CN219375986U - 一种力量训练机绕线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及力量训练技术领域，特别涉及一种力量训练机绕线装置，包括传动轴和绕线轮，所述绕线轮安装于传动轴的一端，所述绕线轮包括绕线部和圆柱螺杆部，所述绕线部的母线为倾斜的直线或者曲线，所述绕线部表面开设有螺旋凹槽；本实用新型将绕线轮的绕线部设计成直径变化的结构，绕线部通过改变直径的大小，近似全部或者部分抵消掉弹性元件产生的扭矩时随着形变量的增大而增大的那部分，即可实现近似恒定阻力或者变力阻力。

Description

一种力量训练机绕线装置

技术领域

本实用新型涉及力量训练技术领域，特别涉及一种力量训练机绕线装置。

背景技术

大多数健身器材依靠重力提供阻力进行训练，少数健身器材通过不同种类的弹簧或者弹力带提供阻力，少数通过电机提供阻力。采用弹力作为阻力的器材，具有这么一个特点，即弹力随着形变的增大而增大。弹力的这种特点也间接导致了基于弹力的器材的缺点，无法为力量训练提供恒定可调的阻力。

现有力量训练器材的绕线方式大多数为直接绕线，有少数的力量训练器材采用的是圆柱螺纹绕线的方式。前者的缺点在于，力量训练的过程中，随着拉绳逐渐从绕线轮上松脱，训练时提供的阻力会不断发生变化；后者如果使用电机、重物块等能提供恒定阻力的阻力模块，则可以实现恒阻力，但如果使用弹力作为阻力模块，则依旧无法消除弹力的变化特性。

在健身运动中，不仅需要变力训练，也需要恒力训练，因此，需要提供一种绕线装置，以解决弹性零件用于力量训练时阻力变化的问题。

实用新型内容

本实用新型解决了相关技术中既要满足恒力训练又要满足变力训练的问题，提出一种力量训练机绕线装置，将绕线轮的绕线部设计成直径变化的结构，绕线部通过改变直径的大小，近似全部或者部分抵消掉弹性元件产生的扭矩时随着形变量的增大而增大的那部分，即可实现近似恒定阻力或者变力阻力。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种力量训练机绕线装置，包括传动轴和绕线轮，所述绕线轮安装于传动轴的一端，所述绕线轮包括绕线部和圆柱螺杆部，所述绕线部的母线为倾斜的直线或者曲线，所述绕线部表面开设有螺旋凹槽。

作为优选方案，所述绕线部与圆柱螺杆部为一体式结构，所述绕线部与圆柱螺杆部的导程相同。

作为优选方案，所述绕线部与圆柱螺杆部为分体式结构，所述圆柱螺杆部的一端伸入绕线部一端的凹槽内并进行固定，所述绕线部与圆柱螺杆部的导程相同。

作为优选方案，所述传动轴的两端通过轴承和挡圈安装于支撑座上；所述绕线轮内部开设有花键槽，所述传动轴上设置有花键，所述绕线轮与传动轴通过花键槽、花键进行连接。

作为优选方案，所述传动轴的另一端连接有弹性元件，所述绕线部上绕有柔性绳，所述柔性绳与外部施力源相连。

作为优选方案，所述圆柱螺杆部选用可自锁的螺纹，即螺纹的升角需要大于摩擦角。

作为优选方案，所述圆柱螺杆部外螺纹连接有第一螺母，所述第一螺母的两端通过螺钉连接固定于支撑座上。

作为优选方案，所述圆柱螺杆部外螺纹连接有第二螺母，所述第二螺母的底部固定于支撑座上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型将绕线轮的绕线部设计成直径变化的结构，绕线部通过改变直径的大小，近似全部或者部分抵消掉弹性元件产生的扭矩时随着形变量的增大而增大的那部分，即可实现近似恒定阻力或者变力阻力。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的主视图(柔性绳开始拉动)；

图2是本实用新型实施例1的主视图(柔性绳拉到末端)；

图3是本实用新型实施例1的侧视图(柔性绳开始拉动)；

图4是本实用新型实施例1的侧视图(柔性绳拉到末端)；

图5是本实用新型实施例1的整体结构示意图；

图6是本实用新型实施例1中绕线轮的结构示意图；

图7是本实用新型实施例2的结构示意图(图中省略了柔性绳和外部施力源)；

图8是本实用新型实施例2柔性绳开始拉动的主视图(图中省略了柔性绳和外部施力源)；

图9是本实用新型实施例2柔性绳拉到末端的主视图(图中省略了柔性绳和外部施力源)；

图10是本实用新型实施例3的结构示意图(图中省略了柔性绳和外部施力源)；

图11是本实用新型实施例3的结构示意图(图中省略了柔性绳和外部施力源)；

图12是本实用新型实施例3中绕线轮的结构示意图；

图13是本实用新型绕线部母线为倾斜直线时的力的方程图；

图14是本实用新型绕线部母线为曲线时力的方程图。

图中：

1、传动轴，2、绕线轮，21、绕线部，22、圆柱螺杆部，3、第一螺母，4、支撑座，5、第二螺母，6、柔性绳，7、弹力元件，8、外部施力源。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

实施例1

如图5所示，一种力量训练机绕线装置，包括传动轴1和绕线轮2，传动轴1的两端通过轴承和挡圈安装于支撑座4上，传动轴1的一端通过花键连接绕线轮2(绕线轮2内部开设有花键槽，传动轴1上设置有花键)，另一端连接有弹性元件7，弹性元件7采用涡卷发条弹簧；如图6所示，绕线轮2包括绕线部21和圆柱螺杆部22，其中，绕线部21的母线为倾斜的直线，即绕线部2为锥形结构，绕线部21表面开设有螺旋凹槽，用于缠绕柔性绳6，螺旋凹槽可以是锥形螺旋也可以是变直径的螺旋；柔性绳6与外部施力源8相连，通过柔性绳6向绕线轮2提供扭矩；绕线部21的锥度用来平衡涡卷发条弹簧由于随着形变量增加而增加的阻力；圆柱螺杆部22外螺纹连接有第一螺母3，第一螺母3的两端通过螺钉连接固定于支撑座4上，防止受力时发生形变；绕线部21与圆柱螺杆部22的导程相同，保证绕线轮2每转一圈，松开的柔性绳6部分的轴向距离与绕线轮2向外移动的距离相同。

在一个实施例中，圆柱螺杆部22选用可自锁的螺纹，即螺纹的升角需要大于摩擦角。

工作原理如下：

外部施力源8拉动柔性绳6，从而带动绕线轮2做旋转运动，由于绕线轮2上圆柱螺杆部22的存在，绕线轮2会沿着与螺母3的螺纹配合向外运动，由于圆柱螺杆部22和绕线部21所对应的螺旋线导程相同，在拉动的过程中，如图1所示，柔性绳6的出绳位置始终保持不变，图1和图3表示的是柔性绳6开始拉动时的状态，图2和图4表示的是柔性绳6拉到末端时的状态。由于涡卷发条弹簧产生的扭矩随着形变量的增大而增大，因此，绕线部21通过改变半径的大小，近似全部或者部分抵消掉弹性元件产生的扭矩时随着形变量的增大而增大的那部分，即可实现近似恒定阻力或者变力阻力。

实施例2

如图7至9所示，与实施例1不同的是，绕线部21与圆柱螺杆部22为分体式结构，圆柱螺杆部22的一端伸入绕线部21一端的凹槽内并通过螺钉进行固定，则圆柱螺杆部22以及绕线部21可以保持同步转动，圆柱螺杆部22外螺纹连接有第二螺母5，第二螺母5的底部固定于支撑座4上。

其他结构以及连接关系与实施例1相同，其工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

实施例3

如图10-12所示，与实施例1不同的是，本实施例中绕线部21的母线为一曲线，即绕线部21的形状为不规则的结构。

其他结构以及连接关系与实施例1相同，其工作原理与实施例1相同，在此不再赘述。

另外，绕线部21的设计方法，具体步骤如下：

第一种情况：当绕线部21的母线为倾斜的直线，即绕线部21为锥形结构时，绕线部21对柔性绳6提供的阻力大小为：

如图13所示，弹性元件7所提供的弹力为：

即T＝Kθ＝rkθ，

其中，r为将弹力转化为弹性扭矩所使用的绕线部21的半径，

因此，通过绕线部21提供的力量训练阻力大小即可表示为：

则阻力恒定的绕线部21锥度的设计如下：

如果要使f近似为恒力，并且尽可能逼近目标阻力f_m，则需要通过改变D的值来消除θ对阻力的影响，此时，可以求得在弹力达到最大的情况下，逼近目标阻力f_m所需要的绕线部21的直径为：

由于实际上绕线部21的直径无法做到特别小，并且某些弹性元件7存在弹力变化的非线性阶段(即弹力一开始迅速增加，然后平缓过渡到线性增加阶段)，因此，在设计绕线部21最小直径D₀时需要综合实际情况考虑，选择合适的θ₀作为起始点(即在线性增加阶段任选一点作为起始点)，即

由此可得，使得弹性元件7的弹力逼近恒力的绕线部21的锥度可以表示为：

其中，L为绕线部21绕线部分的长度；

阻力非恒定的绕线部21锥度的设计如下：

假设起始阻力为F₀，结束阻力为F₁，绕线部21起始以及末端的直径分别为：

因此，绕线部21的锥度可以表示为：

其中，L为绕线轮2绕线部分的长度。

第二种情况：当绕线部21的母线为曲线时，如图14所示，建立直角坐标系，则绕线部21的母线方程可以表示为：

y＝f(x)

因此，绕线部21两端截面的半径可以分别表示为：

R₁＝f(0)

R₂＝f(x₀)

假设弹性元件7向绕线部21提供的在横坐标x处的扭矩为T(x)，而目标力曲线为F(x)，则可以计算出在任意一点x处绕线部21的半径应设计为：

其中x的范围为0＜x＜x₀，x₀即为绕线部21的长度，上述方程即为绕线部21的半径方程，其大小需要根据实际使用工况确定。

下面以案例形式详细说明绕线部21设计的计算过程：

案例一：

假设弹性元件7向绕线部21提供扭矩为恒力为

T＝1

假设训练需要外力为变力，且力曲线方程可以表示为

F(x)＝0.2x²+1

那么绕线部21的半径方程为

案例二：

假设弹性元件7向绕线部21提供扭矩为非线性增大的变力

T(x)＝ln(2x+2)

假设训练需要外力为恒力，且训练需要的外力大小为

F(x)＝50

那么绕线部21的半径方程应为

上述两个案例中，力矩T的单位为Nm，力F的单位为N，半径r的单位为m，横坐标x的单位为mm。

另外，可以看出，按照如上方法，当绕线部21的半径r为恒定值时，绕线部21为圆柱形结构；当绕线部21的半径随着x线性变化时，即r＝f(x)＝a₀+a₁x时，绕线部21为锥形结构；而当绕线部21半径r不规则变化时，则绕线部21为不规则的结构。

以上为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改，因此，本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本实用新型的基础上所作的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种力量训练机绕线装置，其特征在于：包括传动轴(1)和绕线轮(2)，所述绕线轮(2)安装于传动轴(1)的一端，所述绕线轮(2)包括绕线部(21)和圆柱螺杆部(22)，所述绕线部(21)的母线为倾斜的直线或者曲线，所述绕线部(21)表面开设有螺旋凹槽。

2.根据权利要求1所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述绕线部(21)与圆柱螺杆部(22)为一体式结构，所述绕线部(21)与圆柱螺杆部(22)的导程相同。

3.根据权利要求1所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述绕线部(21)与圆柱螺杆部(22)为分体式结构，所述圆柱螺杆部(22)的一端伸入绕线部(21)一端的凹槽内并进行固定，所述绕线部(21)与圆柱螺杆部(22)的导程相同。

4.根据权利要求1所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述传动轴(1)的两端通过轴承和挡圈安装于支撑座(4)上；所述绕线轮(2)内部开设有花键槽，所述传动轴(1)上设置有花键，所述绕线轮(2)与传动轴(1)通过花键槽、花键进行连接。

5.根据权利要求1所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述传动轴(1)的另一端连接有弹性元件(7)，所述绕线部(21)上绕有柔性绳(6)，所述柔性绳(6)与外部施力源(8)相连。

6.根据权利要求1所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述圆柱螺杆部(22)选用可自锁的螺纹，即螺纹的升角需要大于摩擦角。

7.根据权利要求2所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述圆柱螺杆部(22)外螺纹连接有第一螺母(3)，所述第一螺母(3)的两端通过螺钉连接固定于支撑座(4)上。

8.根据权利要求3所述的力量训练机绕线装置，其特征在于：所述圆柱螺杆部(22)外螺纹连接有第二螺母(5)，所述第二螺母(5)的底部固定于支撑座(4)上。