Лабораторная работа: Особенности строения и функциональных возможностей объекта "лыжная палка"

Целью работы: Освоение методики углублённого изучения технического объекта с функциональной и физической точек зрения. На примере «лыжная палка».

1. Определение функции технического объекта «лыжная палка», порядок его работы, выявление объектов внешней среды с которыми он взаимодействует

Лыжная палка Е_О рассматривается как техническая объект, состоящее из 5 функциональных элементов показанных на Рис. 1,2,3. Ручка –Е₁ ; Темляк-Е₂ ; Стержень- Е₃ ; Лапка -Е₄ ; Наконечник –E₅ , декомпозиции подробно показана на потоко-функциональной схеме структуры а)конкретизированной, б) астрагированой лыжной палки.

При движении лыжника основной функцией ТО лыжные палки Е_О является обеспечение движения (поддержание скорости, ускорения, равновесия, облегчение выполнения поворотов, передачу энергии плечевого пояса, поддержка при падении).

Технический объект «Лыжная палка» Е_О взаимодействует 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 передаётся тремя путями:

- за счет адгезии между рукой (перчаткой) и поверхностью рукоятки;

- через упор на рукоятке;

- через темляк.

Наиболее эффективной является передача энергии за счет адгезии, поскольку усилие передается строго вдоль поверхности рукоятки, по оси палки.

Передача энергии через упор на рукоятке дополняет передачу энергии за счет адгезии.

Темляк передает энергию под некоторым углом 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 углом отходит темляк от ручки. Вектор силы вдоль темляка состоит из двух частей: сила, направленная вдоль ручки (вертикальная составляющая силы ВСС) и сила направленная 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 пояса лыжника (СППЛ) через систему «перчатка- поверхность ручки» при наличии адгезионных выступов (колец и полуколец) происходит по всему сечению рукоятки и вертикально.

2. Для уменьшения потерь энергии в системе «темляк - рукоятка» необходимо точку крепления темляка передвинуть максимально вперед и вверх.

3. Вес рукоятки зависит от веса остальных 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 под воздействием СППЛ изгибается и вибрирует, причем вибрирует четырежды. Движение палки происходит в три фазы:

- удар,

- давление, протяжка,

- толчок.

в фазе «удар» шахта сгибается и, пружиня, подпрыгивает и разгибается.

Сопротивляясь сгибанию, шахта вибрирует, то же происходит и при разгибании её. В фазе «давление» шахта вновь сгибается, вибрирует и после толчка разгибается и снова вибрирует. Следует заметить, что сгибание шахты усугубляется воздействием горизонтальной составляющей силы, возникающей в темляке.

Выводы:

1.Овальное, ромбовидное, крестообразное сечения шахты уменьшают влияние изгиба и вибрации на потери СППЛ, по сравнению с круглым.

2. Несимметричные цилиндр и конус (шахта + стержень от точки крепления темляка до донышка шахты) упрощают траекторию вертикальной составляющей силы и придают дополнительную жесткость шахте. Рычаги 3 + 4 + 5 + 6

Опора палки

Опора палки о грунт (снег), представляет из себя наиболее сложную систему лыжной палки. Состоит из четырех рычагов и трех шарниров и образует две пары систем: первая система - стенка шахты (вертикальный рычаг), проходящая через точку приложения силы ТПС и пика (тычок, зуб, гвоздь) и между ними короткий рычаг - донышко шахты. Материал, из которого изготовлено донышко шахты, пластичен, что позволяет рычагам, при определенных условиях, перемещаться друг относительно друга. Вторая система - стенка шахты (вертикальный рычаг) и лепесток (горизонтальный рычаг). Рассмотрим взаимодействие рычагов первой системы при движении лыжной палки. Для простоты рассуждений примем, что пика находится в центре донышка. Во время первой фазы движения лыжной палки « удар» рычаг- «стенка шахты» опускается вниз, увлекая за собой переднюю часть рычага «донышко». Поскольку, пика упирается в грунт, то часть донышка, в месте крепления пики, преодолевая упругость материала, поднимается вверх. Удар длится доли секунды, и, как только, воздействие на палку ослабевает, шахта пытается распрямиться и рычаги опоры занять своё исходное положение. В результате палка «подпрыгивает» вверх. И, хотя движение палки должно переходить к фазе «давление» лыжник, теряет часть энергии плечевого пояса лыжника (ЭППЛ), преодолевая дополнительное сопротивление от воздействия этих двух сил. Фазы «давление» и «толчок» тоже сопровождаются деформацией донышка, но в меньшей степени.

Энергия, которую тратит лыжник на деформацию донышка и возврат палки на грунт, это - чистые потери ЭППЛ.

2. Декомпозиция технического объекта «лыжная палка» на элементы

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--