НАГРУЗОЧНЫЙ УЗЕЛ СИЛОВОГО ТРЕНАЖЕРА

Полезная модель относится к устройствам для занятий физическими упражнениями, в частности, к тренажерам для развития и укрепления мускулатуры.
Из уровня техники известны следующие решения.
Так из описания к патенту РФ № 65392 (опубликован 10.08.2007 г.) известен спортивный тренажёр, который содержит шарнирно установленное торсионное нагружающее устройство.
За наиболее близкий аналог к патентуемому решению принята конструкция нагрузочного узла тренажера, содержащий торсион с резиновыми элементами (см. патент США № 9770620, опубликован 26.09.2017 г.).
Недостатками наиболее близкого аналога является низкая эффективность тренировки вследствие ограничения в увеличении диапазона изменения крутящего момента, а, следовательно, нагрузки на мышцы спортсмена, сложность изменения нагрузки, обусловленные конструкцией устройства нагрузки.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является устранение указанных недостатков, расширение арсенала технических средств, повышение эффективности выполнения упражнений, возможность увеличения диапазона крутящего момента и, соответственно, нагрузки, расширение эксплуатационных характеристик и функциональных возможностей нагрузочного узла силового тренажера.
Техническим результатом патентуемого решения является повышение эффективности выполнения упражнения за счёт возможности дискретного изменения диапазона крутящего момента.
Технический результат достигается за счет использования нагрузочного узла силового тренажера, который содержит элементы крепления к тренажёру и кожух, состоящий из центральной и боковых частей с возможностью их соединения посредством затворов, и расположенного внутри кожуха торсионного элемента, состоящего из центрального и боковых сегментов, посаженных жёстко на сердечник, при этом каждый сегмент состоит из жёстко посаженной внутри кожуха обоймы, резиновых жгутов и прямоугольной трубы, а один из элементов крепления соединен с сердечником.
Выполнение узла силового тренажёра из кожуха, состоящего из центральной и боковых частей с возможностью их соединения посредством затворов, позволяет увеличить диапазон изменения крутящего момента, а применение торсионного элемента в качестве элемента, обеспечивающего изменение момента  кручения, обусловлено тем, что он допускает большие напряжения кручения и значительные углы закручивания в несколько десятков градусов, что в совокупности позволяет увеличить нагрузку на мышцы спортсмена и способствует повышению эффективности выполнения упражнения.
В частности, один из элементов крепления выполнен в виде кронштейна, соединенного с двух сторон с сердечником, а другой элемент крепления выполнен в виде фланца, расположенного на центральной части кожуха, что в совокупности приводит к более надёжной фиксации и, как следствие, повышает эффективность выполнения упражнения.
В частности, затворы выполнены в виде паза и флажка с возможностью фиксации его в пазу, при этом паз выполнен по форме трапециевидного желоба, а флажок выполнен с конусообразным «клювом», что позволяет предотвратить застревание  и обеспечивает легкость подключения дополнительных нагрузок в процессе тренировки, тем самым обеспечивается повышение эффективности выполнения упражнения.
В частности, обойма торсионного элемента выполнена с возможностью скручивания посредством фланца относительно сердечника, зафиксированного посредством кронштейна на тренажёре, а сердечник выполнен с возможностью скручивания посредством кронштейна относительно обоймы торсионного элемента, зафиксированной через кожух посредством фланца на тренажёре, что делает устройство универсальным благодаря возможности разных вариаций крепления, при этом в обоих случаях сохраняется принцип работы устройства - дискретное изменение диапазона крутящего момента, что приводит к повышению эффективности выполнения упражнения.
Далее решение поясняется ссылкой на фигуры, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 – общий вид в изометрии силового тренажера с нагрузочным узлом и торсионным элементом.
На фиг. 2 – вид сбоку нагрузочного узла силового тренажера.
На фиг. 3 – общий вид сверху нагрузочного узла силового тренажера.
Согласно фигурам нагрузочный узел силового тренажера (далее нагрузочный узел) содержит кожух 1, который состоит из нескольких частей – центральной 2 и боковых 3,4, и затворов 5, выполненных в виде флажков 6 и пазов 7. Центральная часть 2 содержит элемент крепления 8, который может быть выполнен в виде фланца с возможностью крепления к деталям тренажёра, и флажки 6 затвора 5, а боковые части 3,4 содержат пазы 7 с возможностью фиксации в них флажков 6, тем самым соединяя между собой центральную часть 2 с боковыми частями 3,4. Флажок 6 выполнен с конусообразным «клювом», а паз 7 выполнен по форме трапециевидного желоба, что в совокупности способствует благоприятной эргономике под пальцы рук и  обеспечивает постоянное стремление флажка 6 в паз 7. Внутри кожуха 1, в центральной 2 и боковых частях 3,4, расположен торсионный элемент 9, состоящий из центрального и боковых сегментов, посаженных жёстко на сердечник 10 и соответствующих частях кожуха 1. Каждый сегмент торсионного элемента состоит из жёстко посаженной внутри кожуха 1 обоймы 11, внутри которой расположена прямоугольная труба 12. Между трубой 12 и обоймой 11 расположены четыре резиновых жгута 13, а в прямоугольной трубе 12 продольно кожуху жестко установлен сердечник 10, к которому с двух сторон жёстко крепится элемент крепления 14, который может быть выполнен в виде кронштейна с возможностью крепления к деталям тренажёра. Подбор компонентов резиновой смеси жгутов 13, геометрия сечения жгута 13 обеспечивает работу узла на  максимальный угол, обеспечивая плавный переход соотношения усилия к градусу поворота от примерного М = w+2 до 20 градусов, переходящего в удаленную М = w2, где М - крутящий момент, w - градус поворота. Немаловажно и то, что данная смесь имеет минимальные отклонения физико-механических свойств в диапазоне от -20 до + 35°, что обеспечивает равномерные нагрузки круглогодично.
Применение торсионного элемента 9, обеспечивающего изменение момента  кручения, обусловлен тем, что он допускает большие напряжения кручения и значительные углы закручивания в несколько десятков градусов, а возможность соединения центральной части 2 с боковыми частями 3,4 позволяет увеличить диапазон изменения крутящего момента, а, следовательно, нагрузку на мышцы спортсмена, что способствует повышению эффективности выполнения упражнения.
В табл. 1 представлены характеристики крутящего момента для торсионных элементов 9 в зависимости от их длины (L) и угла поворота (A) сердечника 10 внутри обоймы 11. Центральная часть 2 с торсионным элементом 9 имеет размер 120 мм и позволяет получить крутящий момент (и, соответственно, усилие, прилагаемое спортсменом) в диапазоне от 51 до 780 NM, при угле от 5° до 30°.
Этого диапазона недостаточно для более подготовленных спортсменов, но варьировать угол скручивания уже невозможно из-за предельного значения сжатия резинового жгута 13 внутри торсионного элемента 9. Увеличение крутящего момента достигается присоединением посредством флажков 6 и пазов 7 центральной части 2 к боковым частям 3,4 с торсионными элементами 9 и, соответственно, увеличением показателя L. Таким образом, дискретно увеличивается рабочая длина торсионного элемента 9 и диапазон изменения крутящего момента. Предельным значением для данной модели является L=200 мм и при А=30° крутящий момент составит 1450 Nm, что соответствует предельно допустимой нагрузке для спортсмена.
Таблица 1
Таким образом, комбинированное подключение торсионных элементов 9 внутри кожуха расширяет диапазон изменения крутящего момента и, соответственно, расширяет возрастные и профессиональные группы пользователей тренажера.
Нагрузочный узел работает следующим образом.
При положении, когда флажки 6 подняты, нагрузочный узел с помощью элемента крепления 14, в частности, кронштейна, крепится к опоре тренажёра 15, а рычаг тренажёра 16 крепится с помощью другого элемента крепления 8, в частности, фланца, к кожуху 1 нагрузочного узла. При начале выполнения упражнения рычаг тренажера 16 приводится в движение спортсменом, тем самым начинает скручиваться и обойма 11 торсионного элемента центральной части 2 кожуха 1, при этом сердечник 10 зафиксирован на тренажёре с помощью кронштейна 14. Внутри торсионного элемента 9 создается крутящий момент в результате, с одной стороны приложения силы с заданным радиусом воздействия, а с другой, возникновения силы упругости в специально разработанных четырех резиновых жгутах 13, имеющих ограниченную степень сжатия и объем деформации. Ограничения степени сжатия создается за счет диаметра и структурного состава резинового жгута 13, а ограничение объема деформации – за счет конструкторского подбора геометрии обоймы 11 и прямоугольной трубы 12 с сердечником 10, которые могут быть выполнены прямоугольной формы, при этом труба 12 повёрнута внутри обоймы 11 на 45°, в результате чего образуются полости, в которые устанавливают резиновые жгуты 13.
При втором варианте исполнения, когда нагрузочный узел крепится к опоре тренажёра 15 с помощью фланца 8, а в движение с помощью рычага тренажёра 16 приходит кронштейн 14, тем самым начинает скручиваться сердечник 10, который соединен с кронштейном 14, а обойма 11 через кожух 1 зафиксирована посредством фланца 8 на опоре тренажёра 15. Внутри торсионного элемента 9 также создается крутящий момент с описанным выше принципом действия.
При  положении, когда опускают флажок 6 в паз 7, тем самым включая в работу и боковые части 3,4 с торсионными элементами 9, происходит увеличение рабочей длины торсионного элемента 9, и, соответственно, увеличение диапазона изменения крутящего момента, а, следовательно, увеличивается и создаваемая тренажёром нагрузка (табл. 1).
Данное решение позволяет:
получить большую плавность хода, достигающуюся благодаря лучшим характеристикам деформации, это обеспечивается нелинейным ростом жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода сопротивление становится жестче;
включение в сборку дополнительных боковых торсионов путем соединения посредством флажка затвора с пазом позволяет увеличить диапазон изменения крутящего момента, а, следовательно,  создаваемую тренажером нагрузку;
применение флажка с конусообразным «клювом» и приемного паза с трапециевидным желобом позволяет предотвратить застревание  и обеспечивает легкость подключения дополнительных нагрузок в процессе тренировки.
Благодаря совокупности всех конструкционных решений достигается высокая эффективность работы нагрузочного узла и выполнения упражнения.