stringtranslate.com

Проволочное колесо

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

Проволочные колеса , колеса с проволочными спицами , колеса с натяжными спицами или «подвесные» колеса — это колеса , ободья которых соединяются со ступицами проволочными спицами . [1] [2] [3] Хотя эти тросы значительно жестче, чем стальные тросы аналогичного диаметра , механически они действуют так же, как натянутые гибкие тросы, сохраняя целостность обода и одновременно выдерживая приложенные нагрузки. Термин «подвесное колесо» не следует путать с подвеской автомобиля . [3]

Проволочные колеса используются на большинстве велосипедов и до сих пор используются на многих мотоциклах . Они были изобретены авиационным инженером Джорджем Кэли в 1808 году. [4] Хотя Кэли 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 на велосипедах. [6]

Велосипедные колеса не были достаточно прочными для автомобилей, пока не были разработаны колеса с тангенциальными спицами. Они быстро завоевали популярность в мире велосипедов и трициклов, но не были распространены на автомобилях примерно до 1907 года. Этому способствовали запатентованные съемные и взаимозаменяемые колеса Раджа-Уитворта, разработанные Джоном Пью. Эти колеса были обязаны своей устойчивостью к торможению и ускорению благодаря двум внутренним рядам тангенциальных спиц. Внешний ряд радиальных спиц обеспечивал боковую устойчивость к нагрузкам на поворотах. Эти колеса имели глубокую вогнутую форму , чтобы оси рулевого управления могли располагаться как можно ближе к центральной линии шин. Вторая их особенность заключалась в том, что они были легкосъемными и устанавливались на шлицевых ложных ступицах. Процесс сборки проволочных колес описывается как колесостроение .

На автомобилях

С самых первых дней в автомобилях использовались либо проволочные колеса, либо тяжелые деревянные или стальные спицы артиллерийского типа. Разработка быстросъемных ступиц конструкции Раджа-Уитворта или Райли во многом способствовала популяризации проволочных колес и, кстати, привела к установке «запасных колес». После того, как их артиллерийские колеса с деревянными спицами оказались неадекватными, многие производители в США заплатили Джону Пью из компании Rudge-Whitworth гонорары за производство проволочных колес с использованием его патентов. Артиллерийские колеса вышли из моды в конце 1920-х годов, и разработка Джозефом Сэнки более дешевых колес из прессованной стали заменила проволочные колеса везде, где повышенная цена проволочных колес не была оправдана их экономией веса.

Спортивные автомобили

До 1960 года спортивные/гоночные автомобили обычно имели проволочные колеса с центральным замком Rudge-Whitworth , оснащенные шлицевыми ступицами и быстросъемной стопорной крышкой (центральной барашковой гайкой) [7] , которую можно было отвинтить, ударив по крылу гайки с помощью молоток из специального сплава или «ударный молоток». [8] В некоторых юрисдикциях, в том числе в США и Западной Германии, в конце 1960-х годов по соображениям безопасности были запрещены колпаки с ушами. В ответ некоторые производители (например, Maserati ) предпочли удерживать колесо на шлицевой ступице, закрывая его одной обычной шестигранной гайкой без крыльев, требующей специального большого гаечного ключа. [9]

В 1960-е годы стали обычным явлением еще более легкие литые легкосплавные диски — сначала со шлицевыми ступицами и поддельными колпаками — и теперь преобладают. Новые версии проволочных колес все еще производятся, но часто со стандартными образцами болтов ступицы, закрытыми центральной крышкой, чтобы подходить без адаптеров.

На мотоциклах

Когда-то в мотоциклах использовались проволочные колеса, собранные из отдельных компонентов , но, за исключением приключенческих, эндуро и мотоциклов для бездорожья , сейчас они используются в основном из-за их ретро-внешности.

На велосипедах

Первое коммерчески успешное использование проводных колес было на велосипедах. Они были введены на ранних стадиях разработки велосипеда, вскоре после внедрения цельнорезиновых шин. Эта разработка ознаменовала собой значительное улучшение по сравнению со старыми деревянными колесами как с точки зрения веса, так и с точки зрения комфорта (повышенная эластичность колеса помогает поглощать вибрацию дороги). [11]

В Англии инженер Уильям Стэнли в 1849 году разработал колесо-паук со стальной проволокой , представлявшее собой усовершенствование громоздких колес с деревянными спицами, которые затем устанавливались на трехколесные велосипеды, которые производил его работодатель. [12] [13] [14]

Производители велосипедов ежегодно производят миллионы колес, используя распространенные модели со скрещенными спицами, пересечение соседних спиц которых определяется количеством спиц в колесе. Производители колес гоночных команд и в хороших велосипедных магазинах изготавливают колеса по другим схемам, например, с двумя крестами, с одним крестом или без перекрестия (обычно называемые радиальными). Многие из этих моделей используются уже более 100 лет. Утверждается, что скрещенные узоры обладают большей прочностью и стабильностью, а нерегулярные узоры являются формой искусства и не имеют особой структурной ценности. [15]

В 1980-е годы литые колеса с 5 или 6 жесткими спицами стали появляться на Олимпийских играх и в профессиональных гонках. Они имеют преимущества в специализированных приложениях, таких как гонки на время, но для большинства целей используются колеса с проволочными спицами.

Натяжение спиц и давление в шинах

Обычно каждая спица на ненагруженном колесе предварительно натягивается с усилием около 100 фунтов. Когда велосипед загружен водителем, то спицы под ступицей имеют меньшее натяжение. При каждом повороте колеса натяжение спиц постоянно меняется, что может привести к поломке спиц из-за усталости. Усталость обычно приводит к выходу спиц из строя. [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 загрузку

Реакция на радиальную нагрузку хорошо натянутого колеса со спицами из проволоки, например, у велосипедиста, заключается в том, что колесо слегка сплющивается вблизи зоны контакта с землей. Остальная часть колеса остается примерно круглой. [18] [19] [20] [21] Натяжение всех спиц существенно не увеличивается; вместо этого только спицы, расположенные непосредственно под ступицей, уменьшают свое натяжение. [15] [22] [23] [24] Вопрос о том, как лучше описать эту ситуацию, обсуждается. [25] Некоторые авторы делают из этого вывод, что ступица «стоит» на тех спицах, находящихся непосредственно под ней, натяжение которых снижается, хотя спицы под ступицей не оказывают на ступицу восходящей силы и могут быть заменены цепями без особых изменений. физика колеса. [20] [15] Другие авторы приходят к выводу, что ступица «висит» на тех спицах над ней, которые оказывают восходящую силу на ступицу и имеют более высокое натяжение, чем спицы под ступицей, которые тянут ступицу вниз. [23] [26]

Несмотря на то, что проволочные колеса состоят из тонких и относительно гибких спиц, они имеют радиальную жесткость и обеспечивают очень низкую податливость подвески по сравнению даже с велосипедными шинами высокого давления . [27] [28] [29] [30]

Галерея

Рекомендации

  1. ^ Форестер, Джон (август 1980 г.). «Поддерживаемый тягой вниз». Американские колесники . Проверено 26 июня 2012 г. как колесо со спицами натяжения несет нагрузку
  2. ^ Браун, Шелдон . «Велосипедные шины и камеры: как шина выдерживает нагрузку» . Проверено 26 июня 2012 г. Колесо с натяжными спицами и пневматическая шина — это два примера так называемых растяжимых конструкций с предварительным натягом, блестящие, противоречащие здравому смыслу конструкции, которые замечательно работают вместе, выдерживая вес, в 100 раз превышающий их собственный.
  3. ^ AB CS Уокер (1920). «Проволочные колеса». Общество Автомобильных Инженеров . стр. 425–432 . Проверено 26 июня 2012 г. Поскольку проволочное колесо является «подрессоренным», вес автомобиля подвешивается или «поддерживается» на множестве упругих гибких спиц.
  4. ^ Акройд, JAD (2011). «Сэр Джордж Кэли: изобретение самолета недалеко от Скарборо во времена Трафальгара» (PDF) . Журнал истории авиации (6): 152. В том же месяце, в марте 1808 года, в записной книжке записано его изобретение натяжного колеса в поисках «самого легкого колеса для аэронавигационных машин». Его идея состоит в том, чтобы «... полностью отказаться от деревянных спиц и связать всю твердость колеса только с прочностью обода, используя тугую и прочную проволоку».
  5. ^ См.:
    • Уведомление о патенте Теодора Джонса на проволочные колеса: Справочник патентных изобретений и т. д. , нет. 17 (ноябрь 1826 г.), стр. 320.
    • Иллюстрации и описание проволочного колеса Джонса: Люк Хеберт, изд. (20 апреля 1828 г.) «Патентные подвесные колеса», Реестр искусств и Журнал патентных 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 конструкции подвески: сделать быстрый автомобиль быстрее Тейлор и Фрэнсис, 1981, США. ISBN 0-8376-0150-9 . Колин Кэмпбелл: «Проволочное колесо с центральным замком традиционно ассоциируется со старинными спортивными и гоночными автомобилями, и у тех из нас, кто преклонного возраста, кровь все еще кипит от воспоминаний о долях секунд, сэкономленных ловким применением молотков с медными головками. к колпакам с ушами». стр.5 
  8. ^ Уилсон МакКомб. «Принципы работы проволочного колеса с центральным замком» . Проверено 18 мая 2013 г. Давайте более внимательно рассмотрим эту сборку, назвав центральную часть колеса «центром колеса», который прикреплен к «ступице» и зафиксирован на месте «запорным колпачком».
  9. ^ Иган, Питер (21 марта 2016 г.). «Поражение подделок». Дорога и трек . Проверено 21 марта 2020 г.
  10. ^ "Мотоциклы Сан-Су-Пап" . Кибер мотоцикл . Проверено 8 мая 2021 г.
  11. ^ Херлихи, Дэвид V (2004). Велосипед: История. Издательство Йельского университета . стр. 141–142. ISBN 0-300-10418-9.
  12. ^ МакКоннелл, Анита (2004). «Стэнли, Уильям Форд Робинсон (1829–1909)» . Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/ref: odnb/36250 . Проверено 9 сентября 2009 г. (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании.)
  13. ^ Оуэн, ВБ (1912). Сэр Сидни Ли (ред.). Национальный биографический словарь — Уильям Форд Робинсон Стэнли . Второе дополнение. Том. III (Нил-Янг). Лондон: Smith, Elder & Co., стр. 393–394.
  14. ^ «Хорошая неделя для катания» . Кройдонский страж . 10 июня 2006 г. Проверено 9 сентября 2009 г.
  15. ^ abc Брандт, Джобст (1981). Велосипедное колесо . Шиповник. стр. 12–20. ISBN 0-9607236-2-5.
  16. ↑ Макс Гласкин (28 апреля 2015 г.). «Наука о спицах». Велосипедист . Проверено 4 декабря 2021 г.
  17. ↑ Спенсер Паулисон (13 августа 2021 г.). «Руководство для начинающих по давлению в велосипедных шинах» . Проверено 4 декабря 2021 г.
  18. ^ Форестер, Джон (август 1980 г.). «Поддерживаемый тягой вниз». Американские колесники .
  19. ^ Уитт, Фрэнк Р.; Дэвид Г. Уилсон (1982). Велосипедная наука (второе изд.). Массачусетский Институт Технологий. стр. 106–138. ISBN 0-262-23111-5.
  20. ^ AB Ян Смит. «Анализ велосипедного колеса» . Проверено 31 декабря 2008 г. Я делаю вывод, что вполне разумно сказать, что ступица стоит на нижних спицах, а не свисает с верхних спиц.
  21. ^ CJ Бургойн и Р. Дилмаганян (март 1993 г.). «Велосипедное колесо как предварительно напряженная конструкция» (PDF) . Журнал инженерной механики . 119 (3): 439–455. дои : 10.1061/(asce)0733-9399(1993)119:3(439). ISSN  0733-9399.
  22. ^ Уилсон, Дэвид Гордон; Джим Пападопулос (2004). Велосипедная наука (Третье изд.). Массачусетский Институт Технологий. стр. 389–390. ISBN 0-262-73154-1.
  23. ^ аб Том Файн (сентябрь 1998 г.). «Ступицы свисают с обода!» . Проверено 16 марта 2010 г. Я все же без всякого сомнения говорю, что ступица свисает с верхних спиц.
  24. ^ Анри П. Гэвин (август 1996 г.). «Рисунок спиц велосипедного колеса и усталость спиц» (PDF) . Журнал инженерной механики . 122 (8): 736–742. дои : 10.1061/(ASCE) 0733-9399 (1996) 122: 8 (736).
  25. ^ Крейг Уиллетт (5 сентября 2004 г.). «Висеть или стоять?». Обзор BikeTech . Проверено 16 марта 2010 г. Малоизвестные семантические дебаты... уже довольно давно бушуют в группах новостей Usenet. Предметом спора в этой дискуссии является то, «стоит» ли нагруженное велосипедное колесо на нижних спицах или «висит» на верхних?
  26. ^ Сэмюэл К. Кларк, В. Е. Гоф (1981). Механика пневматических шин . Министерство транспорта США. п. 241. Система передачи нагрузки аналогична системе велосипедного колеса, где ступица подвешивается на спицах из стальной проволоки сверху обода, нагруженного снизу.
  27. ^ Джон Свенсон (2006). «Характеристики велосипедного колеса. Метод анализа» (PDF) . BikePhysics.com . Проверено 25 июня 2012 г. Радиальная жесткость. В вашем колесе почти нет вертикальной податливости, и люди, которые утверждают, что могут почувствовать вертикальную жесткость или «резкость» колеса, ошибаются. Радиальная жесткость велосипедного колеса ~ 3-4000 Н/мм. Это соответствует отклонению 0,1 мм под нагрузкой 40 кг. Извини, принцесса, но это скрывается из-за прогиба шин, вилки, седла, ленты руля, рамы и даже ваших перчаток.
  28. ^ Анри П. Гэвин (1996). «Рисунок спиц велосипедного колеса и усталость спиц» (PDF) . Журнал инженерной механики . Проверено 25 июня 2012 г. радиальная жесткость колеса (Н/мм): 2500-5000
  29. ^ Ян (2002). «Узоры спицами». astounding.org.uk . Проверено 25 июня 2012 г. Колесо с радиальными спицами примерно на 4,6% жестче, чем колесо с тангенциальными спицами. В качестве альтернативы, если вы приложите силу 1000 Н (около 100 кг, 220 фунтов) к каждому из колес, тангенциальная (четырехкрестовая) спица отклонится на 0,0075 мм (0,0003 дюйма) больше, чем радиальная спица. Поскольку шина может прогибаться как минимум на несколько миллиметров (если 3 мм, это в 400 раз больше прогиба), я пришел к выводу, что шипы вряд ли окажут заметное влияние на вертикальную жесткость колеса.
  30. ^ Джобст Брандт (1981). «Велосипедный словарь Шелдона Брауна: радиальные спицы». Шелдон Браун (веломеханик) . Проверено 25 июня 2012 г. Нет никаких изменений в радиальной упругости между колесами с радиальными и скрещенными спицами с одинаковыми компонентами, за исключением длины спиц. Спица диаметром 290 мм на 3% жестче, чем спица того же типа диаметром 300 мм. Поскольку спицы упруго растягиваются примерно на 0,1 мм на жесткой неровности (а не на обычной дорожной ряби), разница в упругости между радиальным и поперечным трехколесным колесом составляет 3% x 0,1 мм = 0,003 мм. Толщина копировальной бумаги составляет 0,075 мм, и если вы почувствуете это, ездя 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

Викискладе есть медиафайлы, связанные с проволочными колесами .