МЯЧ Российский патент 1994 года по МПК A63B43/04 

Изобретение относится к спортивным снарядам и является объектом спортивных игр с мячами, может также служить спортивным тренажером для развития определенных групп мышц.

Известны мячи со смещенным центром тяжести, в оболочке которых жестко закреплен груз, смещенный относительно центра (авт. св. СССР N 704632, кл. А 63 В 43/04, 1977). В полете такой мяч вращается вокруг смещенного центра тяжести и представляет определенные трудности с его ловлей, остановкой и удержанием. Положение груза неизменно и поэтому поведение мяча достаточно однообразно.

Наиболее близким к предлагаемому является мяч, содержащий упругую оболочку, образующую полость, размещенные в этой полости по одной оси подшипники качения и установленный в этих подшипниках с возможностью поворота груз в виде тела вращения (авт. св. СССР N 1347951, кл. А 63 В 43/04, 1986). Груз в этом мяче укреплен на изогнутой оси, установленной на подшипниках. При ударах и бросках груз в мяче поворачивается вместе с осью, меняя центр тяжести, что приводит к непредсказуемой траектории перемещения мяча как в воздухе, так и на земле. Это способствует выработке быстроты реакции у спортсменов. Размещение груза в гибкой оболочке приводит к соприкосновению груза с ней, а также к искажению оси поворота и заклиниванию ее. Кроме того, этому мячу невозможно придать устойчивое положение, что необходимо в отдельных случаях.

Предложенное устройство решает эти и еще целый ряд специфических задач, позволяющих использовать мяч в более широком диапазоне игровых ситуаций и тренировочных упражнений, благодаря тому, что мяч, содержащий упругую оболочку, образующую полость, размещенные в этой полости по одной оси подшипники качения и установленный в них с возможностью поворота груз в виде тела вращения, снабжен жестким сборным каркасом эллипсоидной формы, размещенным под упругой оболочкой, и подставкой, оборудованной приводом разгона вращения груза с упругой муфтой и шлицевым выходным валом, при этом груз с одной стороны по оси вращения снабжен шлицевым отверстием, а обе оболочки снабжены сквозными отверстиями, расположенными соосно со шлицевым отверстием груза, причем выходной вал привода взаимодействует со шлицевым отверстием груза.

Кроме того, груз может быть выполнен соответственно форме внутренней поверхности жесткого каркаса и его ось вращения совпадает с большей осью эллипсоида.

Кроме того, груз может быть установлен так, что его ось вращения совпадает с малой осью эллипсоида.

Кроме того, мяч снабжен жестко установленным на внутренней поверхности жесткого каркаса в месте ее пересечения с малой осью эллипсоида кронштейном с осью, перпендикулярной большой оси эллипсоида и оси вращения груза, при этом груз своей осью закреплен на оси П-образного кронштейна с возможностью ограниченного поворота в обе стороны от малой оси эллипсоида и снабжен пружинами кручения, а его ось оборудована ограничителем поворота.

Кроме того, мяч снабжен установленной внутри жесткого каркаса направляющей втулкой, ось которой совпадает с большой осью эллипсоида, и размещенным во втулке с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль нее цилиндрическим пустотелым ползуном, в котором установлен груз, при этом груз выполнен составным из двух частей с центральным отверстием, расположенным оппозитно шлицевому отверстию, и снабжен подпятником и пружиной сжатия, один конец которой размещен в центральном отверстии и упирается в подпятник, а другой конец упирается во внутреннюю поверхность жесткого каркаса в месте ее пересечения с большой осью эллипсоида.

Кроме того, мяч снабжен корпусом, жестко закрепленным на жестком каркасе внутри него так, что его наружная поверхность и внутренняя поверхность жесткого каркаса образуют две изолированные полости, заполненные сжатым под давлением воздухом, связанные между собой соответствующими каналами, выполненными в месте крепления корпуса к оболочке, и снабженные штуцером с запорным клапаном высокого давления, кольцом с цапфами, смонтированным в этом корпусе с возможностью поворота вокруг оси цапф, приводом поворота кольца в виде мотора с пневматическим двигателем, связанного с указанными полостями со сжатым воздухом через воздушный редуктор, снабженный реле времени, и двухступенчатого зубчато-червячного редуктора, червячное колесо которого закреплено на кольце соосно цапфам, при этом груз установлен в кольце и его ось вращения перпендикулярна оси цапф кольца, причем на противоположной от шлицевого отверстия стороне груза выполнено дополнительное шлицевое отверстие, соосное с первым.

Кроме того, мяч снабжен блоком питания, электронным блоком управления, сервомотором, связанным с ним двухпозиционным золотником, установленным в воздушном редукторе, и средством создания неупругого удара в зоне, образованной пластиной, размещенной на упругой оболочке, и сферическими выступами, смонтированными на жестком каркасе. Модуль упругости материала пластины и сферических выступов в 2 раза выше модуля упругости упругой оболочки. Блоки питания и управления связаны с сервомотором средством создания неупругого удара. Средство создания неупругого удара содержит силовой цилиндр, смонтированный на жестком каркасе, одна полость которого связана с золотником и в ней размещен поршень, один конец штока которого соединен гибкой связью с жесткой пластиной, а другой конец штока размещен во второй полости цилиндра и снабжен пружиной и упором, взаимодействующим с установленными в этой полости двумя конечными выключателями, связанными с блоком управления, причем последний может быть снабжен приемником радиокоманд.

Данные устройства обладают более широкими игровыми возможностями за счет использования гироскопического эффекта. Изменение направления оси гироскопа в пространстве во время игры делает игры более увлекательными из-за специфичности траекторий перемещения предлагаемых мячей, развивает реакцию игроков и делает игры и тренировки более увлекательными и эффективными.

На фиг. 1 представлен разрез мяча, где ось вращения груза совпадает с большой осью эллипсоида; на фиг. 2 - момент раскрутки груза стационарным приводом; на фиг. 3 - разрез мяча, где ось вращения груза совпадает с малой осью эллипсоида; на фиг. 4 - то же, но с креплением груза на оси кронштейна с возможностью его качания в продольной плоскости сечения мяча; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 4; на фиг. 6 - разрез мяча с возможным перемещением груза вдоль большой оси эллипсоида; на фиг. 7 - узел I на фиг. 6; на фиг. 8 - разрез мяча с изолированными полостями и поворотным приводным кольцом; на фиг. 9 - разрез Б-Б на фиг. 8; на фиг. 10 - разрез В-В на фиг. 9; на фиг. 11 - разрез Г-Г на фиг. 8; на фиг. 12 - разрез Д-Д на фиг. 10; на фиг. 13 - разрез Е-Е на фиг. 10; на фиг. 14 - то же, что и на фиг. 9, но с добавлением блоков питания, управления и средства создания неупругого удара; на фиг. 15 - средство создания неупругого удара; на фиг. 16 - схема взаимосвязи блоков питания, управления, средство для создания зоны неупругого удара, сервомотора и воздушного редуктора; на фиг. 17 - момент раскрутки груза, ось вращения которого совпадает с малой осью эллипсоида и, кроме того, момент закачки воздуха в герметичные полости.

Мяч (фиг. 1) включает жесткий каркас, состоящий из частей 1 и 2, которые могут быть соединены любым способом (в данном случае это резьба) и выполнены из любого легкого и проточного материала (легкие сплавы, армированные полимерные материалы и т.п.). В этом каркасе размещен вращаемый груз 3, который выполняет роль ротора гироскопа и установлен в подшипниках 4, смонтированных в расточках жесткого каркаса и удерживаемых крышками 5 и 6. На жестком каркасе натянута упругая оболочка 7. Для раскрутки груза 3 используется шлицевое отверстие 8.

Раскрутка груза 3 (фиг. 2) производится на подставке с крышкой 9 и основанием 10, которые связаны шарниром 11 и запираются замком 12. Выходной шлицевой вал 13 привода входит в шлицевое отверстие 8 груза 3 и через упругую муфту 14 связан с электродвигателем 15.

Груз 16, чья ось вращения совпадает с малой осью эллипсоида, выполнен в виде шара (фиг. 3). Для придания колебательных перемещений груз 16 снабжен шарниром 17 и ограничителем 18 поворота, установленным на оси 19 вращения груза 16 (фиг. 4). Шлицевое отверстие 8 выполнено в крышке 20. Шарнир 17 (фиг. 5) включает в себя ось 21, установленную в кронштейне 22, закрепленном винтами 23 на жестком каркасе. Между грузом 16 и кронштейном 22 установлены пружины кручения 24 и 25. Мяч может быть устроен так, что груз получит возможность перемещаться вдоль большой оси эллипсоида. В этом случае (фиг. 6) груз состоит из двух частей 26 и 27, скрепленных винтами 28 (фиг. 7). Груз расположен в цилиндрическом пустотелом ползуне 29 на подшипниках 30. Ползун 29 установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения во втулке 31, ось которой совпадает с большей осью эллипсоида. Во втулке 31 выполнена продольная прорезь, куда входит направляющий штырь 32 (фиг. 7), ввинченный в ползун 29. Между частью 26 груза и частью 1 жесткого каркаса установлена пружина 33, которая одним концом входит в центральное отверстие части 26 груза и упирается в подпятник 34, смонтированный между частями 26 и 27 груза на упорном подшипнике 35 (фиг. 7), другой конец пружины 33 входит в центрирующую втулку 36, укрепленную на жестком каркасе, и центрируется выступом 37.

Для изменения направления оси вращения груза во время игры используется мяч, показанный на фиг. 8-13.

Форма груза 38 близка к шару. Груз 38 установлен в кольце 39 на подшипниках 40 с помощью крышек 41. Кольцо 39 выполнено с цапфами 42, ось которых перпендикулярна оси вращения груза и большей оси эллипсоида. Кольцо 39 своими цапфами 42 установлено в корпусе, состоящем из двух частей 43 и 44. На кольце 39 соосно цапфам 42 смонтировано червячное колесо 45, связанное с червяком 46, на одном валу с которым установлено зубчатое колесо 47, находящееся в зацеплении с шестерней 48. Шестерня 48 сидит на валу 49, который связан с воздушным редуктором 50, совместно с которым установлено реле 51 времени. Вал 49 с передачами является приводом поворота кольца 39. Все вращающиеся валы привода установлены в подшипниках 52, закрепленных на части 44 корпуса. Наружная поверхность последнего состоит из двух частей 43 и 44 корпуса, а внутренняя поверхность частей 1 и 2 жесткого каркаса образует две изолированные полости, куда через штуцер 53 с клапаном подается под давлением сжатый воздух.

Части 1 и 2 жесткого каркаса крепятся к частям 43 и 44 внутреннего корпуса с помощью винтов 54, расположенных по окружности разъема частей 1 и 2 жесткого каркаса (фиг. 11). Между жестким каркасом и внутренним корпусом помещена прокладка 55. При сборке сначала собирается внутренний корпус с грузом 38, кольцом 39 и его приводом. Части 43 и 44 корпуса соединяются с помощью винтов 56 (фиг. 12), а затем к собранному корпусу крепятся жестко. Две образованные изолированные полости связаны между собой каналами 57, проделанными в буртах частей 43 и 44 внутреннего корпуса (фиг. 13).

На фиг. 14 представлена конструкция предыдущего мяча, но с добавлением некоторых элементов включения и выключения пневмомотора. На одной оси с пневмомотором располагается сервомотор 58, связанный с двухпозиционным золотником (не показан), размещенным совместно с воздушным редуктором. Блок 59 питания и электронного управления сервомотором 58 крепится на корпусе (часть 43). Для управления сервомотором 58 установлено средство для создания зоны неупругого удара на поверхности мяча - в дальнейшем "демпфер", который состоит из жесткой пластины 60, укрепленной на поверхности упругой оболочки 7, двухполостного цилиндра 61 и размещенных на наружной поверхности жесткого каркаса полусфер 62, модуль упругости материала которых в 2 раза выше модуля упругости упругой оболочки 7.

Цилиндр 61 (фиг. 15) своей крышкой 63 крепится к жесткому каркасу мяча. Поршень 64 располагается в одной из полостей цилиндра, а шток 65 одним концом соединен гибкой связью 66 с пластиной 60, другой конец штока 65 приходит через перегородку 67 цилиндра, разделяющую полости, и заканчивается упором 68, между которым и перегородкой 67 размещена пружина 69. В этой полости установлены два конечных выключателя 70 и 71, с которыми при движении поршня 64 взаимодействует упор 68.

Поршневая полость цилиндра 61 соединена с двухпозиционным золотником трубопровода 72. В исходном положении золотника полость связана с атмосферой.

Блок 59 питания и электронного управления может быть снабжен приемником радиокоманд.

Использование всех перечисленных мячей происходит следующим образом.

Прежде чем запустить мячи в игру, они устанавливаются на основание 10 и фиксируются крышкой 9. Мячи, у которых ось вращения груза совпадает с большей осью мяча (эллипсоида), устанавливаются на подставке, показанной на фиг. 2; мячи, у которых ось вращения груза совпадает с малой осью мяча (эллипсоида), устанавливаются на подставке, показанной на фиг. 17. Шлицевой вал 13 привода раскрутки груза входит в шлицевое отверстие 8 груза, после чего включается электродвигатель 15. Раскручивание груза производится до 6-10 тыс. об/мин, после чего крышка 9 откидывается и мяч вводится в игру.

Характерной особенностью всех описанных мячей является наличие вращающегося груза, который обладает всеми свойствами гироскопа: способностью сохранять в пространстве положение оси вращения, явлением прецессии, возникающим под влиянием внешних воздействий, например ударов по мячу или ударов мяча об землю, и т.п.

Введенный в игру мяч (фиг. 1 и 3) стремится сохранить свое положение в пространстве (положение оси вращения груза). Для мяча на фиг. 1 - это вертикальное положение, которое он сохраняет при отскоках от игрового поля, при бросках мяча и ударах по нему.

В то же время смещение оси вращения груза в пространстве и ее колебания происходят за счет явления прецессии, возникающего в момент ударов по мячу и его отскоков от поля. Эти изменения за счет прецессии увеличивают и изменяют поведение мяча по мере уменьшения оборотов вращения груза. При этом характер движений мяча изменяется в сторону более резких и непредсказуемых перемещений оси при падении мяча на поле и при ударах по нему.

Мяч на фиг. 3 добавляет в игру новизну за счет другого положения оси вращения груза, которая совпадает с малой осью эллипсоида.

В этом варианте конструкции при смещенном относительно центра мяча ударе мяч может закручиваться в ту или иную сторону вокруг оси вращения груза в зависимости от места нанесения удара. Вращающийся в горизонтальной плоскости мяч представляет известные трудности при его ловле, остановке и передаче.

Следующий вариант мяча, представленный на фиг. 4 и 5, сохраняет все свойства предыдущего, но, кроме того, мяч может совершать колебательные движения вокруг оси 21. Это возможно при ударах по мячу в плоскости оси вращения как о землю, так и игроками. Следовательно, вращается мяч под разными углами к оси 19 вращения груза, что еще больше затрудняет его прием, передачу и удары по нему. Это вносит в игру элемент дополнительной непредсказуемости.

В мяче, представленном на фиг. 6 и 7, вращающийся груз может перемещаться вдоль большой оси мяча (эллипсоида). При ударах как об игровое поле, так и игроками центр тяжести мяча меняется. Следовательно, меняется величина прецессии, которая зависит от расположения вращающегося груза, на большей оси мяча места приложения удара и его силы. Пружина 33 возвращает груз в исходное положение после преодоления инерции удара. Кроме того, она удерживает груз в момент раскрутки.

Мяч, оборудованный мотором с пневматическим двигателем и реле 51 времени (фиг. 8-10), позволяет получать его вращение вокруг оси цапф 42. Включение и выключение пневмомотора производится с помощью реле 51 времени, настроенного по определенной программе. Реле 51 времени открывает клапан (не показан) воздушного редуктора 50. Сжатый воздух из двух герметичных полостей, образованных внутренней поверхностью жесткой оболочки (части 1 и 2) и наружной поверхностью корпуса (части 43 и 44), под давлением 100-300 атм подается в воздушный редуктор 50, снижается до рабочего давления и поступает в мотор с пневматическим двигателем. Вращение от пневмомотора через шестерню 48, зубчатое колесо 47 и червяк 46 передается червячному колесу 45, которое смонтировано на поворотном кольце 39 соосно его цапфам 42. Цапфы 42 установлены в подшипниках скольжения между двумя частями 43 и 44 внутреннего корпуса мяча. Груз 38 установлен в кольце 39, так что его ось перпендикулярна оси цапф 42. Так как направление оси вращения груза 38 остается неизменным при работе пневмомотора, червяк 46 начинает перемещаться по червячному колесу 45, увлекая за собой и тело мяча. Мяч, как и в случае с уже рассмотренной конструкцией, осуществляет поворот вокруг оси цапф 42, но только не по случайному закону в зависимости от ударов, а по заранее составленной программе.

Отработанный воздух уходит в атмосферу из внутреннего корпуса через отверстия в упругой оболочке и каркасе, предназначенных для выходного вала 13 привода раскрутки груза 38.

Закачка сжатого воздуха в герметичные полости мяча производится от компрессора 75 (фиг. 17) через трубопровод 76 и штуцер 53 с клапаном, установленным на мяче.

Следующий мяч, изображенный на фиг. 14, представляет собой усложненный вариант мяча на фиг. 8-10.

Пневмомотор в процессе игры может быть приведен в действие различными способами. Электронное управление в блоке 59 может быть заранее снабжено определенной программой включения и выключения сервомотора 58 для привода двухпозиционного золотника, который в рабочем положении открывает допуск воздуха через редуктор 50 к пневмомотору. Дальнейшее действие как в предыдущем случае.

Если электронное управление снабжено приемником радиокоманд на запуск и остановку пневмомотора, команды в процессе игры могут посылаться с помощью ЭВМ по определенной программе. Вращение мяча определяется также программой ЭВМ.

Управление пневмомотором с помощью блока создания зоны неупругого удара (демпфера) осуществляется следующим образом. Пластина 60 принимает на себя удар (об игровое поле или удар спортсмена) и перемещается к жесткому каркасу. Гибкая связь 66 ослабляется и пружина 69, уравновешиваемая ранее упругой оболочкой 7, продвигает упор 68 вдоль цилиндра 61. При движении упора 68 сначала срабатывает конечный выключатель 70, по сигналу которого срабатывает сервомотор 58, который сдвигает двухпозиционный золотник в рабочее положение.

Поршневая полость цилиндра 61 подключается через редуктор 50 к полостям сжатого воздуха так же, как и пневмомотор. Мяч начинает поворот вокруг оси цапф 42. Поршень 64 под действием сжатого воздуха, поступающего по трубопроводу 72, продолжает перемещение (фиг. 15), начатое ударом по пластине 60. Пластина 60 ложится на полусферы 62 и сжимает их. На поверхности мяча создается зона неупругого удара. Мяч, ударяясь этой зоной об игровое поле, резко не отскакивает, что добавляет еще один элемент непредсказуемости в поведение мяча. Шток 65, перемещаясь дальше под действием сжатого воздуха на поршень 64, заставляет сработать второй конечный выключатель 71, который дает команду на реверс сервомотора 58. Золотник возвращается в исходное положение и прекращает поступление сжатого воздуха в поршневую полость цилиндра 61 и пневмомотор, а поршневую полость цилиндра 61 свяжет с атмосферой. Поршень 64 под действием упругой оболочки 7 занимает исходное положение.

Примерная длительность вращения грузов 4-6 мин в зависимости от формы груза и скорости его раскрутки. Этого времени достаточно, чтобы поупражняться с ним или провести короткую игру.

Непредсказуемость вращений и траекторий описанный мячей развивает у спортсменов и игроков быстроту реакции, глазомер, а также различные группы мышц при использовании мячей в качестве спортивных тренажеров, так как удержание мяча и попытки изменить направление оси вращения его груза (гироскопа) требует значительных усилий.

Все характерные свойства описанных мячей делают их применение в спортивных играх, при тренировках и в индустрии развлечений эффективным и увлекательным.

Сущность изобретения: мяч содержит подставку, упругую оболочку, размещенный под ней жесткий каркас эллиптической формы. В полости каркаса посредством подшипников смонтирована ось с грузом. Груз установлен с возможностью вращения от привода и имеет отверстия со шлицевыми пазами. Привод смонтирован на подставке и содержит упругую муфту и выходной шлицевой вал. Шлицевой вал размещен в отверстии груза. Упругая оболочка и каркас выполнены с отверстиями, соосными отверстию груза. 6 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. МЯЧ, содержащий упругую оболочку, в полости которой посредством подшипников смонтирована ось с грузом, отличающийся тем, что он имеет жесткий сборный каркас эллиптической формы, размещенный под упругой оболочкой и, подставку с приводом для груза, при этом последний установлен с возможностью вращения и имеет отверстия со шлицевыми пазами, а привод содержит упругую муфту выходной шлицевой вал для размещения в отверстии груза, причем упругая оболочка и жесткий каркас выполнены с отверстиями, соосными отверстию груза. 2. Мяч по п.1, отличающийся тем, что груз выполнен по форме внутренней поверхности каркаса, а ось его вращения совпадает с большой осью каркаса. 3. Мяч по п. 1, отличающийся тем, что ось вращения груза совпадает с малой осью каркаса. 4. Мяч по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он имеет средство для крепления оси груза в полости каркаса, содержащее П-образный кронштейн с поворотной подпружиненной осью, несущей ось груза с ограничителями ее поворота. 5. Мяч по пп.1 и 3, отличающийся тем, что он имеет полый корпус, закрепленный в полости каркаса и образующий две изолированные полости, заполненные сжатым воздухом, штуцер с запорным клапаном и кольцо, смонтированное в полом корпусе посредством цапф с возможностью вращения от привода в плоскости, перпендикулярной плоскости вращения груза, расположенного в кольце, при этом изолированные полости соединены между собой каналами, расположенными в месте соединения полого корпуса с каркасом, а привод поворота кольца включает мотор с пневматическим двигателем с воздушным редуктором для двигателя, реле времени и двухступенчатый зубчато-червячный редуктор, червячное колесо которого закреплено на кольце соосно цапфам, причем груз имеет второе отверстие со шлицевыми пазами, расположенное соосно первому. 6. Мяч по пп.1,3 и 6, отличающийся тем, что он снабжен блоком питания, электронным блоком управления, сервомотором, связанным с ним двухпозиционным золотником и средством для создания неупругого удара, расположенным в зоне, образованной пластиной, закрепленной на упругой оболочке, и сферическими выступами, смонтированными на жестком каркасе с возможностью их взаимодействия с пластиной, при этом модули упругости материалов сферических выступов и пластин в два раза выше модуля упругости упругой оболочки, причем блоки питания и управления связаны с сервомотором и средством создания неупругого удара, включающим смонтированный на каркасе перпендикулярно к нему силовой цилиндр, допоршневая полость которого связана с золотником, а послепоршневая имеет перегородку и конечные выключатели, смонтированные на боковой стенке цилиндра, при этом один из концевых участков штока соединен с пластиной посредством гибкой связи, а второй концевой участок штока имеет упор для взаимодействия с конечными выключателями и коаксиально расположенную на нем пружину, один концевой участок которой взаимодействует с упором, а второй - с перегородкой, при этом конечные выключатели связаны с блоком управления, имеющим приемник радиокоманд.