stringtranslate.com

Проволочное колесо

Проволочные колеса на велосипеде пенни-фартинг викторианской эпохи
Проволочные колеса на Blériot XI , дебютировавшем в 1909 году

Проволочные колеса , колеса со спицами из проволоки , колеса со спицами из натяжения или колеса с «подвеской» — это колеса , ободья которых соединены со ступицами с помощью проволочных спиц . [1] [2] [3] Хотя эти провода значительно жестче, чем трос аналогичного диаметра , они механически функционируют так же, как натянутые гибкие провода, сохраняя обод ровным, поддерживая приложенные нагрузки. Термин « колесо с подвеской» не следует путать с подвеской транспортного средства . [3]

Проволочные колеса используются на большинстве велосипедов и до сих пор используются на многих мотоциклах . Они были изобретены авиационным инженером Джорджем Кейли в 1808 году. [4] Хотя Кейли первым предложил проволочные колеса, он не подал заявку на патент. Первый патент на проволочные колеса был выдан Теодору Джонсу из Лондона, Англия, 11 октября 1826 года. [5] Эжен Мейер из Парижа, Франция, был первым человеком, получившим в 1869 году патент на проволочные колеса для велосипедов. [6]

Велосипедные колеса не были достаточно прочными для автомобилей до разработки колес с тангенциальными спицами. Они быстро стали хорошо известны в мире велосипедов и трехколесных мотоциклов, но не были распространены на автомобилях до 1907 года. Этому способствовали запатентованные Rudge-Whitworth съемные и взаимозаменяемые колеса, разработанные Джоном Пью. Эти колеса были обязаны своей устойчивостью к тормозным и ускоренным нагрузкам своим двум внутренним рядам тангенциальных спиц. Внешний ряд радиальных спиц обеспечивал боковую прочность против напряжений на поворотах. Эти колеса были глубоко вогнутыми, так что рулевые шарнирные пальцы могли лежать как можно ближе к центральной линии шин. Их второй особенностью было то, что они легко снимались, будучи установленными на шлицевых ложных ступицах. Процесс сборки проволочных колес описывается как сборка колес .

На автомобилях

С самых первых дней автомобили использовали либо проволочные колеса, либо тяжелые деревянные или стальные прессованные спицы артиллерийского типа. Разработка быстросъемных ступиц конструкции Rudge-Whitworth или Riley во многом способствовала популяризации проволочных колес и, попутно, привела к установке «запасных колес». После того, как их деревянные спицы артиллерийских колес оказались неподходящими, многие американские производители заплатили Джону Пью из Rudge-Whitworth роялти за производство проволочных колес с использованием его патентов. Артиллерийские колеса вышли из моды в конце 1920-х годов, и разработка более дешевых штампованных стальных колес Джозефом Сэнки заменила проволочные колеса везде, где высокая цена проволочных колес не оправдывалась их экономией веса.

Спортивные автомобили

До 1960 года спортивные/гоночные автомобили обычно имели колеса Rudge-Whitworth centerlock wire, оснащенные шлицевыми ступицами и быстросъемным «knockoff» (центральная крыльчатая гайка) стопорным колпачком [7] , который можно было открутить, ударив по крылу гайки специальным молотком из сплава или «knockoff hammer». [8] Некоторые юрисдикции, включая США и Западную Германию, запретили ушковые колпаки ступиц из соображений безопасности в конце 1960-х годов. В ответ на это некоторые производители (например, Maserati ) предпочли удерживать колесо на шлицевой ступице, закрывая его одной обычной шестигранной гайкой без крыльев, для которой требовался специальный большой гаечный ключ. [9]

В 1960-х годах стали обычными еще более легкие литые литые диски — сначала со шлицевыми ступицами и съемными колпаками — и теперь преобладают. Новые версии проволочных дисков все еще производятся, но часто со стандартными схемами болтов ступицы, закрытыми центральным колпаком для установки без адаптеров.

На мотоциклах

Когда-то на мотоциклах использовались проволочные колеса, собранные из отдельных компонентов , но, за исключением мотоциклов для приключений, эндуро или кроссовых мотоциклов , сейчас они используются в основном из-за своего ретро-внешнего вида.

На велосипедах

Первое коммерчески успешное использование проволочных колес было на велосипедах. Они были введены на ранней стадии развития велосипеда, вскоре после принятия сплошных резиновых шин. Это развитие ознаменовало собой значительное улучшение по сравнению со старыми деревянными колесами, как с точки зрения веса, так и комфорта (повышенная эластичность колеса помогает поглощать дорожные вибрации). [11]

В Англии инженер Уильям Стэнли в 1849 году разработал паукообразное колесо со стальной проволокой , которое было усовершенствованием по сравнению с громоздкими деревянными колесами со спицами, которые тогда устанавливались на трехколесные велосипеды, производимые его работодателем. [12] [13] [14]

Производители велосипедов ежегодно изготавливают миллионы колес, используя распространенные схемы перекрестных спиц, где пересечение соседних спиц регулируется количеством спиц в колесе. Производители колес гоночных команд и в хороших велосипедных магазинах изготавливают колеса по другим схемам, таким как двухкрестовая, однокрестовая или безкрестовая (обычно называемая радиальной). Многие из этих схем используются уже более 100 лет. Утверждается, что перекрестные схемы обладают большей прочностью и стабильностью, а нерегулярные схемы являются формами искусства и имеют мало структурных достоинств. [15]

В 1980-х годах литые диски с 5 или 6 жесткими спицами начали появляться на Олимпийских играх и в профессиональных гонках. Они имеют преимущества в специализированных приложениях, таких как гонки на время, но диски со спицами из проволоки используются для большинства целей.

Натяжение спиц и давление в шинах

Обычно каждая спица предварительно натянута примерно до 100 фунтов силы на ненагруженном колесе. Когда велосипед загружен велосипедистом, спицы под ступицей имеют меньшее натяжение. С каждым поворотом колеса происходит многократное изменение натяжения спиц, что может способствовать поломке спиц из-за усталостных поломок. Усталость обычно приводит к поломке спиц. [16]

При правильном давлении воздуха шина будет поглощать легкие удары и вибрации и катиться быстрее, чем жесткая, негибкая шина при более высоком давлении воздуха в диапазоне 120-130 фунтов на квадратный дюйм. Более тяжелым гонщикам требуется немного более высокое давление воздуха. [17]

Реакция на нагрузку

Реакция на радиальную нагрузку хорошо натянутого колеса со спицами из проволоки, например, от велосипедиста, сидящего на велосипеде, заключается в том, что колесо слегка сплющивается около области контакта с землей. Остальная часть колеса остается приблизительно круглой. [18] [19] [20] [21] Натяжение всех спиц существенно не увеличивается; вместо этого только спицы, находящиеся непосредственно под ступицей, уменьшают свое натяжение. [15] [22] [23] [24] Вопрос о том, как лучше всего описать эту ситуацию, является предметом споров. [25] Некоторые авторы делают вывод из этого, что ступица «стоит» на тех спицах, которые находятся непосредственно под ней и испытывают снижение натяжения, хотя спицы под ступицей не оказывают на ступицу никакой направленной вверх силы и могут быть заменены цепями без особого изменения физики колеса. [20] [15] Другие авторы делают вывод, что ступица «висит» на тех спицах над ней, которые оказывают на ступицу направленную вверх силу и которые имеют более высокое натяжение, чем спицы под ступицей, которые тянут ступицу вниз. [23] [26]

Несмотря на то, что спицы сделаны из тонких и относительно гибких спиц, проволочные колеса радиально жесткие и обеспечивают очень малую податливость подвески по сравнению даже с велосипедными шинами высокого давления . [27] [28] [29] [30]

Галерея

Ссылки

  1. ^ Форестер, Джон (август 1980). «Held Up By Downward Pull». American Wheelmen . Получено 2012-06-26 . как колесо со спицами натяжения несет свою нагрузку
  2. ^ Браун, Шелдон . «Велосипедные шины и камеры. Как шина выдерживает нагрузку» . Получено 26.06.2012 . Колесо со спицами и пневматическая шина — два примера так называемых предварительно нагруженных растяжимых конструкций, блестящих, нелогичных конструкций, которые вместе замечательно работают, выдерживая вес, в 100 раз превышающий их собственный.
  3. ^ ab CS Walker (1920). "Wire Wheels". Society of Automotive Engineers . pp. 425–432 . Получено 26.06.2012 . Поскольку проволочное колесо является "подвесным", вес автомобиля подвешивается или "удерживается" на множестве упругих, гибких спиц.
  4. ^ Ackroyd, JAD (2011). "Сэр Джордж Кейли: изобретение аэроплана около Скарборо во время Трафальгара" (PDF) . Журнал истории аэронавтики (6): 152. В том же месяце, марте 1808 года, в записной книжке записано его изобретение натяжного колеса в ходе его поисков "самого легкого колеса для воздушных навигационных машин". Его идея заключается в том, чтобы "... полностью отказаться от деревянных спиц и связать всю прочность колеса только с прочностью обода, путем использования тугой прочной связки..."
  5. ^ См.:
    • Уведомление о патенте Теодора Джонса на проволочные колеса: Реперторий патентных изобретений и т. д. , № 17 (ноябрь 1826 г.), стр. 320.
    • Иллюстрации и описание проволочного колеса Джонса: Люк Хеберт, ред. (20 апреля 1828 г.) «Патентованные подвесные колеса» , Регистр искусств и Журнал патентованных изобретений , 2-я серия, 2 (29): страницы 65-66.
  6. ^ Bulletin des lois de la République française (1873) 12-я серия, том. 6, стр. 648, патент №. 86705: «Perfectionnements dans les roues de vélocipèdes» (Усовершенствования велосипедных колес), выпущено: 4 августа 1869 г.
  7. ^ Новые направления в проектировании подвески: как сделать быстрый автомобиль еще быстрее Тейлор и Фрэнсис, 1981, США. ISBN 0-8376-0150-9 . Колин Кэмпбелл: «Руль с центральным креплением традиционно ассоциируется со старинными спортивными и гоночными автомобилями, и у тех из нас, кто постарше, кровь все еще кипит от воспоминаний о долях секунды, сэкономленных благодаря умелому применению молотков с медными головками по ушастым колпакам». стр. 5 
  8. ^ Уилсон МакКомб. "Принципы колеса с центральным креплением" . Получено 18.05.2013 . Давайте подробнее рассмотрим эту сборку, называя центральную часть колеса "центром колеса", который крепится к "ступице" и фиксируется на месте "запирающим колпачком".
  9. ^ Иган, Питер (2016-03-21). «Уничтожение подделок». Road & Track . Получено 2020-03-21 .
  10. ^ "San-Sou-Pap Motorcycles". Cyber ​​Motorcycle . Получено 2021-05-08 .
  11. ^ Херлихи, Дэвид В. (2004). Велосипед: история. Издательство Йельского университета . С. 141–142. ISBN 0-300-10418-9.
  12. ^ Макконнелл, Анита (2004). "Стэнли, Уильям Форд Робинсон (1829–1909)" . Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-ред.). Oxford University Press. doi :10.1093/ref:odnb/36250 . Получено 9 сентября 2009 г. . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании.)
  13. ^ Оуэн, У. Б. (1912). Сэр Сидней Ли (ред.). Словарь национальной биографии - Уильям Форд Робинсон Стэнли . Второе приложение. Т. III (Нил-Янг). Лондон: Smith, Elder & Co. стр. 393–394.
  14. ^ "Хорошая неделя для прогулки". The Croydon Guardian . 10 июня 2006 г. Получено 9 сентября 2009 г.
  15. ^ abc Brandt, Jobst (1981). Велосипедное колесо . Avocet. стр. 12–20. ISBN 0-9607236-2-5.
  16. ^ Макс Гласкин (28 апреля 2015 г.). «Наука о спицах». Велосипедист . Получено 04.12.2021 .
  17. ^ Спенсер Поулисон (13 августа 2021 г.). «Руководство для начинающих по давлению в шинах велосипеда» . Получено 04.12.2021 .
  18. ^ Форестер, Джон (август 1980 г.). «Held Up By Downward Pull». Американские колесники .
  19. ^ Уитт, Фрэнк Р.; Дэвид Г. Уилсон (1982). Bicycle Science (Второе издание). Массачусетский технологический институт. С. 106–138. ISBN 0-262-23111-5.
  20. ^ ab Ian Smith. "Bicycle Wheel Analysis" . Получено 2008-12-31 . Я прихожу к выводу, что вполне разумно утверждать, что ступица стоит на нижних спицах и не висит на верхних спицах.
  21. ^ CJ Burgoyne и R. Dilmaghanian (март 1993 г.). «Велосипедное колесо как предварительно напряженная конструкция» (PDF) . Журнал инженерной механики . 119 (3): 439–455. doi :10.1061/(asce)0733-9399(1993)119:3(439). ISSN  0733-9399.
  22. ^ Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Bicycle Science (Третье изд.). Массачусетский технологический институт. С. 389–390. ISBN 0-262-73154-1.
  23. ^ ab Tom Fine (сентябрь 1998 г.). "Втулки висят на ободе!" . Получено 16.03.2010 . Я по-прежнему говорю, без всяких сомнений, что втулка висит на верхних спицах.
  24. ^ Анри П. Гэвин (август 1996 г.). «Спицевые узоры велосипедных колес и усталость спиц» (PDF) . Журнал инженерной механики . 122 (8): 736–742. doi :10.1061/(ASCE)0733-9399(1996)122:8(736).
  25. ^ Kraig Willett (5 сентября 2004 г.). "Hang or Stand?". Обзор BikeTech . Получено 16.03.2010 . Малоизвестный семантический спор... бушует в группах новостей usenet уже довольно давно. Предметом спора в этом споре является то, "стоит" ли нагруженное велосипедное колесо на нижних спицах или "висит" на верхних?
  26. ^ Сэмюэл К. Кларк, В. Э. Гоф (1981). Механика пневматических шин . Министерство транспорта США. стр. 241. Система передачи нагрузки аналогична системе велосипедного колеса, где ступица подвешена на стальных проволочных спицах к верхней части обода, который нагружен снизу.
  27. ^ Джон Свенсон (2006). "Характеристики велосипедного колеса, метод анализа" (PDF) . BikePhysics.com . Получено 25.06.2012 . Радиальная жесткость: в вашем колесе почти нет вертикальной податливости, и люди, которые настаивают на том, что они могут чувствовать вертикальную жесткость или "жесткость" колеса, ошибаются. Радиальная жесткость велосипедного колеса составляет ~ 3-4000 Н/мм. Это соответствует прогибу в 0,1 мм под нагрузкой 40 кг. Извините, принцесса, но это скрывает величина прогиба в шинах, вилке, седле, обмотке руля, раме и даже ваших перчатках.
  28. ^ Henri P. Gavin (1996). "Bicycle Wheel Spoke Patterns and Spoke Fatigue" (PDF) . Journal of Engineering Mechanics . Получено 2012-06-25 . радиальная жесткость колеса (Н/мм): 2500-5000
  29. ^ Ian (2002). "Spoke Patterns". astounding.org.uk . Получено 25.06.2012 . Колесо с радиальными спицами примерно на 4,6% жестче, чем с тангенциальными спицами. В качестве альтернативы, если вы приложите 1000 Н (около 100 кг, 220 фунтов) к каждому из колес, колесо с тангенциальными (четырехкрестными) спицами прогнется на 0,0075 мм (0,0003 дюйма) больше, чем колесо с радиальными спицами. Поскольку шина, скорее всего, прогнется по крайней мере на несколько миллиметров (если 3 мм, то это в 400 раз больше прогиба), я прихожу к выводу, что спицы вряд ли окажут заметное влияние на вертикальную жесткость колеса.
  30. ^ Jobst Brandt (1981). "Sheldon Brown's Bicycle Glossary: ​​Radial spoking". Sheldon Brown (велосипедный механик) . Получено 2012-06-25 . Радиальная упругость колеса с радиальными и перекрестными спицами с одинаковыми компонентами не меняется, за исключением длины спиц. Спица 290 мм на 3% жестче, чем спица 300 мм того же типа. Поскольку спицы упруго растягиваются примерно на 0,1 мм на жесткой неровности (не на обычной дорожной ряби), разница в упругости между радиальным и перекрестным колесом составляет 3% x 0,1 мм = 0,003 мм. Бумага для ксерокса имеет толщину 0,075 мм, и если вы почувствуете это, когда проедете по ней по гладкой как стекло бетонной поверхности, пожалуйста, дайте мне знать. У вас большая чувствительность, чем у дамы из басни "принцесса на горошине".

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме «Проволочные колеса» .