Ролик для однорядных роликовых коньков и лыжероллеров Советский патент 1993 года по МПК A63C17/14 A63C17/06 

СО

С

Сущность: ролик состоит из эластичной шины и залитых внутрь него жестких ступицы и закладного элемента. Геометрические параметры элемента и модуль упругости материала эластичной шины выбраны из соотношений: а 17,1 0,21 Е0,33 ,43; п b-Ro R а н ( RH RO ) ( RH RO 0,29; Ь) 18,8; где а - ширина закладного элемента, м; b - высота закладного элемента, м; h - ширина ролика, м; RH - наружный радиус эластичной шины, м; RO - внутренний радиус эластичной шины, м; Е-модульупругости материала эла- стичной шины. Па; G - усилие, действующее на один ролик, Н. 1 ил.

Изобретение относится к производству спортивного инвентаря, в частности, роликов для однорядных роликовых коньков и лыжероллеров, а также роликов для других средств передвижения.

Основным недостатком конструкции прототипа является малый срок службы ролика из-за низких эксплуатационных характеристик, в частности, демпфирующих свойств эластичной шины, необходимых для гашения колебаний, вызванных качением по неровностям дорожного покрытия, и же- сткостных свойств ролика, необходимых для снижения силы сопротивления качению. Это происходит из-за того, что в прототипе не заложено требование к геометрическим параметрам закладного элемента. Кроме того, в прототипе отсутствуют требования к модулю упругости материала эластичной шины, который также

оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики ролика.

Задачей изобретения является повышение долговечности ролика и улучшение его эксплуатационных характеристик за счет использования конструкции с наилучшими жесткостными и демпфирующими свойствами. Это достигается оптимальным выбором размеров закладного элемента и модуля упругости материала эластичной шины.

Исследования механического поведения ролика, проведенные по адекватной математической модели методом конечных элементов, оцененной из эксперимента, в статической и динамической постановках задачи подтвердили, что варьируя геометрические параметры закладного элемента и модуль упругости материала эластичной шины, можно добиться широких пределов регулирования эксплуатационных характе00

ю ю ю о

СО

ристик ролика. Проведенные оптимизационные экспериментально-расчетные исследования показали, что наилучшие с точки зрения эксплуатационных свойств значения для указанных параметров конструкции ролика лежат в пределах (обозначения даны согласно фиг.1):

0,33 0,43;

0,21

17,1

b-Ro

RH ( RH RO )

Е а ( RH - RO - b)

0,29; 18,8;

где а - ширина закладного элемента,

b - высота закладного элемента,

п - ширина ролика,

RH - наружный радиус эластичной шины,

RO - внутренний радиус эластичной шины,

Е - модуль упругости материала эластичной шины,

G - усилие, действующее на один ролик, Н.

Оптимальность предложенных соотношений показана на графиках (фиг.2). При этом, в качестве критерия оптимальности принимался следующий. В процессе качения ролика по неровностям дорожного покрытия происходит изменение усилий, возникающих на поверхности пятна контакта, и, следовательно, изменение площади этого пятна контакта. Это приводит к изменению возникающих в конструкции ролика напряжений и, в итоге, к изменению усилий, передаваемых роликом на ось вращения. Поэтому в качестве критерия оптимальности используется минимальная зависимость изменения усилий, передаваемых на ось вращения, от изменения площади пятна контакта. Математически критерий оптимальности записывается в виде:

1 ЭРА

азк

min,

где Е - модуль упругости материала эластичного кольца;

Рд - усилие, передаваемое роликом на ось вращения;

SK - площ адь пятна контакта.

На графиках приведены зависимости значения указанного критерия от безразмерных комплексов.

Оптимальность выбранных соотношений объясняется следующим. При уменьшении размеров закладного элемента по сравнению с предложенными падает его

эффективность, так как снижается способность элемента воспринимать возникающие напряжения, а также снижается жесткость конструкции в целом. При увеличении этих размеров происходит снижение

демпфирующей способности ролика и увеличивается уровень возникающих напряжений в эластичной шине, что приводит к быстрому износу и разрушению ролика. Аналогичные процессы происходят при

варьировании величины модуля упругости материала эластичной шины. Таким образом, определенные в ходе исследований оптимальные значения указанных параметров конструкции соответствуют наиболее равномерному распределению возникающих при эксплуатации напряжений в теле эластичной шины при высоких демпфирующих и жесткостных свойствах.

Экспериментальное подтверждение установленных оптимальных соотношений получено в ходе испытаний изготовленных с их учетом роликов спортсменами различных команд.

30

Формула изобретения

Ролик для однорядных роликовых коньков и лыжероллеров, состоящий из эластичной шины и залитых внутрь нее жестких

металлических или синтетических ступицы и закладного элемента, отличающийся тем, что геометрические параметры закладного элемента и модуль упругости материала шины выбраны из соотношений

0,33 ,43;

W1 R.(RK-Ro)SM9:

G

где а - ширина закладного элемента, м; b - высота закладного элемента, м; h - ширина ролика, м; RH - наружный радиус шины, м; RO - внутренний радиус шины, м; Е - модуль упругости материала шины, Па;

G - усилие, действующее на один .ролик, Н.

Фиг.1

Л 7

7J 0.4 Д5 0-.6

А- 0,3 0,2 0.1

V15

фие. 2

W

1 ШР-К9-Ь)