Форум о веломобилях и лигерадах

На форуме была программа, которая чертила выкройки для эллиптических звёзд на заданное количество зубов под выбранные систему и угол между шатуном и большой осью.

_________________
Дмитрий Кутейников

Правильно заданный вопрос - это уже половина ответа. А вопрос в начале темы по-моему не очень правильный.Тут надо бы уточнить, что значит "наиболее отвечает биомеханике"? Если задача только в том, чтобы "найти такую форму (половины) звезды, при которой....сопротивление будет ощущаться "давящей" ногой одинаково", тогда наверное первым вопросом должен быть такой : найти удобный и надежный способ измерения расстояний между центрами суставов ног. Потому что от этих размеров зависят ответы на остальные вопросы:
То есть все эти функции и углы получаются для каждого человека разные. И это если не учитывать ползания по сиденью в разные стороны.

А если задача ставится более широко, не просто как поиск "одинакового сопротивления", а вообще оптимальной биомеханики, то надо обсуждать критерии оптимальности, никуда не денешься. Я например, вообще не уверен, что постоянная нагрузка на мышцы и суставы лучше(например в смысле безопасности), чем переменная, особенно длительная. Выигрыш мощности в 3% в статье выглядит не очень убедительно. Хотя бы потому, что если сдвинуться на сидении на сантиметр вперед или назад, некоторые углы и размеры на Fig.1 изменятся примерно на такую же величину, и придется все пересчитывать заново.

Короче вывод напрашивается такой - задача в общем виде не решаема, и каждый сам для себя должен на практике определить, нужна ли ему некруглая звезда и какая именно.

По-крайней мере они предложили модель, учитывающую достаточно много факторов и на основании исследования можно сделать для себя некоторые выводы, а именно: наличие коэффициента овальности 1.2 и больше, а также критично правильное расположение шатунов относительно звезды.
О правильных критериях они тоже пишут... (нагрузки на суставы и др.)

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

да, самому пробовать все равно нужно. Стоит ли, каждый решает сам

_________________
No Car, No Problem

Вопрос потому и правильный, что некорректный! Т.е. сначала надо разобраться с корректной его постановкой!
В этом и заключается смысл любого некорректного вопроса

Я предложил один из вариантов. Ощущение одинаковой нагрузки означает, что мышцы задействуются пропорционально их возможностям и с учетом взаимного расположения шарниров в каждой точке амплитуды движения (по аналогии с тренажерами Артура Джонса). Мне казалось, что такой вариант вероятнее всего будет использовать мышцы в одинаковом режиме (аэробный, анаэробный и т.д.).

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

Главная проблема - это как раз определить на практике. Платить много денег за звезду, не имея уверенности, что оно того стоит - никто не хочет. Тренироваться на кошках, то есть купить самую дешёвую - тоже не вариант, ибо звёзды заметно различаются по эффективности. Найти где-то напрокат - а где? Опять же, все авторы хором пишут о том, что угол между большой осью звезды и шатуном надо подбирать с точностью порядка одного градуса, причём я уверен, что этот параметр индивидуален.

Давайте попробуем подойти к вопросу инженерно. Если мы возьмём за основу чистый эллипс, то определить угол между большой осью и шатуном сравнительно легко: нужно, чтобы в точке максимального усилия на педалях большая ось эллипса была бы перпендикулярна цепи, идущей на ведомую звёздочку. Этот способ даст результат не самый лучший, но существенно к нему близкий, а главное - устойчивый для широкого диапазона переменных параметров.
Если мы возьмём звезду более интересной формы (овальные звёзды на самом деле не эллиптические, эллипс зеркально симметричен относительно обеих осей, а звёзды сделаны под определённое направление вращения, и симметричны только относительно оси), то здесь требования к оптимальному углу между шатуном и большой осью звезды гораздо строже, и гораздо заметнее падение выигрыша при уходе от оптимального угла (или наоборот: заметнее выигрыш при приближении к оптимальному углу, и в максимуме этот выигрыш больше, чем для чистого эллипса).
Сделать чисто эллиптическую звезду сравнительно нетрудно (картон, молоток, кусок цепи, сверлильный станок и материал). Трудно сделать точно правильный угол между БО и шатуном. Зато эллиптическую звезду можно безнаказанно переворачивать, что даёт некоторую дополнительную свободу регулировок. В небольших пределах (порядка пары градусов) можно регулировать дополнительным роликом в силовой цепи, но на хоть сколько-то заметных углах потери на ролике съедят все выигрыши в других местах.
Ещё важный момент: эллиптическая звезда для классики и для лигерада - это две большие разницы. Причём если для классики диапазон регулировок требуется градусов 5-8 (вариации посадки на классике невелики), то для лежанки всё гораздо сложнее - разная высота каретки над сиденьем, разная посадка, заметнее влияние индивидуальных особенностей пилота, в сумме потребуют диапазона регулировок раза в два-три больше. И в любом случае, регулировка нужна с точностью до градуса.
Пробегавшие решения - строенные отверстия под бонки (с расстоянием между центрами порядка радиуса) дают слишком большой шаг. Если предусмотреть возможность перевернуть звезду, шаг можно уполовинить, но это всё равно будет много (по моим оценкам - порядка двух градусов, +/- 30').
Если бы мы могли поворачивать звезду относительно лапок с шагом в миллиметр - это бы решило проблему точной установки, но адекватного решения у меня нет (всякие дополнительные проставки хитрых форм - это вполне себе решение, но регулировка будет уж очень замороченной). С другой стороны, такая система позволит каждому, во-первых, понять, хочет ли он овальные звёзды, а во-вторых, найти свой оптимальный угол, после чего уже сделать его в железе нерегулируемым, зато с нормальным ресурсом.


Уф, что-то меня понесло.

Идея стенда: сиденье, регулируемое по наклону, каретка, регулируемая относительно сиденья по высоте и расстоянию, нагрузка (генератор или измеритель мощности), регулируемый относительно каретки по углу наклона цепи. На каретке - та самая эллиптическая звезда с шагом регулировки менее градуса.
Кстати, я вполне уверен, что контакты будут всю картину радикально менять, по сравнению с топталками...
АААААААААА, отдайте мой мосх, он мне ещё для работы нужен!!!!

_________________
Дмитрий Кутейников

Естественно, это же модель со своими допущениями. В частности, расположение суставов не меняется, скорость велосипеда не меняется. Т.е. рассчитывается самый эффективный режим движения.
Кроме этого, они указывают диапазон оптимальных углов расположения шатуна относительно звезды, а не один угол.
Опять же, имея модель, можно рассчитать все параметры с учетом сдвига по сиденью в некоторых пределах и сделать соответствующие выводы.

Насчет натурных измерений - да, это "больная" тема. Такие вещи стоят дорого и по ним пишутся отдельные диссертации.

П.С. пока писал пост, daktfi накатал пост в 4 раза длиннее - сейчас буду читать, а потом делать выводы, нужен ли этот пост

Добавлено через 5 минут 3 секунды:
Бггг

Добавлено через 8 минут 38 секунд:
Кстати, чем мне нравится идея O.Symmetric, так это ее гениальной простотой. Взяли практически измеренный torque (т.е. момент) на шатуне (график есть на странице 5 этого исследования) и сделали звезду, радиус которой в каждой точке (вернее, в каждом зубе) пропорционален этому моменту!
Но вот идея товарища Hull с его Oval'ом с коэффициентом овальности 1.55 и утверждением [theoretical shape to eliminate “internal work”] тоже не отпускает

Насчет изготовления звезды. Если делать руками, то разницы между эллипсом и любой другой формой по-моему нет.
Печатаем форму на листе бумаги, переносим на металл и вперед. Если резать лазером, то тоже разницы нет.
Разница есть только при массовом изготовлении.

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

Вы не рассматриваете главный вопрос: зачем? Что планируется получить в результате?
Это снижает нагрузку на суставы? Вряд-ли, нагрузка на суставы зависит от усилия мышц, а не от формы звезды, а усилия мышц зависят от команд мозга(головного или спинного, у кого как). И потом, для этого проще поставить ограничитель момента на каретку.
Может быть это дает рост скорости? Тогда почему в "спорте высоких достижений" такие звезды не применяются? Или применяются?

У меня такое предложение:
1 выбираем 3 - 5 вариантов звезд
2 делаем DXF
3 я нарежу 3 - 5 комплектов из обычного железа (для теста будет достаточно)
4 разошлю эти комплекты 3 - 5 желающим оттестировать
5 их выводы натурных испытаний обобщаем и делаем выводы

Кто учавствует?

В исследовании написан вариант правильного критерия, в котором учитывается снижение пиковых нагрузок на колено (за счет снижения пиковых усилий на рагзибатель колена). Т.е. если выдавать такую же мощность на педали, как при кручении круглой звезды, то при овальной можно снизить эти усилия.

В результате я планирую получить более равномерную загрузку мышц во всем цикле и увеличение мощности на шатунах.
В спорте высоких достижений используют такие звезды. Предлагаю найденные ссылки сюда кидать. В ютубе точно есть.

Ограничитель момента - как он работает?

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

Например как в шуруповерте регулятор усилия. Шестерня, в зубья которой упирается подпружиненный шарик. Если усилие большое, начинает прокручиваться.

Главная сложность - углы установки. Нужна возможность их регулировки с очень маленьким шагом и в довольно широких пределах.

_________________
Дмитрий Кутейников

Я участвую, но надо сначала формы найти.

Судя по исследованию, оптимальный угол лежит на отрезке шириной около 10 градусов.
Значит, надо сделать переходник, который крепится на паука (пятилапку или четырехлапку), а к нему уже 8-16 винтами малого диаметра (M3-M4) крепится звезда. Тогда можно шаг сделать очень маленький.

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

Для регелировки угла звезды по отношению к шатунам я бы сделал места крепления звезды продолговатые а для исключения проскальзывания - вставные полумесяцы разной ширины. Но это следующий вопрос.

Для начала нажо определиться с контурами.

Нашел более подробное исследование, и пяти-шарнирную модель (без усилий, моментов и др.).

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

http://www.graemestewart.com/can-non-ci ... ike-power/

полезно загуглить поиск в картинках названия типов овальных звезд

Интересное мнение. Спасибо.
В комментах пишут, что у некоторых болят hip flexors (на картинке - зеленым цветом). И еще пишут про растяжку. Видимо, имеют ввиду, что болят не мышцы, а сухожилия.
Похоже, что у меня такая же проблема иногда возникает. Надо мне растяжку на эти мышцы делать.

Насчет формы звезды. Попробую сделать форму, аналогичную osymetric, используя график усилия на педали из статьи.
Про овал Хулла еще ничего не нашел.
Можно еще попробовать логарифмическую спираль сделать.

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.

10 градусов - это для какой посадки? Для классической велосипедной? Или для лежачей? А если для лежачей, то насколько высоко каретка относительно сиденья?
Дело в том, что на классике у нас вектор наибольшего усилия ноги примерно совпадает с вектором силы тяжести (да-да-да, примерно те самые 10 градусов). А вот на лежанке эти вектора в среднем перпендикулярны, но для разных схем и посадок разброс углов получается гораздо больше (если каретка высоко, скажем спортивный лоурейсер, 25см над сиденьем, это совсем не то же самое, как если каретка низко, скажем, прогулочный LWB). Разный наклон вектора усилия ноги к горизонту означает разное влияние веса ноги на процесс педалирования. Вес ног - это вообще параметр индивидуальный. Но, допустим, мы нашли некоторый способ достаточно достоверно оценивать итоговый вектор "эффективной тяги". Угол между шатунами и большой осью - это абстракция, если мы не смотрим, как идёт цепь. Мы же тянем цепь, верно?
На классике силовая ветвь цепи примерно горизонтальна, а "вектор тяги" - вниз и чуть-чуть вперёд, угол почти прямой. На лежанке - цепь идёт вперёд и чуть-чуть (или не чуть-чуть) вверх, а "вектор тяги" - чуть горизонтальнее (цепь уходит ПОД пилота, верно?), но всё равно довольно близко к цепи - угол очень острый. Соответственно, Нам нужен угол шатуна к "вектору тяги" в момент, когда большая полуось перпендикулярна цепи.
Собственно, это я к тому, что тесты на классике и на лежанке потребуют или разных звёзд, или возможности тонкой подстройки угла установки в двух положениях, с разницей, на глазок, градусов 60. Хорошо бы, конечно, чтобы это оказалось 72 градуса - тогда на пятилапке можно просто повернуть на одну лапку... Мечты-мечты...

_________________
Дмитрий Кутейников

Тонкую подстройку можно решить тем или иным способом, это совсем не проблема.

Добавлено через 21 час 46 минут 29 секунд:
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/1601563

Целью данного исследования было определить потребление кислорода (VO2), частоты сердечных сокращений (HR) ответ, и рейтинг воспринимают нагрузки (РПЭ), подготовленных велосипедистов использовании некруглых и круговой передние звездочки в диапазоне передач и педали каденции.Предметам, включенным 7 мужчин велосипедистов (6 USCF лицензированных гонщиков, 1 национальный отборочный пловца). Каждый субъект ехал на собственном велосипеде установлены на ветру тренером в передачах 5,92 и 7,33 метра с некруглой и круговой передние звездочки на каденций педаль 50, 70 и 90 оборотов в минуту. VO2, HR, НПП, а дыхательный коэффициент обмена (RER) Измерения проводились в течение каждого из 12 аттракционов. Средний процент VO2max для каждого условия варьировались от 28,7 + / - 2,1% с 5,92 метра передач на 50 оборотов в минуту до 83,4 + / - 4,3% при использовании 7,33 метра передач при 90 оборотах в минуту. Полученные результаты свидетельствуют о существенной разницы в любом из параметров, измеренных между двумя передние звездочки для любого из условий эксперимента. Полученные данные свидетельствуют о том, что некруглого передние звездочки, используемые в этом исследовании не были более эффективны, чем стандартные круглые звезду для подготовленных велосипедистов.

Добавлено через 4 минуты 14 секунд:
http://www.me.utexas.edu/~neptune/Papers/job41(7).pdf

Наше исследование показывает, что средняя мощность кривошипа может
быть увеличена за счет использования некруглых звезду, что
позволяет мышцам для выработки электроэнергии на более длительный срок
во время фаз питания (рис. 2, область 2).результаты
также показали, что активация-деактивация динамика
ключевым фактором, определяющим эксцентриситет оптимальный звезду в.
Хотя межсегментных совместных импульсы нагрузка увеличилась
во время фаз питания, импульсы были снижены
более чем на 45% вблизи верхней мертвой точки, когда колено наиболее
восприимчивы к травмам, предполагая, что оптимальным звезду
может фактически уменьшить вероятность травмы колена. будущее
работа должна быть направлена ​​на экспериментальное проверки
оптимальных звезду способность повысить производительность за счет

Перевод краткого содержания от второй статьи:


Если ещё короче, то суть в том, что при постоянном натяжении и скорости цепи, некруглая звезда позволяет ногам двигаться медленнее во время силовой фазы, выдавая больше энергии, при этом излишне вытянутая звезда заставляет терять много энергии во время восстановительной фазы. Хороший баланс приводит к увеличению средней мощности на 2.9%, оптимальный эксцентриситет - 1.29.

Ненавижу гугль-переводчик на русский, он русского языка не знает. Или не может. Особенно термины и наукообразные первоисточники.

Сейчас найду переведённый фрагмент про коленки и тоже выложу нормальный перевод.

Добавлено через 14 минут 3 секунды:


Этот их наукообразный язык просто ужасен!
Опять-таки суть: во время силовой фазы нагрузки растут, зато возле мёртвой точки (самой опасной для колена) - падают почти вдвое, что, по идее, уменьшает риск травмы. В дальнейшем авторы хотят хлеба и зрелищ проверить биомеханику и метаболизм (видимо, на добровольцах).

Добавлено через 3 минуты 3 секунды:
Первый текст переводить неинтересно, они там получили нулевую разницу (вполне ожидаемо - ибо посадили профессиональных спортсменов, которые много лет тренировались выжимать максимум из КРУГЛЫХ звёзд).

В целом же мне больше всего интересен момент про безопасность коленей. На три процента выигрыша мощности мне наплевать, я не профи и не на стадионе, чтобы за каждым милливаттом гоняться, а вот коленки жалко очень, чай, свои, не казённые...

Добавлено через 16 минут 5 секунд:
Интересное:
Эксцентриситет 1.29 - это для каденса 90, при этом в их модели большая полуось отстаёт от шатуна на 91.8 градуса; выигрыш в мощности - 3%.
Для каденса 60 - 1.35 и 84.9 градуса, для 120 - 1.24 и 91.9 градуса; в обоих случаях выигрыш 2.9%.
Было бы интересно погонять эту модельку на разных каденсах в поисках оптимума, трёх точек слишком мало. Однако уже можно сделать вывод, что каденсы 90 и 120 лежат на ассимптоте, а вот 60 - непонятно, ибо и эксцентриситет, и углы отличаются заметно больше. С точки зрения мощности, наиболее вероятно, что оптимальный каденс лежит между 60 и 90.

Ещё интересное: у них получился честный эллипс, а не кривулька, как у коммерческих звёзд. Есть мнение, что кривульки эффективнее, но требуют более точной настройки (для радиолюбителей уместно сравнение с добротностью).

Добавлено через 23 минуты 50 секунд:
И ещё момент: они там пишут про динамику активации-деактивации мышц в контексте индивидуальных особенностей. Людям с "медленными" мышцами лучше подходят менее вытянутые звёзды, с "быстрыми" - более вытянутые. Это при равном каденсе, что можно инвертировать как разные люди на одной и той же звезде получат наибольший выигрыш на разных каденсах. Но тут нужна уже поправка на запаздывание полуоси относительно шатуна.

Добавлено через 9 минут 14 секунд:
И ещё момент. Они рассматривали силовое педалирование, а не дальнобой.
Там вообще много интересного в описании ограничений модели. Если кратко - то главная разница между овалом и кругом - чуть больше времени в силовой фазе на овале (и чуть меньше возле мёртвых точек), в остальном биомеханика различается крайне незначительно, поэтому ими можно пренебречь. Поэтому они выкинули влияние усталости на мышцы, упростили специфику некоторых мышц и движений (в частности - траекторию движения бедра и эффект цикличности движения, там упругость мышц вылезает).
На основании этого сходства, они делают вывод, что и на дальнобое схема будет работать.

Меня всё-таки смущает, что у них получился эллипс, а не кривулька. Только я не понял, это недостаток модели или эллипс и вправду лучше "в среднем по госпиталю".

Добавлено через 7 минут 5 секунд:
Вообще, авторы пишут, что модель позволяет генерировать и несимметричные профили, и у них на рисунке профиль вполне себе не чистый эллипс...

А вообще, это мне очень напоминает привод SDV, который на форуме уже пробегал. Я вот задумался, а если SDV скрестить с овальной звездой - сколько метров колючей проволоки получится?

_________________
Дмитрий Кутейников