СТЕЛЬКА СПОРТИВНАЯ Российский патент 1998 года по МПК A43B17/06 A43B13/38 

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

Основными варьируемыми физико-механическими параметрами стелек, определяющими их потребительные свойства, являются:
- упругость, снижающая ударные динамические нагрузки на стопу;
- равномерность распределения давления по площади стопы.

Известна подпружиненная подошва с индивидуальными характеристиками и способ сборки такой обуви (Патент ЕПВ (ЕР) N 0449762, кл. A 43 B 13/18). Недостатком подпружиненной подошвы является нетехнологичность, связанная с большим числом направляющих при сборке, и повышенный вес.

Ближайшим аналогом из известных является вкладная стелька (Патент РФ N 2036596, кл. A 43 B 13/18).

Ближайший аналог содержит опорную пластину, в пучковой и пяточной частях которой по концентрическим окружностям, соответствующим педопунктурным зонам стопы, выполнены перфорированные сквозные отверстия. В них вставлены витые пружинки, статически поджатые наклеенными на опорную пластину верхней накладкой и нижней пластиной.

Недостатками ближайшего аналога являются:
- поперечная неустойчивость высоконавитых пружинок, приводящая к их смятию в ячейках перфорации, трудность технологической сборки;
- ограничения по минимально достижимой толщине стельки, определяемые необходимым остаточным запасом рабочего хода пружинок при их статическом поджатии;
- недостаточная эффективность поглощения динамических ударных нагрузок, ограниченная добротностью материала перфорированной опорной пластины и одноэлементностью системы виброизоляции.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в повышении эффективности поглощения динамических ударных нагрузок за счет двухступенчатости виброизоляции и улучшения комфортности путем перераспределения давления пучковой и пяточной частей по большей площади подошвы стопы.

Это достигается тем, что в стельке спортивной, содержащей нижнюю и верхнюю пластины, между которыми с возможностью статического поджатия установлен упругий элемент в виде системы витых пружинок, нижняя и верхняя пластины сшиты одна с другой в поперечном направлении стельки строчками с образованием параллельных гофр, а витые пружинки выполнены коническими и размещены рядами в гофрах с натягом, при этом ширина шага гофр равна диаметру большего основания конической пружинки, а в гофрах пучковой и пяточной частей стельки размещены двухсистемные линейки виброизоляторов, выполненные из закрепленных широким основанием на обеих сторонах жесткой невесомой вставки двух рядов конических пружинок.

Вновь введенные элементы и связи позволяют реализовывать такие новые свойства заявляемого технического решения как:
- высокую эффективность за счет двухступенчатой системы виброизоляции наиболее напряженных по нагрузке пучковой и пяточной частей стопы;
- равномерность распределения нагрузки по поверхности подошвы стопы в наиболее напряженных ее частях;
- малый вес и малую толщину стельки за счет увеличения статического поджатия и амплитуды рабочего хода, не ограниченных касанием витков конической пружинки и возможности сжатия ее в плоскость.

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, совпадающих с существенными признаками предлагаемого решения, и о соответствии последнего критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид стельки спортивной; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - двухсистемная линейка виброизоляторов; на фиг. 4 - экспериментально снятые амплитудно-частотные характеристики стельки спортивной (а) и ближайшего аналога (б).

Стелька спортивная содержит верхнюю пластину 1, нижнюю пластину 2, сшитые поперечными стельке строчками 3 с образованием параллельных гофр 4 и шагом, равным большему основанию конической пружинки 5. В каждом гофре 4 с натягом большим основанием к нижней пластине 2 вплотную размещен ряд конических пружинок 5. Пружинки 5 статически поджаты за счет ограниченного межпластинного объема гофра 4. В гофрах пяточной и пучковой частей стельки размещены двухсистемные линейки виброизоляторов 6, выполненные из закрепленных широким основанием на обеих сторонах "невесомой" жесткой вставки 7 двух рядов конических пружинок. Стельки выполняются по размерам и помещаются внутрь спортивной или рабочей обуви.

Техническая сущность изобретения заключается в следующем. Естественная поверхность подошвы стопы отличается от плоскости, вследствие чего распределение статического давления по поверхности существенно неравномерно. Статическое давление распределено примерно поровну между пучковой и пяточной частями стопы при неравномерном распределении внутри этих частей.

В табл. 1 приведены данные экспериментальных измерений одной реализации типового (стандартного) распределения статического давления по площади стопы. Еще большая неравномерность наблюдается при распределении динамического давления, которое отличается от статического в 3 - 4 раза. При перемещениях (беге) не все элементы (пружинки) работают эффективно. С целью вовлечения в работу большего числа элементов и выравнивания давления по длине гофра в каждом из них используется "плавающая" жесткая "невесомая" вставка между двумя рядами пружинок, образующих к тому же двухступенчатую систему виброизоляции. Известно, что при последовательном соединении элементов результирующий коэффициент вибропередачи сложной системы определяется произведением коэффициентов передачи элементов (см., например, Вибрации в технике, т. 6. Справочник под редакцией К.В.Фролова. М.: Машиностроение, 1981, с. 180-181, рис. 9, табл.4).

Эффективность вибропоглощения в диапазоне частот ударного импульса зависит от выбора собственной частоты виброзащитной системы и конструктивных параметров единичного элемента (конический пружинки). Собственные частоты f различных органов человека (поясничной части позвоночника, тазобедренной части) занимают интервал от 8 до 32 Гц. Следовательно, собственная частота f_o системы (стельки), образуемой совокупностью конических пружинок и массой m нагружения в виде веса человека должна выбираться в области ниже f / или порядка 6 - 8 Гц (см., например, там же, с. 172-173, 372.

;
где
c - жесткость конической пружинки;
g - ускорение силы тяжести;
δ_ст - статическое поджатие.

Приведенное неравенство выполнимо при статическом поджатии δ_ст = 4 мм.

Жесткость "c" конической пружинки задается выражением (см., например, Справочник. Т.1. Приборы и системы для измерения вибрации, шума, удара. /Под редакцией В.В.Клюева, М.: Машиностроение, 1978, с. 46):
,
где
G - модуль сдвига материала проволоки;
d - диаметр проволоки;
D₁, D₂ - диаметр витков навивки конической пружинки у основания и вершины;
n - число витков.

Для резонансной системы справедливо выражение соотношения:
;
где
f_o - резонансная частота;
Δf - ширина полосы резонансной кривой на уровне 0,5 от максимального значения;
Q - качество энергоемкого элемента.

(см., например, Справочник по радиоэлектронике, т.2. /Под редакцией А.А. Куликовского. М.: Энергия, 1968 с. 34).

Используя данную зависимость и вычислив относительную погрешность функционала:

(см. , например, Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления, т. 1, М.: Наука, 1964, с. 252), получено, что максимальная добротность виброзащитной системы на динамическую нагрузку до 200 кг достигается при параметрах конических пружин, данных в табл. 2.

Общее число пружинок в пяточной и пучковой частях стельки (2•35) шт.

Стелька изготавливается из существующих материалов. Материал пластин: кожа юфтевая, подкладочная, натуральная или искусственная. Невесомая жесткая вставка из текстолита или стеклопластика, толщина 1 - 1,5 мм. Для навивки пружинок используется пружинная проволока из высокоуглеродистых сталей марок 65, 65Б, 79, У10, предел прочности 260 кг/мм, твердость по Роквеллу 53 - 57. После холодной навивки пружинки подвергаются отпуску в масляном радиаторе при температуре 210 - 320^oC для снятия напряжений, повышения предела упругости и релаксационной стабильности (Нитка капроновая, двуниток льняной суровый ГОСТ 11302-78). Разрывная нагрузка длины шва строчек (при двух строчках) не менее 150 н/см. Испытания опытных образцов проводились на базе комплекса виброизмерительной аппаратуры "Брюль и Къер" и вибратора VP-4 в НПО измерительной техники. Амплитудно-частотная характеристика стельки спортивной представлена на фиг.4, график а), амплитудно-частотная характеристика ближайшего аналога, график б)
Зависимость эффективности изделия в диапазоне частот изменяется примерно по квадратичному закону относительно функциональной зависимости ближайшего аналога, что соответствует теоретическим данным. Средняя эффективность стельки спортивной составляет 9,5 дб.

Изобретение относится к легкой промышленности, в частности к производству стелек для виброзащитной спортивной, лечебной или повседневной обуви. Задача, решаемая изобретением, состоит в повышении эффективности защиты от вибрации путем создания двухступенчатой системы виброизоляции и улучшения комфортности обуви путем перераспределения давления пучковой и пяточной частей стопы. Стелька спортивная содержит нижнюю 1 и верхнюю 2 пластины, сшитые поперечными стельке строчками с образованием параллельных гофр. В гофрах рядами со статическим поджатием установлены витые конические пружинки. В гофрах пяточной и пучковой частей стельки размещены двухсистемные линейки виброизоляторов 6, выполненные из закрепленных с обеих сторон жесткой вставки двух рядов конических пружинок. При этом ширина шага гофр равна диаметру большего основания конической пружинки. Высокая эффективность изделия достигается за счет предельно низкой собственной частоты увеличением статической деформации и амплитуды рабочего хода конической пружинки, а также за счет двухступенчатой системы виброизоляции наиболее напряженных по нагрузке пяточной и пучковой частей стельки. 4 ил. 2 табл.

Стелька спортивная, содержащая нижнюю и верхнюю пластины, между которыми с возможностью статического поджатия установлен упругий элемент в виде витых пружинок, отличающаяся тем, что нижняя и верхняя пластины сшиты одна с другой в поперечном направлении стельки строчками с образованием параллельных гофр, а витые пружинки выполнены коническими и размещены в гофрах рядами с натягом, при этом ширина шара гофр равна диаметру большего основания конической пружинки, а в гофрах пучковой и пяточной частей стельки размещены двухсистемные линейки виброизоляторов, выполненные из закрепленных большим основанием на обеих сторонах жесткой вставки двух рядов конических пружинок.