Ролик для однорядных роликовых коньков и лыжероллеров

(51) 5 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР21 9; 8,м;Ь - ирина ичной астичла злаен м;Ь - ус эла диус э матери лие(54) РОЛИК ДЛЯ ОДНОРЯДНЫХ РОЛИКОВЫХ КОНЪКОВ И ЛЫЖЕРОЛЛЕРОВ(57) Сущность: ролик состоит из эластичной шины и залитых внутрь него жесткихступицы и закладного элемента. Геометрические параметры элемента и моИзобретение 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 жесткостных 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 уль упругости материала эластичнои шин ыыбраны из соотношений: 171где а - ширина закладного эл высота закладного элемента, ролика, м; Вн - наружный рад шины, м; Йо - внутренний р ной шины, м; Е - модульупругости стичной шины, Па; 0 действующее на один ролик,оказываетсущественное влияние на эксплуатационные характеристики ролика.вавйЗадачей изобретения является повышение долговечности ролика и улучшение его эксплуатационных характеристик за счет использования конструкции с наилучшими жесткостными и демпфирующими свойства- О ми. Это достигается оптимальным выбором Ь размеров закладного элемента и модуля уп- О ругости 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 характе45 17,118,8; 1 дРАК= - - вп, Е дЯ 6 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): 0,21 0,29; ЬВо Вн Йн Вогде а - ширина закладного элемента, м;Ь - высота закладного элемента, м; и - ширина ролика, м;Кн - наружный радиус эластичной шины, м;Во - внутренний радиус эластичной шины, м;Е - модуль упругости материала эластичной шины, Па;6 - 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: где Е - модуль упругости материала эластичного кольца;Рд - усилие, передаваемое роликом на ось вращения;Я - площадь 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 "0 демпфирующей способности ролика и увеличивается уровень возникающих напряжений в эластичной шине, что приводит к быстрому износу и разрушению ролика, Аналогичные процессы происходят при 15 варьировании величины модуля упругостиматериала эластичной шины. Таким образом, определенные в ходе исследований оптимальные значения указанных параметров конструкции соответствуют наиболее рав номерному распределению возникающихпри эксплуатации напряжений в теле эластичной шины при высоких демпфирующих и жесткостных свойствах.Экспериментальное подтверждение ус тановленных оптимальных соотношенийполучено в ходе испытаний изготовленных с их учетом роликов спортсменами различных команд. 30 Формула изобретен ия Ролик для однорядных роликовых коньков и лыжероллеров, состоящий из эластичной шины и залитых внутрь нее жестких 35 металлических или синтетических ступицы изакладного элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что геометрические параметры закладного элемента и модуль упругости материала шины выбраны из соотношений 40 0,210,29; ЬВо йн йн -Яогде а - ширина закладного элемента, м;Ь - высота закладного элемента, м; Ь - ширина ролика, м;Вн - наружный радиус шины, м;Во - внутренний радиус шины, м;Е - модуль упругости материала шины, Па;. 6 - усилие, действующее на один .ролик, Н.18299461 11Составитель К. Новоселов дактор Г. Бельская Техред М. Моргентал Корректор А, Коз аказ 2483 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101