колесо

1. Геометрія колеса [ правити | правити код ]
2. Круговий рух [ правити | правити код ]
3. Конструкція і знос [ правити | правити код ]

колесо - рушій , Вільно обертається або закріплений на поворотній осі диск , Що дозволяє поставленому на нього тілу котитися , А не ковзати. Широко застосовується для транспортування вантажів, повсюдно використовується в різних механізми та інструменти.

Слово «колесо» походить від загальнослов'янської * Kolo ( рід. п. * Kolese) і далі сходить до праіндоєвропейському кореня * kʷel- зі значенням «обертатися, повертатися» [1] [2] . Ті, що говорять на праіндоєвропейському мові не запозичили назву, а придумали власне для позначення колеса, чому в мовах індоєвропейських народів, географічно далеких один від одного, когнати позначення колеса єдині [3] .

Від слова «колесо» утворено слово « колісниця ».

Самим раннім «колесом» вважається знахідка в жудець Ясси в Румунії - її датують останньою чвертю V тисячоліття до н. е. На одному з поселень культури Кукутень румунський археолог М. Діну знайшов глиняні модельки коліс від іграшкових візків, про що повідомив в 1981 році [4] . Тобто це найдавніший встановлених прецедентів використання коліс відноситься до епохи неоліту на Балканах [ Джерело не вказано 412 днів ].

керамічний горщик з польського Броночіце [En] зі схематичним зображенням возів з запряжених в них биками відноситься до культурі лійчастого посуду і датується віком 3635-3370 років до нашої ери [5] .

Наступні за часом моделі коліс були виявлені археологами А. Д. Резепкін в похованнях майкопською культури (Пхагугапе, Пшікуйхабль, Чішхо [4] ) На Північному Кавказі і А. В. Кондрашовим в похованні новосвободненской культури в Краснодарському краї (середина IV тисячоліття до н. е.) [6] [4] .

В Люблінському бар'є в Словенії знайшли зроблене з ясена колесо з діаметром 72 см, вік якого перевищує п'ять тисяч років (3350-3100 років до н. е.) [7] . Моделі чотириколісних возів, зроблені з глини, були знайдені в двох похованнях пізньої баденською культури в Будакалаше і Сігетсентмартоне (Східна Угорщина), які датують 3300-3100 роками до н. е. на поселенні хоргенской культури в Прессехаусе (Швейцарія) було знайдено колесо з квадратним отвором для кріплення осі, вісь оберталася разом з колесами. Методом дендрохронології воно датується 3200 роком до н. е. На відміну від знахідок в Швейцарії і Німеччині, в степовому регіоні, а також в Нідерландах і Данії отвори в колесах були круглими, вісь кріпилася до корпусу вози, а це значить, що різні європейські традиції виготовлення возів виникли ще до 3200 року до н. е. У степовій смузі від річки Дунай на заході до верхів'їв річки Манич на сході налічується приблизно 160 поховань ямної культури із залишками колісного транспорту (коліс, возів), а також їх глиняні моделі і залишки малюнків. Найдавніші з знахідок датуються по калиброванной шкалою XXXII століттям до н. е. [8]

Наступні згадки про колесо зустрічаються в Стародавній Месопотамії (Зображення вози в Урук-5 [4] ) В кінці IV тисячоліття до н. е.

Таким чином, все більше матеріальних доказів свідчать на користь того, що «найперше» колесо з'явилася не на Близькому Сході, як було прийнято вважати раніше, а в Європі [9] .

В Дмитрівському кургані № 6 в Запорізькій області (Україна) біля входу в похоронну камеру була знайдена дерев'яна візок катакомбників з цілком збереженим колесом віком 5 тисяч років [10] [11] . двоколісний візок з збереженим колесом діаметром 0,6 м відома з катакомбного поховання «Тягунова Могила» (бл. 5 тис. Л. Н.) В запорізькому селі Мар'ївка [12] . Обидва колеса двоколісної дерев'яної гарби з Сторожовий могили ямної культури під Дніпропетровськом (III тисячоліття до н. Е.) Були зроблені з суцільного шматка дерева, розсіченого поздовжньо, з круглими отворами для осі і товстими маточинами [13] .

Попередником колеса можна вважати відомий до цього дерев'яний ковзанка , Який підкладався під переміщуваний вантаж. Спочатку колесо являло собою дерев'яний диск, насаджений на вісь і зафіксований клином . Зображення санчат з коліщатками (3000 р. До н.е. е.) Знайдені в Месопотамії в шумерському місті Урук . До 2700 року до н. е. там же з'являються малюнки возів . У цей же час шумери починають ховати своїх царів разом з колісницями . Ці поховання знайдені в Кіше , Урі , в Еламська місті Сузи .

Чотириколісного візок з похоронного комплексу Улан IV западноманичской катакомбної культури в Ростовській області була виготовлена ​​в XXIII столітті до нашої ери [14] . Д. Ентоні і Виноградов (1995) датували колісницю класичного типу в похованні сінташтінской культури в районі Кривого озера ( Челябінська область ) 2026 роком до н. е.

під II тисячолітті до н. е. , Конструкція колеса удосконалюється: на південному Уралі з'являється колесо зі спицями , в малої Азії - зі маточиною і гнутим ободом [15] . Пізніше, в I тисячолітті до н. е. , кельти для збільшення міцності коліс своїх колісниць стали застосовувати металевий обід, який потім в транспортних машинах був замінений гумовими шинами для амортизації [16] .

Незважаючи на те, що колесо вважається невідомим серед цивілізацій доколумбової Америки , Деякі народи, наприклад інки , Впритул наблизилися до його відкриття. Використання для будівництва характерних пристроїв катка - циліндричного масивного тіла для трамбування ґрунту, говорить про відмову від застосування колеса в транспорті, а не про відсутність відкриття принципу колеса. Деякі культури (наприклад, ольмеки ) Виготовляли керамічні та дерев'яні фігурки тварин на коліщатках - можливо, вони виконували ритуальні функції, а можливо, були просто іграшками. Виходячи з цього, можна припустити, що і перше колесо з'явилося в якості іграшки .

Також до приходу європейців колеса не знали корінні народи Австралії і південній Африки .

Винахід колеса сприяло розвитку ремесел . Колесо було застосовано в гончарному крузі , млині , прядки , токарному верстаті . В іригаційних спорудах, на мануфактурних фабриках, рудниках і т. п. застосовувалися водяні колеса .

Винахід колеса дало поштовх до розвитку науки в цілому. Так, воно застосовується в астролябії та інших наукових інструментах. У механіці широко використовується зубчасте колесо .

Важливе значення колеса в господарській сфері відбилося в його метафоричному обожнення у вигляді «Вічного повернення», реінкарнації і т. д. У різних культурах колесо є символом руху сонця , в буддизмі воно символізує закон і істину, симетрію і досконалість дхарми , Мирні зміни. Крилатий колесо асоціюється зі швидкістю, колесо колісниці - з правлінням і владою. В давньогрецької і давньоримської міфології колесо з шістьма спицями - атрибут Зевса (Юпітера) як небесного бога [17] .

Колесо істотно зменшує витрати енергії на переміщення вантажу по відносно рівній поверхні. При використанні колеса робота здійснюється проти сили тертя кочення, яка в штучних умовах доріг суттєво менше, ніж сила тертя ковзання.

Основні кінематичні і динамічні відносини між різними частинами колеса виводяться з розгляду його як твердого тіла , І визначаються виходячи з геометричних властивостей, початкових умов, умов експлуатації та іншого. колесо вважається найпростішим механізмом , Коли воно насаджено на зафіксовану або обертову вісь, яка проходить через його центр. Часто колесо встановлюється з метою забезпечити переміщення, в цьому випадку воно є частиною транспортного засобу, забезпечуючи рух з великою ефективністю. Якщо вісь сполучена з двома колесами, то обертання коліс відбувається так, як якщо б вони були одним тілом.

Колісна вісь є одним з шести найпростіших механізмів. Вона дозволяє отримати механічне перевага ( англ. Mechanical advantage ), Шляхом збільшення прикладеної сили за рахунок крутного моменту . Суть в тому, що зчеплення механізму з землею відбувається тільки по підошві коліс, вони виконують роль підтримуючої системи для транспортного засобу, що зменшує втрати енергії, незважаючи на такі недоліки, як еластичність коліс і втрати моменту в підшипниках . При використанні коліс для різних транспортних засобів також необхідно забезпечувати необхідне зчеплення їх з землею, що може бути досягнуто застосуванням рифлених коліс.

Геометрія колеса [ правити | правити код ]

Геометрія колеса заснована на геометрії окружності . Параметри окружності наступні:

• Діаметр . Колеса зазвичай визначаються своїм діаметром, так як це визначає їх максимальний розмір і, отже, є досить серйозним обмежуючим фактором у зв'язку з питанням займаного обсягу в тому чи іншому механізмі.
• периметр . Це відстань, яке проходить колесо по площині за один оборот. Таким чином, відстань, пройдену за вказану кількість обертів, визначається периметром, який в свою чергу залежить від діаметра відповідно до наступного виразу:

p = π ⋅ D. {\ Displaystyle {p} = \ pi \ cdot {D}.}

Більш загальний вираз:

Δ s = θ ⋅ r, {\ displaystyle \ Delta s = \ theta \ cdot r,}

де

Круговий рух [ правити | правити код ]

завдання прямолінійного рівномірного руху еквівалентна задачі обертання . Змінні відстані, швидкості і прискорення еквівалентні кутовим змінним: кутку, кутової швидкості та кутового прискорення відповідно. Всі три, як видно з попереднього розділу, пов'язані лінійними залежностями [18] :

Де, узагальнюючи все три, ми бачимо:

• З лівого боку кутові еквіваленти (кут, кутова швидкість, кутове прискорення)
• З правого боку лінійні еквіваленти (відстань, лінійна швидкість, лінійне прискорення) поділені на радіус r

Три показаних співвідношення виводяться з геометрії колеса, де довжина дуги кола залежить від заданого кута повороту θ {\ displaystyle \ theta} , Вираженого в радіанах, помноженого на радіус кола, при цьому при повороті колеса на один оборот воно проходить відстань рівне периметру, що відповідає куту повороту в радіанах 2π. Прискорення, викликане зміною напрямку швидкості, можна знайти, якщо зауважити, що швидкість здійснює повне зміна напрямку за той же самий час T, за яке об'єкт робить один оборот. Тоді вектор швидкості проходить шлях довжиною 2π v кожні T секунд:

де:

Характеристика колеса залежить від якості його зчеплення з поверхнею кочення. Будь-який автомобіль має зчеплення коліс з дорогою в точці їх дотику, так що відносне переміщення колеса в цій точці приблизно дорівнює нулю. Кінематика колеса може бути пояснена наступним виразом, коли маючи справу з завданням механіки суцільних середовищ , Ми можемо визначити швидкість будь-якої точки VP, знаючи швидкість будь-який інший точки:

V → P = V → O + ω → × r → {\ displaystyle {{\ vec {V}} _ {P}} = {{\ vec {V}} _ {O}} + {\ vec {\ omega }} \ times {\ vec {r}}}

де:

Зчеплення колеса з поверхнею повинно бути ефективним, так як очевидно, що якщо швидкість в точці дотику колеса з землею буде відмінна від нуля, то колесо буде ковзати. З вищенаведеного виразу випливає, що існує лінійна залежність між величиною швидкості в будь-якій точці на землі і відстанню між точкою дотику і площиною обертання. Завдяки знанням кінематики руху швидкість може бути розкладена на дві складові:

• Лінійна швидкість точок на окружності
• Лінійна швидкість центру колеса

Це розділяє швидкості на два види: з одного боку, швидкість, яку б відчув спостерігач, якби він розташовувався на самому колесі, з іншого боку, швидкість, якщо розташовуватися всередині рухомого засобу. Ясно, що швидкість обертання точок, розташованих на кінцях радіусів, дорівнює лінійної швидкості. Це може бути інтуїтивно зрозуміло, так як для того, щоб зробити повний оборот, колесу треба проїхати відстань, рівну довжині його окружності [18] .

Конструкція і знос [ правити | правити код ]

Колеса бувають суцільні (наприклад, колісна пара залізничного вагона) і складаються з досить великої кількості деталей, наприклад, до складу автомобільного колеса входить диск, обід, покришка , Іноді камера, болти кріплення і тд.

знос покришок автомобілів є майже вирішеною проблемою (при правильно встановлених кутах коліс ); сучасні покришки проїжджають понад 100 000 км [ Джерело не вказано 95 днів ]. Великою проблемою є знос покришок у коліс літаків ; при зіткненні нерухомого колеса з бетонним покриттям злітної смуги на швидкості в кілька сотень кілометрів на годину знос покришок величезний.

У загальноприйнятої автомобілебудуванні термінології [19] , Колесом називається тільки вузол, розташований між маточиною і шиною (див. рис.), - що складається, в свою чергу, з обіду, на який садиться шина, і диска або спиць, що з'єднують пристрій обода з маточиною.

Незважаючи на це, в побуті автолюбителі дуже часто називають колесо в цьому значенні «колісним диском» ( «литі диски», «легкосплавні диски», і так далі).

колеса перших автомобілів по суті не відрізнялися від коліс кінних екіпажів і були зроблені з дерева. Згодом з'явилися колеса з металевим ободом і дерев'яними спицями, а також з металевими дротяними спицями, як у мотоциклетних. Шини спочатку мали вигляд суцільних гумових стрічок, згодом, у міру зростання швидкостей, їх змінили пневматичні шини, висота профілю яких аж до 1960-х років постійно збільшувалася, підвищуючи комфортабельність їзди і вантажопідйомність автомобіля. На вантажівках гумові стрічки можна було зустріти ще в 1920-х роках, а на військових автомобілях і сьогодні можуть застосовуватися суцільні шини - гусматік , Вперше розроблені для бронеавтомобілів часів Першої світової війни.

Починаючи з 1920-х років спіцованние колеса стали поступово замінювати на колеса зі штампованими металевими дисками, більш простими і дешевими у виробництві. Уже в середині наступного десятиліття вони стали стандартом де-факто, але подекуди, наприклад в США, «спицовка» продовжувала зберігати певну популярність у покупців дорогих автомобілів аж до 1950-х - 1960-х років в якості додаткового обладнання або навіть заводський опції (в окремих випадках і в 1980-і - 1990-і, наприклад, заводські спіцованние диски пропонувалися на Cadillac Deville Brougham до 1996 року). Сьогодні вона асоціюється в першу чергу з класичними автомобілями і субкультурою лоурайдерів .

В 1960-х роках з'явилися в якості спортивної опції колеса, цілком або частково відлиті з легкого сплаву, алюмінієвого або магнієвого . Сьогодні ними забезпечується чи не більшість автомобілів.

Без шестерень (шестерень) неможлива робота багатьох механізмів. До них відносяться годинник (В тому числі наручні, настінні і баштові), будильники , водяна і вітряна млини, замки , шлюзи , фунікулери і багато інших.

• колесо еліптичної форми (Розташоване під таким кутом, що, якщо дивитися збоку, виглядає як коло) - дозволяє гребти в воді.
• квадратне колесо, патент на який в 1959 році отримав американець Альберт Сфредда. Воно легко йшло по снігу, піску, бруду, долало ями. Всупереч побоюванням, машина на таких колесах не "кульгала» і розвивала швидкість до 60 км / ч.
• Роторно-фрезерний рушій - варіант колісного рушія, в якому використовуються ротори - фрези в поєднанні з підтримуючими лижами .
• « крокує »Колесо ( ротопед директора празького НДІ техніки приводу Ю. Мацкерле , російський варіант та ін.).
• Багатокамерна колесо з пневматичним принципом кочення [20] .
• Мотор колесо
• Колісний рушій американця Р. Берда
• Ренського колесо

Людські винаходи часто з'являються як імітація природи (наприклад, ранні конструкції літаків нагадували птахів) [21] , Але в природі є дуже мало конструкцій, що нагадують колесо. Дослідники пов'язує це з тим, що [22] :

• переваги колеса виявляються тільки в певних нечасто зустрічаються умовах (для ефективності колеса потрібна гладка тверда поверхня);
• колесо має вільно обертатися навколо осі і тому не може бути органом , Якому потрібні підведення нервів і поживних речовин.

В якості можливих аналогів колеса Г. Шольц [23] перераховує:

Прикладів пасивного кочення в природі набагато більше. Шольц вказує, зокрема, на:

На мікроскопічному рівні у бактерій зустрічається біохімічний механізм осьового обертання ( джгутик ), Але бактерії не «котяться» навколо осі-джгутика в прямому сенсі цього дієслова [22] , Аналогів джгутика в макроскопічному світі немає.

Як найближчий приклад (і можливий прототип) колеса, Шольц вказує на жука- гнойовика , Який скачує екскременти тварин в кульку і потім закочує його в нірку. При цьому одна пара задніх ніг притримує кульку з двох протилежних сторін, утворюючи аналог осі [24] .

Колесо є важливою фігурою на прапорі і емблемі сучасної Індії. У цьому випадку воно символізує закон ( дхарма ). Колесо поміщено на прапор циган , Символізуючи кочове життя циган і їх індійські корені. Також воно присутнє на емблемі Монголії , Ставлячись до буддизму .

На гербах і прапорах деяких країн, міст, муніципальних районів і т. Д. Присутні шестерні або їх сегменти (докладніше див. тут ).

1. ↑ Черних П. Я. Історико-Етимологічний словник сучасної російської мови: в 2 т. - 3-е изд., Стереотип. - М.: Рос. яз., 1999. Т. 1. С. 411.
2. ↑ колесо // Етимологічний словник російської мови = Russisches etymologisches Wörterbuch : У 4 т. / Авт.-упоряд. М. Фасмер ; пер. з нім. и доп. чл.-кор. АН СРСР О. Н. Трубачова , Під ред. и з предисл. проф. Б. А. Ларіна [Т. I]. - Изд. 2-е, стер. - М .: прогрес , 1986-1987.
3. ↑ David W. Anthony. The Horse, the Wheel, and Language: How Bronze-Age Riders from the Eurasian Steppes Shaped the Modern World. - Princeton University Press, 2010. - С. 34. - 566 с. - ISBN 1400831105 .
4. ↑ 1 2 3 4 «Російське видання Відкриття»: Колесо вінайшлі нема на Сході // МК, 16.06.2011
5. ↑ Parpola, Asko. The Cultural Counterparts to Proto-European / Asko Parpola, Christian Carpelan. - New York, London: Routledge, 2005. - P. 121-2. - ISBN 978-0700714636 .
6. ↑ Кондрашов AB, Резепкін А. Д. Новосвободненское поховання з візком // КСИА. 1988. Вип. 193.
7. ↑ Wheel with an axle (неопр.). // koliscar.si. Дата Звернення 25 липня 2013. Читальний зал 5 вересня 2013 року.
8. ↑ Кульбака В., Качур В. Індоєвропейські племена епохи палеометалу. - Маріуполь: Рената, 2000. - 80 с.
9. ↑ Резепкін А. Д. Проблема походження колісного транспорту і його появи на Північному Кавказі // Четверта Кубанська археологічна конференція. Тези та доповіді. Краснодар. 2005.
10. ↑ Скарби дмитровских курганів, 2015
11. ↑ Бердянські археологи завершили розкопки курганів у Дмитрівці (неопр.) (недоступна ПОСИЛАННЯ). Дата звернення 20 лютого 2016. Читальний зал 4 березня 2016 року.
12. ↑ Чередниченко Н. Н., Пустовалов С. Ж. Бойові колісниці і колісничі в суспільстві катакомбної культури (за матеріалами розкопок в нижньому Подніпров'ї) // Радянська археологія, 1991, № 1, стор. 206-216.
13. ↑ Третьяков Н. Н., Монгайт А. Л. (ред.) Нариси історії СРСР - М .: Академія наук СРСР, 1956. - 633 c.
14. ↑ Shishlina NI, Kovalev DS, Ibragimova ER Catacomb culture wagons of the Eurasian steppes, 2015
15. ↑ хто придумав або винайшов колесо? / Великі винаходи
16. ↑ Історія России. Пожалуйста, подождите - Історія колеса
17. ↑ словник символів
18. ↑ 1 2 Center of gravity and Rotational variables (Англ.) (2000). Дата обігу 8 червня 2009.
19. ↑ ГОСТ Р 52390-2005. Розділ 2. Терміни та визначення, с. 1
20. ↑ Нескінченні види приводу (Недоступна ПОСИЛАННЯ)
21. ↑ Шольц, 2008 , С. 139.
22. ↑ 1 2 Шольц, 2008 , С. 142.
23. ↑ Шольц, 2008 , С. 141-142.
24. ↑ Шольц, 2008 , С. 143.
25. ↑ Hall, Adelaide S. A Glossary of Important Symbols in Their Hebrew: Pagan and Christian Forms . - 2005. - P. 56. - ISBN 9781596055933 .
26. ↑ Моносов Б. М. 10-й аркан. Колесо Фортуни // Фаєрбол-3: Знайомство з астральним світом. - СПб: Невський проспект, 2003. - С. 91-99. - 128 с. - ISBN 5-94371-242-9 ..
27. ↑ Наказ Росжелдора від 13.03.2013. № 79 "Про затвердження зразків форменого одягу, норм забезпечення речовим майном, форменим одягом, спорядженням і відповідними засобами індивідуального захисту працівників федерального державного підприємства« Відомча охорона залізничного транспорту Російської Федерації »