Функциональнаяструктура технического объекта «лыжная палка»
Целью работы: Освоение методики углублённогоизучения технического объекта с функциональной и физической точек зрения. Напримере «лыжная палка».
1. Определениефункции технического объекта «лыжная палка», порядок его работы, выявление объектов внешней средыс которыми он взаимодействует
Лыжная палка ЕО рассматриваетсякак техническая объект, состоящее из 5 функциональных элементов показанных наРис. 1,2,3. Ручка –Е1; Темляк-Е2; Стержень- Е3;Лапка -Е4; Наконечник –E5, декомпозиции подробно показанана потоко-функциональной схеме структуры а)конкретизированной, б)астрагированой лыжной палки.
При движении лыжника основнойфункцией ТО лыжные палки ЕО является обеспечение движения (поддержаниескорости, ускорения, равновесия, облегчение выполнения поворотов, передачуэнергии плечевого пояса, поддержка при падении).
Технический объект «Лыжная палка» ЕОвзаимодействует с объектами внешней среды лыжником (действующими силами )V1, состоянием воздуха (влажности %, ветра м/сек,температурой t º C) –V2, солнца –V3, V4 -снегом. Усилие от кисти руки лыжника передаётсятремя путями:
— за счет адгезии между рукой(перчаткой) и поверхностью рукоятки;
— через упор на рукоятке;
— через темляк.
Наиболее эффективной являетсяпередача энергии за счет адгезии, поскольку усилие передается строго вдольповерхности рукоятки, по оси палки.
Передача энергии через упор нарукоятке дополняет передачу энергии за счет адгезии.
Темляк передает энергию под некоторымуглом к оси рукоятки и оси палки. Этот угол зависит от точки крепления темляка,и чем ближе точка крепления к задней поверхности ручки, тем под большим угломотходит темляк от ручки. Вектор силы вдоль темляка состоит из двух частей:сила, направленная вдоль ручки (вертикальная составляющая силы ВСС) и силанаправленная перпендикулярно первой (горизонтальная составляющая силы ГСС). ГСС- прямая потеря энергии, которая изгибает шахту лыжной палки. Рычаги 1и2(Рукоятка и темляк).
Выводы:
1. Передача силы плечевого поясалыжника (СППЛ) через систему «перчатка- поверхность ручки» при наличииадгезионных выступов (колец и полуколец) происходит по всему сечению рукоятки ивертикально.
2. Для уменьшения потерь энергии всистеме «темляк — рукоятка» необходимо точку крепления темляка передвинутьмаксимально вперед и вверх.
3. Вес рукоятки зависит от весаостальных рычагов палки. Слишком легкая ручка усложняет управляемость палки.
Рычаг 3 шахта лыжной палки
Основная часть лыжной палки — шахта,вдоль стенок, которой передаётся сила плечевого пояса лыжника (СППЛ). Шахта подвоздействием СППЛ изгибается и вибрирует, причем вибрирует четырежды. Движениепалки происходит в три фазы:
— удар,
— давление, протяжка,
— толчок.
в фазе «удар» шахта сгибается и,пружиня, подпрыгивает и разгибается.
Сопротивляясь сгибанию, шахтавибрирует, то же происходит и при разгибании её. В фазе «давление» шахта вновьсгибается, вибрирует и после толчка разгибается и снова вибрирует. Следуетзаметить, что сгибание шахты усугубляется воздействием горизонтальнойсоставляющей силы, возникающей в темляке.
Выводы:
1.Овальное, ромбовидное,крестообразное сечения шахты уменьшают влияние изгиба и вибрации на потериСППЛ, по сравнению с круглым.
2. Несимметричные цилиндр и конус(шахта + стержень от точки крепления темляка до донышка шахты) упрощаюттраекторию вертикальной составляющей силы и придают дополнительную жесткостьшахте. Рычаги 3 + 4 + 5 + 6
Опора палки
Опора палки о грунт (снег),представляет из себя наиболее сложную систему лыжной палки. Состоит из четырехрычагов и трех шарниров и образует две пары систем: первая система — стенкашахты (вертикальный рычаг), проходящая через точку приложения силы ТПС и пика(тычок, зуб, гвоздь) и между ними короткий рычаг — донышко шахты. Материал, изкоторого изготовлено донышко шахты, пластичен, что позволяет рычагам, приопределенных условиях, перемещаться друг относительно друга. Вторая система — стенка шахты (вертикальный рычаг) и лепесток (горизонтальный рычаг). Рассмотримвзаимодействие рычагов первой системы при движении лыжной палки. Для простотырассуждений примем, что пика находится в центре донышка. Во время первой фазыдвижения лыжной палки « удар» рычаг- «стенка шахты» опускается вниз, увлекая засобой переднюю часть рычага «донышко». Поскольку, пика упирается в грунт, точасть донышка, в месте крепления пики, преодолевая упругость материала,поднимается вверх. Удар длится доли секунды, и, как только, воздействие напалку ослабевает, шахта пытается распрямиться и рычаги опоры занять своёисходное положение. В результате палка «подпрыгивает» вверх. И, хотя движениепалки должно переходить к фазе «давление» лыжник, теряет часть энергииплечевого пояса лыжника (ЭППЛ), преодолевая дополнительное сопротивление отвоздействия этих двух сил. Фазы «давление» и «толчок» тоже сопровождаютсядеформацией донышка, но в меньшей степени.
Энергия, которую тратит лыжник надеформацию донышка и возврат палки на грунт, это — чистые потери ЭППЛ.
2. Декомпозициятехнического объекта «лыжная палка» на элементы
/>
/>
Рис.2 Ручки, темлякилыжных палок
/>
Рис.3 Лапки,наконечники лыжных палок
3.Описание физических операций, реализуемых элементами технического объекталыжная палка
Таблица 1.Обозначение элемента
Наименование
элемента Описание физических операций
Вход (АТ)
Обозначение
Источника Операция Коллера (Е)
Выход (СТ)
Обозначение
приёмника
Е1 Ручка
Передача энергии Э1
V1 Проведение
Скорость
движения км/час
Е3
Е2 Темляк
Передача энергии Э1
V1 Проведение
Скорость
движения км/час
Е3
Е3 Стержень
Преобвание энергии П1
Е1, Е2 Преобразование В движение
Е4
Е4 Лапка
Объединение О1
V4,V3 ,V2 Объединение Соединение
Е5
Е5 Наконечник
Фиксирование Ф1
Е4 Соединение
Изменение
направления
V4