连接臂；所述套装环可转动的套装于所述中心转轴；所述转盘主体通过第二连接臂与所述套装环连接。

进一步地，所述转盘主体的截面为正n边形；所述第二连接臂的数量为n个，分别固定设置于正n边形的n个顶点。

进一步地，承重轮的总承重大于等于10吨。

本实用新型的一种可提供重力环境的健身设施，所述健身设施为多层结构；所述多层结构设置有多个本实用新型上述的健身设备；其中，健身设备提供的重力环境相同或不同。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型的健身设备能够提供高重力锻炼环境，高重力环境下锻炼的效果远远不是增加负重锻炼能比的；因为等效重力作用于身体的每一处地方，多出来的负重可以精确地分担到每个细胞，所以每一块肌肉都能被均匀地锻炼到，更有利于身体素质的提高。

本实用新型的顶部转盘与健身舱室的第一连接臂铰接，当顶部转盘旋转时健身舱室向外倾斜，能够保证内部等效重力与健身舱室地面垂直，健身者可在健身室内自由锻炼。

本实用新型的健身设施可依托高层建筑建造，能够极大程度地节省土地空间；可选的，每层多个舱位，既保证受力均匀，又增加了一次容纳健身者的数量；采用模块化设计，每一层可单独制造然后直接拼接，能够极大程度地节省建造时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的一种可提供高重力环境的健身设备的正视/侧视结构示意图；

图2是本实用新型实施例的一种可提供高重力环境的健身设备的俯视结构示意图；

图3是本实用新型实施例的一种可提供高重力环境的健身设备的多层结构示意图；

图4是本实用新型实施例中，顶部转盘下盘(包含中心转轴)的正等轴测示意图；

图5是本实用新型实施例中，顶部转盘上盘(不含承重轮)的正等轴测示意图；

图6是本实用新型实施例的一种可提供高重力环境的健身设备工作受力分析示意图；

图7是本实用新型实施例中，顶部转盘上盘转速与其所产生重力的关系示意图；

图中，1、健身舱室；2、铰接转轴；3、承重轮；4、顶部转盘；5、轨道；6、水平边；7、地板；8、中心转轴；9、斜边；10、第一连接臂；11、轨道挡板；

*1-此处省略健身舱室与连接臂结构，以使示意图更加清晰明了；

*2-此处与顶部转盘上盘相连接；

*3-此处与承重轮相连接；

*4-此处与电动机相连接。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例的一种可提供高重力环境的健身设备，包括：中心转轴8、顶部转盘4和三角承重架。所述中心转轴8固定不动的设置于地基、底座或地板7上，上连三角承重架以支撑顶部转盘4。优选的，顶部转盘可分为下盘和上盘，其中下盘直接连三角承重架，上盘连健身舱室，上盘通过承重轮胎与下盘接触。

健身舱室1通过第一连接臂10(可以是钢制也可以是凯夫拉等高强度纤维)与顶部转盘4的上盘铰接相连。健身舱室1的舱室主体可为圆柱形，内部空心，可供健身者自由锻炼，也可选择放置其他健身设备。

置于中心转轴8内部的电动机启动时，会带动顶部转盘4的上盘旋转，此时舱内部会有平行于地面的惯性离心力。该离心力与地球重力的合力大小恒大于地球重力，从而产生高重力效果。

请参阅图1至图5，本实用新型实施例给出一种能提供高重力环境的健身设备，包括主干结构、旋转机构和舱室机构；其中，主干结构以中心转轴8为核心，中心转轴8上等间距地固连多(例如，可以为四)个三角承重架，每个三角承重架包括三角承重架的水平边6与三角承重架的斜边9。三角承重架的顶点处支撑着圆环状轨道。三角承重架与轨道5一同构成顶部转盘下盘。顶部转盘下盘具体结构请参阅图4。轨道5的两个边缘均有设置轨道挡板11，但为使示意图更加清晰明了，此处省略不画。

请参阅图5，旋转机构主体为正n边形的顶部转盘上盘。正n边形的n个顶点各自沿着对角线向内延伸出n个钢制第二连接臂。这n个第二连接臂的另一端共同连接到一个圆环(套装环)上，圆环与内置于中心转轴8的电动机(未画出)相连。需要注意的是顶部转盘上盘并不与中心转轴8固定，而是以其为轴自由旋转。顶点向外延伸出n个长约一米的钢制支架，支架末端设有铰接点与舱室机构相连。每个顶点下方还分别连接若干个并排的2-10吨级承重轮3(对承重轮的要求与承重轮的个数有关，要求总承重不少于10吨)。承重轮3可在轨道5上自由滚动。本实用新型实施例中具体给出为正四边形的示例。

舱室机构包括第一连接臂10与健身舱室1。其中第一连接臂10上端与顶部转盘上盘的铰接转轴2相连，下端与健身舱室1相连。连接臂10允许使用凯夫拉等软质高强度纤维以减轻舱室机构整体重量。健身舱室1为圆柱体状，空心，其内部大小达到能容纳一个人原地自由活动即可(高2.3米以上，直径2.2米以上)。舱室内部也可放置其他健身设备辅助锻炼。舱室侧面设置一个舱门(未画出)以供进出。

本实用新型的工作过程包括：当健身者全部在健身舱室中就位且舱门关闭时，中心转轴中的电动机启动，顶部转盘上盘带动健身舱室缓慢开始加速转动，带动承重轮在轨道上平稳行驶。此时第一连接臂与健身舱室开始往外倾斜，舱室内的人也可感受到超重。当顶部转盘上盘达到预定重力所对应的转速时，开始匀速转动。当一次锻炼结束时，顶部转盘上盘缓缓减速，直至停下。

请参阅图6和图7，本实用新型实施例中，设中心转轴的中轴线到铰接转轴的距离为r，铰接转轴到健身者质心的距离为l，第一连接臂10与地平面的夹角为θ。地球重力场强为g，健身舱室内等效重力场强为g’；g、g’分别为它们对应的重力。维持健身者匀速圆周运动所需的向心力为fn，顶部转盘上盘的旋转角速度为ω。

健身者受力如图6所示，由平行四边形法则知，由几何关系知，健身者做圆周运动的半径为(r+lcosθ)，g’cosθ＝fn＝mω²(r+lcosθ)。联立即可求得图6是g’＝2g，r＝6m，l＝6m时的特殊情况，图7显示当r＝6m，l＝6m时转盘转速与等效重力满足的关系。

本实用新型实施例中，健身舱室的半径约为2.4m，高度约为2.5m。为将舱室总质量控制在6000kg以内，其舱壁的平均厚度(*)应为25mm。当g’＝10g(**)时，第一连接臂的最大受力约为600kn。若连接臂材料的横截面总面积为0.01m²，则为保证连接臂不断裂，该材料的抗拉强度应大于60mpa。事实上，现有钢材的抗拉强度普遍不小于150mpa，均可满足以上要求。若采用抗拉强度为3.6gpa的凯夫拉纤维，连接臂的横截面积可以进一步缩小为0.0004m²左右。

*平均厚度即为舱壁耗费钢材的总体积与舱壁表面积之比。

**因人体条件限制，实际应用中g’原则上不大于5g。

本实用新型的运营方式包括：

(1)不同楼层的转盘采用不同的转速，以创造不同的重力。调研人们对重力的需求。

(2)对使用者进行体检与体测，以确定对其适用的重力大小。

(3)实行实名购票制，购票一次可使用健身室一次。健身室每一次运行固定时间。

(4)在健身室内设置紧急停机按钮。当健身者出现身体不适等状况时可按动此按钮中途停止健身；但随意触动将收取额外费用。

(5)在健身室内设置智能感知系统，当检测到健身者的身体不适宜继续锻炼时主动关闭离心机。

此外，如下所示的几类人群不适宜使用本实用新型，否则可能会造成损失或伤害：

1、心血管、心脏病、颈椎病患者；

2、孕妇及婴幼儿；

3、戴首饰、项链者及携带硬物者；

4、处于生长期的未成年人。

本实用新型实施例的健身设备的技术效果包括：

(a)高重力环境下锻炼的效果远比传统的增加负重锻炼显著。由于等效重力(作用于身体的每一处地方，多出来的负重可以精确地分担到每一块肌肉，这显然更有利于身体素质的提高。

(b)本实用新型可依托高层建筑建造，极大节省了土地空间。每层n个舱位，既保证受力均匀，又增加了一次容纳健身者的数量。

(c)本实用新型为模块化设计，每一层可单独制造然后直接拼接，极大节省了建造时间。

(d)本实用新型的顶部转盘分为上盘和下盘，这种结构对转盘材料的性能要求较低。

(e)本实用新型顶部转盘与健身室的连接臂铰接，当转盘开始旋转时健身室自然往外倾斜，保证内部等效重力与健身室地面垂直。健身者可在健身室内自由锻炼。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。