CN113680041A - 冰刀刀管、冰鞋和冰刀刀管制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种冰刀刀管、冰鞋和冰刀刀管制造工艺，涉及体育设备领域，冰刀刀管包括管体，管体设有用于安装刀片的刀槽；管体内部设有与刀槽相互独立的空腔。管体(110)呈流线型，且管体的横截面积变化梯度
且Gn的取值范围为(0‑5.00)。Sn表示测量点n的横截面积，(Sn+1‑Sn)表示相邻测量点的横截面积之差，Xn表示测量点n至基准线的距离，(Xn+1‑Xn)表示相邻测量点之间的距离。空腔为密闭腔室且不与刀槽连通，空腔和管体外壁的结构设计使得管体的重量减轻，从而利于运动员使用，不易影响运动员的竞技水平。
Description
技术领域
本发明涉及体育设备领域，具体而言，涉及一种冰刀刀管、冰鞋和冰刀刀管制造工艺。
背景技术
冰上体育运动主要包括花样滑冰、冰球和速度滑冰等，对于冰上体育运动，冰鞋是必不可少的辅助工具。一般地，冰鞋包括鞋体、冰刀及连接鞋体和冰刀的冰刀刀托。冰刀又包括刀片和刀管。刀管作为冰鞋的核心部件需要保证能够承受高速运动所带来的负荷。同时，冰刀刀管的重量和外形会直接影响运动员的竞技水平。
经发明人研究发现，现有的刀管存在如下缺点：
刀管的重量重，使用不便；外观缺乏流线型设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冰刀刀管、冰鞋和冰刀刀管制造工艺，刀管呈流线型结构，且重量轻，使用方便，不易影响运动员的竞技水平。
本发明的实施例是这样实现的：
第一方面，本发明提供一种冰刀刀管，包括：
管体，管体设有用于安装刀片的刀槽；管体内部设有与刀槽相互独立的空腔；管体呈流线型，且管体的横截面积变化梯度
且Gn的取值范围为(0-5.00)；
其中，Sn表示测量点n的横截面积，(Sn+1-Sn)表示相邻测量点的横截面积之差，Xn表示测量点n至基准线的距离，(Xn+1-Xn)表示相邻测量点之间的距离；横截面积为垂直于管体的延伸方向的截面面积，基准线为管体的长度方向上的中线。
在可选的实施方式中，管体上设置有加强筋结构。
在可选的实施方式中，加强筋结构设于空腔内且与管体的内壁面连接；或，加强筋结构设于管体的外壁面上。
在可选的实施方式中，设于空腔内的加强筋结构设置为蜂窝状结构、矩形阵列结构或环形阵列结构；设于管体的外壁面上的加强筋结构设置为几何支撑结构。
在可选的实施方式中，管体具有渐变段，渐变段的横截面积在从管体的中部向管体的端部的方向上逐渐减小；管体的中部为管体的长度方向上的中部位置。
在可选的实施方式中，渐变段的横截面积变化梯度Gn的范围设置为(0.03-3)mm2/mm。
在可选的实施方式中，空腔的横截面形状为圆形、椭圆形、水滴形、多边形和曲线形中的一种或至少两种的组合，其中，横截面为垂直于管体的长度方向的平面。
在可选的实施方式中，同一横截面位置处的空腔的外轮廓与管体的外轮廓呈相似图形。
第二方面，本发明提供一种冰鞋，冰鞋包括：
前述实施方式中任一项的冰刀刀管。
第三方面，本发明提供一种冰刀刀管制造工艺，用于制造上述冰刀刀管，包括如下步骤：
在设计软件中建立刀管模型；
设定刀管模型的力学工况参数；
利用力学工况参数进行静力分析，获取刀管最优材料分布；
根据运动员的冰刀弧度进行结构设计，并根据最优材料分布进行功能性补全设计得到刀管的图形数据，以使刀管的外观呈流线型，且具有中空部；
利用图形数据制造刀管。
本发明实施例的有益效果是：
综上所述，本实施例提供的冰刀刀管，包括管体，管体用于装配刀片以及与鞋体连接的刀托。具体的，管体上设置有刀槽，刀片嵌设于刀槽中。管体内部设置有空腔，空腔相对于刀槽独立，也即空腔为密闭腔室且不与刀槽连通。空腔的设计使得管体的重量减轻，从而利于运动员使用，不易影响运动员的竞技水平。
同时，空腔内部和管体外部的加强筋结构使管体在减轻重量的同时具有足够的结构强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例的管体的结构示意图；
图2为本发明实施例的管体的一位置的剖视结构示意图；
图3为本发明实施例的管体的另一位置的剖视结构示意图；
图4为本发明实施例的冰刀和刀托的配合结构示意图；
图5为本发明实施例的冰鞋的结构示意图；
图6为本发明实施例的管体的分析示意图；
图7为现有技术的管体的分析示意图。
图标:
100-冰刀；110-管体；111-刀槽；112-空腔；113-基座；120-刀片；130-加强筋结构；200-刀托；300-鞋体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
现有技术中，冰鞋包括鞋体、冰刀和刀托，冰刀包括刀片和刀管，刀片与刀管连接，鞋体通过刀托与刀管连接。刀管为冰鞋的核心部件，既要求能承载高速运动带来的负荷，且要求尽量减小运动过程中受到的阻力，从而降低对运动员竞技水平的影响。现有技术的刀管，采用铝材冲压锻制的方法制作，由于加工工艺的限制，刀管整体必须包括结构连续的金属材料尤其是铝合金材料，因此造成多余的材料和不必要的重量，同时也限制了刀管外形的设计。刀管的重量重，使用不便，对运动员的竞技水平影响大。
鉴于此，设计者设计了一种冰刀刀管，重量轻，结构强度高，使用方便，对运动员的竞技水平影响小。
请参阅图1和图2，本实施例中，冰刀刀管包括呈流线型的管体110，管体110设有用于安装刀片120的刀槽111；管体110内部设有与刀槽111相互独立的空腔112。由于管体110内部设置有空腔112，空腔112相对于刀槽111独立，也即空腔112为密闭腔室且不与刀槽111连通。空腔112的设计使得管体110的重量减轻，从而利于运动员使用，不易影响运动员的竞技水平；且空腔112密闭设计，与刀槽111相互独立，围成空腔112的管体110内壁结构连续，不易影响管体110自身的结构强度。
本实施例中，管体110为流线型结构，管体110的长度设置为400mm-460mm。管体110的外表面包括相对的第一平面和第二平面，第一平面用于装配基座，第二平面上设有刀槽111，刀槽111为矩形槽，刀槽111在管体110的长度方向上的两端分别延伸至第一端面和第二端面上。
本实施例中，管体的横截面积变化梯度
且Gn的取值范围为(0-5.00)；如此，管体的流线型结构合理，风阻小。
其中，Sn表示测量点n的横截面积，(Sn+1-Sn)表示相邻测量点的横截面积之差，Xn表示测量点n至基准线的距离，(Xn+1-Xn)表示相邻测量点之间的距离；横截面积为垂直于管体110的延伸方向的截面面积，基准线为管体110的长度方向上的中线。
应当理解，管体110设置为流线型结构，能够减小风阻，从而提高速度。进一步的，管体110具有两个渐变段，具体的，以管体110的长度方向的中部位置为分界线将管体110分为第一管部和第二管部，第一管部和第二管部上均设置有渐变段。渐变段为管体110的横截面外轮廓或横截面积随管体110的长度方向上的位置不同而发生改变的部分。本实施例中，以管体110的横截面积为例进行说明。渐变段的横截面积在从管体110的中部向管体110的端部的方向上逐渐减小，并且，管体110在渐变段的横截面积变化梯度Gn的范围设置为(0.03-3)mm2/mm，例如，管体110的横截面积随距离增加的比率设置为0.03mm2/mm、1.55mm2/mm或3mm2/mm等。如此设计，管体110的风阻小，对于运动员的竞技水平影响小。
并且，单侧渐变段的长度不小于40mm，其中，渐变段的长度与管体110的长度方向一致。
为便于理解本实施例的管体的流线型结构与传统冰刀的管体结构的不同，请参照图6和图7，其中，图6为本实施例的管体的结构示意图，图7为对比例的管体的结构示意图，将管体流线型结构数据以表格的形式示出，其中，表1为本实施例的管体，表2为对比例的管体，如下：
表1
表2
从表1和表2可以得到，传统的管体仅在两个端部处呈流线型，其中，表1中(X5-X9)和(X-5-X-9)表示管体的两个渐变段，两个渐变段均呈流线型，管体的整体结构更加合理，风阻小。
本实施例中，需要说明的是，管体110内部设置的空腔112的数量可以为一个或多个，请参阅图3，当空腔112数量为一个时，空腔112为长条形状，空腔112沿管体110的长度方向延伸，且空腔112的横截面形状与管体110的横截面外轮廓形状呈相似图形，也就是说，随着管体110在其长度方向上横截面外轮廓的变化，空腔112的横截面形状在管体110的长度方向上同样产生变化，并且空腔112的横截面形状变化与管体110的横截面外轮廓的变化保持一致。应当理解，对应角相等，对应边成比例的两个图形叫相似图形，相似图形的对应边的比叫相似比，当相似比为1时，相似的两个图形全等，显然，由于空腔112设于管体110内部，二者的相似比始终不等于1。
当空腔112的数量为多个时，多个空腔112在管体110的长度方向上间隔排布，多个空腔112的中心线与管体110的中心线共线。并且，每个空腔112的横截面形状与管体110的横截面外轮廓形状呈相似图形。
本实施例中，空腔112的横截面形状与管体110的横截面外轮廓形状呈相似图形，使得管体110的受力更加均匀，结构强度高，不易被损坏。
本实施例中，可选的，空腔112的横截面形状可以设置为圆形、椭圆形、水滴形、多边形和曲线形中的一种或至少两种的组合，其中，横截面为垂直于管体110的长度方向的平面。同时，空腔112的横截面积的范围设置为0mm2-190 mm2，显然，空腔112的横截面积不为0。
请参阅图2，进一步的，为了提高管体110的结构强度，提高安全性，在空腔112内以及管体外部均设置有加强筋结构130。例如，可以在空腔112内设置加强筋结构130，且加强筋结构130与构成空腔的管体内壁面连接，位于空腔内的加强筋结构130可以设置为蜂窝状结构、矩形阵列结构或环形阵列结构。位于管体外部的加强筋结构可以与管体焊接或一体式成型，位于管体外部的加强筋结构130可以设置为几何支撑结构。通过设置加强筋结构130，能够增强管体110的结构强度。同时，内外的加强筋结构130均可以与管体110设置为一体式结构，例如，加强筋结构130可以采用焊接的方式与管体110结合为一体，或者，加强筋结构130可以采用3D打印的方式与管体110结合为一体，加强筋结构130和管体110的结合更加紧密，对于管体110的强度增强效果更好。
本实施例提供的冰刀刀管，在减轻刀管重量的前提下，刀管的结构强度高，满足使用需求，使用方便，对于运动员的竞技水平影响小。
本实施例中，冰刀刀管的制造工艺包括如下步骤：
在设计软件中基于传统刀管建立刀管模型，其中，设计软件可以是ansys软件。
设定刀管模型的力学工况参数；
利用力学工况参数进行静力分析，获取刀管最优材料分布；
根据运动员的冰刀100弧度进行结构设计，并根据最优材料分布进行功能性补全设计得到刀管的图形数据，以使刀管的外观呈流线型，且具有中空部；
利用图形数据制造刀管；具体的，可以将图像数据导入3D打印设备，利用3D打印设备打印刀管，打印完成对刀管进行后期处理并最终得到成品；后期处理可以包括但不限于打磨、抛光或涂覆涂层等。
可选的，利用3D打印设备进行刀管打印时，先进行刀管支撑结构设计，然后，启动3D打印设备利用高强铝合金粉末进行打印，打印完成后将刀管与支撑结构分离，再对刀管进行后期处理。利用高强铝合金粉末通过3D打印的方式制得的刀管结构强度更高，使用寿命长，安全性高。
请参阅图4和图5，本实施例还提供了一种冰鞋，冰鞋包括鞋体300、刀托200和冰刀100，冰刀100包括刀片120和上述实施例提到的冰刀刀管，鞋体通过刀托200固定在管体110上，刀片120卡接在刀槽111中。应当理解，鞋体、刀托200和刀片120的结构不限。且冰鞋可以应用于花样滑冰、冰球和速度滑冰等场景。
本实施例中，可选的，管体110的第一平面上设置有两个刀托200，两个刀托200在管体110的长度方向上间隔排布。鞋体同时与两个刀托200固定连接。
需要说明的是，管体110的第二平面上可以设置两个基座113，两个刀托200分别与两个基座113固定连接。可选的，每个刀托200与对应的安装部通过螺钉、螺栓、销钉或铆钉等固定连接。应当理解，基座113可以与管体一体成型。此外，通过安装不同数量和不同形态的基座113，可以被转化成相应的短道速滑或者(大道)速滑冰刀。
本实施例提供的冰鞋，重量轻，流线型好，运动过程中受到的阻力小，对于运动员的竞技水平影响小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种冰刀刀管，其特征在于，包括：
管体(110)，所述管体(110)设有用于安装刀片(120)的刀槽(111)；所述管体(110)内部设有与所述刀槽(111)相互独立的空腔(112)；所述管体(110)呈流线型，且所述管体的横截面积变化梯度
且所述Gn的取值范围为(0-5.00)；
其中，Sn表示测量点n的横截面积，(Sn+1-Sn)表示相邻测量点的横截面积之差，Xn表示测量点n至基准线的距离，(Xn+1-Xn)表示相邻测量点之间的距离；所述横截面积为垂直于所述管体(110)的延伸方向的截面面积，所述基准线为管体(110)的长度方向上的中线。
2.根据权利要求1所述的冰刀刀管，其特征在于：
所述管体上设置有加强筋结构(130)。
3.根据权利要求2所述的冰刀刀管，其特征在于：
所述加强筋结构(130)设于所述空腔内且与所述管体的内壁面连接；或，所述加强筋结构(130)设于所述管体的外壁面上。
4.根据权利要求3所述的冰刀刀管，其特征在于：
设于所述空腔内的所述加强筋结构(130)设置为蜂窝状结构、矩形阵列结构或环形阵列结构；设于所述管体的外壁面上的所述加强筋结构设置为几何支撑结构。
5.根据权利要求1所述的冰刀刀管，其特征在于：
所述管体(110)具有渐变段，所述渐变段的横截面积在从所述管体(110)的中部向所述管体(110)的端部的方向上逐渐减小；所述管体(110)的中部为所述管体(110)的长度方向上的中部位置。
6.根据权利要求5所述的冰刀刀管，其特征在于：
所述渐变段的横截面积变化梯度Gn的范围设置为(0.03-3)mm2/mm。
7.根据权利要求1所述的冰刀刀管，其特征在于：
所述空腔(112)的横截面形状为圆形、椭圆形、水滴形、多边形和曲线形中的一种或至少两种的组合，其中，所述横截面为垂直于所述管体(110)的长度方向的平面。
8.根据权利要求7所述的冰刀刀管，其特征在于：
同一横截面位置处的所述空腔(112)的外轮廓与所述管体(110)的外轮廓呈相似图形。
9.一种冰鞋，其特征在于，所述冰鞋包括：
权利要求1-8中任一项所述的冰刀刀管。
10.一种冰刀刀管制造工艺，其特征在于，用于制造权利要求1-8中任一项所述的冰刀刀管，包括如下步骤：
在设计软件中建立刀管模型；
设定所述刀管模型的力学工况参数；
利用所述力学工况参数进行静力分析，获取刀管最优材料分布；
根据运动员的冰刀(100)弧度进行结构设计，并根据所述最优材料分布进行功能性补全设计得到刀管的图形数据，以使刀管的外观呈流线型，且具有中空部；
利用所述图形数据制造刀管。
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