ВКЛАДНАЯ СТЕЛЬКА Российский патент 1995 года по МПК A43B17/06 A43B13/18 

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к обувному производству, и может найти применение при изготовлении рабочей, спортивной или лечебной обуви.

Известны лечебные стельки, в педопунктурных зонах которых размещены единичные массажные элементы.

Недостатком известных стелек является функциональная ограниченность и невысокая эффективность.

Ближайшим аналогом из известных является подпружиненная подошва с индивидуальными характеристиками и способ сборки такой обуви [1] Недостатком подпружиненной подошвы является нетехнологичность, связанная с большим числом направляющих в сборке и несфазированность волн ударных нагрузок, передаваемых через подошву на стопу.

Технический результат заявляемого решения состоит в оптимизации медико-механических параметров системы человек-стелька, а также отдельных ее частей относительно педопунктурных зон стопы.

Это достигается тем, что пружины установлены в сквозные отверстия стельки по концентрическим окружностям, соответствующим педопунктурным зонам стопы, один конец которых закреплен на нижней накладке, второй статически поджат верхней накладкой, а отношение коэффициента жесткости материала опорной пластины и системы пружин удовлетворяет условию противофазности волн упругих колебаний, прошедших через них.

На фиг. 1 представлен общий вид вкладной стельки; на фиг. 2 то же, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 экспериментально снятая амплитудно-частотная характеристика пяточной части стельки.

Вкладная стелька содержит опорную пластину 1 в пяточной 2 и пучковой 3 частях педопунктурных зон выполнены сквозные отверстия 4, в которые поштучно вставлены пружины 5. Диаметр навивки пружин совпадает с диаметром отверстий. Пружины статически поджаты приклеенными к опорной пластине верхней 6 и нижней 7 накладками, закрывающими сквозные отверстия сверху и снизу. Вкладные стельки выполняются по размерам и помещаются внутрь рабочей или спортивной обуви.

Стелька работает следующим образом.

При беге возникают ударные нагрузки. При среднем темпе бега 15 км/час и последовательном переносе веса тела с пяточной части на носочную, размерах пяточной части стельки 8 х 5,5 см, длительность ударного пяточного или пучкового импульса составляет порядок τ_и ≈ 0,02 с. В соответствии с зависимостью ΔF ≃ 1/τ_и основной спектр гармоник ударного импульса сосредоточен в интервале от 0 до 50 Гц. Особенно опасными при беге являются частоты, совпадающие с поясничной частью позвоночника в области 14-16 Гц. Чтобы стелька гасила частоты опасных гармоник f_г, совпадающих с частотами внутренних органов человека, соответствующим педопунктурным зонам, собственная частота f_о системы человек-стелька выбрана из условия f_o <
или f_o < 10 Гц.

Собственная частота пружинного виброизолятора определяется формулой Рело
ω_o= 2πf_o= где G модуль сдвига пружинной проволоки ≈ 8,5 х 10¹⁰ н/м²;
d диаметр проволоки;
D диаметр витка навивки пружины;
n количество витков пружины;
m масса нагружения пружины.

Максимальная добротность пружины достигается при соотношениях ее параметров:
D/d 10; D/h > 3, где h шаг навивки. Расчетная масса, приходящаяся на одну пружину, для f_o 7 Гц, m 180 г. При среднем весе 70 кг, количество пружин в пяточной части составляет ≈ 380 шт. диаметр навивки D 3 мм, число витков n 8, высота навивки Н 9, d 0,25 мм. Величина статического поджатия пружин при сборке стельки рассчитывается из формульной зависимости ω_o= где g ускорение силы тяжести, составляет 4,5 мм. Чтобы не было смятия пружин, толщина опорной пластины выбрана не менее высоты поджатия пружин или 5 мм. Эффективность гашения ударных нагрузок стелькой существенно повышается за счет взаимной компенсации волн упругих колебаний, распространяющихся через материал опорной пластины и систему пружин, для чего коэффициенты жесткости материала опорной пластины и системы пружин обеспечивает фазовый сдвиг между волнами, близкий к 180^о. Необходимый коэффициент жесткости опорной пластины при площади стельки, за вычетом площади сквозных отверстий, ≈ 17 см² обеспечивают материалы типа полиуретан "Эластомер СКУ-7-60", или губчатая резина.

Положительный эффект изобретения основан на статическом поджатии пружин, навивки их с высоким качеством за счет оптимизации параметров навивки, а также взаимной компенсации волн упругих колебаний на верхней накладке стельки путем выбора соотношения коэффициентов жесткости опорной пластины и системы пружин. Перечисленные свойства в совокупности обеспечивают эффективность стельки в диапазоне частот внутренних органов человека порядка 7 дБ.

Использование: в механике, в частности, в пассивных виброзащитных системах. Сущность: повышение эффективности гашения ударных нагрузок на стопу, вкладная стелька содержит опорную пластину, в пучковой и пяточной частях которой по концентрическим окружностям, соответствующим педопунктурным зонам стопы, выполнены сквозные отверстия. В них вставлены пружины, статически поджатые наклеенными на опорную пластину верхней накладкой и нижней пластиной. Положительный эффект основан на взаимной компенсации волн вибрации, распространяющихся в материале опорной пластины и через систему пружинок, а также на достижении предельно низкой собственной частоты системы виброгашения порядка нескольких Гц, при высоком качестве упругих элементов. 3 ил.

ВКЛАДНАЯ СТЕЛЬКА, содержащая опорную пластину со сквозными отверстиями, в которых установлены пружины, и верхнюю накладку, закрепленную на опрной пластине со стороны стопы, отличающаяся тем, что сквозные отверствия расположены по концентрическим окружностям, соответствующим педопунктурным зонам стопы, при этом со стороны подошвы на опорной пластине установлена нижняя накладка, на которой закреплены одни концы пружин, а другие концы пружин выполнены свободно опирающимися в верхнюю накладку, причем отношение коэффициентов жесткости материала опорной пластины к пружинам удовлетворяет условию противофазности волн упругих колебаний, прошедших через них.