КИЙ БИЛЬЯРДНЫЙ ПРЕДНАПРЯЖЕННЫЙ
BILLIARD PRESTRESSED CUE

Изобретение относится к спортивному инвентарю для настольных игр, а именно к бильярдному кию, конструкция которого позволяет уменьшить снос (уход битка в сторону) при боковом ударе по битку.
Рассмотрим природу возникновения сноса. Назовем линией удара прямую, проведенную через место на битке по направлению осевой линии кия, по которому ударяет его наконечник. Если линия удара не проходит через центр битка, возникает искривление ударника, так как точка приложения силы от соприкосновения битка и наклейки кия находится на внешней окружности наконечника кия. Возникает тангенциальная составляющая, пропорциональная квадрату скорости перемещения кия в момент удара по битку. Чтобы уменьшить изгиб ударника в момент удара, необходимо повысить его жесткость, что влечет увеличение его диаметра и веса. Увеличение веса ударника нежелательно, так как это приводит к увеличению осевого момента инерции самого кия. Возникает противоречие. Большой осевой момент инерции мешает бильярдному кию после соударения отойти от битка в сторону и сопровождает короткое время биток. Это сопровождение (касание) тормозит раскручивание битка и сдвигает его траекторию.
Для уменьшения сноса необходимо выполнение как минимум двух условий:
- понижение осевого момента инерции всей конструкции кия;
- повышение жесткости ударника.
Известен способ армирования предварительно напряженных конструкций пролетных строений, таких как: балки, фермы, плиты и т.д. Сущность известного способа заключается в том, что вся напрягаемая арматура растянутой зоны конструкции располагается полигонально по ломаной или криволинейной линии (SU 1399434, кл. E04G 21/12, опубликован 30.05.1988).
В качестве ближайшего аналога предложенного решения выбран составной бильярдный кий, корпус которого включает ударник, среднюю часть и турняк, при этом средняя часть и турняк соединены друг с другом с помощью резьбового крепежного элемента, выполненного за одно целое с балансным грузом, размещенным в полости турняка, образованной со стороны средней части, а ударник и концевая часть турняка выполнены с полостями (RU 125869, кл. A63D 15/08, опубликован 20.03.2013).
Данный кий с облегченным ударником и турняком позволяет уменьшить вес кия, а также снизить осевой момент инерции, что способствует меньшему сносу битка при ударе с винтом (не в центр шара), а также повышению начальной угловой скорости вращения битка при боковых ударах и предсказуемой девиации битка. Однако жесткость ударника известного кия недостаточна для уменьшения сноса (ухода битка в сторону) при боковом ударе по битку.
Технический результат изобретения состоит в повышении игровых качеств кия при боковом ударе по битку путем обеспечения возможности регулирования жесткости ударника, что также позволяет сохранить его в предварительно напряженном состоянии длительное время.
Названный технический результат достигнут с помощью следующей совокупности признаков.
Так же как в ближайшем аналоге корпус предложенного бильярдного кия включает ударник, выполненный за одно целое со средней частью, наконечник, размещенный на концевой части ударника, и турняк. Средняя часть и турняк кия связаны между собой посредством резьбового соединения. Ударник, средняя часть и концевая часть турняка выполнены с полостями.
В отличие от ближайшего аналога в выполненной за одно целое полости ударника и средней части по оси расположена струна, один конец которой закреплен на вышеназванном наконечнике, а другой соединен с узлом регулирования натяжения этой струны, расположенным в средней части со стороны турняка.
Названный узел регулирования натяжения струны состоит из расположенной в средней части резьбовой втулки, один конец которой выполнен с возможностью взаимодействия с резьбовым крепежным элементом турняка, а другой - с резьбовым элементом, связанным с концом струны.
В полости ударника на границе со средней частью расположена шайба, через отверстие которой проходит вышеназванная струна.
В месте сопряжения ударника со средней частью на внешней стороне корпуса выполнена кольцевая выемка.
Единая полость ударника и средней части может состоять из двух участков, каждый из которых имеет коническую форму, сужающуюся к месту сопряжения ударника и средней части.
В турняке со стороны средней части образована дополнительная полость с балансным грузом, выполненным из вольфрама, а концевая часть турняка снабжена бампером.
Наличие в корпусе бильярдного кия натянутой струны позволяет уменьшить толщину стенок ударника и средней части кия без понижения жесткости всего кия.
Задачу уменьшения сноса (ухода битка в сторону) при боковом ударе по битку пытались решить разными способами, в частности путем изменения устройства ударника или стакана наклейки, не принимая во внимание противоположную часть кия - турняк. Однако для уменьшения изгиба ударника при нецентральном ударе по битку, кроме жесткости и малого веса самого ударника необходимо, чтобы противоположная часть кия была довольно легкой и усилий на проворот турняка относительно центра масс требовалось как можно меньше.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 - схематично изображен кий (осевой разрез); на фиг.2 - вариант выполнения ударника и средней части кия (осевой разрез); на фиг.3 - узел регулирования натяжения струны (в разобранном виде).
Изображенный на фиг.1 бильярдный кий 1 содержит следующие составные части: выполненные за одно целое ударник 2 и среднюю часть 3, а также соединенный со средней частью турняк 4. Ударник 2 имеет цилиндрическую форму и выполнен с полостью 5.
Полая средняя часть 3 и турняк 4 имеют форму усеченных конусов, при этом турняк выполнен с полостью 6. Также со стороны средней части в турняке образована дополнительная полость для размещения выполненного из вольфрама балансного груза 7, заканчивающегося резьбовым крепежным элементом в виде пальца 8, предназначенного для соединения с ответным пазом, образованным с торцевой стороны средней части 3 кия.
Внутри полости 5, проходящей в ударнике 2 и средней части 3 кия натянут тонкий трос или струна 9, один конец которой закреплен на наконечнике 10, расположенном на концевой части ударника 2, а другой соединен с узлом регулирования натяжения этой струны 11.
Внутри полости 5 закреплена шайба 12, наличие которой способствует сохранению прямолинейности кия.
Свободный конец 13 турняка 4 снабжен бамперной накладкой (не показана), выполненной из упругого мягкого материала.
Как следует из изображенного на фиг.2 варианта выполнения ударника 2 и средней части 3 кия, полости 14 и 15 в них могут иметь коническую форму для исключения резонансных явлений. Указанные полости направлены сужающимися частями навстречу друг к другу. С тыльной стороны наконечника 10 расположен узел крепления 16 одного конца струны 9. Ударник 2 в месте соединения со средней частью 3 кия может имеет небольшое заужение в диаметре в виде кольцевой выемки 17.
Указанная кольцевая выемка предназначена для исключения потерь ударной продольной волны, возникающей в кие в момент удара, от сжимающего хвата закрытого "моста" игрока в момент соприкосновения кия с битком. Эта выемка на ударнике перед средней частью кия и его уменьшенный момент инерции придают такому кию новое свойство, заключающееся в том, чтобы он не касался поверхности битка, сопровождая его, при сильных ударах в сторону от центра, замедляя его раскрутку и снося в сторону траекторию битка.
Узел регулирования натяжения струны 11 выполнен с внешней резьбой, обеспечивающей ее соединение с ответной ей резьбой, образованной на внутренней поверхности одного конца втулки 18 (фиг.3), установленной внутри полости 5 средней части кия со стороны турняка. Другой конец втулки 18 предназначен для взаимодействия с внешней резьбой, образованной на крепежном пальце 8, соединенном с балансным грузом 7.
Также возможен вариант выполнения узла натяжения струны 11 без использования втулки 18, а благодаря нарезанию внешней резьбы непосредственно в стенках полости 5.
Толщина струны 9 подбирается такой, чтобы частота ее собственных колебаний находилась в звуковом диапазоне частот. Высота тона конструкции меняется в зависимости от силы натяжения струны, температуры и влажности. Это позволяет игроку следить за состоянием бильярдного кия.
В процессе использования бильярдного кия его боковая поверхность с течением времени стирается. И из пружинящего "игрового" кия, он постепенно, по мере истирания, превращается в менее жесткий. Для кия предложенной конструкции такая ситуация исключена, так как при необходимости натяжение струны всегда можно отрегулировать с помощью устройства 11 путем воздействия, например, крестовой отверткой, на паз 19, образованный с торца резьбового элемента 20, взаимодействующего с элементом 21, закрепленным на конце струны 9 (фиг.3).
Ударник кия может быть выполнен из соединенных между собой продольных сегментов, а его средняя часть - из набора ответных друг другу по форме и соединенных между собой вставок (запилов).
4
Для нахождения оптимального диаметра ударника необходимо определить зависимость жесткости ударника от его внешнего и внутреннего диаметров. Прогибы обратно пропорциональны геометрическому моменту инерции сечения и модулю Юнга материала, из которого он сделан. Момент инерции прямо пропорционален четвертой степени линейных размеров сечения (А.В. Александров и др. «Сопротивление материалов», М., Высшая школа, 2003 г.). Например, увеличив все размеры сечения в 1,5 раза, мы увеличим жесткость стержня в (1,5)=5 раз. В нашем случае, увеличив диаметр ударника на 20% и проделав в нем отверстие диаметром 0,5 от первоначального размера без увеличения его массы, мы получим повышение жесткости ударника более чем в 2 раза.
; ,
где: D - диаметр наконечника ударника;
x
J - геометрический момент инерции стержня по оси x;
y
J - геометрический момент инерции стержня по оси y;
π - число = 3,14…