Колесо

Появление колеса с осью

Колесо с осью впервые появилось у людей в 4500 году до нашей эры. Учёные предполагают, что впервые такую конструкцию использовали в качестве гончарного круга. Позднее колесо с осью стали использовать для колесниц и тележек. До изобретения колеса люди перевозили грузы на санках и волокушах. Это стало хорошей идеей, прикрепить под волокушей полозья из тонких брёвен. Так им стало легче перетаскивать грузы. Следующим этапом развития стало колесо, прикреплённое к саням.

Таким образом земледельцам стало легче перевозить урожай с полей в амбары. Сначала такие колёса были очень громоздкими и тяжёлыми. Они были прикреплены к оси и вращались вместе с ней. Это стало обычным явлением. Сначала это были телеги, типа арбы, затем появились и колесницы.

При раскопках около города Яссы были обнаружены глиняные черепки с изображением повозок с колёсами. Это является самым древним упоминанием о них. Самое старое колесо, найденное на территории Британии, возрастом примерно с 1350 по 950 год до нашей эры. На территории современной Украины в Запорожской области была найдена двухколёсная повозка, имеющая возраст примерно пять тысяч лет. Возможно, что эта повозка попала туда с Ближнего Востока.

Наша стезя кастомайзинг

И сегодня осмос-колеса остаются диковинкой. Преимущества есть, но они не окупаются: слишком сложная и дорогая система по сравнению с обычным колесом. Для серийного производства орбитальное колесо явно не приспособлено. А вот для мелкосерийного тюнинга…

В 2002 году известный американский чоппермейкер Билли Лэйн, владелец тюнинговой компании Choppers, Inc., построил и представил на суд публики огромный чоппер Psycho Billy Cadillac, заднее, ведущее колесо которого было сделано по принципу хаблесса. Мотоцикл произвел фурор и сорвал целую череду наград на различных шоу, выставках и конкурсах чоппермейкерства. Самое смешное, что Лэйн видел только изображения машин Сбарро/Мотты и всю техническую часть своего хаблесса разработал сам. Огромный подшипник-колесо он заказывал на вертолетном заводе по соответствующей цене в $8000. Зато привод колеса Лэйн организовал очень просто. Он прикрепил слева от хаблесса фрикционное колесо для шкива, не заморачиваясь показушной эстетикой. Мотта сознательно отказывался от такого решения, руководствуясь футуристичностью конструкции и ее загадочностью. А Лэйн сделал все просто, понятно — и правильно.

После успеха первого байка Лэйн построил еще ряд подобных — Money Shot, The Chronic, Miss Treated, King of NY. Уже на втором цепная передача была не сразу заметна для посторонних глаз — шестерня шла по периметру колеса, как у «белой модификации» мотоцикла Sbarro. Стоит отметить, что у всех чопперов Лэйна переднее колесо было обыкновенным, с центральной ступицей

Но это не важно: все свои удивительные мотоциклы Лэйн продал с немалой прибылью — и больше не возвращался к теме хаблесса

Miss Treated built by Choppers Inc. of U.S.A.

Сегодня многие кастомайзеры обращаются к теме осмос-колес и строят с их использованием великолепные мотоциклы. Это Shine немца Фреда Кодлина, Irregular итальянской компании Special Project Custom, Phenom от канадской Zeel Design… Последние подошли к вопросу творчески и укрепили бесступичное колесо на трех роликах, расположенных на концах равностороннего треугольника. Это заметно упростило конструкцию, хотя и сняло ряд преимущество хаблесса.

А Доминик Мотта по‑прежнему верит в то, что орбитальное колесо — это будущее. Он неплохо относится к тому, что его изобретение взяли на вооружение многочисленные кастомайзеры, но все-таки надеется, что какая-нибудь крупная компания начнет строить автомобили с хаблесс-колесами и его имя наконец-то будет у всех на устах. Ведь он не кто-нибудь, а самый что ни на есть настоящий Человек, Который Изобрел Колесо.

Понравился этот материал? Подпишитесь на ВсеЗнаешь.ру!

• Следующая публикация 10 детских вопросов, которые даже взрослых ставят в тупик
• Предыдущая публикация Зачем комары пьют кровь и для чего она им нужна?

Конструкция автомобильной покрышки

Шина для легкового автомобиля выполняет такую функцию, как сцепление с дорожным покрытием. Это во многом влияет на управляемость и аэродинамику транспортного средства. Кроме того, она способна удерживать общую массу авто.

Как правило, для легкового транспорта используют покрышки без камер. Герметичность в них стабилизируется за счет конструктивных особенностей. В состав бескамерных шин входят:

1. закраины,
2. каркасы,
3. боковины,
4. протекторы,
5. брекеры.

Каркас представляет собой силовой элемент автомобильной шины. В его структуру входят до 10 слоев кордовых нитей на прорезиненной основе. Кордовые нити создаются на основе искусственных волокон, стекловолокна или металла.

Нить натягивают от одного края покрышки к другому, то есть радиально. В результате это позволяет уменьшать нагрузку на кордовые слои и обеспечивать стабилизацию качения. Практически любые виды легковых автомобилей комплектуются радиальными шинами.

Брекер – это кордовый слой, располагающийся между каркасом покрышки и ее протектором. Он не дает протектору отслаиваться, позволяет смягчать механические нагрузки и усиливать прочность конструкции шины.

Протектор представляет собой внешнюю часть автошины. Этот элемент улучшает сцепление с дорожным покрытием и предохраняет шину от ударов и механических воздействий. Его создают из прорезиненного слоя с рельефным узором на внешней стороне.

Рисунок протектора указывает на способность эксплуатации покрышки в тех или иных условиях.

Протектор на колесе плавно соединяется с боковинами. Зона, где соприкасаются эти два составных элемента, называется плечом протектора. За счет плеча увеличивается жесткость шины и устойчивость к боковым нагрузкам.

Не рекомендуется ездить на автомобиле с изношенными покрышками. Если точнее – то на таких, у которых высота протекторного рисунка составляет 1,6 мм. Этот показатель имеет отношение к легковым автомобилям.

Автошина устанавливается на закрепленный к оси диск или колесную ступицу. Отметим тот факт, что крутящий момент колеса поступает на металлический диск. Легковые автомобили имеют 4 колесных отверстия для крепления болтов. Более габаритные авто комплектуются 5 болтами.

Шины должны иметь одинаковый уровень давления. В противном случае автомобиль теряет дисбаланс и устойчивость на трассе. Стабильный показатель давления воздуха в покрышке – 2 атмосферы.

Для измерения рекомендует применять манометр: в начале, снимается колпак с ниппеля и вставляется насадка прибора. После сильного нажатия манометр снимается и на приборе указывается давление в шине. Если показатель, менее 2 атмосфер, тогда колесо следует подкачать.

Совершенствование устройства колеса

Несколько тысячелетий история колеса почти не продвигалась в своем развитии. И только в середине XVIII века, наконец, появилось новое усовершенствование — были изобретены шины. Первые шины на колеса делались из плотной ткани (парусины) и только затем их стали изготавливать из резины.

Одним из толчков к дальнейшему совершенствованию стало изобретение в 1817 году немецким профессором К. фон Дрезом первого велосипеда, более похожего на деревянный двухколесный самокат (его назвали «дрезиной»).

Появление и совершенствование колеса — самое эпическое изобретение, которое подтолкнуло человечество к началу транспортной революции, в которую в XIX веке включился железнодорожный транспорт (устройство которого также основано на использовании колес) и речной — с открытием паровой машины запущены первые колесные речные пароходы.

Следующим шагом в истории стало создание автомобилей, и уже тут устройство колеса претерпело массу усовершенствований, которые продолжаются и до наших дней.

Кто является создателем шин

Пневматические покрышки имеют сложную историю, весьма неоднозначную. Это приводит к путанице, и зачастую на вопрос кто создал шины дают неверный ответ. Хотя в любом случае мнение будет ошибочно, к авторезине приложили руки многие известные изобретатели.

Первый патент на «воздушные покрышки» получил изобретатель Роберт Томпсон, именно он изобрел шины, использующие воздух в качестве пневматического амортизатора. Несмотря на высокий уровень подготовки вес технической документации Роберту не удалось организовать полномасштабное производство покрышек, тогда еще для карет и повозок на конной тяге, происходило это в 1846 году.

Настоящим рождением пневматическая шина обязана Джону Данлопу. Именно он в 1887 году на трехколесный велосипед сына надел камеру из садового шланга и надул ее. Таким образом история шин для автомобиля началась велосипедов. Данлопу принадлежит идея создания и первого в мире промышленного производства шин, изначально для велосипедов.

Следующим значимым человеком в истории авторезины стал Чарльз Кингстон. Он в 1890 году ввел сразу несколько новшеств:

• разделил покрышку и камеру;
• в края покрышки вставил проволочный каркас;
• посадил шину прочно на обод.

Все перечисленное дало огромный шаг в развитии шин для транспорта.

Первыми, кто установил пневматические покрышки на автомобиль были, Андре и Эдуард Мишлен. Они сначала специализировались на велосипедных шинах, но в 1895 году оснастили один из гоночных автомобилей, который показал себя отлично в ходе соревнований. Это и положило начало развитию пневматических автошин.

Шинные инновации: без шума и проколов

Производители шин продолжают совершенствовать свои технологии и материалы

В последние несколько лет особое внимание и инвестиции направлены на обеспечение безопасности при вождении. Самая частая проблема, связанная с шинами, – это проколы

Новые технологии способны решить это, гарантируя безопасность даже в случае проколотой шины. В компании Pirelli для этого были разработаны две технологии: Seal Inside и Run Flat.

Технология Pirelli Seal Inside действует на основе самогерметизации посредством дополнительного специального слоя на внутренней поверхности шины. Другими словами – герметизирующая мастика охватывает вызвавший прокол и застрявший в шине предмет, создавая уплотнение вокруг него. После извлечения предмета из шины уплотняющаяся мастика затягивается в отверстие, герметизируя его края. Такие самогерметизирующиеся шины Pirelli позволяют безопасно продолжить поездку даже на проколотой шине, сохраняя полный контроль над автомобилем.

Фото: Pirelli

Технология Run Flat – сегодня одна из самых распространенных в производстве всех ведущих производителей автомобильных шин. Pirelli также не является исключением. На русский язык название этой технологии можно перевести как «езда на спущенной покрышке». Шина Run Flat имеет усиленное и более широкое бортовое кольцо. Когда обычная покрышка сдувается, она оседает под действием веса автомобиля, а борта просто сплющиваются. Несколько километров при такой ситуации способны почти полностью «убить» шину.

Технология Run Flat подразумевает применение в составе конструкции покрышки усилителей, в роли которых выступает оригинальный каркас, бортовые кольца, а также уникальная высокопрочная вставка в боковине шин. Pirelli использует в производстве своих шин множество типов резиновых смесей, часть из которых идет на основную часть покрышки, часть – на боковую. Это максимально безопасная шина, которая, в случае прокола, позволит вам доехать до пункта назначения, не прибегая к замене шины. 

Еще одна инновация от Pirelli – технология шумоподавления Pirelli Noise Cancelling System (сокращенно PNCS). Это наилучшее решение по снижению шума, создаваемого шинами на дороге. Вибрации, создаваемые конструкцией шины во время поездки и проявляющиеся внутри салона, называются кавитационным шумом. Система PNCS снижает шум на два-три децибела, в среднем уменьшая его вдвое. Можно представить, что шум от четырех шин с действующей технологией PNCS равен шуму двух «обычных» шин.

Фото: Pirelli

Шумопоглощающая технология PNCS – это, прежде всего, специальный материал, который находится внутри полости шины на гермослое. Он представляет собой своеобразную звукопоглощающую губку, открытые поры которой гасят вибрации воздуха и не дают им передаваться далее в узлы подвески и нарастать, создавая шум внутри салона автомобиля.

Чаще всего шины Pirelli с технологией шумоподавления PNCS приходятся на автомобили премиум- и люкс-класса для наивысшего комфорта внутри салона во время движения. На данный момент этой технологией оснащены шины Pirelli P Zero, которые подходят автомобилям марок Audi, Ferrari, Jaguar, Porsche и McLaren.

Как делают шины

Заводы в Кирове и Воронеже являются одними из самых передовых с технологической точки зрения предприятий по выпуску шин. И конструкция шины, и сама технология производства, используемые материалы сильно эволюционировали.

Материал, из которого изготовлена покрышка, имеет первостепенное значение. Шины различных производителей отличаются в первую очередь свойствами резины. Ведь именно она определяет многие технические характеристики шин, такие как уровень сцепления с дорогой, долговечность и износостойкость. Поэтому подбором компонентов резиновой смеси занимаются целые лаборатории в каждой компании, а ее состав зачастую является коммерческой тайной. Единственный компонент, который точно не является секретом, – это полимеры/элатомеры, такие как каучук, который может быть натуральным или синтетическим.

Своим черным цветом шина обязана техническому углероду или промышленной саже, как его еще называют. Благодаря его молекулярным соединениям, покрышка не только становится черной, но и прочной и устойчивой к износу и температурам. На третьем месте в составе – кремниевая кислота, которая повышает показатели сцепления покрышки с влажным покрытием. Кроме того, около 10 процентов шинных ингредиентов составляют вспомогательные компоненты – смолы и масла, для обеспечения мягкости и эластичности изделия. В специальном «котле» все это смешивается и превращается в единую массу.

Готовая резиновая смесь формируется в виде непрерывного листа, который охлаждается и направляется на участок изготовления полуфабрикатов. Здесь из резиновых листов «кроят» детали будущей шины: протектор, боковины, слои обрезиненного металлокорда и другие.

Затем специальный станок собирает все эти детали в единое целое. Этот этап так и называется – «сборка». Буквально за минуты из отдельных частей получается покрышка. После чего на шине при помощи пресса и воздействия высокого давления пара при повышенной температуре выдавливается рисунок протектора.

Готовые шины по конвейеру отправляются на визуальный, весовой и инструментальный контроль. Лазерный сканер позволяет выявить мельчайшие воздушные полости внутри шины, а рентген проверяет качество распределения слоев. Несколько шин из каждой партии проходят испытания прочности в специальной лаборатории – это десятки тысяч километров с повышенной нагрузкой.

Взгляд в будущее

Хотя технологии постоянно развиваются, найти какие-то способы для модернизации автомобильных колёс достаточно сложно. Это объясняется тем, что диски давно получили свою завершенную форму. Тем не менее, некоторые производители подобной продукции продолжают усердно трудится над изготовлением новых колёс и созданием необычных футуристических концептов. В качестве примера можно взять экзотические прототипы от компании «Michelin».

В 2006 году сотрудники известного бренда показали миру свою уникальную разработку — бескамерные колеса, изготовленные по совершенно новой технологии. Они не пневматические, так как полностью состоят из резиновых протекторов и эластичных спиц, которые поглощают удары и другие воздействия, снижая интенсивность износа колёс и подвески.

Но масса преимуществ не исключает наличие недостатков. Главный из них заключается в ограничении допустимой скорости до 80 км/ч. После преодоления этого рубежа машина начинает сильно вибрировать.

Все же революционные бескамерные шины Michelin — это новое слово в мире автомобилестроительной отрасли. Но они станут актуальными исключительно для электрических автомобилей.

Видео об истории создания колеса:

Бревно — скат — колесо

Возможно, что катящиеся брёвна поначалу использовали не как транспортное средство, а как «подвижную дорогу» — прототип конвейера. Из обтёсанных брёвен выкладывали путь для прокатки груза. Брёвна, по которым груз уже прокатили, переставляли вперёд, продлевая дорогу. Так с меньшими усилиями перемещали тяжести. По мере использования середина брёвен-катков истончалась от трения перекатываемого по ним груза. Такие брёвна меньшей поверхностью соприкасались с землёй и катились лучше. Люди стали выжигать среднюю часть брёвен, делая её тоньше, чем на краях, — получились скаты.

Следующий шаг — изобретение платформы для груза, поставленной на один или несколько скатов.

Перетаскивание тяжёлой лодки по брёвнам-каткам

Скат преобразовался в ось с валиками на концах, вытачиваемую из цельного куска дерева. Потом валики стали делать отдельно от оси и прочно скреплять с ней. Эти валики уже были настоящими колёсами.

Тенденции развития шинной индустрии

На данный момент можно выделить несколько тенденций в производстве автошин. В первую очередь производители стремятся сделать шины экологически чистыми. Для этого применяются различные технологии, но пока «зеленые» покрышки из-за цены не нашли большого применения.

Можно отметить стремление к снижению высоты профиля. Одновременно увеличивается посадочный диаметр. Впервые такое движение проявилось в начале девяностых. Причиной стали увеличившиеся скорости и большие тормозные суппорта. Низкий профиль делает автомобиль устойчивее, хоть и менее комфортным.

Активно развиваются технологии, позволяющие ехать на шине после ее повреждения. Способов решения задачи несколько, и они постоянно совершенствуются. Это позволяет увеличить безопасность движения.

Еще одним направлением в развитии, можно считать уменьшение сопротивления качению. Так снижают расход топлива, делая автомобиль экономичнее. Достигают подобного эффекта, путем использования современных резиновых смесей, точно рассчитанного рисунка протектора и других ухищрений.

Деревянные колёса Месопотамии

Примерно четвёртым тысячелетием до н.э. датируются колёса, изображённые при раскопках шумерского города Урук в Месопотамии. Тысячу лет спустя мастерство изготовления колёс развилось настолько хорошо, что шумерские цари стали брать с собой в загробное царство не только еду, драгоценности и любимых рабов, но и деревянные колёсные повозки. Такие погребения обнаружены в древних городах Ур и Киш, а также в древних Сузах. Все эти колёса изготавливались из сплошного деревянного круга с вырезанным отверстием для оси и держались на месте при помощи клина. Считается, что их прообразом стали деревянные катки, которые использовались для перемещения тяжёлых блоков из камня при строительстве храмов и гробниц.

Колеса из будущего

По большому счету, конструкция колеса получила свою завершенную форму, и каким образом его можно усовершенствовать, совершенно непонятно. Однако многие компании находятся в активном поиске новых идей и решений и регулярно представляют миру экзотические прототипы. Так, известная компания «Michelin» относительно недавно представила новаторскую концепцию Tweel.

В 2006 г. компания «Michelin» удивила всех бескамерным колесом. Оно не пневматическое, так как целиком и полностью состоит из резиновых протекторов. Они соединены с центром при помощи эластичных спиц. Последние повторяют все деформации колеса, отчего поглощаются удары. Представители компании «Michelin» утверждают, что даже лишенные воздуха шины Tweel обладают точно такой же грузоподъемностью, устойчивостью на бездорожье, как и их пневматические аналоги.

Несмотря на то, что шины Tweel имеют множество преимуществ, у них есть один большой недостаток. Автомобиль, укомплектованный ими, при разгоне более чем 80 км. в ч. начинает сильно вибрировать.

Безусловно, шины Tweel являются самой революционной технологией на сегодняшний день. Но они предназначены исключительно для электромобилей. При этом в активную систему Tweel входит двигатель, подвеска, коробка передач и трансмиссионный вал.

Инструменты для создания колеса

Одно можно сказать о Квеклосе наверняка: он был гением и мастером своего дела, ведь, чтобы сделать из игрушки полноразмерную повозку, нужно решить целый ряд проблем. Некоторые ученые, в том числе и Энтони, считают, что медные инструменты неслучайно появились незадолго до первой повозки. Колесо и ось невозможно было создать при помощи примитивных каменных орудий.

Как пишет Стивен Фогель, автор книги «Почему колесо круглое», самое важное в колесе — это то, насколько крепко оно сидит на оси. Если колесо сидит слишком крепко, повозка не поедет; если слишком свободно — колесо отпадет

В крошечной модели этой проблемы нет. Не требуется в моделях и определенное соотношение между диаметром и длиной оси, тогда как в полноразмерной повозке слишком толстая ось создает слишком сильное трение, а слишком тонкая — ломается под тяжестью груза.

Не всё так просто и с самим колесом.

Современная гипотеза создания колеса

Слово «колесо» происходит от праславянского «коло» и праиндоевропейского «кел-со» и обозначает «вращение». От этого же корня происходит название «колесница».

По последним данным исследователей, история изобретения колеса берет свое начало из Европы. Самые ранние глиняные колеса были найдены при раскопках трипольской культуры на территории современных стран (Румынии и Украины), которые датированы 5 тыс. до н. э. Более «поздние» находки сделаны в районах Германии, Польши и на Северном Кавказе. Древние захоронения людей вместе с колесницами были обнаружены недавно на границе между Арменией и Грузией в верховье реки Куры (4-3 тыс. до н. э.).

Одним из праобразов колес считаются древние каменные жернова для размалывания зерен в муку. Первые колеса делались из глины, камня и только потом из дерева.

Кто изобрёл колесо?

К сожалению, изобретатель колеса жил в настолько древние времена, что история не сохранила для нас не только его имени, но даже места, где это произошло. Прообразом колеса многие историки считают круглые каменные жернова, которые использовались для размалывания злаков, начиная с периода неолита.

Исторический период, к которому относятся первые колёса, определяется довольно приблизительно – где-то около V тысячелетия до нашей эры. Именно к этому времени относится археологическая находка, сделанная румынским учёным неподалёку от города Яссы в 1981 году. В раскопе были обнаружены глиняные игрушки, изображавшие колёсную повозку. На текущий момент это наиболее древние из колёс, известных историкам.

Аналогичные находки, датируемые IV тысячелетием до н.э., обнаружены и в других местах Центральной Европы. Это керамические горшки с рисунком повозки, игрушечные модели колёс и даже деревянное окаменевшее колесо из древесины ясеня. Примерно пять тысяч лет насчитывает двухколёсная повозка из погребения «Тягуновой могилы» – кургана в Запорожской области Украины. Все эти находки доказывают, что современная цивилизация зародилась не на Ближнем Востоке, как это было принято считать раньше, а в Центральноевропейском регионе.

Прототипы колеса в Египте

В Египте прототипом нашумевшего изобретения считаются катки, которые использовались при строительстве огромных пирамид. Это были огромные катящиеся бревна. Способ был не очень удобным, но для Египта наземный транспорт не имел большого значения: в этой водной стране роль дорог и магистралей выполняли реки и каналы.

Первый раз египтяне увидели колесницы, когда на них напали кочевые племена — гиксы. Этот боевой транспорт, запряженный лошадьми, они приняли за чудовищ и в ужасе разбежались, что позволило гиксам захватить страну. В течение двухсот лет, находясь под вражеским игом, египтяне сами научились делать повозки и боевые колесницы. И в дальнейшем создали хорошо обученную и снаряженную армию.