专利名称：训练器械的制作方法
技术领域：
本发明涉及训练器械，特别是固定脚踏车式训练器械。
脚踏车式训练器械有时也称为“固定式自行车”，已被人们所熟知。这些运动器械一般都包括一个极类似于自行车车座的鞍座，用来支承直坐在该器械上的人，由脚驱动的曲柄装置安装在鞍座的下方。现有脚踏车式训练器械的曲柄装置包括一对从旋转轴向外伸的曲柄臂，曲柄臂的自由端装有脚踏板，安装好的曲柄装置用于容纳坐在训练器械上的人的双脚。传动链条或皮带将曲柄装置的旋转运动传递到一个能量吸收装置，例如飞轮或叶轮，吸能装置提供一个负载力，受训练者在蹬踏曲柄机构时克服这个力消耗能量。Hooper在us4，188，030号美国专利中公开了一种这样的脚踏训练器械。
现有脚踏车式训练器械采用一个曲柄机构，使用者蹬踏该曲柄机柄，同时对该器械做功，这些训练器械在每次蹬踏的整个行程中不能把使用者的能量恒定地传递给负载。曲柄踏板机构在每个行程的顶点和底点均有一个零位，当曲柄机构通过该死点位置时，踏板曲柄臂的有效长度减小到零长度;当踏板曲柄臂通过90°位置，即每个行程的顶点与底点之间一半距离的位置时，踏板的有效杠杆臂按正弦变化规律增加到最大有效长度。由于有效杠杆臂的不断变化，受训练者在每一完整的踏板行程中消耗能量对负载装置做有用功的比率也同样地发生变化。由于每一行程中能量转换的比率只在瞬时达到最大值，因此这种变化减低了脚踏车式训练器械所能达到的最大效率。
现有脚踏车式训练器械，特别是与这些器械一起使用的曲柄机构的另一个缺点与行程的长度有关，该行程的长度由曲柄机构所用的曲柄臂的长度所决定，不易改变。改变有效行程长度需要更换整个曲柄组件或者提供踏板安装位置可变的曲柄臂。在上述任一种场合下，可采用的方法都是代价昂贵的，并且为了适应脚踏行程长度相差很大(即腿较长或较短)的使用者或者运动能力显著不同的使用者而改变曲柄臂的长度，需要技术人员的帮助。
因此，本发明的一个目的是提供一种改进的脚踏车式训练器械。
本发明的另一个目的是提供一种不需要传统的旋转式曲柄装置的脚踏车式训练器械。
本发明再一个目的是提供一种脚踏车式训练器械，该器械转换能量的比率在每一行程自始至终基本上是恒定的。
本发明更进一步的目的是提供一种脚踏车式训练器械，其中，每次行程的长度可以缩短而不会影响该器械的结构或效用。
本发明的其他目的和优点可以从下述说明中更清楚地了解。
总的来说，本发明用一对脚操纵的踏板或踏蹬取代传统训练器械中的旋转式踏板装置，使用者双脚交替地压下踏板时，踏板以前后来回的方式接受使用者的操纵力，并把这种来回的运动与能量吸收装置相联系，从而向踏板施加机械负载并且消耗使踏板运动的能量。该耗能装置还与一对手操纵杆联接。
具体地说，每个脚踏板可沿一轨迹往复运动，并且两个踏板相互联接在一起，以便压下一个踏板时另一踏板自动上升，反之亦然。踏板安装成沿一弧形轨迹运动或者沿一直线轨迹运动，这种往复运动用来驱动一负载消耗机构，它最好是如下所述的一种转动式装置。
更具体地说，踏板通过绕过一个皮带轮装置的挠性拉伸元件而相互连接，该皮带轮装置使安装在每个踏板上的传动带换向。由踏板驱动的拉伸元件至少带动一个单向离合器，当踏板驱动拉伸元件向某一特定方向运动时，该单向离合器又驱动一个叶轮，当踏板反向运动或处于反向行程时，该单向离合器空转，使叶轮能继续转动，而不影响该踏板的反向运动。由于所述踏板装置不存在传统曲柄装置的相应于死点位置的零位区，因此，每个踏板的整个向下的行程对于以一基本恒定的比率耗散能量是有用的。
由踏板机构驱动的负载装置可以是任何适当类型的，该负载装置的一种是飞轮。该飞轮上设置径向叶片，叶片安置成当叶轮随踏板的运动而转动时，可以产生最大的阻力。另一可供选择的装置是一个转动体，其周边与一摩擦制动装置相配合，该制动装置可以包括一扭矩传感器，用于检测和传递相应于施加到转动体上的扭矩(磅-呎)信号。
图1表示根据本发明第一实施例的训练器械，为清楚起见，图中省略了一些部件;
图2为图1的右视图;
图3为表示图1和图2所示实施例的传动机构的局部视图;
图4为表示本发明第二实施例的侧视图;
图5为图4所示实施例的制动带机构的详图;
图6为表示图4和图5所示实施例中所用的力传感器的放大的剖视图;
图7为表示本发明第三实施例的侧视图;
图8为图7中沿8-8线截取的剖视图;
图9为表示图7和图8所示实施例的传动机构的局部视图;
图10为表示图7-9所示实施例的另一可供选择的传动装置的局部视图;
图11为表示本发明第四实施例的侧视图，为清楚起见，其中局部被剖切;
图12为图11所示实施例的侧向剖视图;
图13为图11中沿13-13线截取的剖视图，为清楚起见，省略了一些部件;
首先参照图1，根据本发明第一实施例的训练器械如10所示，它包括一个具有适于支承在地板表面上的底座11的支架和一对分别从该底座的前部和中部向上延伸的直立部件12和13。底座11的前部装有横板11a，该板安置在地板上;底座11还装有后横板11b，该板支承着一对与地板相接触的可调水平的脚16。前横板11a和脚16支承着底座，使之稍高于地板。鞍座支架14在中间直立部件13的后面从底座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中前后活动的范围内是可调节的。
鞍座15安装在鞍座支架14的上端，该鞍座15支承训练器械的使用者。本发明实施例中的鞍座具有传统自行车的或类似的鞍座的一般形状和特征，为了适应不同身高和腿长的受训者，鞍座15相对于底座11在铅垂方向是可调节的。在所述实施例中，该调节由支柱18来完成。支柱18可伸缩地插入鞍座支架14的中空的上端19中，在上端19处，支柱18沿铅垂方向的调节可由任何适当的装置来完成，例如螺纹夹紧装置20，这在自行车座或类似的鞍座的安装技术领域是公知的。
一对脚踏板22和23安装在底座11上，每个踏板位于鞍座支架14和直立部件13的相对的外侧面的两旁，踏板22和23具有足够的宽度，以易于接纳坐在鞍座15上的人的脚，踏板的宽度以4-5英吋为宜，不过这不是限制。踏板22和23的后端24与邻近训练器械底座11的后端27的相应的铰链25相联接。在所述实施例中，每个踏板22和23从各自的铰链25向前延伸，一直到底座11前端29附近的前端28。
两个踏板22和23是相互联接在一起的，一个踏板被压下时，另一个上升，反之亦然。踏板22和23的这种交替往复的运动由主传动皮带32提供，皮带32的端部分别在邻近踏板前端28的位置与各踏板相联接。在这个实施例中，主传动皮带32为一带齿的皮带，它从踏板22向上延伸，绕过有齿皮带轮33R，并由此向前延伸与同步皮带轮组35的下部带齿皮带轮34啮合。皮带轮34按下述方式与同步皮带轮组35的上部皮带轮53相联接，层叠式皮带轮34和35在一直立的支承轴上一起转动，主传动皮带绕皮带轮34转过大约180°，由此向后运动与有齿皮带轮33L(见图3)相啮合，再转向下方与左踏板23相联接。于是，当使用所述训练器械10的人向下推压一踏板时，绕皮带轮33R、34和33L运动的主传动皮带轮32将该向下的运动转换成另一踏板的向上的运动。
在直立部件12和13的上端之间设有一水平支架37，该水平支架上安装一个飞轮39，飞轮39完全被安全罩35(在图1中被省略)所包围，该飞轮上设置了一些径向延伸的叶片40，这些叶片在垂直于飞轮铅垂面的一个平面上的正投影面积相当大，当飞轮39转动时，飞轮叶片40将能量耗散到空气中。更详细的说明见下文。
飞轮39安装在轴41上，该轴的两端插入两个飞轮离合器44和45的相应的输出部件中。所述离合器通常也称为单向离合器。这些离合器44和45各有一输入部件，它们分别与皮带轮33R和33L相联接。利用这种型式的飞轮离合器，其输出部件可在一个驱动力的作用下向一个方向旋转，但是，该离合器仅对一个方向的输入旋转作出响应并将力传递到输出部件，当输入的力中断或反向时，输入部件只相对于输出部件空转。这种离合器的细节是公知的，此处不再赘述。
一对训练杆54和55用于训练坐在鞍座15上的使用者的臂和肩，它们被可转动地安装在底座11的前端附近。训练杆54和55从底座11的一个枢轴杆57向上延伸，从传动皮带32前部的圈内通过，在所述训练杆的上端以水平手柄56终止，手柄56从训练杆向外延伸，以便于使用者抓握。手柄可以推拉的方式沿予定的最大运动弧线往复运动，枢轴杆57安装成可在一定范围内沿底座11前后移动，以便有选择地改变手柄56相对于鞍座15的位置。
训练杆54和55分别与连杆51和52相联，连杆51和52连接到带齿的手柄杆传动皮带58上，该传动皮带绕过装在水平支架37的后端上方的立柱上的滚轮50，并且在飞轮39的两侧向前延伸，以便与前述同步皮带轮组35的上部有齿皮带轮53相啮合。皮带轮组35的上、下皮带轮53和34相互联接在一起，这样，主传动皮带32使下皮带轮产生的转动便带动上皮带轮和手柄杆传动皮带58，反之亦然。
下面参照图1-3说明所示训练器械的操作，先适当地调节好鞍座柱18，然后使用者坐在鞍座15上，双脚自然地搁在两个踏板22和23上，如果需要，使用者还可握住两个训练杆54和55的手柄56。使用者先压下一个脚踏板22，然后压下另一脚踏板23，两个踏板就上下交替往复运动。将踏板22、23联接起来的主传动皮带32绕过有齿皮带轮33R、下部有齿皮带轮34和有齿皮带轮33L，确保在压下一个脚踏板的同时，以一种关联的交替上下往复的方式使另一脚踏板上升。
当主传动皮带32和皮带轮33R、33L驱动单向离合器44时，任一脚踏板的每个向下的行程都将旋转运动传递给飞轮39。在每个脚踏板，例如踏板22，向上运动的过程中，主传动皮带32驱动皮带轮33R，同时，单向离合器44使该皮带轮沿顺时针方向(见图1)转动，与由前述另一踏板23向下运动而引起的飞轮39的逆时针转动互不干扰。
每次压下两个脚踏板22和23中的一个，也使训练杆54和55沿其运动的弧线改变位置。例如，当脚踏板22向下运动，主传动皮带32使下部的有齿皮带轮34转动时，上部的有齿皮带轮53以与主传动皮带相同的方向拉手柄杆传动皮带58。该传动皮带58的运动经连杆51和52的传递，将训练杆54向后拉向使用者，并将另一训练杆55向前推离使用者，接着，另一脚踏板23向下运动，使前述训练杆54和55向反方向摆动，返回图1所示的位置。同样，使用者可以交替地推、拉杆54和55，该作用力被传递给主传动皮带32，进而驱动飞轮39。
由于主传动皮带32以一恒定的杠杆臂(即每个有齿皮带轮的半径)作用在有齿皮带轮33R和33L上，每个脚踏板22和23的整个向下的行程以基本相同的比率施加力，使飞轮39转动。这种为驱动飞轮39所施加的恒定的作用与典型的具有自行车曲柄装置、每个踏板行程的顶点和底点为零位或死点区的脚踏式训练器械的踏蹬作用大不相同，而本发明的训练器械的皮带传动装置避免了这种零位区，而且使用者每次压下脚踏板时自始至终都做功(和消耗能量)。在每个训练杆行程中恒定力对训练杆所作的功同使用者推拉训练杆所做的功一样，由于上部皮带轮53的半径比下部皮带轮34的小，因此每个杆对飞轮39所做的有用功减小。
图4-6所示为另一训练器械78，它利用与训练械10相同的踏板和传动皮带机构，图中用相同的标号表示与前述实施例相同的部件。训练器械78用一摩擦制动带机构79代替第一实施例中的飞轮39和叶片40，以及由踏板22、23和训练杆54、55驱动的能量吸收装置。
制动带机构79包括一个具有光滑的外圆周表面81的飞轮80，该表面81最好开有浅槽，以便与制动带82的侧边缘配合并保持啮合状态。制动带82与外圆表面81相接合。飞轮80应具有足够的重量以便使通过踏板和训练杆施加在其上的扭矩稳定地变化。
制动带82绕过飞轮80和扭矩负荷相对小的皮带轮85，皮带轮85安装在直立部件13上端的飞轮后面。在这个实施例中，制动带82既不与飞轮80连接，也不与承受扭矩的小皮带轮85连接，制动带82的两端84和86紧固到位于飞轮80上部的扭力架87的上端。扭力架87将在下文中进一步说明，很明显，承受扭矩的皮带轮85和制动带82移动极小。
承受扭矩的皮带轮85安装在拉杆92上端的支架91上，杆92从紧挨着直立部件13前部的固定在底座11上的铰链93向上延伸。在直立部件13后边的扭矩负载调节旋钮94与穿过直立部件的螺杆95相配合，一螺旋拉簧97将螺杆联接到拉杆92上。手动调节旋钮94可增加弹簧的弹力，把拉杆92上端的支架91和安装在支架上的承受扭矩的皮带轮85向后推。
扭力架87限制制动带82在飞轮80上作角运动和横向运动，并且将扭矩传递到安装在底座11上扭力架下端附近的扭矩传感器100。扭力架87在飞轮80的左右两侧向下延伸，并在飞轮80的支承轴41上自由转动。由于制动带82的端部86被固定在扭力架87上，制动带与沿逆时针方向(如图5所示)转动的飞轮80之间的摩擦接合使扭力架的下端被向前推，如箭头101所示。扭矩传感器100的推杆102承受并抵抗从扭力架87传来的该机械力。
扭矩传感器100的结构如图6所示，不过人们知道，传统的压力传感器或弹簧加载变阻器可以取代气动传感器100。该扭矩传感器包括一个有内腔106的壳体105，内腔106包含一个悬垂在该腔内作有限运动的膜片107，推杆102可在壳体105一侧的通道108内自由移动，而推杆的内端顶靠在安装于膜片107中央的密封圈110上。密封圈110有一轴向通道111，该通道与推杆102上的轴向泄放孔对中。
膜片107将内腔106分成两部分，这两部分之间的唯一联系是膜片密封圈110中的通道111。针形阀117的内端116与在推杆内端109对面的密封圈110相接触。该针形阀具有一个与内端116同轴但直径较大的主阀体118，该主阀体可松动地插入与其同轴的孔道119内，孔119经供气管120与压缩空气源相通。
针形阀117的内端116可松动地插入孔道119的内部，一横向孔123使所述内孔119与空气通道124相联，空气通道124与膜片腔106的右侧125和空气信号线路126连通。空气信号线路通向一个适当的空气压力传感器127，该传感器可以用适当的单位来标度，例如扭矩的磅-呎值，或者(假如与一个计时机构相联的话)用使用该训练器械的人所消耗的功率来标度。
下面讨论图4-6所示的训练器械的操作。使用者付出能量使踏板22、23上下往复运动，或者推、拉训练杆54、55，或者二者兼用，该运动提供扭矩，克服由飞轮表面81上的制动带82所施加的摩擦阻力使飞轮80转动。该摩擦阻力的大小可由旋钮94调节，旋钮94增加或减小使扭矩负载皮带轮85离开飞轮80的弹簧拉力。当飞轮80转动时，作用于制动带82的摩擦力通过制动带的端部84和86施加到扭力架87上，因此，扭力架87的下端按压压力传感器100的推杆102，使推杆向内运动与膜片107接触，并推动该膜片与针形阀117的内端116相接触。
针形阀117的这种机械运动，使主阀体118和针形阀117的内端116之间的针形阀117上的阀锥面130产生微小的位移，使空气从供气管120进入膜片腔106的右侧125。右侧125内增加的空气压力作用在膜片107上，把膜片推向推杆102直至膜片力克服了推杆上由扭矩引起的力，因此膜片107向左运动如图6所示。由于阀体118右端131具有比针形阀的阀锥面130大的横截面积，在针形阀腔119内，增加的空气压力迫使针形阀向左运动，并保持针形阀内端116与膜片密封圈110相接触，从而阻塞了密封圈中的通道111。然而，假如腔106右侧125内增加的空气压力所引起的膜片运动超过针形阀117的限定的行程(该行程在阀锥面130靠在阀座底时确定)，通道111便打开，并经推杆102上的泄放孔道112将空气压力泄放到大气中。只有当需要与作用在推杆102上的增加的力取得平衡时，传感器才利用供气管120内的空气。作用在推杆102上的力使膜片返回到一个位置，在此位置，作用在膜片右侧的空气压力与推杆102作用在膜片左侧的力相平衡。由于空气信号线路126传送使膜片平衡所需要的空气压力，起平衡作用的空气压力是衡量将推杆102压向膜片的与扭矩有关的力的一种尺度，因而，信号线路126内的起平衡作用的空气压力是使用者在任一时刻施加在训练器械上的力的函数。信号管126内与这个力有关的空气压力由输出装置127显示，如前所述，该装置可以用与功或功率有关的、对于使用者有意义的名词来标刻度。
图7-9表示根据本发明第三实施例的训练器械138，跟前述实施例一样，训练器械138包括一个底座11，其上装有带鞍座15的鞍座支架14。然而，训练器械138没有前述实施例那样的脚踏板，而代之以随着脚的压力而被约束在一个规定的轨道上来回滑动的踏板。同前述实施例中踏板的操作一样，训练器械138的踏板使使用者能在整个踏板行程中均匀地施加做功的力，该器械的右侧踏板由139R表示。
训练器械138用一个装在纵向风扇轴141上的风扇140作为负载，人使用该器械克服该负载做功。风扇轴141装在传动机构142的前端，该机构包括沿底座11的纵向分开设置的立柱143和144，顶梁145在立柱143和144的上端之间延伸，通常在柱143、144和顶梁145的两侧安装适当的侧板，将传动机构的运动部件掩盖住，为了清楚起见，图7中省略了这些板。
一对横向间隔开的前滑杆从顶梁145垂直向下延伸到底座11，并且上、下两端固定定位，从图7中仅能看出右前滑杆149R，图9表示了左前滑杆149L。一对后滑杆150R、150L也在顶梁145和底座之间垂直延伸，前后滑杆间的间距可从图8清楚地看出。右踏板滑块152R和左踏板滑块152L分别安装在前滑杆149R、149L和后滑杆150R、150L上。踏板滑块152R和152L由传统设计的球轴承可滑动地安装在滑杆上，以便滑块自由地沿滑杆上下往复运动，并使摩擦阻力最小。
前传动皮带154和后传动皮带155装在踏板滑块152R和152L之间，并与滑块相联接，传动皮带154和155最好是如前所述的有齿皮带，这些皮带分别与传动机构142上端附近的相应的有齿皮带轮156和157相啮合。传动皮带154和155绕过不是必需的空转皮带轮158，该皮带轮安装在传动机构142的下端附近，并有助于保持传动皮带拉紧，由于踏板滑块的相互联系能保持传动皮带的适当运动，这些空转皮带轮也可以省去。
前、后传动皮带与踏板滑块152R和152L的装配详见图8。前传动皮带的左边154L固定在左踏板滑块152L的内侧162上，前传动皮带的右边154R固定在右踏板滑块152R的内侧163上。假定右踏板139R向下运动，使前传动皮带154的右边154R向下运动，同时使该传动皮带的左边154L上升，那么左踏板滑块152L和与其相联的踏板139L也上升。
每个踏板滑块152L和152R都有设置在后传动皮带155的相应的对面的延伸部分，左踏板滑块152L具有一个固定到后传动皮带的右边155R上的延伸部分164，同样的，右踏板滑块152R有一个固定到后传动皮带的左边155L上的延伸部分165。显然，压下一个踏板，例如踏板139L，不仅象前面所述的那样使前传动皮带154运动从而升高右踏板139R，而且使后传动皮带155沿与前传动皮带相反的方向运动。后传动皮带155的这种运动依次经延伸部分165和右踏板滑块152R传递到右踏板139R。
分别与前传动皮带154和后传动皮带155啮合的上皮带轮156和157又分别与相应的单向离合器168和169的输入部分相联，主轴170沿传动机构142的上端纵向延伸，两个单向离合器168、169根据输入部分的转动，带动主轴170沿同方向转动，在此实施例中为顺时针方向转动(从后向前看)。压下右踏板139R，拉动前传动皮带154的右边154R，使与前离合器168相联的皮带轮156沿顺时针方向转动，该转动被传递给主轴170;当右踏板139R向下运动时，左踏板139L向上运动而后传动皮带155则向相反的方向运动，使后传动皮带轮157沿逆时针方向转动。随着该逆时针方向的运动，后面的单向离合器169空转，这样，主轴170的顺时针转动不会受到影响。当右踏板139R达到其行程末端而使用者将刚升起的左踏板139L向下压时，左踏板的延伸部分164使后传动皮带的右边155R向下运动，将顺时针方向的转动传递给后传动皮带轮157，并且通过后单向离合器169使主轴170顺时针转动。可见，踏板139R、139L的每个向下的行程都驱动主轴170向同一方向转动。
主轴170由传动机构142内的轴承支承，其前端从前立柱144向前延伸到联轴节173内。联轴节173包含一轴承，主轴170可在该轴承内自由转动，因此该联轴节不传递主轴的转动。紧挨联轴节173的后面，主轴170与一大皮带轮174相联，皮带轮174通过传动皮带176驱动一个相对较小的皮带轮175，该皮带轮175又带动中间轴177，使相对较大的皮带轮178转动，皮带轮178通过皮带180再带动一个较小的皮带轮179。作为本发明的特例，皮带轮组174、175和178、179各自的升速比都是5∶1，不过，该速比不能被认为是极限值。
皮带轮179驱动前述风扇轴141，从而使风扇140转动，风扇轴141与主轴170同轴，风扇轴的后端装在联轴节173内，风扇140的叶片183可以是固定的，或者是可调节的，以便改变旋转风扇的空气阻力，并且，如果需要，可以使空气流向后朝向该器械的使用者。需要时，在训练器械138上风扇140的后面设置框架184，上面安装可调式通气罩或导流板，以限制朝向使用者的空气流。
训练器械138还包括供使用者在驱动踏板或者脱离踏板时抓握和操纵的手柄188和189。与前述实施例中相应的手柄一样，这些手柄的下端以铰接方式安装在底架11上。每个手柄188、189通过各自的刚性传动杆与有齿皮带190相联，191表示该传动杆之一。皮带190绕过一个安装在前立柱144上端附近的水平平面内的空转皮带轮192，在一个基本水平的平面内向后延伸到标号为193的后空转皮带轮，该皮带轮装在传动机构142两侧的铅垂平面内的后立柱143上。皮带190从后空转皮带轮193向下绕过皮带轮194，皮带轮194与可转动地装在后立柱143下端附近的轴195相连接，轴195驱动一个相对大的支承皮带197的皮带轮196，皮带197向上延伸到相对较小的皮带轮201，皮带轮201与从后单向离合器169的输入端向后延伸的套筒202相联。主轴170在套筒202和皮带轮201内延伸，并且与皮带轮的转动互不干扰。
至此，手柄188、189的操作已很明显，当使用者使手柄188、189前后往复运动时，杆191将该运动传递给皮带190，并经过由皮带轮194、196和201提供的升速传动传递到离合器169的输入部分。这样，手柄188、189的每次全往复运动经单向离合器169传递给风扇，对风扇140做功。
图10表示传递手柄188、189的运动，使主轴170转动的可供选择的装置，该装置避免了传动皮带190在多个平面内运行，并代之以向后延伸、与安装在后立柱143上的水平面内的皮带轮209啮合的传动皮带190a。皮带轮209与面向上对着主轴170的伞齿轮210相联接，伞齿轮210与一个较小的第二伞齿轮211啮合，伞齿轮211又与后单向离合器169的输入端相接，并位于紧挨着与该离合器相联的皮带轮157的后面。选择两个伞齿轮210、211的相对直径，可获得手柄188、189和驱动风扇的主轴170之间所希望的升速比。
图11-13表示根据本发明的第四实施例的一种训练器械220，该器械220包括一个座椅221和脚踏板222。该座椅最好设计成支承使用者的呈向后靠姿势的身体部分，脚踏板222(图11中只示出其中之一)安装成可沿相对于器械220的底座224倾斜的轨道223往复运动。两个脚踏板相互联接，用来驱动飞轮225，两个训练手柄226也相互联接并驱动飞轮。由于安全的原因，飞轮225应包含在一个适当的防护装置(例如护罩或类似的部件)内，图11中未示出。训练器械220的后靠座椅与供踏板222往复运动的倾斜轨道223一起作用，能产生大于单个使用者体重的蹬踏力，因此能增大使用者在该训练器械上所付出的最大功率。
滑块229支承着安装在训练器械右侧的踏板222，该滑块沿装在壳体231外侧的一对轨道230运动，壳体231内有将踏板运动和训练手柄的运动传递到飞轮225的传动机构。一长槽232与轨道230平行地贯穿壳体231，一个杆(图12中由233表示位于左侧的杆)固定到滑块229上，并穿过所述槽延伸进壳体231内。可以理解，在训练器械220的左侧的踏板组件，包括轨道230和槽232，也是这样的。这些部件在本实施例中由相同的标号表示，用于训练器械220左侧滑块的杆233在图12中示出，其详细说明见下文。
图12和13表示的训练器械220的传动机构的细节。飞轮225支承在飞轮轴236上，一对相互联接的单向离合器237驱动飞轮225向一个方向转动。单向离合器设置在飞轮的两侧，每个离合器237的输入部分包括一个与有齿皮带239啮合的皮带轮238，皮带239的一端从飞轮225左侧的皮带轮238向后延伸，绕过位于壳体231左侧后部的槽型皮带轮240，向下延伸到皮带端部242。皮带端242与从壳体231左侧的踏板滑块229延伸进槽232内的前述杆233固定联接，图12中，左侧踏板滑块239位于其倾斜行程的上端附近。
在壳体231内，飞轮225的左下方，皮带239从单向离合器上的皮带轮238向前、向下延伸，绕过安装在轴247上的槽型同步皮带轮246。一个可在轴247上自由转动的链轮248与同步皮带轮246固定联接。显然，图12所示的同步皮带轮246和链轮248是两个此类皮带轮一链轮组的一个，另一组(图12未示)在飞轮225的右侧安装在同一轴247上。
同步皮带轮246转过大约120°后，同步皮带239向后朝着空转皮带轮249运动，在此过程中，皮带239扭转90°。空转皮带轮249装在壳体后侧壁250附近的一个铅垂轴上，同步皮带239围绕空转皮带轮249并由此向前延伸，在到达右侧同步皮带轮(未示出)之前，在251处，又翻转90°，皮带239绕过右侧的同步皮带轮后向上运动，与飞轮225右侧的单向离合器237的皮带轮238相啮合。然后，皮带239向后运动，绕过右侧空转皮带轮240，直到它与杆233相连的另一端。杆233与装在训练器械220右侧的踏板滑块相联接。显然，由于皮带239与踏板相联，因此压下踏板222中的一个，另一个便上升，反之亦然。
每侧的轨道230和皮带轮240均从铅垂方向向外倾斜几度(见图13)，以使当踏板滑块229往复运动时，杆233不致于同皮带239相撞。
两个训练手柄226沿壳体231的左右两侧向下延伸，从图13可以清楚地看出。该训练手柄装在训练器械的底座258的下面的支耳中，底座258由其后部的可调支架259和其前端的轮子260支承在地板平面上。每个训练手柄226包括一个穿过长孔264向上延伸的杆263，长孔264位于设置在壳体231中央的纵向U形槽部件265中，每个训练手柄的杆263在壳体内向上延伸一段距离并在267处向外弯折，然后在与链条联接器270相联的面向里的端部269处终止(见图12)。滚子链条271的第一段安装到链条联接器270的前端272上，并向前延伸绕过与左侧同步皮带轮246相连的左侧链轮248。滚子链条271从链轮248的底部继续向后终止于链条联接器273。第二段滚子链条276与链条联接器273的后端相连，并相对于滚子链条271转过了90°，滚子链条276从联接器273向后延伸，绕过空转链轮277，该链轮277在位于壳体231后端附近的轴252上自由转动。第二段滚子链条276绕过空转链轮277向前延伸，以便有效地与链轮248啮合，链轮248与可转动地安装在轴247上的右侧链轮一同步皮带轮组相联。显然，同步链条传动机构的右侧有一条与链条271相类似的第三滚子链条，它经过另一链条联接器联接到第四滚子链条上。第四滚子链条又绕过装在轴252上自由转动的空转链轮281，并由此向前延伸与链条联接器270的后端282相联。这些链条联接器270、273……必须使在铅垂传动链轮248和水平空转链轮277、281之间的滚子链条均旋转90°，空转链条从训练手柄杆263之间由弯折部分267所提供的空间内穿过，见图13。
可变阻尼负载由皮带285施加到飞轮225上，见图11。皮带285安装在飞轮225的凸缘式周边内，与飞轮225的上部和下部接合，并向外绕过装在壳体231内的后张紧皮带轮286和前张紧皮带轮287。后张紧皮带轮286装在弹簧偏压杆288的端部，调节此杆288便可改变皮带285的拉力和由皮带施加给飞轮225的摩擦阻力。前张紧皮带轮287在其轴上可自由转动，但有一力臂289连接到该皮带轮上并且可任意选择地连接或不连接到皮带285上。力臂289向外延伸，与负载传感器290的工作柱塞相连，传感器290以前已述及的方式工作，以限制力臂289的运动，由此限定前张紧皮带轮287的转动。
图11-13所示实施例的操作是显而易见的，当坐在座椅221上的人前后蹬动踏板222时，经单向离合器237使皮带239往复运动，从而使飞轮225沿予定的方向转动。摩擦带285阻止飞轮225转动，负载传感器290以前述方式检测由受训者付出的功的大小。踏板222通过同步皮带轮246和传动链轮248与训练手柄226相联，在驱动飞轮225的过程中，受训练者可以利用训练手柄226，或者利用踏板222，或者两者同时兼用。正如前述实施例那样，本实施例可配备适当的电子显示器来表示所需的参数，例如消耗的功率，运行的“距离”或其他变量。
上述的特殊组成部分，作为本发明公开的特殊实施例的部件，也可以适当地用于其他实施例的相应之处，例如图11-13所示的实施例的座椅可以代替其他实施例的座椅，对于该技术领域的熟练的技术人员来说显然还有其他合适的替换。
可以认为，这里所述的传动机构不限于用于固定式训练器械。它可以代替传统的用于推进自行车或其他车辆的旋转式曲柄踏板机构。
前面所述的仅仅是本发明的实施例，显然，还可以不脱离权利要求的主题和范围而作出许多变换和改进。
权利要求
1.一种训练器械，包括一个用于耗散能量的可转动装置；一对脚踏部件，各沿一大致成直线的轨迹往复运动，该对脚踏部件可操纵地相互连接从而交替地往复运动，每个脚踏部件沿第一方向的运动是对另一脚踏部件沿第二方向运动的响应，反之亦然；一对手杆，可操纵地相互连接，各沿一轨迹并相互交替地往复运动，每个手杆沿第一方向运动以响应另一手杆沿第二方向的运动，反之亦然；由所述的一对脚踏部件的往复运动在所述的两个方向上交替地驱动的装置，该装置仅在一个方向传递能量，驱动所述的可转动装置；将所述的一对手杆与所述的传递能量的装置相连接的装置，该所述的传递能量的装置仅对每个手杆沿一个方向的运动作出响应而传递能量，驱动所述的可转动装置；可操纵地将手杆和脚踏部件相联的装置，该装置使任一所述脚踏部件的每个运动都引起手杆运动，反之亦然；该训练器械的使用者可以通过推动任一脚踏部件或任一手杆在一个方向上沿至少部分所述轨迹运动来对可转动装置做功，也可以沿相反方向推动该脚踏部件或手杆而不受该可转动装置的影响。
2.如权利要求1所述的训练器械，其特征在于，用于传递能量的装置包括单向离合器装置，它由所述的脚踏部件或手杆的运动在所述的两个方向交替地驱动。
3.如权利要求1所述的训练器械，还包括使所述脚踏板互相连接从而与所述手杆协调地运动的装置，以便在压下某一脚踏板时，一个手杆朝使用者运动而另一手杆则离开使用者运动，反之亦然。
全文摘要
本发明用一对脚操纵的踏板或踏登取代传统训练器械中的旋转式踏板装置，使用者双脚交替地压下踏板时，踏板以前后来回的方式接受使用者的操纵力，并把这种来回的运动与能量吸收装置相联系，从而向踏板施加机械负载并且消耗使踏板运动的能量。该耗能装置还与一对手操纵杆联系。
文档编号A63B23/04GK1044229SQ8910153
公开日1990年8月1日 申请日期1989年1月16日 优先权日1989年1月16日
发明者约翰·武·詹金斯 申请人:贝尔怀瑟公司