BRPI0518110B1 - cabeça de taco de golfe - Google Patents

Abstract

método e equipamento para provisão de elasticidade ao impacto do taco de golfe. método e equipamento para controlar beneficamente o impacto entre uma cabeça de um taco e uma bola de golfe são descritos. uma cabeça de taco de golfe (tal como em um taco driver, ferro ou putter) tem um corpo e uma face mecanicamente suportados na mesma, onde a face e o corpo são providos com elasticidade para criar um movimento e uma deformação benéficos da face no impacto. é mostrado que a customização de um taco de golfe influencia as propriedades de impacto e os parâmetros resultantes da bola, tais como velocidade, direção e taxas de giro resultantes da ocorrência do impacto entre a face do taco de golfe e a bola de golfe. várias configurações são apresentadas para controlar o giro da bola pelo projeto de resposta elástica e dinâmica da face e do corpo sob a carga de impacto.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "CABEÇA DE TACO DE GOLFE".

[001] A presente invenção se refere ao campo de projeto avançado de equipamento esportivo e, em especial, a um sistema de cabeça de taco de golfe do tipo "putter", "driver" ou "ferro", projetados para o controle do giro resultante do impacto entre a cabeça do taco e uma bola de golfe por meio da provisão de elasticidade durante impacto normal e tangencial.

Descrição do estado da técnica [002] A presente invenção se refere à obtenção de um aumento na precisão e na distância de taco de golfe (por exemplo, um taco "driver", "putter" ou de ferro) por meio da aplicação de técnicas de projeto estrutural e da provisão de elasticidade ao taco e, em especial, para aumentar ou diminuir os giros da bola. Muitos melhoramentos ocorreram durante os últimos anos, os quais tiveram um impacto mensurável na precisão e distância que um jogador de golfe pode atingir. Melhoramentos típicos no desempenho passivo, tais como formato e volume da cabeça, distribuição do peso e componentes resultantes do tensor de inércia, espessura da face e perfil de espessura, curvaturas da face e locais de CG (Centro de Gravidade), todos pertencem à seleção de parâmetros de materiais e físicos constantes ideais para o taco de golfe.

[003] O impacto entre a bola e a cabeça pode ser modelado como um impacto entre dois corpos elásticos/deformáveis, cada um tendo liberdade para movimento de translação e de giro no espaço, isto é, corpos de liberdade (DOF) de 6 graus plenos, cada um tendo a capacidade para deformar no impacto, e cada um tendo massa totalmente cheia e tensores de inércia (SIC). A condição inicial típica para este evento é uma bola imóvel e cabeça em alta velocidade impactando a bola em um ponto talvez excêntrico, substancialmente na face ou substancialmente fora da face da cabeça do taco de golfe. O impacto resulta em forças elevadas tanto normais quanto tangenciais nas superfícies de contato entre a cabeça do taco e a bola. Estas forças se integram com o decorrer do tempo para determinar a velocidade e a direção, formando o vetor de velocidade e os vetores de giro da bola após ela deixar a face, posteriormente denominadas de resultantes de impacto. Estas forças de interface são determinadas por muitas propriedades, incluindo a elasticidade dos dois corpos, as propriedades e a dissipação do material, coeficientes de fricção da superfície, massas do corpo e tensores de inércia.

[004] A presente invenção se refere ao projeto dos parâmetros estruturais elásticos da cabeça e, em especial, à anexação entre o corpo da cabeça e a face ou inserção de face, de modo que as resultantes do impacto sejam beneficiadas pela resposta elástica/dinâmica da cabeça do taco sob as forças de impacto. Por exemplo, o projeto estrutural pode ser tal que as deflexões da face e a resposta dinâmica sejam selecionadas para maximizar ou minimizar o giro da bola resultante do impacto. Existe muito trabalho na área de provisão de elasticidade de uma cabeça de um taco de golfe no sentido de influenciar o impacto entre a cabeça e a bola e o vôo resultante da bola.

[005] A Patente norte-americana US 4.498.672 de Bulla, emitida em 12 de fevereiro de 1985, apresenta uma cabeça de taco projetada de modo que a resposta elástica do taco na direção normal seja ajustada de tal modo que sua frequência de flexão corresponda à frequência de distorção da bola. O objetivo é aumentar a distância do vôo por meio do aumento do Coeficiente de Restituição (COR).

[006] A Patente norte-americana US 5.299.807 de Hutin, emitida em 5 de abril de 1994, apresenta uma cabeça de taco projetada com uma folha viscoelástica fina prensada entre uma face e uma cabeça de taco para melhorar o desempenho e a percepção do impacto. Não é feita menção ao giro, mas a patente descreve uma face suportada elasticamente.

[007] A Patente norte-americana US 5.316.298 de Hutin, emitida em 31 de maio de 1994, apresenta uma cabeça de taco projetada com um tratamento de amortecimento viscoelástico da camada contida montada na face e/ou no corpo para ajuste de ruído. Não é feita menção ao controle de giro ou controle de resultantes de impacto, mas a patente apresenta uma face suportada elasticamente.

[008] A Patente norte-americana US 5.505.453 de Mack, emitida em 9 de abril de 1996, talvez a mais próxima da presente invenção, apresenta vários (2) projetos para uma placa de impacto suportada elasticamente, cujo suporte pode ser ajustado para maximizar a resposta normal e a velocidade da bola lançada para um determinado gol-fista. Ela usa essencialmente impacto normal de modelos analíticos avançados (1-d) apenas para determinar a rigidez ideal do suporte na direção normal, de modo a maximizar a velocidade da bola após o impacto. A patente mostra dois projetos, cada projeto aplicado a tacos "driver", ferro e "putter". Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta uma face suportada elasticamente.

[009] A Patente norte-americana US 5.674.132 de Fisher, emitida em 7 de outubro de 1997, apresenta uma cabeça de taco projetada com uma inserção de face provida com elasticidade para ter um fator de ricochete e/ou percepção/dureza desejados. Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta uma face provida de elasticidade.

[010] A Patente norte-americana US 5.697.855 de Aizawar, emitida em 16 de dezembro de 1997, apresenta uma cabeça de taco (ferro e "driver") projetada com uma inserção de face elasticamente suportada desenhada para ter um fator de amortecimento desejado. Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta uma inserção de face elasticamente suportada.

[011] A Patente norte-americana US 5.807.190 de Krumme et ai., emitida em 15 de setembro de 1998, e a Patente norte-americana US 6.277.033 de Krumme et ai. , emitida em 21 de agosto de 2001, apresentam uma cabeça de taco (ferro e "driver" - 190, e "putter" -033) projetada com uma face provida de elasticidade compreendendo uma quantidade de pixels, cada um selecionado quanto a suas propriedades elásticas, e seletivamente arranjados para prover um efeito de face desejado ("sweet spot", etc). Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta um projeto de face provida com elasticidade.

[012] A Patente norte-americana US 6.001.030 de Delaney et ai., emitida em 14 de dezembro de 1999, apresenta uma cabeça de taco, (apenas "putter") projetada com uma inserção de face construída "com compressão controlada", isto é, uma placa de impacto de face rígida suportada elasticamente onde o suporte é designado para prover certo comportamento de movimento normal dependendo da intensidade do impacto e/ou local do impacto. Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta um projeto de face provida com elasticidade.

[013] A Patente norte-americana US 6.302.807 de Rohrer, emitida em 16 de outubro de 2 001, apresenta uma cabeça de taco de golfe (preferivelmente "putter") projetada com absorção variável de energia. Ela apresenta projetos para faces com suporte viscoelástico construídas para maximizar a dissipação em golpes ideais e dissipação baixa em golpes errados fora do centro. Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta um projeto de face provida com elasticidade.

[014] A Patente norte-americana US 6.328.661 de Helmstetter et ai., emitida em 11 de dezembro de 2001, e a Patente norte-americana N- 6.478.690 de Helmstetter et ai. , emitida em 12 de novembro de 2002, "Multiple Material Golf Club Head with a Polymer Insert Base", apresenta uma cabeça de taco de golfe (preferivelmente "putter") projetada com uma inserção de face de polímero de dureza e ricochete cuidadosamente definidos, isto é, uma inserção provida com elastici- dade para afetar o COR do impacto e a percepção.

[015] A Patente norte-americana US 6.332.849 de Beasley et ai. , emitida em 25 de dezembro de 2001, nGolf Club Driver with Gel Support of Face Wall", apresenta uma cabeça de taco de golfe (preferivelmente "driver") projetada com um membro viscoelástico suportando a face e conectado entre o centro da face e a traseira do corpo oco da cabeça do taco.

[016] A Patente norte-americana US 6.354.961 de Allen, emitida em 12 de março de 2002, "Golf Club Face Flexure Control System" apresenta uma cabeça de taco de golfe (preferivelmente "driver") projetada com um pistão/cilindro pneumático suportando a face e conectada entre o centro da face e a traseira do corpo oco da cabeça do taco. O pistão é projetado para contatar e alterar a rigidez efetiva em uma faixa de velocidade de impacto predeterminada.

[017] A Patente norte-americana US 6.364.789 de Kosmatka, emitida em 2 de abril de 2002, "Golf Club Head", apresenta uma cabeça de taco de golfe projetada com um membro de aumento de deflexão anular disposto entre o corpo da cabeça do taco e uma face rígida. A rigidez do membro anular é preferivelmente menor do a face para aumentar a deflexão da face com o impacto e aumentar o COR.

[018] A Patente norte-americana US 6.478.693 de Matsunaga et ai. , emitida em 12 de novembro de 2002, "Golf Club Head", apresenta uma cabeça de taco de golfe (preferivelmente "driver" ou ferro) projetada com uma face com espessura variável com alterações em etapas nas múltiplas regiões de espessura empilhadas. Os centros das regiões são projetados e localizados para maximizar a região de uniformidade da resposta ao golpe -isto é, aumento no "sweet spot" sob impacto normal.

[019] A Patente norte-americana US 6.488.594 de Card et ai. , emitida em 3 de dezembro de 2002, "Putter with a consistent Putting Face", apresenta um taco "putter" designado com uma inserção de face designada para maximizar a dissipação em golpes ideais e diminuir a dissipação em golpes errados fora do centro. Não é feita menção ao giro, mas a patente apresenta um projeto de face provida com elasticidade.

[020] A Patente norte-americana US 6.592.468 de Vincent et ai., emitida em 15 de julho de 2003, "Golf Club Head", apresenta uma cabeça de taco de golfe projetada com uma inserção suportada viscoe-lasticamente para aumentar o amortecimento nas vibrações do taco causadas pelo impacto.

[021] As Patentes norte-americanas US 6.595.057 e US 6.605.007 de Bissonnette et ai., emitidas em 22 de julho de 2003 e 12 de agosto de 2003, respectivamente, "Golf Club Head with High Coefficient of Resti-tution", apresentam um taco de golfe com uma face cuja espessura é feita para maximizar o COR. A face tem uma zona central de rigidez mais elevada e uma zona vizinha com menor rigidez.

[022] A Patente norte-americana US 6.602.150 de Kosmatka, emitida em 5 de agosto de 2003, "Golf Club Striking Plate with Vibration Attenuation", apresenta um taco de golfe com uma face de espessura variável (porção central mais espessa) na qual é disposto um material viscoelástico para atenuação da vibração da face.

[023] Todas as patentes mencionadas acima se referem a projetos de cabeças de taco, de modo que a resposta elástica da cabeça e da face durante o impacto provejam um benefício à percepção e/ou COR da cabeça do taco. Nenhuma das patentes mencionadas acima se refere ao projeto da resposta elástica/dinâmica da cabeça do taco, de modo a efetuar um controle benéfico do giro da bola. A Patente norte-americana US 5.193.806 de Burkly, emitida em 16 de março de 1993, apresenta uma cabeça de taco projetada com uma superfície de contato de formato circular para efetuar controle de giro, mas não ensina o uso da resposta elástica da cabeça de taco para que isto seja atingido. A face é presumivelmente rígida. Inúmeras patentes tentaram tratar do controle de giro através de tratamentos da superfície dos corpos de contato, mas nenhuma se referiu diretamente ao controle de giro por meio de projeto elástico/estrutural da cabeça do taco.

Breve descrição da invenção [024] A presente invenção se refere a um sistema para o controle do evento de impacto entre a bola e a face do taco, usando adequação elástica da face, corpo e suporte intermediário da face para influenciar a progressão do evento de impacto entre a bola e a face. Em especial, ela se refere ao projeto de um sistema de montagem de face disperso entre o corpo da cabeça do taco e a face, e especialmente designada para influenciar beneficamente o giro da bola por meio do movimento e deformação da face resultante do impacto. O controle do giro da bola é atingido por meio de projeto específico da resposta elástica e dinâmica do sistema sob condições de carga de impacto. É demonstrado que a resposta elástica e dinâmica da face sob cargas de impacto influencia as resultantes de impacto da bola (giros, velocidades e direções). Esta influência pode ser usada para prover controle benéfico dos giros da bola.

[025] É de amplo conhecimento que a provisão de elasticidade à rigidez da face normal pode influenciar o COR do impacto da cabeça do taco com a bola. Esta invenção se refere ao controle da resposta do sistema na direção transversal, ao invés de na direção normal. 0 controle da deformação transversal do sistema pode ser usado para influenciar a velocidade da bola, a direção da bola e, especificamente, o giro da bola resultante do impacto com a face.

[026] 0 giro da bola é determinado pelas forças tangenciais (ao longo da face, ao invés de normais à face) que surgem entre a bola e a face. Estas forças são determinadas pelos coeficientes de atrito entre os corpos, as forças normais entre os corpos (bola e face/cabeça), e o movimento relativo entre a superfície da bola e a face na área de contato. Este último fator contribuinte (o movimento relativo entre a bola e a face) pode ser influenciado pelo projeto apropriado da resposta elástica e dinâmica da face sob cargas de impacto, tanto normais quanto tan-genciais. Esta invenção se refere ao projeto da cabeça do taco de modo a criar movimento tangencial benéfico entre a bola e a face no impacto por meio da adequação da resposta do movimento elástico e dinâmico da face sob as cargas de impacto.

[027] Para demonstrar como o movimento tangencial da face pode influenciar o giro, considere um impacto normal idealizado entre a face de um taco e uma bola, (isto é, o vetor de velocidade de impacto é normal à face). Este tipo de impacto não resultará, normalmente, em giro da bola. Entretanto, se a face for movida tangencialmente durante o impacto por forças de impacto, o giro pode ser induzido na bola. Este giro pode ser positivo ou negativo, dependendo da direção do movimento tangencial da face sob carga. De uma maneira similar, o movimento tangencial da face pode influenciar significativamente o giro da bola acima ou abaixo, o que ocorrería com uma face inclinada rígida (face com inclinação para trás da cabeça do taco) onde o vetor de velocidade de impacto tem inicialmente componentes normais e tangen-ciais.

[028] A invenção se refere ao projeto do suporte elástico da face (ou a resposta elástica do próprio sistema face/cabeça) de modo que o movimento tangencial relativo entre a cabeça do taco e a face é induzido pelas forças de impacto da bola. Dependendo do acoplamento elástico no sistema, o movimento tangencial da face pode ser induzido na direção para cima, para baixo, para o calcanhar ou para a ponta, resultando em uma ampla variedade de respostas possíveis e induz (ou diminui) os giros da bola. Estas podem ser usadas para, por exemplo, diminuir os giros durante tacadas longas e aumenta os giro em tiros de ferro.

[029] Em uma configuração alternativa, o projeto do suporte elástico, face e corpo pode ser selecionado para diminuir ou aumentar o giro lateral na bola resultante do impacto. Nestes casos, o movimento da face é ajustado para ser perpendicular à velocidade dominante resultante ao longo da face, mas ainda tangencial à direção normal da face. A face se move lateralmente (do calcanhar para a ponta) sob impacto, ao invés de se mover para cima e para baixo. Este tipo de movimento da face pode influenciar giros laterais da bola resultantes do impacto. Os giros laterais podem afetar drasticamente trajetórias de gancho e golpe enviesado ("slice") do vôo subsequente da bola. O movimento lateral pode ser atingido através do acoplamento elástico entre as forças normais na face e o movimento tangencial da face. Todos estes casos se referem igualmente a tacos "putter", "driver" e ferros, e o termo "cabeça do taco" incluirá todos estes tacos sem preconceito.

Descrição resumida dos desenhos [030] As várias configurações, características e vantagens da presente invenção serão compreendidas mais completamente a seguir, como um resultado de uma descrição detalhada da invenção, na qual é feito referência aos desenhos a seguir: [031] As Figuras 1 e 2 ilustram uma configuração conceituai da invenção onde uma montagem elástica está disposta entre a face e o corpo do taco, conectada de forma elástica à face em relação ao corpo;

[032] As Figuras 3 e 4 são ilustrações detalhadas de uma cabeça de taco de ferro mostrando vistas laterais e frontais de uma configuração específica do sistema de montagem da face elástica e face suportada elasticamente;

[033] As Figuras 5 e 6A e 6B são ilustrações detalhadas de uma configuração específica do módulo de montagem elástica para uma face suportada elasticamente;

[034] A Figura 7 (compreendendo 7A e 7B) ilustra os módulos de flexão e interface de face em um ferro;

[035] A Figura 8 (compreendendo 8A e 8B) mostra a cabeça do taco e a face com flexões assentadas;

[036] A Figura 9 (compreendendo 9A e 9B) é um esquema do modelo usado para simulação do evento de impacto da bola-cabeça do taco com elasticidade face-corpo, elasticidade da bola, e DOF 6 total ajustados.

[037] A Figura 10 (compreendendo 10A e 10B) mostra vistas adicionais em cortes da capa da face e interface de flexão;

[038] A Figura 11 é uma vista marginal esquemática da interface da face/flexão;

[039] A Figura 12 (compreendendo 12A, 12B, 12C, 12D e 12E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais no impacto da bola no taco, derivados da simulação, mostrando A) força de impacto normal, B) força de impacto tangencial (atrito), C) dados de tempo de velocidade tangencial relativa, D) dados de tempo de giro da cabeça e E) dados de tempo do giro da bola resultante;

[040] A Figura 13 (compreendendo 13A, 13B, 13C, 13D e 13E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, derivados da simulação, mostrando A) a deflexão elástica da bola, B) deflexão da face normal relativa, C) deflexão da face tangencial relativa, D) dados de tempo de velocidade do CG da bola tangencial e E) dados de tempo de velocidade da bola normal;

[041] A Figura 14 (compreendendo 14A, 14B, 14C, 14D e 14E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com ângulo de flexão variável derivado da simulação, mostrando A) força de impacto normal, B) força de impacto tangencial (atrito), C) dados de tempo de velocidade tan-gencial relativa, D) dados de tempo de giro da cabeça e E) dados de tempo do giro da bola resultante;

[042] A Figura 15 (compreendendo 15A, 15B, 15C, 15D e 15E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com ângulo de flexão variável derivado da simulação, mostrando A) a deflexão elástica da bola, B) deflexão de face normal relativa, C) deflexão de face tangencial relativa, D) dados de tempo de velocidade do CG da bola tangencial e E) dados de tempo de velocidade da bola normal ,- [043] A Figura 16 (compreendendo 16A, 16B, 16C, 16D e 16E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com rigidez tangencial variável (não acoplada) derivada da simulação, mostrando A) força de impacto normal, B) força de impacto tangencial (atrito), C) dados de tempo de velocidade tangencial relativa, D) dados de tempo de giro da cabeça e E) dados de tempo do giro da bola resultante;

[044] A Figura 17 (compreendendo 17A, 17B, 17C, 17D e 17E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com rigidez tangencial variável (não acoplada) derivada da simulação, mostrando A) deflexão elástica da bola, B) deflexão de face normal relativa, C) deflexão de face tangencial relativa, D) dados de tempo de velocidade do CG da bola tangencial e E) dados de tempo de velocidade da bola normal;

[045] A Figura 18 (compreendendo 18A, 18B, 18C, 18D e 18E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com coeficiente de atrito da face variável derivado da simulação, mostrando A) força de impacto normal, B) força de impacto tangencial (atrito), C) dados de tempo de velocidade tangencial relativa, D) dados de tempo de giro da cabeça e E) dados de tempo do giro da bola resultante;

[046] A Figura 19 (compreendendo 19A, 19B, 19C, 19D e 19E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com coeficiente de atrito da face variável derivado da simulação, mostrando A) deflexão elástica da bola, B) deflexão de face normal relativa, C) deflexão de face tangencial relativa, D) dados de tempo de velocidade do CG da bola tangencial e E) dados de tempo de velocidade da bola normal;

[047] A Figura 2 0 (compreendendo 2 0A, 2 0B, 2 0C, 20D e 2 0E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com massa da face variável derivada da simulação, mostrando A) força de impacto normal, B) força de impacto tangencial (atrito), C) dados de tempo de velocidade tangencial relativa, D) dados de tempo de giro da cabeça e E) dados de tempo do giro da bola resultante; e [048] A Figura 21 (compreendendo 2IA, 21B, 21C, 21D e 21E) é uma apresentação gráfica de dados de tempo de parâmetros principais referentes ao impacto da bola no taco, com a massa da face variável derivada da simulação, mostrando A) deflexão elástica da bola, B) deflexão de face normal relativa, C) deflexão de face tangencial relativa, D) dados de tempo de velocidade do CG da bola tangencial e E) dados de tempo de velocidade da bola normal.

Descrição detalhada das figuras [049] É um objetivo desta invenção prover um método e equipamento para controlar o giro da bola resultante do impacto da cabeça do taco na bola através do uso da resposta de elasticidade e deformação dinâmica da cabeça do taco sob carga de impacto. A carga do impacto induziu deformação da cabeça e movimento subsequente da superfície de contato da bola, doravante a face, em relação ao seu ponto de contato com a bola ter efeito profundo nos giros multiaxiais e veloci- dades da bola, doravante resultantes do impacto. Esta invenção compreende um método e equipamento usando resposta elástica e dinâmica da face que controla (aumenta ou diminui) o giro na bola. 0 método pode ser adaptado para controlar tanto giro superior quanto giro lateral.

[050] Durante o impacto (potencialmente oblíquo) entre a bola e a cabeça existem forças elevadas no ponto (ou sobre a área) de contato entre a bola e a face. Estas forças podem ser resolvidas naquelas alinhadas com a face normal (doravante forças normais) e aqueles componentes tangenciais à superfície de impacto ou face (doravante forças tangenciais). A direção normal pode ser arbitrária no espaço e a direção tangencial pode ser qualquer lugar no plano perpendicular em relação à direção normal. Estas forças podem ser para cima ou para baixo da face, na direção da ponta ou do calcanhar, dependendo da orientação da face e da bola e do movimento da face. Observe que estas direções são definidas em relação ao local normal e plano tangencial para uma superfície de impacto curva e não é omitida, de forma geral, neste pedido em relação a uma superfície de impacto curva.

[051] 0 componente normal da força age através do CG da bola e acelera a bola durante o impacto. O componente tangencial das forças age no(s) ponto (s) de contatos entre a bola e a face perpendicular à direção normal e, portanto, pode ser resumido em torques equivalentes na bola sobre o CG (afetando o giro da bola), assim como as forças que contribuem para a aceleração do CG diretamente. As forças tangenciais induzidas pelo impacto, portanto, têm controle completo do giro resultante da bola, visto que o torque integra-se com o decorrer do tempo para criar velocidade rotacional da bola. O torque supera a inércia ro-tacional da bola, como é amplamente conhecido na técnica nas Equações de Euler para as equações de 6 graus de liberdade (DOF) de movimento para a dinâmica de um corpo rígido sob movimento rotacional e translacional livre submetido a torques e forças externas. É um objetivo desta invenção ajustar estas forças durante o impacto por meio de projeto e ajuste apropriados das respostas elástica e dinâmica transversal da face da cabeça do taco durante o impacto.

[052] As forças de impacto, tanto normais quanto tangenciais, são determinadas por uma série de fatores, incluindo velocidades iniciais dos corpos impactantes, massas dos corpos, assim como a elasticidade e a dinâmica dos corpos. Foi demonstrado que resposta normal (COR) do impacto da cabeça do taco e bola pode ser melhorada através do ajuste da dinâmica normal do sistema. Esta invenção refere-se à seleção ideal da resposta elástica transversal e dinâmica da cabeça do taco.

[053] Para observar como a elasticidade de um corpo pode determinar os dados de tempo de força durante o impacto, considere uma face rígida com um suporte bastante macio, mas sem perda na direção normal. Durante o impacto normal (não oblíquo) o suporte mais macio permite mais deflexão entre a face e a bola impactante (a face deforma para longe da bola impactante), resultando em tempos de residência mais longos e forças menores de interface. Assim a resposta elástica da face tem uma influência primordial nos dados de tempo de força.

[054] Consideremos o caso de um impacto oblíquo com forças tangenciais, assim como forças normais. As forças tangenciais surgem do componente tangencial do vetor de velocidade de impacto que ocorre em impactos oblíquos. Quando resolvido no sistema de coordenada da face, o ponto de contato entre a bola e a face está se movendo tanto na direção normal quanto tangencial. A velocidade relativa tangencial entre a face e a bola em seu ponto de contato provê elevação das forças tangenciais a partir do atrito entre a face e a bola. Se não existir atrito entre os corpos, não ocorrerão forças tangenciais e nenhuma alteração no giro da bola a partir de sua condição inicial.

[055] As forças de atrito entre dois corpos dependem de uma série d8 fatores, incluindo as forças normais entre os corpos, os coeficientes de atrito entre os corpos, assim como os movimentos/velocidades relativos entre os corpos. Por exemplo, o Atrito de Coulomb tradicional entre dois corpos obtém sua magnitude do produto do Coeficiente de Atrito e da força normal e sua direção do vetor de velocidade transversal relativa entre os dois corpos.

Equação de Atrito de Coulomb e outras equações [056] Outros modelos têm um componente da força cuja magnitude depende da magnitude, assim como da direção das velocidades tangenciais relativas entre os dois corpos. Em qualquer modelo a velocidade tangencial relativa entre os dois corpos tem um papel importante na determinação da magnitude e direção da força tangencial.

[057] Esta força tangencial, por sua vez, afeta as velocidades tangenciais relativas entre a bola e a face. A força tangencial na bola age tanto como uma força no CG na direção tangencial (acelerando e alterando a velocidade do CG da bola na direção tangencial) e um torque sobre o CG da bola agindo sobre um eixo perpendicular a ambos os vetores de velocidade normal e tangencial. Este torque equivalente age para alterar o giro da bola.

[058] Na maioria dos cenários, a bola inicialmente não está girando ao sofrer o impacto. A velocidade tangencial de um impacto oblíquo, assim como a força normal, age para criar uma força de atrito tangencial que coloca a bola em rotação. Ela cria giro da bola, visto que age não no CG, mas nos pontos de contato entre a bola e a face. Assim, no início do impacto, a bola está essencial mente deslizando na face oblíqua e as forças de deslizamento agem para iniciar o giro da bola. Conforme as forças tangenciais aumentam o giro da bola, em muitos casos o giro da bola pode aumentar até o ponto em que, naquele ponto de contato entre a bola e a face não exista mais qualquer movimento relativo. A bola está rolando pela face sem mais deslizamento (e sem força de atrito) entre a face e a bola. Isto é denominado de condição de rolamento e, geralmente, determina o giro final na bola conforme ela deixa a face.

[059] Nesta invenção, o projeto elástico da cabeça do taco permite que a face responda também às forças tangenciais. Em um sistema onde a face pode responder tangencialmente (assim como o giro de alteração da bola) existe um novo fator contribuinte para a velocidade relativa entre a face e a superfície da bola. Visto que a face agora contribui para a velocidade relativa entre a superfície da bola e a face, seu movimento pode afetar drasticamente o atrito entre os corpos e as forças tangenciais resultantes e giros da bola. Este é o conceito fundamental da invenção.

[060] Para atingir este movimento tangencial da face, a cabeça do taco é projetada de modo que a superfície de impacto (face) possa ter movimento tangencial em relação à massa do corpo da cabeça do taco. Neste sistema existe uma conexão elástica entre a face e o corpo da cabeça do taco (ou elasticidade do próprio corpo da cabeça do taco e da própria face) que é ajustada para a resposta apropriada sob carga de impacto. Esta resposta pode ser variada dependendo da aplicação. Por exemplo, se for desejado aumentar o giro, a elasticidade pode ser ajustada de modo que a face se mova oposta ao vetor de velocidade tangencial da bola. Isto aumenta a velocidade tangencial relativa entre a bola e a face, e a bola deve girar mais rapidamente para corresponder a esta velocidade tangencial relativa mais elevada antes de atingir a condição de rolamento e não mais acelerar rotacionalmente.

[061] Em uma outra concretização da invenção, a face pode ser montada elasticamente de modo que se mova na direção do vetor de velocidade tangencial da bola sob as cargas de impacto. Isto diminui a velocidade tangencial relativa entre a superfície da bola e a face, resultando em um giro mais baixo necessário para atingir a condição de rolamento.

[062] É importante considerar os dados de tempo de movimento da face e, portanto, os dados de tempo do vetor de velocidade tangen-cial relativa na determinação dos dados de tempo das forças de atrito entre a superfície da bola e a face e, portanto, o vetor de velocidade angular final da bola (taxas de giro). Em alguns cenários, a velocidade da face em relação ao corpo pode inverter ou alterar consideravelmente durante o curso do evento de impacto, afetando drasticamente o giro da bola resultante. É, portanto, importante considerar os dados de tempo e dinâmicas da cabeça de taco elástico no projeto para uma dada aplicação.

[063] Um elemento crítico desta invenção é uma superfície de contato (face) da cabeça suportada elasticamente/flexivelmente no corpo onde as forças de contato entre a superfície da bola e a superfície de impacto induzem movimento na face em relação ao corpo da cabeça do taco. Existem, fundamentalmente, dois tipos de suporte elástico para a face, caracterizados pelo fato das forças e movimentos nas direções normais e tangenciais serem elasticamente acopladas ou não acopladas. Estas duas classes serão descritas nas seções a seguir. Não Acoplado [064] Nesta classe de sistema, as forças normais na face produzem deformação da face apenas na direção normal e não na direção tangencial. Similarmente, forças tangenciais na face produzem apenas movimento tangencial da face. Estes movimentos são compreendidos como sendo deformações elásticas da face e não aquelas associadas com o movimento global do corpo rígido da cabeça sob as cargas de impacto. Não existe, assim, acoplamento entre a deformação normal e as cargas e a deformação tangencial e a carga. O sistema é classificado como não acoplado.

[065] No projeto deste tipo de sistema, mostrado conceitualmente na Figura 1, o projetista da cabeça do taco precisa considerar apenas a rigidez transversal e resposta transversal do sistema de cabeça do taco sob as cargas transversais, sendo o projeto muito simplificado. Entretanto, as cargas transversais são tipicamente menores que as cargas normais e, dessa maneira, as forças disponíveis e as deformações resultantes do sistema podem ser menores, todas as durezas sendo iguais.

Acoplado [066] Nesta classe de sistema, a matriz de rigidez efetiva para o suporte da face é acoplada, de modo que as forças normais produzem tanto deformação normal quanto transversal do sistema e movimento normal e transversal da superfície de impacto. Por meio de projeto apropriado do suporte elástico (por exemplo, pelo suporte inclinado descrito nas Figuras 2 e 3), este acoplamento pode ser feito para produzir movimento transversal variado da face sob carga de impacto para cima, para baixo, na direção do calcanhar e na direção da ponta, em relação à cabeça do taco, dependendo da inclinação nos suportes. Este movimente transversal provido de elasticidade pode ser usado para ditar o movimento de deslizamento relativo entre a face e a bola e aumentar e diminuir o giro nestas direções, [067] Este acoplamento pode, dessa maneira, ser de grande utilidade para o projetista na criação de uma ampla faixa de giros de bola resultantes do impacto, visto que o movimento da face (por exemplo, para cima ou para baixo do taco) pode ser facilmente controlado, resultando em uma ampla faixa de movimentos relativos entre a face e a bola e, portanto, em uma ampla faixa de giros de bola. O acoplamento da face pode ser usado para criar giro para cima na bola, anular o giro da bola ou aumentar o giro da bola, conforme descrito nas seções a seguir.

Concretização Preferida [068] Um método e equipamento específicos para atingir os efeitos descritos acima consistem de uma cabeça de taco que compreende uma face 2 e um corpo, onde a face 2 é suportada em montagens elásticas em inúmeras configurações possíveis. Sob impacto ocorre um movimento relativo entre a superfície de impacto 2 (face) e o corpo devido à elasticidade dos suportes. Em uma concretização, os suportes formam uma conexão elástica entre uma placa posterior 3 que faz a interface entre o corpo da cabeça do taco e o lado posterior dos suportes 8 e o lado posterior da face 2, Figuras 2 e 3. Os suportes 8 podem ser rosqueados, soldados, encaixados por pressão ou anexados de outra maneira à estrutura 3 do corpo e à face 2, de uma maneira que eles estejam mecanicamente acoplados. Na configuração preferida, o suporte 8 é elástico e tem baixo amortecimento, mas existe a possibilidade de introduzir amortecimento na interconexão entre a face 2 e o corpo para atingir a percepção desejável na cabeça do taco.

[069] Uma forma possível do suporte 8, conforme descrito acima, é uma série de travessas 5, abas ou postes suportando a face 2 acima do corpo do taco. Os suportes 8 podem ser distribuídos através da superfície da face 2 para ajustar o movimento da face 2 durante o impacto, conforme mostrado nas Figuras 2 e 3. Por exemplo, eles podem ser distribuídos para apresentar a mesma rigidez normal através da face 2, independente do local do impacto, ou para adequar uma rigidez normal efetiva como uma função do local do impacto do taco. Por exemplo, para fazer a face 2 agir com maior maciez na direção normal ao longo de sua periferia. Além disso, os suportes 8 podem ser arranjados para permitir apenas uma translação quase pura da face 2 na direção tangencial, conforme mostrado na Figura 2.

[070] As travessas 5, abas ou postes podem ser alinhados de modo que seu eixo principal esteja paralelo à direção das forças de impacto normais, Figura 2. Neste caso, estas forças normais são rece- bidas axialmente pelos suportes 8 e as forças de impacto transversais são recebidas na inclinação dos suportes 8 (Figura 2). Nesta configuração, o suporte elástico 8 está na classe não acoplada e as forças normais não produzem deflexões transversais substanciais. Neste tipo de suporte 8, a rigidez da inclinação dos suportes 8 pode ser ajustada de modo que o movimento tangencial da face 2 aja tanto para aumentar quanto para diminuir o giro da bola 1, conforme será descrito abaixo.

[071] Alternativamente os eixos principais podem ser ligeiramente inclinados da direção normal, de modo a receber tanto forças normais quanto tangenciais como cargas axiais no suporte, assim como cargas de inclinação. Esta orientação inclinada, mostrada nas Figuras 2 e 3, conduz a acoplamento entre a carga normal da face 2 e o movimento tangencial da face 2. O grau de inclinação dos suportes 8 e a direção das inclinações dos suportes 8 podem ser usados para ajustar o acoplamento elástico entre a face 2 e o corpo e atingir uma faixa ampla de movimentos de face desejáveis sob carga de impacto. Em especial, os suportes 8 inclinados permitem que uma força normal crie um grande movimento tangencial na direção da inclinação dos suportes 8. Isto pode ser usado para lançar a face 2 na direção tangencial específica, permitindo que ela retorne a sua condição/local original na direção do término do evento de impacto. Isto pode ser importante para ajustar o giro da bola 1 no término do evento de impacto quando as forças normais são menores.

[072] Em uma concretização do suporte 8, os suportes individuais consistem de travessas 5 anexadas ao lado posterior dá face 2 e ao corpo do taco, Figura 2.

[073] Na configuração preferida, conforme mostrado nas Figuras 3 e 4, existe uma separação de linha de base da face 2 em relação à estrutura de suporte 3 para o projeto de 2,0 mm (na faixa de 0,25 a 4 mm), o que permite um impacto bastante fora do centro sem qualquer inclinação da face 2 e problemas de contato ou interferência. Existe também a possibilidade de introduzir paradas mecânicas para o movimento da face 2 tanto nas direções tangenciais quanto nas direções normais (ou ambas), de modo a limitar a defiexão e estresse que as montagens elásticas 4 apresentarão durante o impacto, isto é, para proteger as montagens elásticas 4. Por exemplo, considere uma tacada errada. Aqui a carga é muito distante de 9000/2000 (N normal/N tan-gencial) e mais provavelmente (4000 N/4000 N) o que poderia danificar as montagens se o movimento não fosse restringido.

[074] Na configuração preferida, as montagens elásticas 4 podem ser arranjadas em duas filas de montagens totalizando entre 96 mm e 8 0 mm do formato extrudado. Em um arranjo de duas filas, um ferro 5 típico tem 90 mm de comprimento total do suporte em um 40/50 (fila superior/fila inferior) conforme mostrado nas Figuras 5-11. Isto permite que as montagens 4 sejam manufaturas como uma seleção de módulos de montagem de 20 mm e 10 mm arranjados de modo que existam unidades de 2-20 mm na parte superior, e unidades de 2-20 mm e unidade de 1-10 mm na fila inferior para suportar a face. Os módulos de suporte elástico 4 podem encostar entre si. É possível estreitar as porções de 'movimento' em uns poucos milésimos de uma polegada para minimizar o atrito.

Especificidades de Projeto do Módulo de Montagem Elástica [075] Em uma configuração preferida, os módulos de montagem elástica (EMM) 7 consistem de três travessas 5 de inclinação arranjadas em uma estrutura de travessas dobradas, conforme mostrado nas Figuras 5 e 6. Neste arranjo, uma extremidade da cada uma das travessas 5 externas está conectada à estrutura de suporte 3 do corpo. Elas se projetam abaixo da estrutura de suporte 3 até um estágio de conexão 6. O estágio de conexão 6 age como uma plataforma móvel na qual a travessa 5 central está anexada em um lado. Devido ao estágio de conexão 6 ser suportado simetricamente por duas travessas 5, ele predominantemente executa movimento translacional paralelo à face 2. Cargas na direção normal e deflexões são originadas axialmente pelas travessas 5. A travessa 5 central interna recebe cargas de impacto em compressão enquanto as travessas 5 externas recebem as cargas normais de impacto sob tensão. Ambos os conjuntos de travessas 5 (o interno e o externo) recebem carga transversal na inclinação (contanto que o módulo 7 inteiro esteja alinhado com a direção normal para carga de impacto). Ele pode ser inclinado conforme descrito anteriormente para criar um módulo 7 de suporte acoplado elasticamente. A travessa 5 central está conectada a partir do estágio de conexão 6 até o lado posterior do alojamento formando um módulo único de montagem elástica 7 que se estende como uma extrusão prismática em uma direção perpendicular à direção de inclinação da travessa 5, conforme mostrado na Figura 5. Os módulos 7 podem ser manufaturados em uma variedade de comprimentos extrudados dependendo da forma modular desejada e da rigidez do projeto.

[076] No projeto do módulo de suporte elástico o objetivo é prover uma rigidez de projeto normal e tangencial (ou rigidez acoplada), de modo que o movimento desejado seja obtido sob cenários de carga de impacto. A elasticidade desejada (descrita abaixo) deve ser obtida com um sistema que atenda aos critérios para integridade estrutural sob aquela carga. Isto é, o sistema deve receber a carga sem deformação permanente (rendimento) ou empenamento. O projeto apresentado nas Figuras 5 e 6 atende a estes critérios.

[077] O projeto mostrado na Figura 5 era do tipo não acoplado. Ele tem uma dureza tangencial alvo de 21,4 N/mm/mm (ou 2050 N/mm por 96 mm de comprimento), e atinge uma rigidez tangencial de 23,9 N/mm/mm (ou 2300 n/mm por 96 mm de comprimento), conforme pia- nejado. O projeto tem uma rigidez normal desejada de 2140 N/mm/mm (ou 205000 N/mm por 96 mm comprimento) ou aproximadamente 100x a rigidez tangencial. O projeto conforme descrito atingiu uma rigidez normal de 2188 N/mm/mm (ou 210000 N/mm por 96 mm de comprimento) ou aproximadamente 91x a rigidez tangencial. Com esta rigidez atingida, sob uma carga de 9000/2000 N (normal e tangencial), a de-flexão do ESM é 0,042 mm/0,870 mm para uma extrusão de 96 mm de comprimento da seção transversal mostrada na Figura 5. O deslocamento normal é bastante pequeno devido à elevada rigidez normal do projeto, enquanto o deslocamento tangencial sob a carga de 2000N quase estática é de quase 1 mm.

[078] O desafio deste projeto era atingir estas constantes elásticas em um projeto estrutural mente robusto. O material selecionado para o módulo de suporte elástico foi o material TÍ-4AI-6V, devido a sua alta resistência específica e alto rendimento sob estresse. Outros materiais, tais como aço ou ligas alternativas de titânio poderiam ser usados. Sob as cargas normais e tangenciais combinadas descritas acima, o estresse de pico no projeto foi de 940 MPa que está abaixo do estresse de rendimento para o material. Adicionalmente à análise de estresse, o módulo de suporte elástico (ESM) deve ser projetado para resistir ao empenamento de sua coluna 5 interna sob as cargas de impacto com-pressivas. A análise revelou que a margem de carga de empenamento (carga de empenamento/carga de pico) é de 3,6 para este projeto. Assim, o módulo atende ao comportamento elástico desejado sem comprometer a integridade estrutural.

[079] O processo de manufatura preferido é EDM (usinagem de descarga elétrica) de condutor, com acabamento padrão de superfície. Embora outros processos de usinagem ou formação padrões, tais como EDM de êmbolo, podem ser usados contanto que eles produzam peças com as resistências requeridas. O projeto apresentado nas Figuras 7-11 tem uma profundidade geral, da parte frontal (face 2) até parte traseira (estágio de conexão 6), de 19 mm, e um total de 90 mm de comprimento extrudado nos módulos de 2 0 e 10 mm de comprimento arranjados em duas filas na face do taco. Isto permite o movimento de translação da face 2 até o taco e alta rigidez nas direções normal ou tangencial alternada. No presente projeto, a massa da face é de 41,6 gramas. A rigidez foi escolhida conforme acima, de modo que a primeira frequência tangencial natural do movimento da face 2 seja ajustada aproximadamente de acordo com a duração do evento de impacto. A condição precisa de ajuste é descrita abaixo na seção sobre condições de ajuste de rigidez tangencial.

[080] Um elemento crítico do projeto preferido são as anexações entre a estrutura de suporte do corpo 3, a estrutura da face 2 e o Módulo de Suporte Elástico (ESM). De modo a atingir a constante elástica do projeto para o sistema, não pode haver deformação extra nas interfaces entre o ESM e a face 2 e o corpo. Isto implica o fato dos ajustes serem apertados (potencialmente unidos com epóxi) ou soldados ou unidos de modo que o sistema aja como um corpo único com pouca folga ou deformação adicional na junta. Na configuração preferida, as extremidades da travessa 5 dos ESMs são designadas com bordas no formato de "cauda de andorinha", que se encaixam nos entalhes correspondentes na face 2 e estrutura de suporte 3. Uma seção transversal da face 2, ESM e estrutura de montagem 3 do corpo, é mostrada nas Figuras 7-16. Ela mostra os ESMs de duas travessa 5 dobradas assim como as interfaces com a estrutura de suporte 3 e a face 2. As interfaces podem ser retidas permanentemente com epóxi ou simplesmente com parafusos para pré-carregar a interface entre o ESM e a face e corpo.

[081] Os ESMs têm estruturas de travessas 5 de espessuras variáveis ao longo de seu comprimento projetadas para minimizar os estresses nas travessas sob as cargas de impacto. Esta característica torna as travessas 5 mais finas nas proximidades de seus centros e mais espessas nas extremidades. Este tipo de variação na espessura é apropriado para travessas 5 que sofrem este tipo de movimento, isto é, uma condição limítrofe de deslizamento dássico sem deflexâo angular nas extremidades, apenas translação de deslizamento na direção tangencial. Neste tipo de movimento, o estresse de inclinação de pico é originado nas extremidades presas-deslizantes e existe pouca carga no centro. O centro pode, portanto ser menos espesso, visto que seu material é apenas levemente estressado. Como características adicionais do projeto, a face 2 é cônica na espessura para permitir folga adicional entre a face 2 e a estrutura de suporte 3 nas extremidades externas do taco. Isto é para acomodar batidas altamente excêntricos onde as cargas normais são recebidas distantes dos locais das duas fileiras de ESM Neste cenário, a face 2 está em balanço para fora das duas fileiras de ESM e parece ligeiramente mais macia na direção normal.

[082] Na configuração preferida, a estrutura de suporte 3 é muito rígida e provê pouca deformação adicional ao sistema. Uma aba central nominalmente com 2,00 mm de largura na base x 4,0 mm de altura, é adicionada entre as fileiras de ESM provendo esta rigidez. Deve ser observado que alguma deformação pode também ser projeta-da/permitida na estrutura de suporte 3, mas então, esta deformação deve ser considerada no ajuste elástico de flexão, de modo que a elasticidade total do sistema tenha um valor ideal. Finalmente, no presente projeto, 2,14 mm de movimento lateral da face 2 podem ser tolerados antes do contato ser feito entre as travessas 5 externas do ESM e as bordas da estrutura de suporte 3. Isto é determinado pela largura de corte na estrutura de suporte 3.

Aplicacão do Taco "Futter" [083] Na aplicação do taco "putter" é conhecido na técnica que a chave para reduzir deslizamento é prover tanto giro superior (topspin) quanto possível à bola 1 antes dela deixar a face 2 do taco "putter" e é vantajoso minimizar a distância que a bola 1 desliza antes de iniciar o rolamento.

Aplicação do Taco "Driver" [084] Na aplicação do taco "driver” é conhecido na técnica que a chave para aumentar a distância do vôo da bola 1 e reduzir o curso de faixa transversal em cenários de impacto de alta velocidade, é reduzir o giro superior da bola 1 para evitar altura em excesso nos impactos de alta velocidade.

Modelagem de Sistema Não Linear [085] Nesta seção, será descrito um modelo para simulação do impacto entre uma bola deformável elástica e uma cabeça de taco com um suporte de face provido de elasticidade entre a face e o corpo. A geometria para o modelo é mostrada esquemati ca mente na Figura 9. 0 sistema consiste de vários componentes incluindo uma bola 1 elástica em contato com uma face 2 rígida suportada de forma elástica em um corpo de cabeça de taco rígido livre para executar giro e translação no espaço. Quanto à cabeça do taco, o corpo é representado por um corpo rígido de 6 DOF total (3 translações e 3 rotações} que responde às forças introduzidas nele por meio dos suportes elásticos para a face 2. A face 2, por sua vez, está respondendo a ambas as forças do suporte e está em contato com a bola. Conforme mostrado na Figura 9, a face 2 é deixada mover-se como um corpo rígido em relação ao corpo da cabeça do taco nas direções normal e transversal em relação à direção normal da face. A elasticidade dos suportes é representada por uma matriz de rigidez de 2 x 2 ou matriz de deformação de 2 x 2 : [xn xt ] T= {Knn Knt; K,n Ktt}1 [Fn F, ]TOnde xn é a deflexão normal da face em relação ao corpo, x,éa deflexão tangencial da face em relação ao corpo, Fné a força normal na face causada pelo impacto da bola 1, F(éa força tangencial na face causada pelo impacto da bola 1, e os K's são os elementos respectivos da matriz de elasticidade para o suporte da face.

[086] A bola 1 começa, inicialmente, em descanso com uma cabeça de taco em movimento, na velocidade especificada da cabeça, que entra em contato com a bola 1 conforme a cabeça do taco avança. O modelo considera forças de contato nas direções normal e tangencial onde a direção tangencial é definida pela direção de rolamen-to/deslizamento da bola 1 na face 2. Isto é determinado pelas orientações e velocidades iniciais da cabeça do taco, assim como pela geometria da face 2. A bola 1 inicia em descanso e as forças de impacto normais e forças de atrito tangenciais induzem velocidade ao CG da bola 1 e giro sobre o CG. A compressão e perdas da bola são modeladas usando modelos de viscoelasticidade aceitos e por uma representação de modo de compressão único de dinâmica da bola. O modelo representa um sistema de equações não lineares com as condições iniciais consistindo de velocidades e orientações da bola 1 e cabeça. Os dados de tempo resultantes destas equações não lineares de dinâmica acopladas são resolvidos numericamente como uma função do tempo usando técnicas de integração numérica na caixa de ferramenta "Matlab Simulink". O modelo permite a exploração dos efeitos dominantes no impacto da cabeça na bola 1 e seus resultados enfatizam as qualidades ideais do projeto e as configurações preferidas para um efeito provido nos giros da bola 1.

Estudos de Casos [087] Uma série de estudos de caso foi realizada, variando parâmetros, tais como elasticidade da montagem da face, massa da face e coeficiente de atrito da bola/face. Quando não mencionado de forma diferente, os resultados são para um ferro 5 nominal com 2 7 graus de inclinação para trás da cabeça do taco ("loft") em face rígida de 10 gramas.

[088] As Figuras 12 e 13 apresentam os dados de simulações de impacto para 3 casos descritos abaixo. Para' referência nas curvas nas figuras, traço/ponto = 1, traçado = 2 e sólido = 3.

[089] Traço/ponto representam uma face acoplada cora matriz de rigidez Knn = 4,4e6, Ktt = 2,8e5, Knt = 5,5e5. Isto representa um sistema com acoplamento entre as direções normal e tangencial. Resultados traçados de um sistema sem acoplamento, mas com rigidez transversal menor. Knn = I,8e7, Knt = 0, Ktt = 7,2e5. Este sistema corresponde a um arranjo de montagem elástica de 6 postes verticais aproximadamente com 0,5 x 1 mm de área e 5 mm de comprimento suportando uma face de 10 gramas.

[090] Sólido representa uma face "rígida" - rigidez normal e transversal muito alta. Isto verifica que os parâmetros de impacto, tais como abordagem de giro no caso nominal para um ferro 5. O giro nominal esperado é, portanto, -6400 RPM.

[091] O Caso 1 de giro aumentado (traço/ponto) e o Caso 2 de giro diminuído (traçado) surgem do movimento da face de sua posição não deformada em relação ao corpo do taco sob a carga de impacto. O tempo e a direção do movimento são importantes e conduzem à exploração e ajuste da elasticidade da montagem no suporte de um efeito desejado, de modo a diminuir ou aumentar o giro. O tempo de movimento da face em relação à duração do impacto e evento do impacto é especialmente crítico na determinação do giro. A massa da face nesta série de casos é de 10 gramas.

[092] Um aumento ou diminuição significativo no giro pode ser atingido com o acoplamento apropriado da face. Estes resultados são muitos sensíveis ao ajuste real da face em relação à duração do impacto.

[093] Rigidez TangencialfFiguras 16 e 17) Uma série de casos explorando o ajuste da rigidez tangencial nos casos não acoplados. O caso de linha de base é: Caso 1 = Knn = I,8e7, Ktt = 7,2e5, Knt = 0 (traço/ponto) As variações de rigidez são representadas por: Caso 2 = Ktt/2 (traçado) Caso 3 = Ktt *2 (sólido) Caso 4 = Ktt *8 (traço/ponto duplo) Caso 5 = Ktt *32 (linha de base "caso de rigidez tangencial rígida") [094] Fica evidente que existe um ajuste de rigidez tangencial que maximiza os efeitos que conduzem a um giro aumentado da bola. A lógica e a análise dos dados de tempo de impacto são descritas abaixo.

[095] Se a rigidez tangencial for muito baixa (caso 2), então a face se move para cima rapidamente respondendo ao atrito entre a bola e a face. Visto que a rigidez é baixa (e a face é leve - 10 gramas) a face acelera rapidamente e excede a velocidade na qual o CG da bola está efetuando translação através da face, resultando na redução do giro da bola. Quando a rigidez tangencial finalmente faz com que a face retorne da deformação, ela gira a bola para cima nova mente, mas é um pouco tarde então, visto que o evento de impacto está quase terminado {baixa rigidez significa baixa frequência de resposta da face para uma dada massa de face), Este efeito pode ser usado para diminuir o giro.

[096] Se a rigidez tangencial estiver aproximadamente correta (casos 1, 3 ilustram a faixa de valores aceitáveis), então a face move para cima o taco a uma velocidade um pouco menor que a velocidade em que o ponto de contato da bola está deslizando/rolando para cima na face - assim a bola continua a aumentar o giro enquanto a face está também movendo para cima a cabeça do taco, A rigidez tangencial e massa da face é tal que a face retorna da deformação quando o impacto da bola ainda está ocorrendo (ainda existem forças normais e tangen-ciais razoáveis), de modo que o retorno da deformação da face aumenta a velocidade tangencial relativa entre a bola e a face do taco e continua a aumentar o giro da bola além da quantidade normal (~+ 3000 RPM!). Isto pode ser usado para aumentar o giro da bola que ocorreria com uma montagem de face não ajustada convencional.

[097] Se a rigidez tangencial for muito elevada (caso 4, 5), o movimento tangencial da face não importa ou é insignificante. Neste caso, a bola aumenta o giro até o rolamento da bola atingir o componente de velocidade tangencial entre a bola e a face e a bola está essencialmente rolando na face sem deslizamento na interface face/bola. Isto é igual à taxa de giro que é tipicamente calculada nos modelos mais simples. Os resultantes de giro do sistema se aproximam deste valor de giro "de rolamento" conforme a rigidez tangencial da face se torna mais elevada.

[098] A faixa de rigidez ideal depende primeiramente de: 1) coeficiente de atrito da bola-face, 2) inclinação para trás da face e 3) massa livre da face. Todos estes fatores afetam o tempo de resposta da face à carga tangencial, assim como o graú daquela carga tangencial.

[099] Esta rigidez pode ser atingida por meio de arranjos de flexão (não acoplados) bastante convencionais. Isto consistiría de uma série de postes circulares ou retangulares alongados suportando a face. Isto poderia também incluir inserções de mola de aço em uma série de locais. Os casos de linha de base consistem de 6 suportes quadrados de 1 mm com aproximadamente 5 mm de comprimento.

[0100] As deflexões tangenciais não são muito grandes (aproximadamente 3 mm para a linha de base e 2 mm para o caso 3) o que é bom para o projeto, mas os esforços de montagem são ainda muito grandes para estes módulos, e é desejável selecionar materiais com capacidade de deformação. Além das ligas de titânio e aço normais, outros materiais potenciais poderíam ser materiais com memória de formato ou pseudo-elásticos (como Nitinol) para os módulos ou para a montagem total da face.

[0101] Nos poucos parágrafos a seguir uma série de casos explorando os efeitos de ângulo de inclinação da cabeça do taco para trás e massa de face serão descritos.

Coeficiente de Atrito e Ângulo de Inclinação para Trás da Cabeça do Taco [0102] As Figuras 18 e 19 mostram o efeito da alteração de apenas o COF em um ferro 5 (27 graus de inclinação para trás da cabeça do taco), todo o restante sendo igual aos dois casos mostrados. 0 coeficiente de atrito não tem uma influência drástica no giro da bola neste caso. Para um dado ângulo de inclinação para trás da cabeça do taco, o giro é relativamente insensível ao coeficiente de atrito. Traço/ponto é 0,2 e o traçado é 0,8 -impactos muito diferentes, mas o resultado é similar.

[0103] Se o ângulo da face for alterado de 27 graus {ferro 5) para inclinação para trás da cabeça do taco de 47 graus (modelando uma borda) e se o COF for aumentado de 0,2 para 0,5, então o comportamento presente com os ferros/cabeças de taco de inclinação menor para trás pode ser recuperado mesmo com o uso da mesma dureza. Este é um COF prontamente obtido com uma superfície tratada por jato de areia. A razão é que em ângulos mais elevados de inclinação para trás da cabeça do taco existe uma força normal menor da face e uma velocidade tangencial mais elevada. 0 COF mais elevado resulta em forças tangenciais mais elevadas da face e resulta em velocidades de face mais elevadas / nas mesmas proporções aproximadas das velocidades tangenciais da face / velocidades tangenciais da bola, conforme é encontrado em cabeças de taco com ângulo inferior de inclinação para trás da cabeça do taco com COFs menores. Isto descreve um parâmetro principal (em relação às velocidades tangenciais da face/bola) que deve ser mantido nos projetos para diferentes ângulos de face, mas com efeitos de giro da bola desejados similares.

Variações de Massa (Figuras 20 e 21) [0104] Nesta seção, uma série de testes examinando o efeito do aumento da massa da face será explorada. Os casos são como segue. Caso 1 (sólido): ferro 5 nominal (27 graus) -face de 10 gramas similar a todas as análises anteriores, rigidez - nominal, COF 0,2 Caso 2 (traçado): inclinação para trás da cabeça do taco - nominal, face de 2 0 g, rigidez - COF 0,2 Caso 3 (sólido): inclinação para trás da cabeça do taco - nominal, face de 2 0 g, rigidez - x3, COF 0,2 Caso 4 (traço/ponto duplo): inclinação para trás da cabeça do taco -nominal, face de 20 g, rigidez - x3, COF 0,5 Caso 5: inclinação para trás da cabeça do taco -nominal, face de 2 0 g, rigidez - nominal, COF 0,5 Resultados e explicações abaixo: A seguir uma interpretação dos resultados: [0105] Os casos nominais foram executados com a massa dê 7 gramas.

[0106] Traço/ponto é nominal com uma rigidez base de Knn -1,08 e8 e Ktt = I,08e6 Knt = 0 (não acoplado), isto é obtido com 24 flexões de aço de 1,5 cm de comprimento e seção transversal quadrada de 1,5 mm de espessura. 0 gráfico mais importante a ser observado é o gráfico de Velocidade Tang. Superf. na Figura 21C. Quando a velocidade tan-gencial da superfície chega a zero, implica que a velocidade relativa entre a face e a superfície da bola atingiu zero, isto é, a bola está rolando e a face está movendo de modo que o ponto de contato não está deslizando. Na Figura 21C, "Comp. Tang. da Cabeça" a face se move para cima na primeira metade do impacto, então para baixo iniciando a 1,55 seg. A velocidade da face é o derivado desta curva e é muito mais importante que a posição da cabeça na determinação do giro. Conforme a face atinge seu ponto mais acima e inicia seu movimento para baixo, sua velocidade negativa aumenta e ela começa a tentar aumentar o giro da bola- isto é evidenciado pela elevação na curva "Vel Tang. Superf." na Figura 21C entre 1,5 e 1,8 seg. (linha traço/ponto). Este retorno da deformação mantém a bola aumentando o giro e é a fonte do giro aumentado.

[0107] De forma geral, isto conduz a algumas tendências de ajuste -primeiramente você quer que o DOF tangencial seja ajustado grosseiramente em relação à escala de tempo do impacto, de modo que a face possa retornar da deformação na segunda metade do evento de impacto. O vértice na curva de traço/ponto no gráfico "Veloc. Tang. Superf." na Figura 21C a aproximadamente 1,8 segundos é o efeito da diminuição da velocidade da face conforme ela atinge a extensão mais inferior de seu movimento de retorno de mola. É importante que esta diminuição da velocidade da face no "térmico de retorno de deformação" ocorra na extremidade da cauda do impacto - do contrário ela diminui o giro da bola antes da bola deixar a face (como na linha de traço/ponto duplo no "Giro da Bola" na Figura 21E).

[0108] As curvas traçadas (caso 2) representam o efeito de aumento na massa da face para 20 g, todo o restante sendo igual. Do gráfico "Vel. Tang. Sup." na Figura 21C, parece que a grande inércia da face diminuiu a velocidade da face, fazendo-a demorar mais para acelerar para corresponder com a bola - ela apenas inicia o rolamento a 1,45 segundos. Mais significativamente para o giro, parece que a massa mais pesada diminui o aumento de velocidade do giro após o ponto de rolamento ser atingido. Isto se deve ao fato do movimento ser mais lento - ela tem uma constante de tempo mais longa e as velocidades são correspondentemente mais lentas. O aumento do giro da bola que ocorre enquanto ela esta rolando na face está associado com a aceleração da face. Visto que as acelerações não são tão altas com a massa maior (e mesma rigidez) o aumento do giro é visivelmente menos pronunciado. A constante de tempo longa ajuda que o retorno de deformação ocorra mais tarde no impacto e, portanto, existe bastante tempo para que o sistema aumente o giro.

[0109] Em uma tentativa para aumentar a velocidade do sistema, a rigidez (tanto normal quanto tangencial) foi aumentada em um fator de 3 (curva sólida). Isto teve apenas um pequeno efeito, mas ele aumentou a velocidade do sistema até o ponto em que o término do retorno de deformação ocorreu um pouco antes do término do impacto. Isto permitiu que a face oscilante cessasse o giro da bola brevemente antes desta deixar de contatar a face. Todos estes três casos apresentaram giro satisfatório - provando a robustez do projeto.

[0110] O Caso 4 (traço/ponto duplo) utilizou o último caso e elevou o COF para 0,5 (o valor esperado) que tinha o efeito de fazer com que a bola rolasse muito mais rápido. A condição de rolamento está associada com forças menores de atrito, de modo que a face é menos acelerada, conduzindo a um retorno da deformação mais rápido em relação ao tempo do impacto. Quanto mais rápido o retorno de deformação ocorre e inicia a desaceleração antes do final do impacto (SIC). Visto que o atrito é elevado, isto conduz a uma cessação drástica de giro que ocorre no gráfico "Giro da Bola" na Figura 21E (traço/ponto duplo).

[0111] O caso 5 tenta consertar isto por meio do retorno à rigidez original, face de 20 g, COF = 0,5. A idéia era diminuir a rigidez de modo que a face retornasse da deformação mais lentamente e viajasse mais longe. Isto funcionou - a inércia provida pela alto atrito mantém a face se movendo para cima e, visto que é um sistema mais lento, ela retorna após o impacto ter essencialmente terminado, resultando em pouco ou nenhuma cessação de giro.

[0112] Parece que a rigidez de linha de base é um valor preciso mesmo para uma face maior de 20 g. É também significativo que o COR da face não seja alterado mesmo com a massa aumentada. Tipicamente uma massa maior de face agiria como um escoadouro para a energia cinética da bola.

[0113] Tendo revelado, desta maneira, várias configurações da invenção, ficará agora aparente que muitas variações adicionais são possíveis e que aquelas descritas aqui são apenas ilustrativas dos conceitos inventivos. Consequentemente, o escopo da invenção não deve ser limitado pela revelação acima, mas apenas pelas reivindicações anexadas a ela e a seus equivalentes.

REIVINDICAÇÕES

Claims (2)

1. Cabeça de taco de golfe definida por uma face (2) para atingir uma bola (1) e um corpo tendo uma coroa, uma sola, uma ponta, um calcanhar e uma superfície traseira; a cabeça compreendendo: pelo menos um módulo de flexão (7) interposto entre a referida face (2) e a referida superfície traseira do referido corpo para movimento tangencial controlado da referida face (2) em relação ao referido corpo mediante impacto da referida cabeça com uma bola de golfe (1); uma estrutura plana de suporte (3) atrás da referida face (2) e substancialmente paralela a referida face (2); e caracterizado pelo fato de que o referido pelo menos um módulo de flexão (7) compreende uma travessa (5) dobrada tendo uma montagem de face (2) afixada a uma primeira travessa (5) de flexão alongada e pelo menos uma montagem de estrutura de suporte (3) afixada a uma segunda travessa (5) de flexão alongada para movimento elástico tangencial da face em relação a uma estrutura de suporte (3) fixa.

2. Cabeça de taco de golfe definida por uma face (2) para atingir uma bola (1) e um corpo tendo uma coroa, uma sola, uma ponta, um calcanhar e uma superfície traseira; a cabeça compreendendo: pelo menos um módulo de flexão (7) interposto entre a referida face (2) e a referida superfície traseira do referido corpo para movimento tangencial controlado da referida face (2) em relação ao referido corpo mediante impacto da referida cabeça com uma bola de golfe (1); a dita cabeça compreendendo uma pluralidade de módulos de flexão (7) interpostos entre a referida face (2) e a referida superfície traseira do referido corpo para o movimento tangencial controlado da referida face (2) em relação ao referido corpo mediante impacto da re- ferida cabeça com uma bola de golfe (1); e caracterizado pelo fato de que cada módulo de flexão (7) compreende uma travessa (5) dobrada tendo uma montagem de face (2) afixada a uma primeira travessa (5) de flexão alongada e pelo menos uma montagem adicional afixada a uma segunda travessa (5) de flexão alongada e ao referido corpo para movimento elástico tangencial da face (2) em relação ao corpo.