RU2546447C2 - Insole with anti-fretting properties - Google Patents

Insole with anti-fretting properties Download PDF

Info

Publication number
RU2546447C2
RU2546447C2 RU2013126666/12A RU2013126666A RU2546447C2 RU 2546447 C2 RU2546447 C2 RU 2546447C2 RU 2013126666/12 A RU2013126666/12 A RU 2013126666/12A RU 2013126666 A RU2013126666 A RU 2013126666A RU 2546447 C2 RU2546447 C2 RU 2546447C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
insole
groove
foot
tarsal
plane
Prior art date
Application number
RU2013126666/12A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013126666A (en
Inventor
Сергей Петрович Александров
Яна Андреевна Шмелева
Татьяна Владимировна Жуковская
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет технологий и управления" им. К.Г. Разумовского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет технологий и управления" им. К.Г. Разумовского filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет технологий и управления" им. К.Г. Разумовского
Priority to RU2013126666/12A priority Critical patent/RU2546447C2/en
Publication of RU2013126666A publication Critical patent/RU2013126666A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2546447C2 publication Critical patent/RU2546447C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Footwear And Its Accessory, Manufacturing Method And Apparatuses (AREA)

Abstract

FIELD: personal use articles.
SUBSTANCE: in the insole, in the zone of the heads of metatarsal bones and the big toe, where maximum loads during repulsion occur, one cuts (from the front side of the insole) slots having an inclined surface creating conditions for nonslip of the foot relative to the insole. Such structure of the insole allows to use materials in friction couples of foot (sock) - insole with friction coefficient 40% less as compared to that in case of usage of a flat insole thus to eliminate negative consequences appearing in the process of flat insoles usage. For nonslip effect intensification the slots inclined surfaces are dishevelled.
EFFECT: improvement of insole structure where in the back push phase fretting-wear conditions do not take place; such conditions negatively affect the insole and cause foot chafing.
4 cl, 5 dwg, 1 tbl

Description

Область техники, к которой относится изобретение, - обувная промышленность, а именно конструкция основной стельки, которая предотвращает возникновение фреттинг-износа в процессе носки обуви.The technical field to which the invention relates is the shoe industry, namely the construction of the main insole, which prevents fretting wear during shoe wear.

Уровень техникиState of the art

Фреттинг-износ встречается между плотно посаженными поверхностями, подвергающимися воздействию циклического движения малой амплитуды. Интенсивность износа возрастает при работе тел, контактирующих в агрессивной среде, в частности при потоотделении.Fretting wear occurs between tightly set surfaces exposed to small amplitude cyclic motion. The wear rate increases during the work of bodies in contact in an aggressive environment, in particular during perspiration.

В обувной практике используется стелька с практически плоским участком в носочно-пучковой части (Справочник обувщика Михеева Е.А., Мореходов Г.А. Изд.: Легпромбытиздат, 1989 г. 416 с.). Опора стопой на носочно-пучковую часть стельки происходит в период заднего толчка, начинающегося, когда положение центра массы тела человека выходит вперед за площадь опоры стопы, при этом нога разгибается, и сила реакции опоры возрастает.In shoe practice, an insole is used with an almost flat section in the nose-beam part (Shoe Handler Mikheeva EA, Morekhodov GA Publ.: Legprombytizdat, 1989, 416 pp.). The support of the foot on the toe-beam part of the insole occurs during the backward push, which begins when the position of the center of mass of the human body goes forward beyond the foot support area, while the leg extends, and the support reaction force increases.

В момент заднего толчка сила реакции опоры увеличивается с ростом скорости разгибания опорной ноги в коленном суставе. Максимальная сила реакции опоры при заднем толчке достигается, когда вектор, направленный к общему центру масс, составляет с вертикально направленной составляющей силы угол равный 20°.At the time of the posterior shock, the reaction force of the support increases with an increase in the speed of extension of the supporting leg in the knee joint. The maximum reaction force of the support during the rear shock is achieved when the vector directed to the common center of mass makes an angle equal to 20 ° with the vertically directed component of the force.

Реакция опоры R может быть разложена на нормальную силу N, перпендикулярную горизонтальной опорной поверхности, и движущую силу Fдв, направленную по горизонтали. Движущая сила Fдв. может реализовать свою функцию горизонтального перемещения общего центра масс тела человека (ОЦМ) при условии, если она меньше или равна силе трения стопы по стельке, т.е. при выполнении Fдв≤Fтр. В противном случае носочно-пучковая часть стопы при отталкивании в фазе заднего толчка будет проскальзывать по стельке в направлении, противоположном горизонтальному перемещению ОЦМ.The reaction of the support R can be decomposed into a normal force N, perpendicular to the horizontal supporting surface, and a driving force F dv directed horizontally. Driving force F dv. can realize its function of horizontal displacement of the common center of mass of the human body (OCM), provided that it is less than or equal to the force of friction of the foot on the insole, i.e. when performing F dv ≤F Tr . Otherwise, the toe-beam part of the foot, when repelled in the phase of the back push, will slip along the insole in the opposite direction to the horizontal movement of the MTC.

Сила трения Fтр находится, в общем случае, как произведение нормальной силы N на коэффициент трения µ т.е. Fтр=N×µ.The friction force F Tr is found, in the general case, as the product of the normal force N by the friction coefficient µ i.e. F mp = N × µ.

Величина коэффициента трения будет определяться парами материалов, что показано ниже в таблице.The value of the coefficient of friction will be determined by pairs of materials, as shown in the table below.

ТаблицаTable Коэффициенты трения фрикционных пар материаловFriction coefficients of friction pairs of materials Материал стелькиInsole material Материал носкаSock material стопаfoot шерстьwool хлопокcotton капронnylon Бахтарма стелечной кожиBakhtarma Faux Leather 0,480.48 0,410.41 0,340.34 Стелечный картонCardboard cardboard 0,360.36 0,350.35 0,220.22 Стелечная кожаLeather 0,170.17 0,210.21 0,110.11 0,170.17

Как видно из таблицы, пары стелечная кожа-капрон и стелечная кожа-стопа имеют коэффициенты трения µ=0,11 и 0,17, и, соответственно, силы трения с меньшим показателем, чем движущая сила в положении максимального нагружения при заднем толчке, т.е. стопа будет проскальзывать по поверхности стельки.As can be seen from the table, the stealth-kapron skin and stealth-foot skin pairs have friction coefficients µ = 0.11 and 0.17, and, accordingly, friction forces with a lower rate than the driving force in the maximum loading position with a back push, t .e. the foot will slip over the surface of the insole.

В таблице, также, приведена пара трения (бахтарма стелечной кожи-хлопок), у которой коэффициент трения µ=0,41 и соответственно сила трения несколько выше, чем движущая сила. В большинстве случаев при этой паре трения проскальзывания стопы по поверхности стельки не будет. Однако сила трения и движущая сила имеют рассеивание своих значений из-за непостоянства свойств поверхностей пар, геометрических соотношений тела человека и др.The table also shows a pair of friction (bakhtarma of elder skin-cotton), in which the coefficient of friction µ = 0.41 and, accordingly, the friction force is slightly higher than the driving force. In most cases, with this pair of friction, the foot will not slip on the insole surface. However, the friction force and the driving force have a dispersion of their values due to the inconstancy of the properties of the surfaces of the pairs, the geometric relationships of the human body, etc.

Функции плотности распределений для силы трения и движущей силы являются определяемыми характеристиками. Их графическое изображение представляется куполообразными кривыми, пересекающиеся зоны соответствующих распределений отражают вероятность превышения движущей силой величинЫ силы трения.The distribution density functions for the friction force and the driving force are determined characteristics. Their graphic representation is represented by dome-shaped curves, the intersecting zones of the corresponding distributions reflect the probability that the driving force exceeds the friction force.

При распределении рассматриваемых сил по нормальному закону вероятность того, что значение случайной величины будет больше значения силы трения, определяется как:When the forces under consideration are distributed according to the normal law, the probability that the value of a random variable will be greater than the value of the friction force is determined as:

Figure 00000001
Figure 00000001

где P1 и P2 - пересекающиеся зоны распределений;where P 1 and P 2 are intersecting distribution zones;

Fk - абсцисса точки пересечения кривых распределений f[Fдв] и f[Fтр];F k - the abscissa of the intersection of the distribution curves f [F dv ] and f [F Tr ];

f[Fдв] - кривая плотности распределений движущей силы Fдв;f [F dv ] - the curve of the distribution density of the driving force F dv ;

f[Fтр] - кривая плотности распределений силы трения Fтр;f [F Tr ] - the curve of the density distribution of the friction force F Tr ;

F ¯ д в

Figure 00000002
и F ¯ т р
Figure 00000003
- средние значения движущей силы и силы трения; F ¯ d at
Figure 00000002
and F ¯ t R
Figure 00000003
- average values of the driving force and the friction force;

Sдв и Sтр - среднее квадратическое отклонение движущей силы и силы трения.S dv and S tr - the standard deviation of the driving force and friction force.

Если подставить числовые значения параметров типовых пар трения, материал носка-материал стельки, то вероятность проскальзывания переднего отдела стопы при заднем толчке может достигать 5%. Возможность проскальзывания увеличивается при естественном выделении стопой пота. В этом случае сухое трение между плантарной частью переднего отдела стопы и материалом стельки замещается полужидкостным или даже жидкостным, при которых коэффициент трения резко снижается, что обеспечивает движение переднего отдела стопы относительно стельки.If we substitute the numerical values of the parameters of typical friction pairs, the material of the toe and the insole material, then the probability of slipping of the forefoot with a back push can reach 5%. The possibility of slipping increases with the natural release of foot sweat. In this case, the dry friction between the plantar part of the forefoot and the insole material is replaced by semi-liquid or even liquid, in which the friction coefficient decreases sharply, which ensures the movement of the forefoot relative to the insole.

Таким образом, три нижеперечисленных фактора обеспечивают, в преобладающем числе случаев, относительное скольжение переднего отдела по поверхности стельки при ходьбе:Thus, the three factors listed below provide, in the predominant number of cases, the relative sliding of the front section on the insole surface when walking:

- превышение движущей силой переднего отдела стопы силы трения отдельных материалов носка по поверхности стельки;- excess of the driving force of the forefoot of the foot of the friction force of individual materials of the sock on the surface of the insole;

- определенная вероятность возникновения относительного проскальзывания у пар материалов трения носка-стельки при некотором превышении среднего значения силы трения над средним значением движущей силы;- a certain probability of the occurrence of relative slippage in pairs of friction materials of the sock-insole with some excess of the average value of the friction force over the average value of the driving force;

- превышение движущей силой величин сил полужидкостного и жидкостного трения пар стопа (носок)-стелька при проявлении естественного потоотделения стопы при ходьбе.- excess of the driving force of the magnitude of the forces of semi-liquid and liquid friction of the pairs of feet (toe) -insole with the manifestation of natural perspiration of the foot when walking.

Величина относительного скольжения не превышает нескольких миллиметров, так как имеется конструктивный ограничитель в виде задника обуви. Скольжение происходит при достаточно высокой силе прижатия, превышающей mg (m - масса носчика, g - ускорение свободного падения), относительное смещение минимально, но повторяющееся при каждом шаге. Совокупность этих факторов воздействия определяется как фреттинг-износ контактирующих пар тел.The value of the relative slip does not exceed a few millimeters, since there is a constructive limiter in the form of a shoe back. Sliding occurs at a sufficiently high pressing force exceeding mg (m is the mass of the nose, g is the acceleration of gravity), the relative displacement is minimal, but repeated at each step. The combination of these impact factors is defined as the fretting wear of the contacting pairs of bodies.

Фреттинг-износ чреват для обоих тел пары скольжения. На плантарной части стопы, вследствие трения при существенном давлении, возникают потертости, поражения кожи стопы, болезненность в области механического раздражения, возможность образования водяной мозоли, происходит проникновение различных возбудителей инфекции. На поверхности стельки происходит изменение цвета, истирается покрывной слой стелечного материала, повреждаются детали с образованием трещин. Процесс усугубляется сопровождающим трение потоотделением стопы.Fretting wear is fraught for both bodies of a slip pair. On the plantar part of the foot, due to friction with significant pressure, there are abrasions, lesions of the skin of the foot, soreness in the area of mechanical irritation, the possibility of the formation of water corns, various pathogens penetrate. On the surface of the insole, a color change occurs, the covering layer of the insole material is abraded, the parts are damaged with the formation of cracks. The process is exacerbated by the accompanying friction of the sweating of the foot.

Используемые в практике конструктивные решения стелечного узла, в их числе прототип, не решают вопроса ликвидации условия появления фреттинг-износа, который имеет негативные последствия как для стопы носчика, так и для стельки.The constructive solutions used in practice for the stealth knot, including the prototype, do not solve the issue of eliminating the conditions for the appearance of fretting wear, which has negative consequences for both the foot of the wearer and the insole.

Требуемый технический результатThe required technical result

Необходимо при заднем толчке в процессе ходьбы обеспечить условия отсутствия смещения переднего отдела стопы относительно стельки, что физически достигается, если горизонтальная движущая сила на всей рассматриваемой фазе заднего толчка будет меньше силы трения пары передний отдел стопы-стелька.It is necessary to provide conditions for the absence of displacement of the forefoot relative to the insole with a back push during walking, which is physically achieved if the horizontal driving force throughout the considered phase of the back push is less than the friction force of the pair of the front foot insole.

Условие должно соблюдаться при стопе в носке и без носка; при сухой стопе и влажной от пота. При превышении движущей силой величины силы трения возникает фреттинг-износ с негативными последствиями как для стопы, так и для стельки.The condition must be met when stopping in a sock and without a sock; with a dry foot and wet from sweat. If the driving force exceeds the value of the friction force, fretting wear occurs with negative consequences for both the foot and the insole.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Для обеспечения изобретением технического результата - ликвидации или, во всяком случае, снижения возможности появления условий для возникновения фреттинг-износа, который возникает при существенном давлении между телами, составляющими пару трения, и незначительном их смещении, в пределах нескольких миллиметров, относительно друг друга, предлагается изменить геометрию стельки в области ее контакта с головками плюсневых костей и первого пальца.To provide the invention with a technical result — the elimination or, in any case, reduction of the possibility of conditions for the occurrence of fretting wear, which occurs when there is significant pressure between the bodies making up the friction pair and their slight displacement, within a few millimeters, relative to each other, it is proposed change the geometry of the insole in the area of its contact with the heads of the metatarsal bones and the first finger.

Причиной выбора вышеприведенных зон является то, что в плантограммах давления в этих зонах образуется максимальное давление переднего отдела стопы в фазе заднего толчка, то есть, согласно плантограммам из диссертации Кузнецовой Е.А. «Исследование амортизации системы человек-обувь-опора» Казанского Государственного технологического университета 2009 г, эти участки стопы несут основную нагрузку для передачи движения телу человека.The reason for choosing the above zones is that the maximum pressure of the forefoot in the phase of the back push is formed in the pressure planograms in these zones, that is, according to the planograms from the dissertation of Kuznetsova EA “Study of depreciation of the man-foot-support system” of Kazan State Technological University in 2009, these sections of the foot carry the main load for transmitting movement to the human body.

В стельке со стороны лицевой поверхности вырезается фигурный паз глубиной ~2-3 мм, располагающийся между боковыми сторонами стельки. Горизонтальная плоскость верхней части паза определяется расположением головок плюсневых костей.In the insole from the front surface, a figured groove ~ 2-3 mm deep located between the sides of the insole is cut out. The horizontal plane of the upper part of the groove is determined by the location of the heads of the metatarsal bones.

Геометрически она строится следующим образом. На продолжении поперечного сечения 0,18Д (Д - длина стопы) с внутренней стороны от точки пересечения с продольной осью (графической осью построения стельки) откладывается отрезок длиной 0,13Д. Из его конца радиусом R = ( 0,13 Д ) 2 + ( 0,72 Д 0,18 Д ) 2

Figure 00000004
проводится дуга, соединяющая боковые стороны стельки. Образовавшаяся дуга является осью горизонтальной плоскости паза. Ширина паза образовывается между проведенными граничными дугами из найденного центра радиусам R1,2=R±0,083Д. Нижняя поверхность паза состоит из наклонной плоскости с углом наклона θ = a r c t g 2 h 1 l 1
Figure 00000005
(где h1 - глубина подплюсневого паза в зоне его поперечной оси, l1 - ширина подплюсневого паза равная 0,166Д), начинающейся от линии внутренней стороны полосы, проведенной радиусом R1=R-0,083Д и заканчивающейся на середине нижней поверхности паза. Другая составляющая нижней поверхности паза представляет собой дугообразную в профиле поверхность, проходящую между серединой нижней поверхности паза и дугой наружной поверхности стельки, очерченной радиусом R2=R+0,083Д. Радиус дуги профиля поверхности составил r1=0,17Д, который соединяет конец наклонной плоскости в середине нижней поверхности паза с внешним контуром дугообразной полосы, расположенным на верхней плоскости паза.Geometrically, it is constructed as follows. On the continuation of the cross section 0.18 D (D is the length of the foot) from the inside of the point of intersection with the longitudinal axis (the graphic axis of the insole construction), a length of 0.13 D is laid out. From its end radius R = ( 0.13 D ) 2 + ( 0.72 D - 0.18 D ) 2
Figure 00000004
an arc is drawn connecting the sides of the insole. The resulting arc is the axis of the horizontal plane of the groove. The width of the groove is formed between the drawn boundary arcs from the found center to the radii R 1,2 = R ± 0,083D. The bottom surface of the groove consists of an inclined plane with an angle of inclination θ = a r c t g 2 h one l one
Figure 00000005
(where h 1 is the depth of the tarsal groove in the area of its transverse axis, l 1 is the width of the tarsal groove equal to 0.166D), starting from the line of the inner side of the strip, drawn with a radius R 1 = R-0,083Д and ending in the middle of the lower surface of the groove. Another component of the lower surface of the groove is an arcuate surface in the profile, passing between the middle of the lower surface of the groove and the arc of the outer surface of the insole, defined by the radius R 2 = R + 0,083Д. The radius of the arc of the surface profile was r 1 = 0.17 D, which connects the end of the inclined plane in the middle of the lower surface of the groove with the outer contour of the arcuate strip located on the upper plane of the groove.

При заднем толчке значение давления, приходящегося на первый палец стопы, соизмеримо с аналогичным показателем в зонах головок плюсневых костейWith a back push, the value of pressure falling on the first toe is commensurate with the same indicator in the areas of the heads of the metatarsal bones

Для обеспечения устойчивости положения стопы на стельке и избежания ее проскальзывания по лицевой стороне стельки плоскость поверхности стельки под первым пальцем заменяется на фигурную.To ensure the stability of the position of the foot on the insole and to avoid slipping on the front side of the insole, the plane of the surface of the insole under the first finger is replaced by a curly one.

На стельке на расстоянии 0,9Д в зоне первого пальца проводится линия, перпендикулярная продольной оси стельки. От точки их пересечения в сторону первого пальца откладывается на линии 0,9Д отрезок равный 0,16Ш0,680,68 - ширина стельки в средне-пучковой части). Из точки, в которой заканчивается отложенный отрезок, к этому отрезку проводится луч под углом φ (для нормального положения первого пальца φ=75-90°). На проведенном в обе стороны от отрезка луче откладываются от точки пересечения два отрезка длинной 0,055Д, образующих ось фигурного подпальцевого паза.On the insole at a distance of 0.9D in the area of the first finger, a line is drawn perpendicular to the longitudinal axis of the insole. From the point of their intersection towards the first finger, a segment equal to 0.16 Ш 0.680.68 is the insole width in the mid-beam part) is laid out on the 0.9D line. From the point at which the delayed segment ends, a ray is drawn to this segment at an angle φ (for the normal position of the first finger, φ = 75-90 °). On a beam drawn to both sides of the segment, two segments of length 0.055 D are laid off from the intersection point, forming the axis of the figured sub-fingered groove.

В обе стороны перпендикулярно оси фигурного подпальцевого паза откладываются два отрезка длинной 0,1Ш0,68 - ширина подпальцевого паза, концы отрезков соединяются перпендикулярами образуя прямоугольник верхней плоскости фигурного паза 0,2Ш0,68*0,11Ш0,68. В верхней части паза фигурной дугой ограничивается линия наружной границы паза. Нижняя часть фигурного паза образуется наклонной плоскостью и поверхностью дугообразного профиля начинающейся от задней границы верхней плоскости паза, проходит под углом Ψ = a r c t g h 2 0.055 Д

Figure 00000006
к верхней плоскости паза, отклоненной по часовой стрелке, где h2=3 мм - глубина паза, (допустимый размер углубления первого пальца, не приводящего к изменению стереотипа походки человека). Такая же глубина паза принята в зоне головок плюсневых костей. Другая сторона плоскости ограничивается серединой фигурного паза. Поверхность дугообразного профиля начинается от границы наклонной плоскости, находящейся в середине нижней поверхности фигурного паза, и заканчивается граничной линией верхней плоскости фигурного паза. Радиус дугообразного профиля равен длине верхней плоскости паза r=0,11Д.On both sides, perpendicular to the axis of the curly sub-finger groove, two lengths of 0.1 S 0.68 are laid out - the width of the sub-finger groove, the ends of the segments are connected perpendicularly forming a rectangle of the upper plane of the curly groove 0.2 S 0.68 * 0.11 S 0.68 . In the upper part of the groove, a curved arc limits the line of the outer border of the groove. The lower part of the figured groove is formed by an inclined plane and the surface of the arcuate profile starting from the rear border of the upper plane of the groove, passes at an angle Ψ = a r c t g h 2 0.055 D
Figure 00000006
to the upper plane of the groove, deflected clockwise, where h 2 = 3 mm is the depth of the groove, (the permissible size of the recess of the first finger, which does not lead to a change in the stereotype of a person’s gait). The same groove depth is adopted in the area of the heads of the metatarsal bones. The other side of the plane is limited by the middle of the figured groove. The surface of the arcuate profile starts from the boundary of the inclined plane located in the middle of the lower surface of the figured groove, and ends with the boundary line of the upper plane of the figured groove. The radius of the arcuate profile is equal to the length of the upper plane of the groove r = 0.11D.

Рассмотрим момент максимального нагружения в фазе заднего толчка. В момент максимальной силы отталкивания стопы от плоской горизонтальной поверхности, как это происходит при стельке принятой за прототип, угол между вертикалью и направлением результирующей силы составляют угол α=20°.Consider the moment of maximum loading in the phase of the rear shock. At the moment of maximum repulsion force of the foot from a flat horizontal surface, as occurs with the insole adopted as a prototype, the angle between the vertical and the direction of the resulting force is an angle α = 20 °.

Нормальная сила определяется как N=FΣ×cosα,Normal force is defined as N = F Σ × cosα,

где FΣ - результирующая сила. Сила отталкивания, равная движущей силе, но противоположная направленной, будет Fот.=FΣ×sinα. Для реализации движения человека, необходимо, чтобы горизонтальная движущая сила была меньше силы трения. В противном случае будет происходить проскальзывание стопы по поверхности стельки и не будет передачи движения телу человека.where F Σ is the resulting force. The repulsive force equal to the driving force, but opposite to the directed one, will be F from. = F Σ × sinα. For the implementation of human movement, it is necessary that the horizontal driving force be less than the friction force. Otherwise, the foot will slip on the surface of the insole and there will be no transmission of movement to the human body.

Сила трения определяется как Fтр=N×µ=FΣcosα×µ,The friction force is defined as F Tr = N × µ = F Σ cosα × µ,

где µ - коэффициент трения контактирующей пары, т.е. материала носка-материала стельки.where µ is the coefficient of friction of the contacting pair, i.e. sock material insole.

Учитывая, что движущая сила Fдв численно равна горизонтальной отталкивающей силе Fот, можно записать условие ходьбы без проскальзывания:Considering that the driving force F dv is numerically equal to the horizontal repulsive force F from , we can write down the walking condition without slipping:

Fот.<Fтр. F from. <F tr

FΣsinα<FΣcosα×µF Σ sinα <F Σ cosα × μ

tgα<µtgα <µ

Угол α определяется геометрией и распределением массы тела человека, т.е. положением общего центра масс (ОЦМ). Для среднестатистического мужчины можно принять угол α равным ~20°, тогда tgα=0,36. В приведенной таблице значений коэффициентов трения для ряда типовых пар: материалы носка - материалы стельки неравенство tgα<µ не соблюдается, т.е. возможно проскальзывание стопы на малое расстояние, пока задник обуви не станет препятствием для дальнейшего смещения стопы относительно поверхности стельки.The angle α is determined by the geometry and distribution of the human body mass, i.e. the position of the common center of mass (GCM). For an average man, you can take the angle α equal to ~ 20 °, then tgα = 0.36. In the table of friction coefficient values for a number of typical pairs: toe materials - insole materials, the inequality tgα <µ is not observed, i.e. it is possible to slip the foot a short distance until the shoe back becomes an obstacle to further displacement of the foot relative to the insole surface.

Также вариации расположения ОЦМ в зависимости от роста и массы отдельных выступающих частей тела, например, живота, появление между контактирующими стопой и стелькой жидкостного слоя и др. способствуют нарушению установленного условия контакта стопы со стелькой без проскальзывания.Also, variations in the location of the JCM depending on the growth and mass of individual protruding parts of the body, for example, the abdomen, the appearance of a fluid layer between the contacting foot and the insole, etc., contribute to the violation of the established condition of the foot contact with the insole without slipping.

В предлагаемой конструкции стельки ровная горизонтальная поверхность стельки, в зоне контакта стопы по полосе расположения головок плюсневых костей и первого пальца - заменена фигурными пазами, представляющими собой в половине нижней части наклоненную плоскость, а во второй половине нижней части - дугообразную поверхность, сопрягающуюся с наклонной плоскостью первой половины нижней части паза и началом горизонтальной плоскости стельки.In the proposed design of the insole, an even horizontal surface of the insole, in the contact zone of the foot along the strip of the heads of the metatarsal bones and the first finger, is replaced by curly grooves, which are an inclined plane in the half of the lower part, and an arcuate surface that mates with the inclined plane in the second half of the lower part the first half of the lower part of the groove and the beginning of the horizontal plane of the insole.

Стопа максимально раздвигается в момент полной опоры тела человека, который предшествует заднему толчку. При вхождении стопы в фазу заднего толчка, когда ее передний отдел выдвинут вперед на максимальную величину, головки плюсневых костей располагаются на наклонной плоскости подплюсневого паза, а дистальная фаланга первого пальца на наклонной плоскости подпальцевого паза.The foot extends as much as possible at the moment of full support of the human body, which precedes the back push. When the foot enters the phase of the back push, when its front section is advanced forward to the maximum value, the heads of the metatarsal bones are located on the inclined plane of the tarsal groove, and the distal phalanx of the first finger is on the inclined plane of the subdigital groove.

Учитывая, что полоса верхней плоскости паза имеет ширину 0,17Д, а глубина паза h1=3 мм, то угол наклона нижней плоскости паза для стельки мужской обуви среднего размера составит θ = a r c t g 2 h 1 0,17 Д = 8 о

Figure 00000007
.Given that the strip of the upper plane of the groove has a width of 0.17 D and the depth of the groove h 1 = 3 mm, the angle of inclination of the lower plane of the groove for the insole of medium-sized men's shoes will be θ = a r c t g 2 h one 0.17 D = 8 about
Figure 00000007
.

Стопа зоной головок плюсневых костей будет отталкиваться не от горизонтальной плоскости, как в прототипе, а от наклонной под углом θ=8° плоскости. Поворот горизонтальной плоскости на угол θ=8° изменит распределение результирующей силы FΣ на силу, нормальную N′′ к новой поверхности и силу, отталкивающую F о т ' '

Figure 00000008
от этой поверхности.The foot zone of the heads of the metatarsal bones will not repel from the horizontal plane, as in the prototype, but from the plane inclined at an angle θ = 8 °. A rotation of the horizontal plane by an angle θ = 8 ° will change the distribution of the resulting force F Σ by the force normal N ′ ′ to the new surface and the force repelling F about t '' ''
Figure 00000008
from this surface.

Угол между результирующей силой FΣ и нормальной силой N′′ составит γ=α-θ=20°-8°=12°.The angle between the resulting force F Σ and the normal force N ″ will be γ = α-θ = 20 ° -8 ° = 12 °.

Новая нормальная сила составит N′′=FΣcosγ. Учитывая, что результирующие силы при использовании прототипа стельки и предложенной конструкции одинаковы по величине, их значения принимаем за единицу, т.е. FΣ=1, и тогда N′′=1×cos12°=0,98. Новая движущая сила составит F о т ' ' = F д в ' ' = F Σ sin γ = 1 × sin 12 o = 0.21

Figure 00000009
.The new normal force is N ′ ′ = F Σ cosγ. Given that the resulting forces when using the prototype insoles and the proposed design are the same in magnitude, their values are taken as unit, i.e. F Σ = 1, and then N ′ ′ = 1 × cos12 ° = 0.98. The new driving force will be F about t '' '' = F d at '' '' = F Σ sin γ = one × sin 12 o = 0.21
Figure 00000009
.

Условия отталкивания стопы без проскальзывания по поверхности стельки в фазе заднего толчка запишем:The conditions for repelling the foot without slipping on the surface of the insole in the phase of the back push will be written:

F д в ' ' < F т р .

Figure 00000010
F d at '' '' < F t R .
Figure 00000010

tgγ<µI,tgγ <µ I ,

где µI - коэффициент трения при наклонной плоскости.where µ I is the coefficient of friction for an inclined plane.

Так как при наклонной плоскости отталкивания угол γ составит 12°, тогда проскальзывание не возникнет, еслиSince the angle γ is 12 ° for an inclined repulsion plane, then slippage will not occur if

µI>0.21µ I > 0.21

При горизонтальной плоскости отталкивания без проскальзывания коэффициент трения должен выполнять условие µ>0,36. Изменение угла наклона плоскости отталкивания расширяет нижний предел значения коэффициента трения на 42%: μ μ I μ × 100 % = 0,36 0,21 0,36 × 100 % = 42 %

Figure 00000011
. Аналогичный результат получается при расчете условия ходьбы без проскальзывания для первого пальца.With a horizontal repulsion plane without slipping, the friction coefficient must fulfill the condition µ> 0.36. Changing the angle of inclination of the repulsion plane expands the lower limit of the coefficient of friction by 42%: μ - μ I μ × one hundred % = 0.36 - 0.21 0.36 × one hundred % = 42 %
Figure 00000011
. A similar result is obtained when calculating the walking conditions without slipping for the first finger.

Технический результат обеспечивается конструкцией подплюсневого и подпальцевого пазов, в которых габариты увеличены в 1,15-1,2 раза и это расширенное пространство пазов заполнено материалом с модулем упругости 2-5 МПа, что позволяет ему сжиматься под давлением нагрузки со стороны плюсны и первого пальца стопы. В фазе заднего толчка опорная поверхность пазов принимает форму наклонных плоскостей, что создает условия отталкивания стопы от стельки без проскальзывания, как и в варианте использования пазов без заполнения их другим материалом. Использование упругого заполнителя подплюсневого и подпальцевого пазов создает дополнительный положительный эффект амортизации стопы в фазе заднего толчка.The technical result is ensured by the construction of the tarsal and submarine grooves, in which the dimensions are increased 1.15-1.2 times and this expanded space of the grooves is filled with material with an elastic modulus of 2-5 MPa, which allows it to be compressed under pressure from the metatarsus and the first finger feet. In the phase of the back push, the supporting surface of the grooves takes the form of inclined planes, which creates the conditions for pushing the foot away from the insole without slipping, as in the case of using the grooves without filling them with other material. The use of an elastic filler of the tarsal and submalid grooves creates an additional positive effect of depreciation of the foot in the phase of the back push.

Таким образом, представляем сформулированную сущность изобретения: стелька, предназначенная для обуви, изготовленная из кожи, картона и других материалов, содержащая плоскую кожаную или картонную пластину толщиной более 4 мм, имеющая конфигурацию следа колодки, отличается тем, что на стельке, в зоне головок плюсневых костей, имеется подплюсневый паз, в верхней плоскости представляет собой дугообразную полосу шириной 0,17Д и средним радиусом 0,56Д, располагающийся между внутренней и наружной боковыми сторонами стельки, нижняя поверхность паза состоит из наклонной плоскости с углом наклона a r c t g 2 h 1 l 1

Figure 00000012
(где h1 - глубина подплюсневого паза в зоне его поперечной оси, l1 - ширина подплюсневого паза), начинающейся от линии внутренней стороны полосы и заканчивающейся на середине нижней поверхности паза, другая составляющая нижней поверхности паза представляет собой дугообразную в профиле поверхность, проходящую между серединой нижней поверхности паза и лицевой стороной стельки, радиус дуги профиля поверхности составляет 0,17Д, который соединяет конец наклонной плоскости в середине нижней поверхности паза с внешним контуром дугообразной полосы, расположенным на верхней плоскости паза.Thus, we present the formulated essence of the invention: an insole designed for shoes made of leather, cardboard and other materials, containing a flat leather or cardboard plate with a thickness of more than 4 mm, having the configuration of the track of the block, characterized in that on the insole, in the area of the metatarsal heads bones, there is a tarsal groove, in the upper plane it is an arched strip 0.17 D wide and an average radius of 0.56 D located between the inner and outer sides of the insole, the lower surface of for consists of an inclined plane with an angle of inclination a r c t g 2 h one l one
Figure 00000012
(where h 1 is the depth of the tarsal groove in the area of its transverse axis, l 1 is the width of the tarsal groove), starting from the line of the inner side of the strip and ending in the middle of the lower surface of the groove, the other component of the lower surface of the groove is an arcuate surface in the profile, passing between the middle of the lower surface of the groove and the front side of the insole, the radius of the arc of the surface profile is 0.17D, which connects the end of the inclined plane in the middle of the lower surface of the groove with the outer contour of the arcuate polo sys located on the upper plane of the groove.

В стельке имеется подпальцевый паз, в верхней плоскости представляет собой полосу шириной 0,2Ш0,68 и длиной 0,11Д, нижняя поверхность подпальцевого паза состоит из состыкованных наклонной плоскости и дугообразной в профиле поверхности, наклонная плоскость нижней поверхности подпальцевого паза имеет угол наклона равный a r c t g 2 h 2 l 2

Figure 00000013
(h2 - глубина подпальцевого паза в зоне его поперечной оси, l2 - длина подпальцевого паза), проходит от близлежащего к основанию первого пальца края полосы до середины нижней поверхности подпальцевого паза, дугообразная в профиле поверхность нижней части подпальцевого паза соединяет конечную грань плоскости с передней граничной линией полосы верхней плоскости паза, при этом радиус дуги профиля поверхности нижней части паза составляет 0,11Д. Продольная ось подпальцевого паза наклонена в сторону первого пальца под углом 75-90° относительно линии сечения 0,9Д.The insole has a sub-finger groove, in the upper plane it is a strip with a width of 0.2 W 0.68 and a length of 0.11 D, the lower surface of the sub-finger groove consists of a joined inclined plane and arched in the surface profile, the inclined plane of the lower surface of the sub-finger groove has an inclination angle equal to a r c t g 2 h 2 l 2
Figure 00000013
(h 2 is the depth of the fingertip groove in the area of its transverse axis, l 2 is the length of the fingertip groove), runs from the edge of the stripe adjacent to the base of the first finger to the middle of the lower surface of the fingertip groove, the arcuate surface of the lower part of the fingertip groove in the profile connects the end face of the plane with the front boundary line of the strip of the upper plane of the groove, while the radius of the arc of the profile of the surface of the lower part of the groove is 0.11 D. The longitudinal axis of the subdigital groove is inclined towards the first finger at an angle of 75-90 ° relative to the section line 0.9D.

Стелька имеет увеличенные в 1,15-1,2 раза объемные размеры подплюсневого и подпальцевого пазов, заполненные материалом с модулем упругости многим меньшим, например 2-5 МПа, чем модуль упругости материала стельки (80-100 МПа); заполняющий материал, сжимаясь, примет прежние контуры пазов, что обеспечит отталкивание в фазе заднего толчка без проскальзывания и одновременно обеспечит амортизацию заднего толчка.The insole has an enlarged 1.15-1.2 times the volumetric dimensions of the tarsal and submalid grooves filled with material with an elastic modulus much less, for example 2-5 MPa, than the elastic modulus of the insole material (80-100 MPa); the filling material, compressing, will take the old contours of the grooves, which will ensure repulsion in the phase of the rear shock without slipping and at the same time ensure the shock absorption of the rear shock.

В наклонных плоскостях в подплюсневом и подпальцевом пазах проведено взъерошивание поверхностей, что позволяет увеличить коэффициент трения в парах стопа (носок)-стелька от значения (0,11-0,17) до величины (0,34-0,48), что тем самым расширяет нижнюю границу значения коэффициента трения пары стопа (носок)-стелька, при котором соблюдается условие отталкивания стопы от стельки без проскальзывания.The surfaces were tousled in inclined planes in the tarsal and subdigital grooves, which allows to increase the friction coefficient in the pairs of the foot (toe) insole from the value (0.11-0.17) to the value (0.34-0.48), which thereby expanding the lower boundary of the coefficient of friction of a pair of feet (toes) of the insole, in which the condition of repelling the foot from the insole without slipping is observed.

Сведения, раскрывающие сущность изобретенияSummary of the invention

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в том, чтобы исключить явление фреттинг-износа, который возникает при фазе заднего толчка, когда общий центр масс тела человека вынесен вперед, а отталкивающаяся стопа находится сзади, опираясь на стельку своим передним отделом. При этом максимальная нагрузка приходится на зону головок плюсневых костей и первый палец носчика. Условие работы переднего отдела стопы без проскальзывания относительно верхней поверхности стельки возможно, только если движущая сила, зависящая от геометрии тела человека, включая положение его ОЦМ, будет меньше силы трения, возникающей между контактирующими поверхностями стопы и верхней поверхности стельки.The problem to which the claimed invention is directed is to exclude the phenomenon of fretting wear that occurs during the phase of the back push, when the common center of mass of the human body is brought forward, and the repelling foot is located behind, resting on the insole with its front section. In this case, the maximum load falls on the area of the heads of the metatarsal bones and the first finger of the nose. The working condition of the forefoot without slipping relative to the upper surface of the insole is possible only if the driving force, which depends on the geometry of the human body, including the position of its CMF, is less than the friction force arising between the contacting surfaces of the foot and the upper surface of the insole.

Из-за разнообразия применяемых материалов для носков, а также материалов и покрытий верхней поверхности стельки возникают пары трения, где условия непроскальзывания нарушаются и стопа при каждом шаге в фазе заднего толчка проскальзывает относительно стельки до упора о задник обуви или другой ограничитель (ремень).Due to the variety of materials used for socks, as well as materials and coatings on the upper surface of the insole, friction pairs arise, where the conditions of non-slip are violated and the foot slips relative to the insole with every step in the back shock phase or against the shoe sole or other stopper (belt).

Проскальзывание с малой амплитудой при давлении на контактирующие поверхности динамической массой тела вызывает фреттинг-износ контактирующих пар - потертости на стопе и поверхности стельки, разрушение материалов носка.Low amplitude slippage under pressure on the contacting surfaces by the dynamic mass of the body causes fretting wear of the contacting pairs - abrasions on the foot and the insole surface, destruction of the toe materials.

Ликвидация появления возможности фреттинг-износа осуществляют путем внесения конструктивных изменений в стельку.The elimination of the possibility of fretting wear is carried out by making structural changes to the insole.

Используя плантограмму давлений на стельку в фазе заднего толчка выделяются зоны максимального давления.Using the pressure pattern on the insole, maximum pressure zones are identified in the back shock phase.

Такими зонами являются опоры головок плюсневых костей, расположенные по дугообразной полосе шириной 0,17Д, опора первого пальца.Such zones are the support of the heads of the metatarsal bones, located along an arcuate strip 0.17D wide, the support of the first finger.

На полосе головок плюсневых костей наносится осевая линия и производится выборка (вырезание) материала стельки от внутренней линии полосы до осевой линии по наклонной плоскости под углом θ = a r c t g 2 h 1 l 1

Figure 00000014
, где h1 - глубина паза по осевой линии, l1 - ширина полосы (0,17Д).An axial line is drawn on the head band of the metatarsal bones and the insole material is sampled (cut out) from the inner line of the stripe to the center line along an inclined plane at an angle θ = a r c t g 2 h one l one
Figure 00000014
where h 1 is the depth of the groove along the center line, l 1 is the strip width (0.17 D).

Головки плюсневых костей попадают в вырезанный паз, при этом меняется плоскость отталкивания, вместо горизонтальной, как у прототипа, становится наклонной. Изменение наклона плоскости отталкивания приводит к расширению нижнего предела значения коэффициента трения, что позволяет использовать практически все в настоящее время применяемые пары трения стопа (носок)-стелька без проскальзывания в фазе заднего толчка, т.е. условия возникновения фреттинг-износа ликвидируются.The heads of the metatarsal bones fall into the cut out groove, and the repulsion plane changes, instead of horizontal, as in the prototype, it becomes inclined. Changing the inclination of the repulsion plane leads to an expansion of the lower limit of the coefficient of friction, which makes it possible to use almost all currently used pairs of friction of the foot (toe) of the insole without slipping in the back shock phase, i.e. fretting wear conditions are eliminated.

Паз для головок плюсневых костей проходит от внутренней стороны стельки до внешней стороны.The groove for the heads of the metatarsal bones extends from the inside of the insole to the outside.

Аналогичный по конфигурации подпальцевый паз выполнен в зоне контакта стельки с первым пальцем. Задняя часть нижней поверхности подпальцевого паза представляет собой наклонную плоскость с углом наклона Ψ = a r c t g 2 h 2 l 2

Figure 00000015
, где h2 - глубина подпальцевого паза в зоне его поперечной оси, l2 - длина подпальцевого паза (0,11Д).A similarly configured subdigital groove is made in the contact zone of the insole with the first finger. The back of the lower surface of the subdigital groove is an inclined plane with an angle of inclination Ψ = a r c t g 2 h 2 l 2
Figure 00000015
where h 2 is the depth of the subdigital groove in the area of its transverse axis, l 2 is the length of the subdigital groove (0.11 D).

Передняя часть нижней поверхности подпальцевого паза представляет собой дугообразную в профиле поверхность, начинающуюся от конца наклонной плоскости паза и заканчивающуюся на наружной поверхности верхней плоскости стельки. Ширина подпальцевого паза составляет 0,2Ш0,68. Радиус дуги профильной проекции подпальцевого паза равен r2=0,11Д.The front part of the lower surface of the subdigital groove is an arcuate surface in the profile, starting from the end of the inclined plane of the groove and ending on the outer surface of the upper plane of the insole. The width of the subdigital groove is 0.2 W 0.68 . The radius of the arc of the profile projection of the subdigital groove is r 2 = 0.11D.

Наклонные плоскости подплюсневого и подпальцевого пазов взъерошиваются для повышения коэффициента трения пары стопа (носок)-стелька, что расширяет возможность использовать более широкую группу пар материалов для реализации заднего толчка без проскальзывания.Inclined planes of the tarsal and submalid grooves are tousled to increase the coefficient of friction of a pair of feet (toe) insoles, which expands the ability to use a wider group of pairs of materials to realize a back push without slipping.

Перечень чертежейList of drawings

Фигура 1 - распределение плотности значений f[Fдв] и f[Fтр].Figure 1 - density distribution of the values of f [F dv ] and f [F Tr ].

Фигура 2 - схема сил, действующая при взаимодействии стопы и плоской стельки (а), действующая при взаимодействии стопы и стельки предлагаемой конструкции (б) в фазе заднего толчка.Figure 2 is a diagram of the forces acting in the interaction of the foot and the insole (a), acting in the interaction of the foot and the insole of the proposed design (b) in the phase of the back push.

Фигура 3 - предлагаемая конструкция стельки с подплюсневым и подпальцевым пазами.Figure 3 - the proposed design of the insole with tarsal and talus grooves.

Фигура 4 - построение подплюсневого паза.Figure 4 - construction of the tarsal groove.

Фигура 5 - построение подпальцевого паза.Figure 5 - the construction of the sub-finger groove.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемого изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention

Подплюсневый паз может быть выполнен путем фрезеровки наклонной плоскостью обычной фрезой, ось которой наклонена к горизонтальной поверхности стельки под углом 6-8°; при этом стелька (или фреза) совершает относительное продольное движение, обеспечивающее дугообразную поверхность. Дугообразный профиль передней части паза обеспечивается фасонной фрезой со смещенными зубьями под заданный дугообразный профиль. Фрезе или стельке также необходимо сообщить относительно друг друга движение для обеспечения требуемой конфигурации поверхности.The tarsal groove can be made by milling with an inclined plane with a conventional mill, the axis of which is inclined to the horizontal surface of the insole at an angle of 6-8 °; while the insole (or milling cutter) makes a relative longitudinal movement, providing an arcuate surface. The arcuate profile of the front of the groove is provided by a shaped cutter with offset teeth under a given arcuate profile. The milling cutter or insole also needs to communicate movement relative to each other to ensure the desired surface configuration.

Аналогичным образом изготавливается подпальцевый паз.In a similar manner, the subdigital groove is made.

Требуемый фрезерный станок производится серийно.The required milling machine is mass-produced.

Описание конструкции изобретения в статическом состоянииDescription of the construction of the invention in a static state

Предлагаемая конструкция стельки представляет собой по внешнему габаритному очертанию обычную стельку, где по месту расположения головок плюсны стопы в фазе переднего толчка вырезан фигурный подплюсневый паз 1 (фиг.3), верхняя плоскость которой представляет собой дугообразную полосу шириной 0,17Д. Нижняя поверхность подплюсневого паза образована сопряжением подплюсневой наклонной плоскости 3, проходящей по всей длине подплюсневого паза 1, и дугообразной в профиле подплюсневой поверхности 4, также проходящей по всей длине подплюсневого паза 1. Максимальная глубина паза находится под осевой линией и составляет h1=3 мм. Данное значение глубины паза выбрано из условий сохранения стереотипа привычной ходьбы человека. Наклонная плоскость служит для отталкивания головками плюсневых костей от стельки в фазе заднего толчка. Геометрия построения подплюсневого паза приведена ниже.The proposed design of the insole is an external insole according to the external outline, where, at the location of the heads of the metatarsal foot in the anterior push phase, a curly sub-tarsal groove 1 is cut (Fig. 3), the upper plane of which is an arched strip 0.17 D wide. The lower surface of the tarsal groove is formed by the conjugation of the tarsal inclined plane 3, which runs along the entire length of the tarsal groove 1, and arched in the profile of the tarsal surface 4, which also runs along the entire length of the tarsal groove 1. The maximum depth of the groove is under the center line and is h 1 = 3 mm . This value of the groove depth is selected from the conditions of maintaining the stereotype of a person’s habitual walking. The inclined plane serves to repel the metatarsal bones from the insole in the backward push phase. The geometry of the construction of the tarsal groove is given below.

Наклонная плоскость 3 подплюсневого паза 1 и дугообразная в профиле подплюсневая поверхность 4 сопрягаются по оси в нижней части подплюсневого паза 1. Подплюсневый паз 1 соединяет внутреннюю и наружную стороны стельки (фиг.3).The inclined plane 3 of the tarsal groove 1 and the curved tarsal surface 4 in the profile are mated along the axis in the lower part of the tarsal groove 1. The tarsal groove 1 connects the inner and outer sides of the insole (Fig. 3).

На предлагаемой конструкции стельки имеется подпальцевый паз 2, расположенный в зоне контакта первого пальца со стелькой.On the proposed design of the insole there is a sub-finger groove 2 located in the contact zone of the first finger with the insole.

Нижняя поверхность паза состоит из подпальцевой наклонной плоскости 5 и дугообразной в профиле поверхности 6, сопряженных по осевой линии нижней поверхности подпальцевого паза 2. Наклонная плоскость 5 расположена под углом Ψ = a r c t g 2 h 2 l 2

Figure 00000015
, где h2 - глубина подпальцевого паза в зоне его поперечной оси, l2 - длина подпальцевого паза.The lower surface of the groove consists of a sub-fingered inclined plane 5 and an arcuate surface in the profile 6, conjugated along the axial line of the lower surface of the sub-fingered groove 2. The inclined plane 5 is located at an angle Ψ = a r c t g 2 h 2 l 2
Figure 00000015
where h 2 is the depth of the subdigital groove in the area of its transverse axis, l 2 is the length of the subdigital groove.

Длина подпальцевого паза составляет l2=0,11Д, а его ширина - 0,2Ш0,68 (фиг.4). Поперечная ось подпальцевого паза находится в зоне сечения 0,9Д, а продольная ось подпальцевого паза находится на расстоянии от оси стельки 0,16Ш0,68 под углом наклона φ=75-90° к горизонтальной оси.The length of the subdigital groove is l 2 = 0.11 D, and its width is 0.2 W 0.68 (Fig. 4). The transverse axis of the subdigital groove is in the 0.9D sectional zone, and the longitudinal axis of the subdigital groove is at a distance from the insole axis of 0.16 Ш 0.68 at an angle of inclination φ = 75-90 ° to the horizontal axis.

Наклонная плоскость подпальцевого паза служит для отталкивания первым пальцем в фазе заднего толчка.The inclined plane of the subdigital groove serves to repel the first finger in the phase of the posterior push.

Описание действия (работы) конструкции стелькиDescription of the action (work) of the insole design

В фазе заднего толчка стопа опирается передним отделом (плюсневой частью и пальцами) на опорную поверхность, при этом общий центр масс тела человека (ОЦМ) выдвинут вперед. Согласно плантограмме давлений при заднем толчке максимальная нагрузка приходится на зону головок плюсневых костей и зону первого пальца.In the phase of the posterior thrust, the foot rests with the front section (metatarsal part and fingers) on the supporting surface, while the common center of mass of the human body (OCM) is advanced. According to the pressure pattern at the back push, the maximum load falls on the area of the heads of the metatarsal bones and the area of the first finger.

В предлагаемой конструкции стельки выполнены фигурные пазы - подплюсневый 1 и подпальцевый 2 (фиг.3). Нижние поверхности обоих пазов состоят из сопряженных наклонных плоскостей и дугообразных в профиле поверхностей (фиг.3 и 4).In the proposed design, the insoles made curly grooves - submuscular 1 and submalid 2 (figure 3). The lower surfaces of both grooves consist of conjugate inclined planes and arched in the surface profile (figure 3 and 4).

Стопа в соответствующей части в фазе заднего толчка попадает в подплюсневый и подпальцевый пазы. Так как общий центр масс существенно выдвинут вперед, реакция стельки в зоне плюсны и первого пальца будет в основном исходить из наклонных плоскостей по линиям, направленным к ОЦМ. В этом случае нормальная сила, перпендикулярная наклонной плоскости паза, по направлению приблизится к результирующей силе, а движущая сила, направленная вдоль плоскости, уменьшится. Так как нормальная сила возрастает, то сила трения увеличивается. При этом уменьшается движущая сила, направленная вдоль наклонной плоскости, т.е. эти два фактора способствуют расширению возможности не проскальзывать стопе по стельке. Таким образом, увеличивается возможность использования практически всех применяемых пар трения стопа (носок)-стелька, обеспечивающих отталкивание в фазе заднего толчка без проскальзывания.The foot in the corresponding part in the phase of the posterior tremor falls into the tarsal and submandular grooves. Since the common center of mass is substantially advanced, the insole reaction in the metatarsal region and the first finger will mainly come from inclined planes along the lines directed to the center of gravity. In this case, the normal force perpendicular to the inclined plane of the groove in the direction will approach the resulting force, and the driving force directed along the plane will decrease. As the normal force increases, the frictional force increases. In this case, the driving force directed along the inclined plane decreases, i.e. these two factors contribute to expanding the ability to not slip the foot on the insole. Thus, the possibility of using almost all the applied friction pairs of the foot (toe) -insole increases, providing repulsion in the phase of the back push without slipping.

В фазе заднего толчка нижняя часть паза, представляющая собой дугообразную в профиле поверхность, в силу геометрической схемы направления действующих сил, в процессе отталкивания практически не участвует.In the phase of the backward push, the lower part of the groove, which is an arched surface in the profile, due to the geometric pattern of the direction of the acting forces, practically does not participate in the repulsion process.

Расчетно-конструкторская частьSettlement and design part

В том случае, если Fтр>Fдв., проскальзывание не будет иметь место, однако в случае, когда Fтр<Fдв. будет наблюдаться явление проскальзывания и фреттинг-износа. В ситуации, когда Fтр≥Fдв, в соответствии с теоремой Лапласа рассчитаем общую вероятность возникновения проскальзывания (фиг.1).In the case where F Tr > F dv., Slippage will not take place, however, in the case when F Tr <F dv. slippage and fretting wear will occur. In a situation where F Tr ≥F dv , in accordance with the Laplace theorem, we calculate the total probability of occurrence of slippage (Fig. 1).

Расчет производится для определения вероятности возникновения фреттинг-износа в фазе заднего толчка при максимальном значении движущей силы Fдв. The calculation is made to determine the likelihood of fretting wear in the back shock phase at the maximum value of the driving force F dv.

Действительное значение силы (среднее арифметическое):Actual value of force (arithmetic mean):

Figure 00000016
Figure 00000016

Figure 00000017
Figure 00000017

Стандартное отклонение:Standard deviation:

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Координаты пересечения плотностей, ограниченных графиками f ( F ¯ д в )

Figure 00000020
и f ( F ¯ т р )
Figure 00000021
, определялись численным методом Fk=173.3.Coordinates of intersection of densities bounded by graphs f ( F ¯ d at )
Figure 00000020
and f ( F ¯ t R )
Figure 00000021
were determined by the numerical method F k = 173.3.

Площадь криволинейного треугольника справа от точки пересечения Fk показывает вероятность того, что движущая Fдв. больше силы трения Fтр (Fдв.>Fтр), это создает условия для проскальзывания стопы относительно стельки и создаются условия для фреттинг износа.The area of the curved triangle to the right of the intersection point F k shows the probability that the driving F dv. more friction force F Tr (F dv. > F Tr ), this creates conditions for slipping of the foot relative to the insole and creates conditions for fretting wear.

Figure 00000022
Figure 00000022

Площадь криволинейного треугольника, очерченного кривой f(Fтр) и абсциссой, лежащий слева от точки пересечения Fk, показывает вероятность того, что сила трения Fтр будет меньше движущей силы Fдв (Fтр<Fдв.), что создает условия для проскальзывания стопы в плюснефаланговой части относительно стельки и создаются условия для фреттинг износа.The area of the curved triangle outlined by the curve f (F Tr ) and the abscissa lying to the left of the intersection point F k shows the probability that the friction force F Tr will be less than the driving force F dv (F Tr <F dv ), which creates conditions for slipping of the foot in the metatarsophalangeal part relative to the insole and conditions are created for fretting wear.

Figure 00000023
Figure 00000023

Учитывая то, что вероятности P1 (x1≥xn) и P2(x2≤xn) образуют группу независимых событий, то общая вероятность будет равна:Given that the probabilities P 1 (x 1 ≥x n ) and P 2 (x 2 ≤x n ) form a group of independent events, then the total probability will be equal to:

Figure 00000024
Figure 00000024

Таким образом, хотя среднее значение силы F ¯ т р

Figure 00000025
значительно превышает движущую силу F ¯ д в
Figure 00000026
, существует вероятность Pобщ.=0,05%, когда F ¯ д в > F ¯ т р
Figure 00000027
и возможно условие фреттинг износа.Thus, although the average value of the force F ¯ t R
Figure 00000025
significantly exceeds the driving force F ¯ d at
Figure 00000026
, there is a probability P total. = 0.05% when F ¯ d at > F ¯ t R
Figure 00000027
and possibly the condition of fretting wear.

Исходя из того, что чем больше значение движущей силы Fдв в сравнении с силой трения Fтр, тем больше вероятность проскальзывания, рассмотрим, как изменится показатель движущей силы при изменении угла наклона стопы (фиг.2).Based on the fact that the greater the value of the driving force F dv in comparison with the friction force F Tr , the greater the likelihood of slippage, we will consider how the indicator of the driving force will change with a change in the angle of inclination of the foot (figure 2).

Во время проведения исследования рассматривались два случая положения стопы в фазе заднего толчка. Для первого случая для расчета был выбран классический прототип плоской стельки, а во втором наклонная поверхность предложенной конструкции паза стельки. Наклонная поверхность находится под углом 6°-8°, максимальная глубина паза не превышает 3 мм.During the study, two cases of the position of the foot in the phase of the posterior shock were considered. For the first case, a classic prototype of a flat insole was chosen for calculation, and in the second, the inclined surface of the proposed design of the insole groove. The inclined surface is at an angle of 6 ° -8 °, the maximum depth of the groove does not exceed 3 mm.

Угол α определяется геометрией и распределением массы тела человека, т.е. положением общего центра масс (ОЦМ). Результирующая сила FΣ направлена к ОЦМ в первом случае под углом α=20°. Для второго случая угол γ составляет 12° для глубины паза 3 мм.The angle α is determined by the geometry and distribution of the human body mass, i.e. the position of the common center of mass (GCM). The resulting force F Σ is directed to the OTsM in the first case at an angle α = 20 °. For the second case, the angle γ is 12 ° for a groove depth of 3 mm.

Условно приняв, что в первом и во втором случае результирующая сила FΣ=1, находим значения F ¯ д в I

Figure 00000028
и F ¯ д в I I
Figure 00000029
, а также NI и NII.Conditionally assuming that in the first and second case the resulting force F Σ = 1, we find the values F ¯ d at I
Figure 00000028
and F ¯ d at I I
Figure 00000029
as well as N I and N II .

Figure 00000030
Figure 00000030

Стопа в соответствующих участках в фазе заднего толчка попадает в подплюсневый и подпальцевый пазы. Так как общий центр масс существенно выдвинут вперед, реакция стельки в зоне плюсны и первого пальца будет в основном исходить из наклонных плоскостей по линиям, направленным к ОЦМ. В этом случае нормальная сила, перпендикулярная наклонной плоскости паза, по направлению приблизится к результирующей силе, а движущая сила, направленная вдоль плоскости, уменьшится. Таким образом, увеличивается возможность использования практически всех применяемых пар трения стопа (носок)-стелька, обеспечивающих отталкивание в фазе заднего толчка без проскальзывания.The foot in the corresponding areas in the phase of the posterior tremor falls into the tarsal and submandal grooves. Since the common center of mass is substantially advanced, the insole reaction in the metatarsal region and the first finger will mainly come from inclined planes along the lines directed to the center of gravity. In this case, the normal force perpendicular to the inclined plane of the groove in the direction will approach the resulting force, and the driving force directed along the plane will decrease. Thus, the possibility of using almost all the applied friction pairs of the foot (toe) -insole increases, providing repulsion in the phase of the back push without slipping.

В стельке в зоне головок плюсневых костей и первого пальца, где имеются максимальные нагрузки при отталкивании, вырезаются с лицевой стороны стельки пазы, имеющие наклонную поверхность, которая создает условия непроскальзывания стопы относительно стельки. Такая конструкция стельки (фиг.3) позволяет использовать материалы в парах трения стопа (носок)-стелька с коэффициентом трения меньшим на 40%, чем у плоской стельки, тем самым устраняя негативные последствия, возникающие при использовании плоских стелек.In the insole in the area of the heads of the metatarsal bones and the first toe, where there are maximum loads when repelled, grooves are cut from the front side of the insole with an inclined surface, which creates conditions for the foot to slip relative to the insole. This design of the insole (figure 3) allows the use of materials in pairs of friction of the foot (toe) of the insole with a coefficient of friction lower by 40% than that of a flat insole, thereby eliminating the negative effects that occur when using flat insoles.

Для построения подплюсневого паза (фиг.4) на продолжении поперечного сечения стельки 0,18Д с внутренней стороны от точки пересечения с продольной осью O1 откладывается отрезок длиной 0,13Д. Из его конца радиусом R = ( 0,13 Д ) 2 + ( 0,72 Д 0,18 Д ) 2

Figure 00000031
проводится дуга, соединяющая боковые стороны стельки. Образовавшаяся дуга является осью горизонтальной плоскости паза. Ширина паза строится на пересечении граничных дуг из найденного центра радиусами R1,2=R±0,083Д.To build a sub-tarsal groove (Fig. 4), a 0.13D length line is laid out on the inside of the 0.18D insole cross section from the intersection with the longitudinal axis O 1 . From its end radius R = ( 0.13 D ) 2 + ( 0.72 D - 0.18 D ) 2
Figure 00000031
an arc is drawn connecting the sides of the insole. The resulting arc is the axis of the horizontal plane of the groove. The width of the groove is constructed at the intersection of the boundary arcs from the found center with radii R 1,2 = R ± 0,083D.

Для обеспечения устойчивости положения стопы на стельке и избежания возможности ее проскальзывания по лицевой стороне стельки изменяется плоская поверхность под первым пальцем на фигурную (фиг.5).To ensure stability of the position of the foot on the insole and to avoid the possibility of slipping on the front side of the insole, the flat surface under the first finger changes to a figured one (Fig. 5).

Для построения подпальцевого паза в поперечном сечении 0,9Д проводится линия, перпендикулярная продольной оси стельки. От точки их пересечения в сторону первого пальца откладывается на линии 0,9Д отрезок равный 0,16Ш0,68. Из точки, в которой заканчивается отложенный отрезок, проводится луч под углом φ=75-90°, откладываемый от отрезка. На проведенном в обе стороны луче откладывается, от точки пересечения, два отрезка длиной также 0,055Д, образующих ось фигурного подпальцевого паза. В обе стороны перпендикулярно оси фигурного подпальцевого паза откладываются два отрезка длинной 0,1Ш0,68, образующих ширину подпальцевого паза, концы отрезков соединяются перпендикулярами, образуя прямоугольник верхней плоскости фигурного паза. В верхней части паза фигурной дугой ограничивается линия наружной поверхности паза.To build a subdigital groove in the cross section of 0.9 D, a line is drawn perpendicular to the longitudinal axis of the insole. From the point of their intersection towards the first finger, a segment equal to 0.16 Ш 0.68 is laid out on the 0.9D line. From the point at which the delayed segment ends, a beam is drawn at an angle φ = 75-90 °, which is deposited from the segment. On a beam drawn in both directions, two segments of length 0.055 D, which form the axis of a figured submandal groove, are also delayed from the point of intersection. On both sides, perpendicular to the axis of the curly sub-finger groove, two lengths of 0.1 × 0.68 are laid, forming the width of the sub-finger groove, the ends of the segments are connected perpendicularly, forming a rectangle of the upper plane of the curly groove. In the upper part of the groove, the line of the outer surface of the groove is limited by a curved arc.

Claims (4)

1. Стелька, предназначенная для обуви, имеющая конфигурацию следа колодки, изготовленная из кожи, картона и других материалов, представляющая собой плоскую кожаную или картонную пластину толщиной более 4 мм, отличающаяся тем, что на стельке в зоне головок плюсневых костей имеется подплюсневый паз, в верхней плоскости представляющий собой дугообразную полосу шириной 0,17Д (Д- длина стопы) и средним радиусом 0,56Д, располагающийся между внутренней и наружной боковыми сторонами стельки, нижняя поверхность паза состоит из наклонной плоскости с углом наклона a r c t g 2 h 1 l 1
Figure 00000032
(где h1 - глубина подплюсневого паза в зоне его поперечной оси, l1 - ширина подплюсневого паза), начинающейся от линии внутренней стороны полосы и заканчивающейся на середине нижней поверхности паза, другая составляющая нижней поверхности паза представляет собой дугообразную в профиле поверхность, проходящую между внутренней и наружной сторонами стельки, радиус дуги профиля поверхности составляет 0,17Д, который соединяет конец наклонной плоскости в середине нижней поверхности паза с внешним контуром дугообразной полосы, расположенным на верхней плоскости паза.
1. An insole designed for shoes, having the configuration of the track of the pads made of leather, cardboard and other materials, which is a flat leather or cardboard plate with a thickness of more than 4 mm, characterized in that on the insole in the area of the heads of the metatarsal bones there is a tarsal groove, the upper plane is an arcuate strip 0.17 D wide (D is the length of the foot) and an average radius of 0.56 D, located between the inner and outer sides of the insole, the lower surface of the groove consists of an inclined plane with tilt scrap a r c t g 2 h one l one
Figure 00000032
(where h 1 is the depth of the tarsal groove in the area of its transverse axis, l 1 is the width of the tarsal groove), starting from the line of the inner side of the strip and ending in the middle of the lower surface of the groove, the other component of the lower surface of the groove is an arcuate surface in the profile, passing between the inner and outer sides of the insole, the radius of the arc of the surface profile is 0.17D, which connects the end of the inclined plane in the middle of the lower surface of the groove with the outer contour of the arcuate strip located on erhney groove plane.
2. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что в ней имеется подпальцевый паз, в верхней плоскости представляющий собой полосу шириной 0,2Ш0,68 и длиной 0,11Д, нижняя поверхность подпальцевого паза состоит из состыкованных наклонной плоскости и дугообразной в профиле поверхности, наклонная плоскость нижней поверхности подпальцевого паза имеет угол наклона равный a r c t g 2 h 2 l 2
Figure 00000013
(где h2 - глубина подпальцевого паза в зоне его поперечной оси, l1 - длина подпальцевого паза), проходит от близлежащего к основанию первого пальца края полосы до середины нижней поверхности подпальцевого паза, дугообразная в профиле поверхность нижней части подпальцевого паза соединяет конечную грань наклонной плоскости с передней граничной линией полосы верхней плоскости паза, при этом радиус дуги профиля поверхности нижней части паза составляет 0,11Д, продольная ось паза совпадает с положением продольной оси первого пальца.
2. The insole according to claim 1, characterized in that it has a subdigital groove in the upper plane representing a strip of width 0.2W 0.68 and a length of 0.11D, the lower surface of the subdigital groove consists of a joined inclined plane and arched in the profile surface, the inclined plane of the lower surface of the subdigital groove has an inclination angle equal to a r c t g 2 h 2 l 2
Figure 00000013
(where h 2 is the depth of the fingertip groove in the area of its transverse axis, l 1 is the length of the fingertip groove), runs from the edge of the stripe adjacent to the base of the first finger to the middle of the lower surface of the fingertip groove, the arcuate surface of the lower part of the fingertip groove in the profile connects the end face of the inclined the plane with the front boundary line of the strip of the upper plane of the groove, while the radius of the arc of the surface profile of the lower part of the groove is 0.11 D, the longitudinal axis of the groove coincides with the position of the longitudinal axis of the first finger.
3. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что подплюсневый и подпальцевый пазы, увеличенные в 1,15-1,2 раза в размере, заполнены материалом с модулем упругости многим меньшим, например 2-5 МПа, чем модуль упругости материала стельки (80-100 МПа), заполняющий материал, сжимаясь, примет контуры неувеличенных пазов, что обеспечит отталкивание в фазе заднего толчка без проскальзывания и одновременно придаст амортизацию заднему толчку.3. The insole according to claim 1, characterized in that the tarsal and submalid grooves enlarged 1.15-1.2 times in size are filled with material with an elastic modulus much smaller, for example 2-5 MPa, than the elastic modulus of the insole material ( 80-100 MPa), the filling material, compressing, will take on the contours of underexposed grooves, which will ensure repulsion in the phase of the rear shock without slipping and at the same time give shock absorption to the rear shock. 4. Стелька по п.1, отличающаяся тем, что ее наклонные поверхности подплюсневого и подпальцевого пазов взъерошены, благодаря чему существенно повышается коэффициент трения пары стопа (носок) - стелька и снижается риск появления фреттинг-износа. 4. The insole according to claim 1, characterized in that its inclined surfaces of the tarsal and submalid grooves are tousled, thereby significantly increasing the friction coefficient of a pair of feet (toe) - insole and the risk of fretting wear is reduced.
RU2013126666/12A 2013-06-11 2013-06-11 Insole with anti-fretting properties RU2546447C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126666/12A RU2546447C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Insole with anti-fretting properties

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013126666/12A RU2546447C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Insole with anti-fretting properties

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013126666A RU2013126666A (en) 2014-12-20
RU2546447C2 true RU2546447C2 (en) 2015-04-10

Family

ID=53278133

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013126666/12A RU2546447C2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Insole with anti-fretting properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2546447C2 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029529C1 (en) * 1992-09-17 1995-02-27 Александр Дмитриевич Гарпинич Versatile insole
RU2124303C1 (en) * 1994-02-24 1999-01-10 Продомо С.А. Insertion insole
RU2401024C2 (en) * 2008-12-17 2010-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский университет технологии и дизайна "СПГУТД" Insole
US20130133224A1 (en) * 2011-11-29 2013-05-30 Fusco Industrial Corporation Shoe Insole

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2029529C1 (en) * 1992-09-17 1995-02-27 Александр Дмитриевич Гарпинич Versatile insole
RU2124303C1 (en) * 1994-02-24 1999-01-10 Продомо С.А. Insertion insole
RU2401024C2 (en) * 2008-12-17 2010-10-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский университет технологии и дизайна "СПГУТД" Insole
US20130133224A1 (en) * 2011-11-29 2013-05-30 Fusco Industrial Corporation Shoe Insole

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013126666A (en) 2014-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5690454B1 (en) Shoe sole
Menz Biomechanics of the ageing foot and ankle: a mini-review
US5509218A (en) Cushioning devices for feet
US6295744B1 (en) Shoe sole structures
Lewinson et al. The effects of wedged footwear on lower limb frontal plane biomechanics during running
MacLean et al. Short-and long-term influences of a custom foot orthotic intervention on lower extremity dynamics
JP6761849B2 (en) Shoes with pads and pads
KR980008086A (en) Health shoes
US2537156A (en) Innersole having upwardly foldable portions
Bertuit et al. Plantar pressure during gait in pregnant women
RU2546447C2 (en) Insole with anti-fretting properties
Dickerson et al. Foot posture and plantar loading with ankle bracing
JP2006289003A (en) Ladies&#39; shoes with toe fixing belt arranged therein
KR101483410B1 (en) Shoes for gips
US20150351496A1 (en) In-Shoe Support Device For Heeled Shoes
EP3361899A1 (en) Insole for high-heeled footwear
US11020263B2 (en) Reverse insole
CN205267162U (en) Shoe -pad face lining
JP2016214809A (en) Insole and footwear for hallux valgus
US20180103722A1 (en) Heel insert
KR101799939B1 (en) Minimize the pain of the foot by being double fixed to the shoes and the sole of a shoe can be applied to various shoes
US20140317955A1 (en) Foot cushion
RU2729536C1 (en) Method for creation of health-saving footwear
Sinclair Effects of energy boost and springblade footwear on knee and ankle loads in recreational runners
RU2546448C2 (en) Insole with reduced fretting wear

Legal Events

Date Code Title Description
HC9A Changing information about inventors
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200612