Как устроено колесо машины: Как устроено колесо автомобиля?

Содержание

Как устроено колесо автомобиля?

Колеса принимают крутящий момент от двигателя и за счет сцепления с дорогой обеспечивают движение автомобиля. Также они воспринимают и сглаживают удары от неровностей поверхности дороги. От них зависят возможность разгона и торможения, управляемость и устойчивость, плавность хода и безопасность автомобиля.

Колесо автомобиля состоят из:

диска с ободом;
шины.

СТРОЕНИЕ АВТОМОБИЛЬНОЙ ШИНЫ

Шина может быть камерной или бескамерной. В камерной находится резиновая камера, которая заполняется воздухом. А сама шина без камеры называется покрышкой. Покрышка состоит из каркаса (корда) и протектора, а также боковин и бортов. Каркас шины является главной частью покрышки, ее силовой основой. Он выполняется из нескольких слоев специальной ткани – корда. Корд воспринимает давление сжатого воздуха изнутри и нагрузки от дороги снаружи. Материалом нитей корда могут служить: хлопок, нейлон, металлическая проволока, стекловолокно и прочие материалы.

Неплохо зарекомендовал себя брекер с нитями корда, свитыми из тонких стальных проволочек. По сравнению с текстильным, данный корд имеет во много раз меньше растяжение. Но у него есть минусы: он менее терпим к нагрузкам на низкочастотном покрытии и, если при проколе шины, в брекер попадает вода, особенно с химическими реагентами, то быстро разрушается от коррозии. Протектор — это толстый слой резины с определенным рисунком, он расположен на наружной поверхности покрышки и непосредственно соприкасается с поверхностью дороги. Рисунок протектора может быть дорожным, универсальным и специальным. В бескамерной шине отсутствует и не предусмотрена резиновая камера для воздуха. Полость, заключенная между покрышкой и ободом должна быть герметичной, т.к. непосредственно она заполняется воздухом. Поэтому диск для бескамерной шины отличается от обычного диска наличием уплотняющих буртиков на ободе. При покупке дисков на это следует обращать внимание. Если используете шины с камерой, то подойдут любые диски, буртики не помешают. Шины бывают с диагональным и радиальным расположением нитей корда.

В диагональных шинах нити корда располагаются перекрестно, угол их наклона составляет 35 — 38°. То есть они соединяют боковины покрышки по диагонали. В радиальных шинах нити корда расположены под прямым углом по отношению к бортам. Основными достоинствами радиальных шин являются: хорошее сцепление с дорогой, малое сопротивление качению и большой срок службы. Радиальные шины являются более современными, чем диагональные, и именно они, в большинстве случаев, используются на автомобилях. С ними машина устойчивее, экономичнее и динамичнее. Чтобы протектор шины хорошо держал дорогу, он должен приноравливаться к её неровностям — быть достаточно гибким в радиальном направлении. Чему корд каркаса почти не препятствует. Но деформация боковины шины не желательна — она ухудшают управление. Для решения этой задачи используют дополнительное силовое кольцо из несколько слое корда. Это так называемый брекер, который не допускает сильных деформаций в боковом направлении. Чтобы брекер обладал необходимой жесткостью, нити корда в нем уложены не радиально, а диагонально.

МАРКИРОВКА ШИН

При покупке шин внимательно изучайте их маркировку. Например, на боковине шины можно увидеть надпись 175/70 R14. Это означает:

- 175 –ширина шины в миллиметрах,
- 70 – соотношение высоты шины к ее ширине в процентах,
- R – радиальная шина (с радиальным расположением нитей корда),
- 14 – посадочный диаметр шины в дюймах (один дюйм равен 2,54 сантиметра).

Ошибкой многих автолюбителей является

заблуждение, что буква R в маркировке шины указывает на некий радиус. Эта буква вообще с числом 14 никак не связана, она указывает лишь то, что данная шина — радиальной конструкции, в отличии от устаревших диагональных.

А число 14 — это ее посадочный диаметр по ободу колеса. 14 дюймов = 356 мм.

Как устроено колесо автомобиля

Главная » Разное » Как устроено колесо автомобиля

Строение автомобильных шин

Благодаря колесам автомобиль имеет возможность передвигаться по дороге. На них подается вращение от двигателя через трансмиссию, а за счет сил трения колеса отталкивается от поверхности, и авто движется.

Автомобильные колеса состоят из двух компонентов – шины и диска. Основным рабочим элементом колеса является шина или по-другому скат, а диск выступает в роли посадочного места для нее, а также обеспечивает крепление колеса к ступицам.

Шины обеспечивают:

Сцепление с дорожным полотном;
Сглаживание мелких неровностей дороги;
Возможность движения по поверхностям с разными характеристиками;
Управляемость авто.

Также от этих элементов зависит шумность при движении.

Внутреннее устройство

Устройство автомобильной шины – сложное, несмотря на простой внешний вид. В поперечном сечении скат имеет С-образную форму, которая формируется рядом слоев.

Одна из схем шины

Эти слои имеют свое название:

кордовый каркас;
брекер;
протектор.

Дополнительно может использоваться подложка между последними слоями.

Кордовый каркас – основа шины. Основой каркаса выступает корд – прорезиненные слои нитей (из хлопка, вискозы, капрона, стальной проволоки), покрывающих всю площадь каркаса и расположенных определенным образом. Каркас может состоять из одного или нескольких кордовых слоев.

По расположению нитей каркаса шины делятся на диагональные и радиальные. В первом случае используется перекрестное расположение слоев корда. В радиальных шинах нити проходят перпендикулярно направлению вращения колеса. Диагональные шины сейчас практически не выпускаются.

Брекер – еще один слой корда, но он располагается не по всей площади каркаса, а лишь на рабочей поверхности. Помимо этого, в брекере используются более прочные нити, что обеспечивает повышение прочности и устойчивости каркаса к повреждениям. По сути, брекер выступает в качестве армирующей соединительной прослойки между каркасом и протектором. Кордовые нити брекера располагаются исключительно диагонально.

Протектор – внешняя рабочая часть шины. Представляет собой достаточно массивный резиновый слой из высококачественных материалов и с нанесенным узором, формируемым углублениями в резине. Этот узор получил название «беговой дорожки», которой контактирует с дорогой. Протектор не только обеспечивает нужное сцепление с поверхностью, он также выступает и в качестве защитного слоя, предохраняющего каркас от повреждения. Тип рисунка, наносимого на протектор, влияет на сцепные качества шины и подразделяет их на дорожные, универсальные, повышенной проходимости.

Внешнее устройство

Если рассматривать устройство автомобильной шины только снаружи, то она состоит из:

бортов;
боковин;
плеч;
беговой дорожки.

Борта обеспечивают надежную посадку шины на диск. Жесткость этих элементов обеспечивается силовыми кольцами из металлической проволоки, вплавленными в каркас по окружности. Если рассматривать поперечное сечение шины, то борта – это вершины в С-образной форме.

От бортов отходят боковины – боковые части каркаса, покрытые дополнительно защитным слоем резины, предотвращающим повреждение кордового каркаса.

Плечи обеспечивают переход от боковин к беговой дорожке. Помимо этого, при деформации (при наезде на препятствие, вхождении в поворот) плечи принимают участие в обеспечении сцепления с дорогой.

К плечам подходит беговая дорожка, являющаяся основной рабочей поверхностью, поэтому именно она имеет наиболее многослойную структуру.

В поперечном сечении устройство шины такое: имеется два борта, соединенных с двумя боковинами, которые переходят к плечам, а те – подходят к краям одной беговой дорожки, что и формирует С-образную форму.

Классификация

Существует несколько критериев, по которым делится автомобильная «резина»:

Способ герметизации внутреннего пространства;
Сезонность использования;
Тип протектора;
Сфера использования.

Все эти критерии достаточно важны и учитываются при выборе авторезины.

Метод герметизации

По способу герметизации, существующие виды автошин делятся на камерные и бескамерные.

В камерных воздух, обеспечивающий необходимое давление внутри, закачивается в специальный резиновый баллон – камеру. Основным недостатком таких колес является легкость повреждения, поскольку даже незначительный прокол камеры приведет к спусканию колеса. Но с другой стороны, изгибы обода диска при сильных ударных нагрузках не приводит к спусканию. На легковых авто камерный тип сейчас используются очень редко.

В бескамерных воздух закачивается в пространство, образованное внутренней поверхностью шины и диском. Они менее «чувствительны» к проколам и способны выдержать до 7-8 пробитий (при условии, что элемент, проколовший шину, остается в ней). Но даже незначительный изгиб обода приведет к «отслаиванию» борта и колесо стравит воздух.

Сезонность использования

По сезонности использования шины делятся на летние, зимние и всесезонные. Отличия между ними сводятся к материалу изготовления (в летних используется жесткая резина, а зимних – мягкая), форме рисунка и глубине протектора. Всесезонный вариант является промежуточным, и должных сцепных качеств не обеспечивает ни зимой, ни летом. Оптимальный период использования такой резины – ранняя весна и поздняя осень.

Тип протектора

По типу протектора виды автошин бывают дорожными, повышенной проходимости и универсальными. Первые предназначены для эксплуатации по твердой поверхности. Шинам повышенной проходимости характерны глубокий протектор и ярко выраженные грунтозацепы, обеспечивающие отличные ходовые качества авто по пересеченной местности. Универсальные колеса подходят как для движения по дороге, так и по бездорожью, но не сильному, поскольку грунтозацепы в них есть, но они не очень «мощные».

Сфера использования

По сфере использования шины бывают общего назначения и спортивные. Все виды автошин общего назначения обладают определенным соотношением высоты профиля к ширине, что обеспечивает необходимый объем для закачки воздуха.

К спортивной резине относятся низкопрофильные шины, слики и полуслики. Низкопрофильные отличаются небольшой высотой боковин. Но для обеспечения нужного объема для закачки воздуха, конструкторы увеличили ширину шин. В результате площадь контакта беговой дорожки возросла, поэтому низкопрофильные шины отличаются улучшенными сцепными качествами. Предназначены они для езды только по твердой поверхности. Благодаря наличию протектора, допускается их использование на дорогах общего назначения.

Слики – исключительно спортивные шины. Их особенность – полное отсутствие рисунка протектора, что обеспечивает максимальное пятно контакта колеса с дорогой. Они применяются только на сухих твердых покрытиях.

Полуслики отличаются от сликов наличием небольшого протектора, в центральной части беговой дорожки, по краям же на поверхности узора нет. Несмотря на имеющийся протектор, использовать такую резину на дорогах общего назначения нельзя, на них можно ездить только по автотрекам.

Самая частая проблема, связанная с шинами во время эксплуатации авто, — проколы, в результате которых воздух их колеса выходит и дальнейшая его эксплуатация невозможна.

Частично эта проблема решилась с появлением бескамерных шин. Как уже указывалось, они способны выдержать определенное количество проколов.

Технология Flat

Попытки решить эту проблему привели к появлению так называемой «беспрокольной» резины, она же – Run Flat шина.

Существует две технологии Run Flat, применяемых на автомобилях. Первая из них – усиление боковин. Благодаря увеличению жесткости боковин, при стравливании воздуха вес авто начинает на себе удерживать именно боковины. Благодаря этой технологии на колесе без воздуха можно преодолеть до 100 км пути при сравнительно неплохой скорости – до 80 км/ч.

Технология run flat

Вторая технология – использование поддерживающего кольца. Это кольцо, изготовленное из высокопрочного пластика или металла, устанавливается и фиксируется на диске внутри шины. В случае прокола колеса, при стравливании воздуха, колесо начинает опираться на кольцо, что позволяет продолжать движение без возможного повреждения диска. Несмотря на то, что кольцо изготовлено из твердых материалов, шумность при движении повышается не сильно, поскольку между дорогой и кольцом постоянно находится прослойка резины.

Технология Run Flat действительно позволяет решить проблему с проколами. Но в случае с колесами, имеющими усиленные боковины, то они не помогут при сильном порезе боковины. А колеса с поддерживающим кольцом стоят дорого и для обслуживания требуют специализированное оборудование.

Стоит отметить, что Run Flat – это общее обозначение технологии беспрокольных шин. Производители же зачастую используют свое обозначение такой резины, что создает определенную путаницу.

«Самолечащиеся шины»

Но существует еще одна технология «беспрокольных» шин – «самолечащихся». Она к Run Flat не относится.

Суть этой методики сводится к нанесению на внутреннюю поверхность шины специального вязкого материала. Он в случае прокола полученное отверстие закупоривает и не дает воздуху стравливаться. Эта технология является самой простой и при этом дешевой. Стоимость шин с таким внутренним покрытием практически не отличается от обычной бескамерной резины.

Кстати, на рынке автоаксессуаров сейчас можно встретить специальные составы, которые позволяют из обычных бескамерок сделать «самолечащиеся». И для этого достаточно через вентиль закачать состав внутрь колеса, а в процессе эксплуатации залитый материал равномерно распространяется по внутренней поверхности шины, минус этого способа в том что и вся внутренняя поверхность диска покроется этим составом.

Как работает система рулевого управления

Типичная схема рулевого управления с реечной передачей, показывающая, как стойка действует непосредственно на рычаги рулевого колеса.

рулевое управление Система преобразует вращение рулевого колеса в поворотное движение дорожных колес таким образом, что обод рулевого колеса поворачивает на долгий путь, чтобы сместить дорожные колеса на короткий путь.

Система позволяет водителю использовать только свет сил управлять тяжелой машиной. Обод рулевого колеса диаметром 15 дюймов (380 мм), перемещающийся на четыре оборота от полной левой блокировки до полной правой блокировки, перемещается почти на 16 футов (5 м), в то время как край дорожного колеса перемещается на расстояние, чуть превышающее 12 дюйм (300 мм). Если водитель поворачивает дорожное колесо напрямую, ему или ей придется толкать почти в 16 раз сильнее.

Усилие рулевого управления передается колесам через систему шарнирных соединений. Они предназначены для перемещения колес вверх и вниз с подвеска без изменения угла поворота руля.

Они также гарантируют, что при прохождении поворотов внутреннее переднее колесо, которое должно вращаться по более крутой кривой, чем внешнее, становится более острым.

Шарниры должны быть отрегулированы очень точно, и даже небольшая разболтанность делает рулевое управление опасно неаккуратным и неточным.

Существует две системы рулевого управления общего пользования — стеллаж и шестерня и рулевая коробка.

На больших автомобилях любая из этих систем может быть снабжена электропитанием для дальнейшего уменьшения усилий, необходимых для ее перемещения, особенно когда автомобиль движется медленно.

Реечная система

Реечный механизм

Ведущая шестерня плотно прилегает к зубчатой рейке, поэтому в зубчатых передачах нет люфта. Это дает очень точное рулевое управление.

У основания рулевая колонка есть маленькая шестерня ( шестерня колесо) внутри корпуса. Зубья его сетки с прямым рядом зубьев на стойке — длинной поперечной планкой.

Вращение шестерни заставляет реечку двигаться из стороны в сторону.Концы стойки соединены с дорожными колесами гусеницами.

Эта система проста, с небольшим количеством движущихся частей, которые изнашиваются или смещаются, поэтому ее действие является точным.

А универсальный шарнир в рулевой колонке позволяет ему соединяться со стойкой, не наклоняя рулевое колесо неловко вбок.

Система рулевого управления

У основания рулевой колонки есть червячный редуктор внутри коробки.Червяк резьбовой цилиндр как короткий болт. Представьте, что вы поворачиваете болт, на котором крепится гайка; гайка будет двигаться вдоль болта. Точно так же, вращение червя перемещает все, что находится в его нити.

В зависимости от конструкции, движущейся частью может быть сектор (например, часть зубчатого колеса), колышек или ролик, соединенный с вилкой, или большая гайка.

При червячном управлении червяк перемещает рычаг с помощью штифта, соединенного с вилкой.

Система гайки имеет закаленные шарики, проходящие внутри резьбы между червяком и гайкой. По мере движения гайки шарики раскатываются в трубу, которая возвращает их к началу; это называется системой рециркуляционных шариков.

Червь перемещает стрелу, соединенную направляющим стержнем, к рулевой рычаг это перемещает ближайшее переднее колесо.

При управлении шариками с рециркуляцией нить между червяком и гайкой заполнена шариками.

Центральная направляющая тяги достигает другой стороны автомобиля, где она соединена с другим передним колесом другой направляющей и рычагом.Поворотный рука холостого хода удерживает дальний конец уровня центральной направляющей. Схемы расположения рук меняются.

Система рулевого механизма имеет много движущихся частей, поэтому она менее точна, чем система стоек, так как здесь больше места для износа и смещение ,

Усилитель руля

На тяжелом автомобиле рулевое управление тяжелое или оно неудобно мало приспособлено — рулевое колесо требует много оборотов от упора до упора.

Тяжелая передача может создавать проблемы при парковке в ограниченном пространстве.Усилитель руля преодолевает проблему. двигатель водит насос который поставляет нефть под высоким давление к стойке или рулевой коробке.

Клапаны в рулевой рейке или коробке открывать всякий раз, когда водитель поворачивает колесо, пропуская масло в цилиндр. Масло работает поршень это помогает подтолкнуть рулевое управление в соответствующем направлении.

Как только водитель перестает вращать колесо, клапан закрывается, и действие поршня прекращается.

Усилитель только помогает рулевому управлению — рулевое колесо по-прежнему связано с дорожными колесами обычным способом.

, Как работает трансмиссия | Как автомобиль работает

Вождение через карданный вал

Передний двигатель — задний привод

Двигатель и коробка передач скреплены болтами, а муфта между ними. Двигатель жестко установлен, но карданный вал должен быть гибким, чтобы можно было перемещать заднюю ось.

В автомобиле с задним приводом и передним расположением двигателя мощность передается от двигатель через сцепление и коробка передач сзади ось с помощью трубчатого карданного вала.

Задняя ось должна иметь возможность перемещаться вверх и вниз по подвеска согласно изменениям дорожного покрытия.

Это движение вызывает постоянное изменение угла карданного вала и расстояния между коробкой передач и задней осью.

Чтобы учесть постоянное движение, шлицы на переднем конце карданного вала вставляйте и снимайте коробку передач при изменении расстояния; вал также имеет универсальные шарниры на каждом конце, а иногда и посередине.

Универсальные шарниры обеспечивают гибкость карданного вала и постоянную передачу мощности.

Последняя часть передача инфекции это последний диск, который включает в себя дифференциал и иногда называется дифференциалом.

Последняя поездка

К карданному валу прикреплено ведущее зубчатое колесо, которое входит в корпус дифференциала в центре задней оси. Скошенные шестерни внутри дифференциала поворачиваются с помощью коронного колеса и приводят полуоси к задним колесам, обычно оба с одинаковой скоростью.Во время поворота они позволяют одному колесу вращаться быстрее другого.

Дифференциал имеет три функции: поворачивать направление движения на 90 градусов к задним колесам; позволить одному заднему колесу вращаться быстрее, чем другому при поворотах; и произвести финал редуктор ,

А шестерня внутри дифференциала приводится в движение карданным валом и имеет шестерни скошенный — вырезать под углом. Он сцеплен со скошенным венцом колеса, так что две шестерни образуют угол 90 градусов.

Универсальный шарнир

Наиболее распространенный тип универсального шарнира, шарнир Гука, использует крестообразный «паук» поперек оси приводного вала. «Паук» работает на игольчатых подшипниках, чтобы минимизировать трение.

Зубчатое колесо обычно имеет в четыре раза больше зубьев, чем шестерня, в результате чего колеса вращаются с четвертью скорости вала гребного винта.

Привод передается от дифференциала к задним колесам посредством полуосей или приводные валы ,

На дифференциальном конце каждой полуоси скошенная шестерня соединена с коронным колесом посредством промежуточного набора конических шестерен.

Проезжая через передние колеса

Поперечный двигатель

Коробка передач встроена в картер, и привод передается на передние колеса с помощью универсально сочлененных валов.

Переднеприводные автомобили используют то же самое передача инфекции принципы, как автомобили с задним приводом, но механические компоненты различаются по конструкции в зависимости от двигатель и расположение коробки передач.

Поперечные двигатели обычно устанавливаются непосредственно над коробкой передач, а мощность передается через сцепление к коробке передач поездом передач.

Линейный двигатель

В этой схеме с передним приводом коробка передач находится в обычном положении, в задней части двигателя.

Рядные двигатели соединяются непосредственно с коробкой передач, и привод проходит через сцепление в обычном режиме.

В обоих случаях привод проходит от коробки передач к блоку главной передачи.

В двигателе с поперечной подвеской блок главной передачи обычно находится в коробке передач. В рядном двигателе он обычно устанавливается между двигателем и коробкой передач.

Мощность передается от блока главной передачи на колеса с помощью коротких приводных валов. Справиться с подвеской и рулевое управление При перемещении колес приводные валы используют универсальный тип шарнира, называемый шарниром с постоянной скоростью (CV).

Соединение с постоянной скоростью (CV)

Шарнир рассчитан на одновременную работу привода и рулевого управления на переднеприводных автомобилях.

CV совместного использования канавки со сталью шарикоподшипники в них вместо «паука», встречающегося в универсальном шарнире, передается мощность с постоянной скоростью, независимо от угла и расстояния между блоком конечной передачи и колесами.

Некоторые автомобили, такие как более ранние модели Minis, также имеют соединительные муфты приводного вала, которые представляют собой «паутинные» соединения и выполняют ту же работу, что и универсальные шарниры в заднеприводных автомобилях, обеспечивая перемещение подвески вверх и вниз. Они обычно сделаны из резины, связанной с металлом.

Задний двигатель ведущий задние колеса

Некоторые автомобили, такие как VW Beetles и меньшие Fiats, имеют задние двигатели и коробки передач, приводящие в движение задние колеса.

Мощность передается через сцепление на коробку передач, передавая колеса через карданные валы.

Компоновка похожа на некоторые переднеприводные автомобили, за исключением того, что не требуется допуск рулевого управления колесами.

Иногда валы подключены к фланцы на коробке передач с помощью «кольцевых» муфт.

Как работают автомобильные подвески | HowStuffWorks

Когда люди думают об эффективности автомобиля, они обычно думают о лошадиных силах, крутящем моменте и ускорении от нуля до 60. Но вся мощность, создаваемая поршневым двигателем, бесполезна, если водитель не может управлять автомобилем. Вот почему автомобильные инженеры обратили свое внимание на систему подвески почти сразу, как только освоили четырехтактный двигатель внутреннего сгорания.

Работа автомобильной подвески состоит в том, чтобы максимизировать трение между шинами и поверхностью дороги, обеспечить стабильность рулевого управления при хорошей управляемости и обеспечить комфорт пассажиров. В этой статье мы рассмотрим, как работают автомобильные подвески, как они развивались на протяжении многих лет и как движется дизайн подвесок в будущем.

Если бы дорога была идеально ровной, без неровностей, подвески не были бы необходимы. Но дороги далеко не ровные. Даже у недавно проложенных шоссе есть тонкие недостатки, которые могут взаимодействовать с колесами автомобиля. Именно эти недостатки прикладывают силы к колесам. Согласно законам движения Ньютона, все силы имеют как , , так и , направление .Удар на дороге заставляет колесо двигаться вверх и вниз, перпендикулярно поверхности дороги. Величина, конечно, зависит от того, ударяет ли колесо по гигантскому удару или крошечному пятнышку. В любом случае, колесо автомобиля испытывает вертикальное ускорение , когда оно преодолевает несовершенство.

Без промежуточной конструкции вся вертикальная энергия колеса передается на раму, которая движется в одном направлении. В такой ситуации колеса могут полностью потерять связь с дорогой. Затем под действием силы тяжести вниз колеса могут врезаться обратно в дорожное покрытие. Что вам нужно, так это система, которая будет поглощать энергию колеса с вертикальным ускорением, позволяя раме и кузову двигаться без помех, пока колеса следуют за неровностями на дороге.

Исследование сил при работе на движущемся автомобиле называется Динамика автомобиля , и вам необходимо понять некоторые из этих концепций, чтобы понять, почему подвеска необходима в первую очередь.Большинство автомобильных инженеров рассматривают динамику движущегося автомобиля с двух точек зрения:

Ride — способность автомобиля сгладить неровную дорогу
Управляемость — способность автомобиля безопасно разгоняться, тормозить и поворачивать

Эти две характеристики могут быть дополнительно описаны в трех важных принципах — дорожная изоляция , дорожная опора и на поворотах . В приведенной ниже таблице описываются эти принципы и то, как инженеры пытаются решать задачи, уникальные для каждого из них.

Подвеска автомобиля с его различными компонентами обеспечивает все описанные решения.

Давайте посмотрим на части типичной подвески, начиная от общей картины шасси до отдельных компонентов, которые составляют подвеску.

Смотрите также

Как снять автомобиль с учета при продаже
Как убрать двойной скотч с автомобиля
Субсидия первый автомобиль как получить
Как доказать что ты добросовестный приобретатель автомобиля
Как продавать автомобили в автосалоне
Как проклепать кузов автомобиля
Как восстановить свидетельство о регистрации автомобиля при утере 2020
Как происходит розыск автомобиля скрывшегося с места дтп
Как часто проходить техосмотр автомобиля
Как подключить сигнализацию к сигналу автомобиля

Как оплачивать налог на автомобиль

Как работают колеса? | Наука о колесах и осях

Вы здесь: Домашняя страница > Транспорт > Колеса и оси

Дом
индекс А-Я
Случайная статья
Хронология
Учебное пособие
О нас
Конфиденциальность и файлы cookie

org/Person»> Криса Вудфорда. Последнее обновление: 8 октября 2022 г.

Колеса повсюду в нашем мире сегодня — в самых очевидных местах (в автомобилях, грузовиках и самолетах), но и спрятанных внутри всего от компьютерные жесткие диски и стиральные машины для электрические зубные щетки и посудомоечные машины. Шесть тысяч лет назад не было колес на все. Возникновение колеса из простого проигрывателя, который помог людям сформировать глиняные горшки ключевым компонентом в сотнях важных изобретений, обязаны все к простому и эффективному способу, которым это помогает нам захватывать и использовать энергию и преобразовывать силы. Давайте посмотрим поближе!

Фото: The Wheel, колесо обозрения с неоновой подсветкой в Орландо, Флорида. Фотография из американского проекта Кэрол М. Хайсмит в архиве Кэрол М. Хайсмит любезно предоставлена Отделом эстампов и фотографий Библиотеки Конгресса.

Содержание

Зачем нужны колеса
Как работают колеса?
Кто изобрел колесо?
Развертка колеса
Узнать больше

Зачем нам колеса

В наше время мы предполагаем, что должны быть дороги, чтобы колеса могли путешествовать по.

Но колеса впервые стали использовать на телегах именно потому, что там не было ровных путей, по которым можно было бы надежно транспортировать. До изобретения телег люди тащили грузы на санях и рамах. буксируемых за животными, такими как лошади и собаки. Сани были эффективный способ перемещения тяжелых грузов до того, как колеса изобретены, но трение замедляет их. Рамы, частью которых является груз перетащили и часть пронесли, помогите решить эту проблему. А-образный считается, что была изобретена тяговая рама, известная как травуа. тысячи лет назад, и коренные американцы использовали его до 19 века.й век. Даже с помощью животной силы трение между неровной землей и рамой увеличивалось. идет трудно.

Фото: Трение не является проблемой, когда вы путешествуете по льду, как и пассажир. этой собачьей упряжке. Но санки не так хорошо двигаются по нормальной местности: вот почему колеса были изобретены. Фото Джо Голдманн, предоставлено Службой охраны рыбных ресурсов и дикой природы США.

Как работают колеса?

Перетаскивание груза с помощью колесной тележки далеко легче, чем тащить его по земле — по двум причинам:

Колеса уменьшают трение. Вместо того, чтобы просто скользить по земле, колеса закапываются и вращаются, поворачивая вокруг прочных стержней, называемых осями. Это означает, что единственное трение приходится преодолевать животным в точке, где встречаются колесо и ось — между относительно гладкой внутренней поверхностью колес и одинаково гладкая наружная поверхность осей вокруг которые они поворачивают.
обеспечивают рычаги (другими словами, они являются примерами мультипликаторов силы или простых механизмов). Тележку с большими колесами легче толкать, потому что у нее колеса большего диаметра. работают как большие рычаги, увеличивая тянущую или толкающую силу и делая легче крутить колеса вокруг своей оси — точно так же так что длинный гаечный ключ облегчает ослабление гайки.

Давайте рассмотрим обе эти вещи более подробно.

1. Фрикцион переключения на ось

Когда вы толкаете коробку на землю, возникает сильное трение между дном коробка и земля под ней, потому что обе поверхности относительно шероховатые:

Когда вы толкаете ту же коробку, загруженную на тележку с четырьмя колесами, сопротивление становится намного меньше. Коробка больше не должна скользить вдоль землю так, чтобы часть трения исчезла. Однако колеса не устраняют полностью трение, как думают некоторые, — это далеко не так! Между четырьмя колесами и землей должно быть трение, иначе они просто скользили бы (как будто что-то толкают по льду). Трение между каждым колесом и землей помогает ему «закапываться», чтобы колесо могло вращаться.

Здесь важно слово гладкий ; ключ к тому, как колеса уменьшают трение, заключается в том, что они могут более плавно скользить вокруг своих осей, чем объект может скользить по неровной поверхности. Если бы земля всегда была гладкой, как лед, нам бы вообще не понадобились колеса и оси — мы могли бы просто скользить и скользить повсюду! Иногда колеса и оси разделены шарикоподшипниками (маленькими сферическими шариками из твердого металла, часто смазанными маслом или жиром), которые помогают еще больше уменьшить трение между двумя поверхностями, перекатываясь в пространстве между ними. Без подшипников или без них трение гораздо меньше, чем при движении ящика прямо по земле, и поэтому тележка облегчает перемещение грузов:

2. Предоставление рычага

Колеса на тележках помогают и в другом важном аспекте: они работают как рычаги. Это немного более очевидно, когда вы смотрите на штурвал корабля внизу.

Штурвал. Фото Шеннон Хивин предоставлено ВМС США и Викисклад.

Если повернуть колесо таким образом снаружи, ось в центре будет вращаться медленнее, но с большей силой. Другими словами, большой штурвал помогает моряку легче поворачивать руль корабля, чем маленький штурвал. Если представить, что каждая спица — это рычаг, легко понять, как работает это колесо. Почему колесо не твердое? Толстые спицы обеспечивают большую прочность при меньшем весе по сравнению с цельным колесом того же размера.

Так что насчет колес у тележки? Обод колеса поворачивается на большее расстояние, чем ось, поэтому в случае, когда вы толкаете тележку сзади или тянете ее спереди, на ось действует большее усилие, чем на обод. Это означает, что действительно полезно, если у вашей тележки большие колеса, потому что они дают вам больше рычагов, увеличивают силу толкания и помогают преодолеть силу трения на осях.

Поверните колесо на ободе, и сила, которую вы прикладываете (красная стрелка), умножается, чтобы дать большую силу на оси (синяя стрелка). Чем больше колесо, тем больше эффект, потому что радиус колеса работает как рычаг. Чем больше колесо, тем длиннее рычаг, и тем больше рычагов вы получите.

Вместо этого поверните колесо в центре, и оно сработает в обратную сторону. Теперь обод колеса движется дальше и быстрее. Вот как вы можете использовать большее колесо, чтобы увеличить скорость. Однако, если вы прикладываете усилие к центру колеса, рычаг работает в обратном направлении, и вы получаете меньшую силу на ободе, хотя там вы получаете большую скорость. Как и в случае с шестернями, вы не можете одновременно увеличить и силу, и скорость. Если вы увеличиваете один из них, вы должны уменьшить другой, иначе вы будете использовать колесо для получения энергии из воздуха (что нарушает основной закон физики, называемый сохранением энергии).

Рекламные ссылки

Кто изобрел колесо?

Люди использовали животных для передвижения задолго до изобретения колеса и даже до появления человека поселения и сельское хозяйство на Ближнем Востоке около 8–9 тысяч лет до нашей эры. Считается, что собак приручили и одомашнили в Китае около 13000 г. до н.э.; лошади были одомашнены совсем недавно, около 4500 г. до н.э. Животные, используемые для перевозки людей таким образом, называются тварями. груз.

Никто точно не знает, когда, где и как были изобретены колеса. Считается, что гончарные круги широко использовались около 7000 лет назад в Месопотамия (регион Ближнего Востока, в настоящее время в значительной степени оккупированный Ираком): легко представить, как гончар мог прийти к этой идее после того, как многократное вращение стула для работы на горшке с разных сторон. Мы не знаем, когда появился гончарный круг. тоже был изобретен, но некоторые историки считают, что он может быть датирован 8000 г. до н.э. В начале форме, это было немногим больше, чем поворотный стол или «турнет», установленный на центральная поддержка.

Фото: С помощью гончарного круга сделать круглый горшок намного проще и быстрее. который также можно использовать для украшения готового горшка. Некоторые колеса медленно поворачиваются вручную; другие быстро вращаются, приводимые в движение педалью. Фото Г. Эрика и Эдит Мэтсон предоставлено Библиотека Конгресса США, отдел печати и фотографий [LC-DIG-matpc-20729].

Возможно, кто-то со временем превратился в гончара развернуться на 90 градусов, чтобы создать новый вид транспорта, или возможно, колесо было полностью заново изобретено для этой новой цели, но прошло еще 1000–1500 лет, прежде чем колеса были впервые использованы на телегах. Скорее всего, кто-то, используя стволы деревьев в качестве катков, реализовал свою работу было бы проще, если бы бревна можно было как-то закрепить на месте внизу груз, нарезанный, как салями, чтобы было легче пройти через него и вокруг препятствий. Такая эффективная идея должна была получить широкое распространение и колесо попало в Европу и Азию в течение следующих тысячелетие.

Фото: Ранние колеса изготавливались из закругленных срезов стволов деревьев или кусков камня. с прорезанными отверстиями для оси. Цельные колеса, подобные этому, превратились в более легкие и быстрые полутвердые колеса. с большой цельной планкой посередине и несколькими спицами по диагоналям. Полностью спицевые колеса, как модель колеса тележки, показанная здесь, продвиньте идею на шаг вперед, покончив с максимально тяжелая масса без ущерба для прочности. Это сделало возможным изобретение быстрых колесниц, такие, как те, которые использовались в римские времена.

Колеса работают более эффективно, когда они имеют гладкую поверхность дороги. путешествовать по. Римляне начали строительство дорог примерно с 300 г. до н.э. способ связать разрозненные части своей империи. Римский дороги были построены аналогично современным из слоев различные материалы, в том числе большие валуны для поддержки веса, и более мелкие камни, песок и плитка для дренажа. Часто цемент и бетон (еще один важный римский технологии) использовались для связывания сыпучих материалов. Сверху была износостойкая поверхность из сплющенные камни разрезаны и собраны вместе, как головоломка. Римские дороги были построены по прямой линии, чтобы минимизировать время в пути.

Разработка колеса

С точки зрения фундаментальной науки, колеса, на которых ездят наши автомобили сегодня практически идентичны тем, которые впервые использовались в древние времена: несмотря на то, что они построены из более сложных материалов, они по-прежнему по существу плоские диски, вращающиеся на сплошных осях. Более интересным является как колеса развивались другими способами в ряде все более сложные машины.

Фото: Шестерня произошла от колеса и оси. Поставить много шестерен вместе, и вы можете преобразовывать силу и скорость в машине всеми возможными способами.

С добавлением зубьев вокруг обода колеса становятся шестернями, способны изменять крутящий момент (силу вращения) машины или ее скорость: шестерни позволяют велосипеду двигаться быстро или очень медленно взбираться на холм, причем всадник крутит педали с одинаковой скоростью в обоих случаях. Вытянутые в барабаны колеса можно использовать как лебедки для подъема воды из колодцев, камней из мин или с якоря в корабли: простые машины такого рода известные как шпили и лебедки. Лебедки, использующие несколько колес, соединенные несколькими отрезками веревки, становятся шкивами: мощные машины что значительно увеличивает силу тяги, позволяя человеку поднимать много раз больше их собственного веса.

Фото: Водяные турбины (как эта из Плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, США) также произошла от колеса и оси. Фото предоставлено Бюро мелиорации США.

Колеса — сердце турбины (машины, извлекающие энергию из движущейся жидкости или газа): водяные колеса и ветряные мельницы, самые важные источники машинной энергии в Средние века, оба развились от основного колеса, вращающегося вокруг оси. Двигатели слишком полагаются на колеса преобразовывать топливо в энергию и управлять транспортным средством: в современном автомобиле двигатель, например, сгорание топлива в цилиндрах качает поршни назад и вперед, поворачивая смещенную от центра ось, известную как коленчатый вал, который затем приводит в действие коробку передач и опорные катки.

За 7000 лет колесо ушло далеко за пределы своего первоначального использования как гончарный инструмент. Помогая нам перемещать грузы, использовать энергию, и трансформировать силы, это простое, но удивительно эффективное изобретение буквально дал людям возможность завоевать мир!

Узнайте больше

На этом сайте

Тормоза
Шестерни
Маховики
Шкивы
Инструменты и простые механизмы
Транспорт

Книги

Для читателей постарше

Колеса: иллюстрированная история Эдвина Туниса. Johns Hopkins University Press, 2002. Современное переиздание классической книги 1955 года, в которой представлена история колес с древних времен до 20 века.

Для младших читателей

Для детей от 9 до 12 лет, если не указано иное:

Изготовление машин с колесами и осями, Крис Окслейд. Raintree, 2015. Очень хорошее 32-страничное предисловие для детей от 7 до 9 лет.это помещает колеса в более широкий контекст простых машин.
Изобретение Лайонела Бендера. DK, 2013. Экскурсия по классическим механическим, электрическим и электронным изобретениям, которые мы склонны принимать как должное. Довольно устаревший и с очень небольшим освещением современных изобретений, но все же разумный обзор древних технологий, включая различные типы колес.
«Все о физике» Ричарда Хаммонда. ДК, 2015. Более легкое и увлекательное введение в физику, предназначенное для той же аудитории. (Переиздание более ранней книги под названием Чувствуешь силу? .)
Колесо от Дэвида и Патриции Патрисия Арментраут. CATS, 2009. Простое (32 страницы) введение в колеса и принцип их работы.

Статьи

Простые знакомства

Приветствие колесу Меган Гамбино, Смитсоновский институт, 17 июня 2009 г. Экскурсия по истории колеса.
«Переделка колеса: эволюция колесницы», Джон Ноубл Уилфорд, The New York Times, 22 февраля 1994 г. Увлекательное введение в разработку колес со спицами и боевых колесниц из архива NY Times.

Более академический

Гончарный круг: анализ идей и артефактов в изобретении Джорджа М. Фостера, Southwestern Journal of Anthropology, Vol. 15, № 2 (лето 1959 г.), стр. 99–119. Как появление колеса произвело революцию в гончарном деле.

Упражнения

Повышение мотивации вашего класса физики: Учащиеся учатся интегрировать принципы силы посредством проектирования и изготовления бумажных автомобилей Стэнли Эйзенштейном, Учитель естественных наук, Vol. 75, № 3, март 2008 г., стр. 62–66. Занятие в классе (описанное с точки зрения учителя), призванное помочь учащимся исследовать силы и движение с помощью колес и осей.
Наука о колесах поезда от Свеньи Лохнер, друзей науки. Почему колеса поездов имеют сужающуюся, коническую форму?

Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие веб-сайты.

Статьи с этого веб-сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных произведений без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и/или нарушение смежных прав может повлечь за собой серьезные гражданские или уголовные санкции.

Следуйте за нами

Оцените эту страницу

Пожалуйста, оцените эту страницу или оставьте отзыв, и я сделаю пожертвование WaterAid.

Сохранить или поделиться этой страницей

Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее или рассказать о ней друзьям:

Цитировать эту страницу

Вудфорд, Крис. (2009/2022) Колеса. Получено с https://www.explainthatstuff.com/howwheelswork.html. [Доступ (вставьте дату здесь)]

Бибтекс

@misc{woodford_wheels, автор = «Вудфорд, Крис», title = «Как работают колеса», publisher = «Объясните это», год = «2009», url = «https://www.explainthatstuff.com/howwheelswork.html», urldate = «2022-10-08» }

Больше информации на нашем веб-сайте.

Связь
Компьютеры
Электричество и электроника
Энергия
Машиностроение
Окружающая среда

Гаджеты
Домашняя жизнь
Материалы
Наука
Инструменты и приборы
Транспорт

↑ Вернуться к началу