Форум о веломобилях и лигерадах
https://www.velomobile.org:443/forum/

Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)
https://www.velomobile.org:443/forum/viewtopic.php?f=91&t=8521
Страница 1 из 25

Автор:  botas [ Пт мар 22 2013 00:03 ]
Заголовок сообщения:  Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Заинтересовался вот каким вопросом: какая форма звезды наиболее отвечает биомеханике ног при круговом педалировании?
Т.е. задача не простая, но хочется разобраться в теме с научной точки зрения.

По-скольку даже у профессионалов большая часть энергии передается в "передней" фазе (т.е. когда нога давит на педаль), а звезда одна на две ноги, то при определении формы звезды имеет смысл учитывать только эту фазу (т.е. угол a находится на отрезке [a0, a1], где |a1 - a0| = pi), а звезду делать симметричной относительно ее центра.

Этапы решения задачи:
0. Найти углы a0 и a1 для некоторого расположения ноги относительно каретки;
1. Найти функцию усилия от угла при круговом педалировании одной ногой: F(a) при a из [a0, a1];
2. Найти такую форму (половины) звезды, при которой при каждом угле a из [a0, a1] сопротивление будет ощущаться "давящей" ногой одинаково (насколько это возможно);
3. В идеале должна получиться автоматизированная система (программа), с помощью которой можно искать формы, близкие к оптимальным.

Примечание: в задаче большое число параметров, например: размеры костей ноги, длина шатунов, расположение ноги относительно каретки, движение костей ноги друг относительно друга (биомеханика), специфика приложения усилия мышцами к костям (биомеханика) и др.

Приглашаю к обсуждению как теоретиков (в хорошем смысле слова), так и инженеров.

В этой теме приветствуются:
1. Ссылки на материалы по биомеханике (в идеале, на научные работы);
2. Ссылки с нашего форума, если есть;
3. Ссылки на информацию по эллиптическим, овальным и другим звездам;
4. Свои размышления/модели/решения частей задачи.

Автор:  Евгений [ Пт мар 22 2013 00:28 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Чисто умозрительно (интуитивно).
Если стоя на полу подняться на носки и измерить расстояние от коленного сгиба до пола L и принять это расстояние за единицу, то оптимальная длина кривошипа h (половина шага) будет равна:
h=(2-2^0.5)*L/2=0.293*L
В таком случае внутренний угол сгиба согнутой ноги около 90 градусов и соотношение усилие/подвижность суставов максимально. Соответственно достижим максимальный каденс.
Передаточное отношение звезд в этот момент минимально (то есть в работе меньший радиус звезды).
У меня примерно h=0,18 м.

Вложения:
схема.JPG

Автор:  botas [ Пт мар 22 2013 00:32 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Что я пока нашел:
1. Артур Джонс (Arthur Jones). Насколько мне извесно, он - единственный, кто внедрил результаты своих масштабных исследований и построил множество тренажеров Наутилус и доказал, что они более эффективны для развития мышц, т.к. учитывают неравномерность усилия во всем диапазоне движений конечностей.
По этой ссылке можно скачать pdf, где видны формы блоков, похожих на доисторических моллюсков Наутилусов.
leg_press_nautilus.jpg

Его научные статьи я пока не нашел.
2. Картинка для кругового привода из исследования привода SDV
fig2.png

3. Интересная форма звезд O.Symmetric
O_Symetric_1.jpg


Добавлено через 8 минут 44 секунды:
4. Форма "раковины Наутилуса" - это логарифмическая спираль (или Spira mirabilis, как ее назвал Бернулли).
index_gr_88.gif


Добавлено через 2 часа 5 минут 41 секунду:
Похоже, что я нашел решение задачи!
Вот отличная статья с исследованием и ссылками.

Автор:  kyznets [ Вс мар 24 2013 01:47 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

И чего там пишут, а то я в английском не силён.
О преимуществе овальной звезды знаю не по наслышке. Откатал уже три сезона на самодельной, очень доволен.
Изображение

Автор:  BorisDuncan [ Вс мар 24 2013 03:05 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Но почему же эллиптические и овальные звезды не завоевали популярность на рынке? Опят маркетологи приложили руку свою?)

Автор:  Sofabike [ Вс мар 24 2013 06:28 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

На овале хорошо в каденсе до ~ 90 об/мин
Если надо быстрее, то, только цилиндр.

В турпоходах или в дальнобое я крутил на обоих.
На овале немного другие мышцы задействованы. Для долгого дня дает разнообразие.
В гонках практически овалом непользовался.

А изпользую я овал с 1990года, с легкой подзказки Сергея Дашевского.
Напомню что в каденсе я частотник, а Сергей силовик.

Автор:  botas [ Вс мар 24 2013 14:22 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

kyznets писал(а):
И чего там пишут, а то я в английском не силён....
Статья очень интересная.
В ней построена модель системы из 5 соединенных шарниров (тазобедренный сустав * коленный сустав * лодыжка * ось педали * ось шатунов), кинематика которой полностью определяется двумя переменными: например, угол шатуна и угол стопы. Во всех шарнирах расписали усилия и моменты.
Из других исследований берется зависимость между этими углами; три параметра этой зависимости определяются экспериментально (они взяли из другой работы). Т.о. система полностью определяется одним углом - углом шатуна. Далее, они положили, что скорость велосипеда постоянна. Каденс - 90 об/мин. Тогда для круглой звезды определяют угловые скорость и ускорение шатуна, откуда находят скорости и ускорения всех остальных суставов.

Вообще, кому-то интересна такая научная статья? Если да, то постепенно передам смысл всей статьи, если нет, то могу сразу к ее выводам перейти.

BorisDuncan писал(а):
Но почему же эллиптические и овальные звезды не завоевали популярность на рынке? Опят маркетологи приложили руку свою?)
Потому что "It's all about performance". Никого (кроме гоночной элиты и кучки цикло-гиков) не волнует прибавка в мощности на педалях в 10% и снижение/повышение пиковой мощности в мышцах, поворачивающих голень/бедро.

Sofabike писал(а):
...
На овале немного другие мышцы задействованы....
Мышцы используются те же, но в другом режиме.

Автор:  Sofabike [ Вс мар 24 2013 14:43 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Прстите мой бедный словарь :pray:
Хотел сказать что оно (овал) как то по другому работает.

Ну это как шоколад сравнивать литовский или немецкий все одно шоколад :occasion-cake: .
Но ценители вкуса разницу замечают.

Лег ем и Рад :text-offtopic:

Автор:  Vitaly [ Вс мар 24 2013 14:47 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Хочу заметить, что на двух моих велосипедах из пяти (на шоссейнике и на МТВ) стоят именно овальные передние фирменные звезды системы Shimano - Biopace. Я этой системой очень доволен и успешно пользуюсь много лет и жаль, что сейчас Biopace не выпускают

Автор:  BorisDuncan [ Вс мар 24 2013 14:52 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Хорошо, ну раз овал или эллипс так хорошо, то при возможности подскажите где можно купить? С моей целью протестировать на собственных ногах.

Автор:  botas [ Вс мар 24 2013 15:27 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

BorisDuncan писал(а):
Хорошо, ну раз овал или эллипс так хорошо...
Судя по исследованию, очень важен правильный угол установки шатунов относительно большого радиуса овала. Они обнаружили, что если больший радиус овала поставить вертикально, то шатун должен быть примерно перпендикулярен подседельной трубе.
Среди первых трех мест купить можно только ту, что заняла третье место - O.Symmetric (и то, такую эффективность она дает не с оригинальным расположением шатунов).
А первое место заняла форма, которую придумал Hull в 1991 году (один из авторов работ в списке литературы) - она не коммерциализована.

П.С.
Есть еще статья, где на людях тестировали O.Symmetric.

Автор:  BorisDuncan [ Вс мар 24 2013 15:34 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Нашел на ибее, только цены в неадеквате. Разве что б/у брать.

Автор:  Sofabike [ Вт мар 26 2013 14:17 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Как сделать эллипсную ведущую звездочку. Технология Сергея Дашевского.


1) Вырезать из фанеры или пластика шаблон нужной формы и размера.

2) Натянуть на шаблон замкнутую цепь.

3) Прикрепить шаблон с цепью к листу алюминия из которого будет сделана звездочка. Обстучать каждый штырь цепи. Резметка готова.

4) Просверлить и поработать напильником. Лучше сверлить на станке (Я иногда свeрлил электродрелью).

Вложения:
Комментарий к файлу: Sofabike 2010year
_ chain_wheels_74_and_60_ellips_Sofabike.jpg

Автор:  botas [ Вт мар 26 2013 14:33 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Sofabike писал(а):
... 1) Вырезать из фанеры или пластика шаблон нужной формы и размера.
2) Натянуть на шаблон замкнутую цепь....
Тогда форму надо делать с учетом радиуса ролика цепи.

Автор:  hof [ Вт мар 26 2013 14:38 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

botas писал(а):
А первое место заняла форма, которую придумал Hull в 1991 году (один из авторов работ в списке литературы) - она не коммерциализована.

В статье много букв. Можно сразу итоги? И по какой формуле рассчитывается звезда Хулла?

Автор:  samor8760 [ Вт мар 26 2013 15:09 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Уже четыре сезона успешно откатал на эллиптических звездах QRings. У меня их две из трех (так подешевле все-таки). Самая маленькая - обычная круглая. См. фото.

Покупал здесь http://www.velotechservices.co.uk Все прислали, честь по чести, но было это еще в 2009 г. Думаю, звезды еще столько же прослужат.

Насчет эффекта: вроде он есть до 10%. Но дело даже не в прибавке пресловутой perfomance. Главное, как считают знающие люди, в более щадящем режиме работы коленей. Во как! Колени-то неказенные. Вроде и впрямь я на колени не жалуюсь с этими звездами. Но когда на горке приходится сбрасывать на малую обычную, чувствуется, что как-то жестче что ли ногам приходится и даже как-то скучнее круглые звезды крутить. А с эллипсами все как-то плавнее и колени благодарят их, и нескучно. :wink:

Вот инструкция, как ставить QRings на лигерад http://www.rotorbikeusa.com/pdf/Q-Ring% ... ctions.pdf Прелесть этих звезд в том, что можно тонко подстраивать, советую поездить с немного разными углами и решить, какой лучше вам подходит

А вот здесь наука http://www.rotorbikeusa.com/science.html Вообще, учитывается не только геометрия, плечи-рычаги, но и инерция. Это важно.

Здесь вопросы и ответы http://www.rotorbikeusa.com/support.html
Обсуждаются в сравнении и Biopace and O.SYMETRIC

Удачи в установке эллипсов!

Вложения:
150620111259.jpg

Автор:  Solo [ Вт мар 26 2013 15:13 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

samor8760 писал(а):
Покупал здесь http://www.velotechservices.co.uk

А можно ссылку сразу на эти звезды.

ЗЫ Жаль что инструкция непонятная :cry: (в смысле на английском)

Автор:  hof [ Вт мар 26 2013 15:25 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Solo писал(а):
ЗЫ Жаль что инструкция непонятная (в смысле на английском)

http://velomobile.org/workshop/construction/transmission-gl/93-oval-rings-program

Автор:  samor8760 [ Вт мар 26 2013 15:26 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Solo писал(а):
ЗЫ Жаль что инструкция непонятная (в смысле на английском)

можешь начать как у меня на фото

вот здесь ссылка на звезды, если BCD 130 мм (у меня на 110 мм, там рядом тоже есть)
http://www.velotechservices.co.uk/shop/ ... 7386001200

Добавлено через 1 минуту 34 секунды:
для России должно быть цена Ex VAT

Автор:  hof [ Вт мар 26 2013 15:30 ]
Заголовок сообщения:  Re: Оптимальная форма звезды (эллиптическая? овальная? или другая?)

Все-равно: цены - космос! :shock:

Страница 1 из 25 Часовой пояс: UTC + 4 часа
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
http://www.phpbb.com/