Первое колесо

Статья опубликована 19.05.2014 03:15

Последняя правка произведена 19.05.2014 04:21

Без чего, по Вашему мнению, невозможно представить автомобиля. Без двигателя? Верно. Без трансмиссии и подвески? Несомненно. Ну а самое главное без чего его нельзя представить — это без колес. Да, да, да. Раньше даже понятия не имели, что такое колесо. Изобретение простого, на первый взгляд, колеса раньше стало величайшим открытием, которое дало большой толчок в развитии механики и техники.

По находкам, датирующимся последней четвертью 5-го тысячелетия до нашей эры, можно судить, что первое колесо изобрели на территории современной Румынии. Чуть позднее они появились на территориях южнорусских степей Германии и Польши. По информации из других источников, именно на Северном Кавказе и Кубани нашли экземпляры, которые старше колес из Месопотамии. Таким образом можно судить что самое первое колесо появилось именно на Западе.

первые каменные колеса первые колеса от повозок колесо с ободом Превью — увеличение по клику.

Колесо изобреталось постепенно, его предшественником можно считать деревянный каток, найденный в Месопотамии. Он подкладывался под груз, для того, чтобы его проще было переместить. Первые колеса представляли из себя диск из дерева, насаженный на ось и зафиксированный клином. Что подтверждают изображения повозок, датированные 2700 годом до н.э. и найденные в Междуречье и городе Урук. Уже во 2 тысячелетии конструкция колеса сильно меняется. В Малой Азии появляется колесо с гнутым ободом, спицами и ступицей. Кельты для укрепления колес, используемых на колесницах, стали задействовать металлический обод, который уже в современных автомобилях заменен резиновыми шинами.

Изобретение колеса способствовало развитию ремесленничества. Оно активно применяется в токарном станке, прялке, гончарном круге, мельнице. А так же на мануфактуре, рудниках и ирригационных сооружениях.

Изобретение колеса | Великие открытия человечества

Изобретение колеса является величайшим достижением в области механики за всю многовековую историю человечества. Считается, что появилось это древнейшее устройство в бронзовом веке. Согласно археологическим исследованиям первые древние колеса относятся к периоду 3500—1000 до н. э. и найдены в местах, где был довольно высок уровень цивилизации, где люди были знакомы с металлом, освоили выплавку из него различных металлических изделий. Так, в Месопотамии обработка металла достигла высочайшего уровня развития и дала толчок к появлению первых колесных повозок. Создание первых двух- и четырехколесных повозок относят к 3500 году до н. э., они были найдены в Месопотамии на месте, где был древний город Киш.

Предполагают, что прообразом колеса были бревна-катки, которые ложились под тяжелые каменные глыбы, лодки, стволы деревьев или другие тяжести, которые необходимо было перемещать на большие расстояния. Возможно тогда появились первые наблюдения за вращающимися телами и их свойствами. Со временем было замечено, что каток с более тонкой серединой, чем по краям, передвигался более равномерно, его меньше заносило в стороны. Благодаря таким наблюдениям катки стали обжигать в середине, делая ее тоньше, а края оставались без изменений. Сегодня такое приспособление называется «скат».

Дальнейшие усовершенствования привели к тому, что от бревна осталось на концах два валика, а между ними — тонкая ось. Позже валики стали делать отдельно, а затем они жестко крепились с осью. Так появилось колесо и первая повозка. Жесткое крепление колес с осью приводило к тому, что они вращались вместе с ней. Это приспособление было удобно при движении повозки по прямой дороге, на поворотах же, где они вращаются с разной скоростью, тяжело груженная повозка могла сломаться или перевернуться. Колеса вырезались из целого ствола дерева, отчего колеса и повозки были очень тяжелыми. Для передвижения в такие повозки стали запрягать животных. Повозка с такими колесами была найдена при раскопках в древнем индийском городе Махенджо-Даро. Чтобы уменьшить вес колеса, в нем начали делать вырезы, укрепляли поперечными скрепами для жесткости.

После того, как люди освоили металл и научились выплавлять различные металлические изделия, появилось колесо с металлическим ободом и спицами. Это колесо было защищено от ударов о камни и вращалось во много раз быстрее. Огромным достижением стало изобретение колеса со ступицей, которое насаживалось на неподвижную ось. Колеса при этом вращались независимо друг от друга. Для того, чтобы уменьшить трение колеса об ось, ее смазывали дегтем или жиром. Запрягая в повозки лошадей, увеличивалась скорость их передвижения.

Появление транспортных средств повлечет за собой строительство первых дорог и первых мостов. Помимо использования колеса, как транспортного средства, оно нашло применение и в других сферах жизни. Так, использование колеса в гончарном круге тоже относится к бронзовому веку. Водяное колесо использовали древние римляне еще в первом веке до нашей эры. Ровесницей железного века считают прялку, которую изобрели в Индии или другой стране Азии около 1000 лет до нашей эры. Ветряная мельница с колесом на вертикальной оси существовала в Персии уже в Х веке, в Европе она появилась в ХII веке, правда колесо крепилось на горизонтальный вал.

Кто изобрел колесо? Проверьте свою эрудицию! — журнал «Рутвет»

Оглавление:

1. Первые упоминания
2. История развития и совершенствования
3. Интересные факты о колесах

Нередко даже самые образованные люди не могут сходу дать четкий ответ на простой вопрос о самых обыденных вещах. В памяти сохраняется масса нужной и не очень информации, которой человек пользуется ежедневно на работе или в быту. Но вот некоторые знания стираются напрочь, так как не применяются на практике, хотя могут быть и интересны. Например, сможете ли вы четко рассказать, кто изобрел колесо, когда и при каких обстоятельствах? А ведь это – вопрос из школьной программы, причем средних классов!

Первые упоминания

Изобретателями пра-пра-колеса принято считать жителей древней Месопотамии шумеров. В захоронениях этой народности были найдены колесницы, представляющие собой подобие кресла, установленное на деревянные оси с закругленными катками по бокам. Приблизительная дата захоронения – 2700 год до нашей эры.

Однако многочисленные наскальные рисунки свидетельствуют, что первые изображения круглого колеса были сделаны намного раньше – примерно в 4-ом тысячелетии до нашей эры. А форма диска была известна еще за 25 тысяч лет до нашей эры, как свидетельствуют амулеты из костей мамонта, символизирующие солнце. То есть, уже тогда люди понимали, что диск может вращаться, перекатываться под воздействием внешнего толчка. Только не применяли пока что это знание в практических целях.

Не все открытия в истории имеют однозначное имя изобретателя. Например, до сих пор спорят о том, кто изобрел радио.

При строительстве египетских пирамид использовались тележки, уложенные на бревна, которые перекатывали по специальным рельсам. Позднее было замечено, что когда со временем в центральной части бревно истирается, груз на нем удерживается надежнее. Так появились цельные деревянные оси с круглыми катками по бокам. А где было изобретено колесо, отдельное от деревянной оси, с ободом и спицами, впервые?

Первые примеры, уже напоминающие современное колесо, применялись в Египте, Древнем Риме и Греции. Изготавливались они все еще из дерева, зато уже имели спицы – количество их зависело от диаметра колеса. А примерно в 3-ем тысячелетии кельты стали делать эту деталь из железа. Чтобы она не так громыхала, обод обтягивали кожей животных.

История развития и совершенствования

В каком году изобрели колесо с настоящей, современной покрышкой? Случилось это в 1888, и заслуга принадлежит вовсе не инженеру, и не автомеханику. Благодарить надо обычного ветеринара из Шотландии Джона Бойда Данлопа. Наблюдая, как его сын катается на велосипеде, мысленно врач возмущался шуму, который производят железные колеса велосипеда, соприкасаясь с покрытием дорожки. Случайно он заметил, насколько смягчился звук, когда колесо наехало на прорезиненный шланг для поливки цветов, забытый на дорожке. Недолго думая, ветеринар отрезал куски нужного размера, запаял их и надел на сталь.

Так появились первые пневматические шины. Это изобретение сделало имя Данлопа знаменитым на всю планету, одноименная фирма, выпускающая покрышки для автомобилей, существует и сегодня.

Позднее был изобретен подшипник, а в начале прошлого столетия появились колеса с дисками из легких сплавов. Сегодня колесо – это достаточно сложная конструкция, мало чем напоминающая первые прототипы. Для его изготовления используются различные материалы и особые технологии, над разработкой которых трудятся целые команды специалистов.

Интересные факты о колесах

Долгое время считалось, что в природе нет ничего, аналогичного по форме и назначению колесу. Существовала гипотеза, будто идею подкинули древним пришельцы из других миров. Однако не так давно было сделано феноменальное открытие на основе археологических раскопок. Был обнаружен скелет парнокопытного дикого животного, напоминающего вепря. Конечности его заканчивались… колесообразными округлыми костяными наростами!

Открытие стало настоящей сенсацией. Ученые и по сей день не пришли к единому мнению, что же это такое на самом деле: результат естественной эволюции природы, аномальная мутация или действительно последствия экспериментов внеземных цивилизаций.

Кто изобрел колесо?. Кто есть кто в мире открытий и изобретений

Кто изобрел колесо?

Колесо, по-видимому, придумали жители азиатского континента. Вероятно, первые колеи от колес образовались несколько тысяч лет тому назад. На основании следов, обнаруженных при раскопках, археологи пришли к выводу, что первые колеса представляли собой цельный кусок дерева или камня, имеющий округлую форму.

Итак, в Азии колесо было известно с незапамятных времен. Перемещение с помощью колеса имело огромное значение в этих странах. Именно отсюда колесные средства транспорта стали распространяться на восток. Известно, что самые первые колеса были сделаны в Месопотамии (современный Ирак) в 3500–3000 годах до нашей эры. Они были двух видов: гончарный круг и колесо для телеги. Гончарный круг был предком наших шкивов, водяных колес, шестеренок часового механизма, других двигательных машин.

В других частях мира люди переносили грузы на спине, плечах и даже на голове. Использовались для перевозки грузов и животные (лошади, ослы, верблюды, яки, ламы и другие). На спину им клали особые мешки – вьюки.

Со временем люди стали переносить все больше и больше грузов. Более того, они сами начали путешествовать на спинах животных: лошадей, слонов, в северных странах одним из средств передвижения были сани, запряженные оленями.

Тем более удивительно, что еще в течение столетий колесо не использовалось в Америке, Африке и в странах, лежавших вдоль Тихого океана.

Почему это произошло? Как считают некоторые ученые, главная причина заключалась в отсутствии дорог, связывавших отдельные населенные пункты, а также и достаточно твердого грунта. Ведь по заболоченной тундре легче ехать на санях, чем на телеге с колесами.

Правда, это объяснение не выдерживает никакой критики: у инков из Перу были в распоряжении отличные дороги, однако основные грузы перевозились во вьюках на ламах. А колесный транспорт появился там гораздо позже.

Первые телеги представляли собой сани, поставленные на колеса, которые были скреплены осями. На это людей подтолкнула практика, когда приходилось под сани класть бревна, которые играли роль катков. Сани катились вперед, а катки, по которым сани уже проехали, подкладывались спереди.

Древние колеса были крепко прикреплены к своей оси. Колеса и ось составляли одно целое. Когда телега с такими колесами поворачивала, внешнее колесо ехало по большему радиусу, чем внутреннее.

Поэтому колесо обязательно скользило или буксовало. Более позднее изобретение – прикрепление оси к экипажу и свободный ход колес, что позволяло ехать быстро и легче делать поворот.

Первыми экипажами были крестьянские телеги, военные колесницы, царские катафалки и священные повозки богов.

Ранние телеги и колесницы были двух– и четырехколесными. Но первые четырехколесные экипажи были непрактичны. Передняя и задняя оси крепились к корпусу. Так как ни та, ни другая оси не могли двигаться, экипаж не мог делать крутых поворотов. 2000 лет назад изобрели переднюю управляемую ось, с помощью которой экипаж мог поворачивать влево и вправо.

Во 2-ом тысячелетии до нашей эры в Юго-Западной Азии изобрели колеса со спицами.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Ответы@Mail.Ru: Кто создал колесо???

Первыми колесами были катки. В Древнем Египте строители пирамид для облегчения передвижения подкладывали под огромные каменные глыбы круглые куски бревен. Древние египтяне подкладывали под огромные каменные глыбы круглые куски бревен — катки. Так началась история колеса, а с ним и история техники. . . Спустя еще несколько столетий два кругляка, отрезанных от бревна, соединила ось. Такой «каток» , прикрепленный осью к повозке, уже не нужно было то и дело заново подкладывать под передвигаемый груз. Следующий этап: колеса, сбитые из досок. И наконец, на дорогах появилось колесо со спицами и кованым ободом. Но эволюция колеса на этом не завершилась. В наши дни колесо не только оснастилось пневматической шиной, но и обрело «колесо в колесе» — шарикоподшипник. Порою оно перестает быть. . . круглым. Взгляните на рисунок: все эти овальные, шестигранные, спиральные колеса создавались для экспериментальных вездеходов. Новую эру в создании колес открыли космические исследования. Луноходы, лунные автомобили потребовали создания новых типов колес, не боящихся ни вакуума, ни космического холода, ни жары. . . А вот конструкция, появившаяся совсем недавно. Чехословацкий инженер Ю. Мацкерле изобрел колесо, которое способно само себя двигать. Оно состоит из отдельных пневмосекций, давление в которых можно избирательно менять. Как только секция пройдет нижнюю мертвую точку, давление в ней поднимают, объем секции увеличивается, и она подталкивает колесо в нужном направлении. Своеобразным развитием этой идеи стало колесо шведских конструкторов, состоящее из 8 свободно вращающихся роликов из твердой резины. Ролики помещены под углом 45° к плоскости колеса и перемещаются от гидравлического привода. Благодаря таким колесам машина без всяких сложных маневров может двигаться назад, вперед, в стороны. А французские инженеры создали шагающее колесо, состоящее из 3 маленьких колесиков, соединенных треугольником. На гладкой дороге треугольник обращен вниз вершиной и машина едет только на четырех колесиках. На плохой дороге треугольник поворачивается вниз основанием, теперь на почву опирается уже по 8 колесиков, площадь опоры увеличивается. А в условиях полного бездорожья начинает вращаться весь треугольник, каждое из колесиков получает возможность как бы перешагивать через препятствия. Совершенствование колеса продолжается. Интересно, какие еще конструкции принесет нам завтрашний день?..

Просто ответ на вопрос не дает назвать имя изобретателя, а то, что она не знает, это ничего страшного, так как изобретение колеса до сих пор является самой большой загадкой истории. Судя, по археологическим находкам первое колесо было сделано 55 веков назад, нашли его в районе Месопотамии. До этого грузы перемещали с помощью транспорта, который сейчас мы знаем как санки. Первое изображения колеса (подобие повозки: санки на колесах) было найдено на шумерской пиктограмме XXXV века до н. э. Колеса в то время вырезали из дерева цельными дисками. Первое колесо со спицами было изобретено на полуострове Малая Азия (самый западный полуостров Азии, ныне относится к Турции) в XX веке до н. э. и в том же веке изобретение дошло до Европы и до Китая и Индии. Такие колеса применяли только в колесницах для перевозки людей. Позднее в Египте их стали использовать для перевозки грузов. Колеса и различные повозки широко применяли в Древней Греции, а потом и Риме. В Америке колеса и повозки появились только с приходом туда европейцев.

Первое колесо было создано последней четвертью 5-го тысичилетия до нашей эры

да вчера вон мужик колесо делал

История велосипеда — Википедия

История велосипеда — история появления велосипеда.

Средневековое изображение херувима по «Видению пророка Иезекииля». 1156 Самокат якобы 1791 года, приписываемый графу де Сивраку (Comte de Sivrac) — фальсификация 1891 года

Сведения о велосипедах и самокатах до 1817 года сомнительны. Так, рисунок двухколёсного велосипеда с рулём и цепной передачей, приписываемый Леонардо да Винчи, или его ученику Джакомо Капротти, по мнению многих, является подделкой^[1]. На витраже в церкви Св. Егидия в английской деревне Stoke Poges изображена человеческая фигура на чём-то вроде самоката^[2], которую Н. Певзнер называет «изображением потешной лошадки, выполненным в XVII веке (C17 representation of a hobby horse)».^[3]Самокат якобы 1791 года, приписываемый графу де Сивраку (Comte de Sivrac) — фальсификация 1891 года, выдуманная французским журналистом Луи Бодри. В действительности никакого графа де Сиврака не было, прототипом его стал Джин Хенри Сиврак, получивший в 1817 году разрешение на импорт четырёхколёсных экипажей.^[4][5][6]

Легендой стала история^[7] о крепостном крестьянине-умельце Ефиме Артамонове родом с Урала, из Тагильского заводского посёлка (ныне город Нижний Тагил), который сконструировал велосипед примерно в 1800 году.^[8] Согласно этой легенде, изобретатель совершил успешный пробег на своём велосипеде из уральского рабочего посёлка Тагильского заводского посёлка в Москву (около двух тысяч вёрст).^[8] Это был первый в мире велопробег. В сие путешествие крепостного Артамонова послал его хозяин — владелец завода Акинфий Демидов, который возжелал удивить царя Александра I «диковинным самокатом» («Велосипед Артамонова»).^[8] За изобретение велосипеда Артамонову со всей его семьёй и всем потомством была дарована свобода от крепостной зависимости.^[8]Велосипед Артамонова якобы хранится в Краеведческом музее Нижнего Тагила. Как показал химический анализ железа, велосипед из нижнетагильского музея оказался самоделкой конца XIX века (сделан не ранее 1870 года), выполненной по английским образцам ^[9][10][11].

Что касается самого Артамонова, то он впервые упоминается в книге В. Д. Белова «Исторический очерк уральских горных заводов» (издание 1898 г., Санкт-Петербург): «Во время коронования императора Павла, следовательно в 1801 г., мастеровой уральских заводов Артамонов бегал на изобретённом им велосипеде, за что по повелению императора получил свободу со всем потомством». В действительности Павел I короновался в 1797 году, а в 1801 — Александр I. Белов не приводит никаких ссылок на документы, подтверждающие его поразительную находку. Не найдены они и впоследствии. Никаких упоминаний об Артамонове не удалось найти ни в камер-фурьерских церемониальных журналах 1796, 1797 и 1801 годов, ни в «повестке по случаю кончины Его императорского величества государя императора Павла Петровича», ни в описании коронации Его императорского величества Александра Павловича, ни в «Списке о всех милостях, излиянных покойным государем Павлом I в день его коронации 5 апреля 1797 года», ни в архивах канцелярии Н. Н. Новосильцева, созданной в 1801 году и занимавшейся рассмотрением технических изобретений, ни в подборке материалов о крепостных изобретателях, публиковавшейся в «Отечественных записках» П. П. Свиньина (1818—1830). Не найдено и никаких других документов, которые бы подтверждали рассказ Белова.

Прототипом легенды, возможно, послужили крепостной изобретатель Е. Г. Кузнецов-Жепинский, действительно получивший вольную (вместе с племянником Артамоном) в 1801 году за свои изобретения. Однако Кузнецов сконструировал не велосипед, а дрожки с верстометром и музыкальным органом.

Эволюция велосипеда Велосипед с деревянными колёсами в стиле середины XIX века. Велосипед Мишо Дрезина 1817 года

В 1817 году немецкий профессор барон Карл фон Дрез из Карлсруэ создал макет, а в 1818 запатентовал первый двухколёсный самокат, который он назвал «машиной для бега» (Laufmaschine). Самокат Дреза был двухколёсным, снабжён рулём и выглядел в целом, как велосипед без педалей; рама была деревянной. В английском и французском языках изобретение назвали дрезиной (соответственно Draisine и draisienne) в честь изобретателя.^[12]. Через некоторое время изобретение стало популярным в Великобритании, где его прозвали «денди-хорз». Многие британские производители карет стали выпускать свои самокаты; самым заметным из них стал Денис Джонсон (Denis Johnson) из Лондона, объявивший в конце 1818 о выпуске усовершенствованной модели.^[13] Слово «велосипед» (vélocipède) придумано французским изобретателем Жозефом Нисефором Ньепсом для обозначения усовершенствованного самоката Дреза, снабжённого седлом с изменяемой высотой.^[14] Возможной причиной изобретения стало то, что предыдущий, 1816 год был «Годом без лета». Тогда из-за извержения вулкана Тамбора на индонезийском острове Сумбава почти все Северное полушарие постигла самая сильная климатическая аномалия в истории, что катастрофически сказалось на урожае, вызвало голод и снизило поголовье лошадей.^[15]

В 1839—1840 годах кузнец Киркпатрик Макмиллан в маленькой деревушке на юге Шотландии усовершенствовал изобретение Дреза, добавив педали и седло. Таким образом, Макмиллан создал велосипед, похожий на современный. Педали толкали заднее колесо, с которым они были соединены металлическими стержнями посредством шатунов. Переднее колесо поворачивалось рулём, велосипедист сидел между передним и задним колесом. Велосипед Макмиллана опередил своё время и остался малоизвестным.

Велосипед Макмиллана

В 1845 году англичанин Р. У. Томпсон запатентовал надувную шину, но она оказалась технологически несовершенной.

В 1862 году Пьер Лалман (англ.), 19-летний мастер по изготовлению детских колясок из Нанси (Франция), увидел «денди-хорз» и придумал оснастить его педалями — на переднем колесе.^[16] Лалман ничего не знал о велосипеде Макмиллана, и на его машине педали нужно было крутить, а не толкать. В 1863 году Лалман перебрался в Париж, где смастерил первый велосипед, напоминающий современные.

В 1864 году лионские промышленники братья Оливье оценили потенциал машины Лалмана и в сотрудничестве с каретным инженером Пьером Мишо начали массовый выпуск «денди-хорзов» с педалями.^[17] Мишо догадался сделать раму велосипеда металлической. По некоторым сведениям, Мишо и придумал для устройства название «велосипед». Поработав у Мишо-Оливье короткое время, Лалман отправился в Америку, где в ноябре 1866 года запатентовал своё изобретение. Очевидно, Пьера Лалмана и стоит считать фактическим изобретателем велосипеда.

Велосипед «пенни-фартинг» в стиле XIX века

С 70-х годов XIX века стала приобретать популярность схема «пенни-фартинг». Название описывает соразмерность колёс, ибо монета пенни была намного больше фартинга. На втулке «пенни» — переднего колеса, были педали, и седло ездока было почти прямо сверху от них. Большая высота сидения и центр тяжести, смещённый к переднему колесу, делали такой велосипед весьма опасным. Альтернативой им были трёхколёсные самокаты.

Велосипед Лалмана, 1865 г.

В 1867 году изобретателем Каупером была предложена удачная конструкция металлического колеса со спицами. В 1878-м году английский изобретатель Лоусон ввёл в конструкцию велосипеда цепную передачу.

Первый велосипед, похожий на используемые в наши дни, назывался Rover — «Скиталец». Он был сделан в 1884 году английским изобретателем Джоном Кемпом Старли и выпускался с 1885 года. В отличие от велосипеда «пенни-фартинг», Ровер обладал цепной передачей на заднее колесо, одинаковыми по размеру колёсами, и водитель сидел между колёсами. Велосипеды такой конструкции получили название безопасных (Safety)^[18], а слово Rover во многих языках и поныне обозначает велосипед (польское Rower, белорусское Ровар, западноукраинское Ровер [Ров`эр]). Фирма Rover стала огромным автомобильным концерном и просуществовала до 15 апреля 2005 г, когда была ликвидирована из-за банкротства. В России безопасные велосипеды из-за одинакового размера обоих колёс получили название бисиклетов^[19] или бициклетов^[20] от (французского bicyclette), однако, впоследствии это слово практически вышло из употребления^[21].

Велосипедная прогулка. Акварель. Около 1887 г.

В 1888 году шотландец Джон Бойд Данлоп изобрёл надувные шины из каучука. Они были технически совершеннее, чем запатентованные в 1845 году, и получили широкое распространение. После этого велосипеды избавились от клички «костотрясы». Это изобретение сделало езду на велосипедах намного удобнее, что способствовало их популяризации.^[22] 1890-е годы назвали золотым веком велосипедов.

Хотя велосипеды 1890-х во многих отношениях были похожи на современные, но, так как они обычно делались из ржавеющей стали (нержавеющую сталь варить ещё не умели) и не были покрашены, то требовали трудоёмкого ухода (чистка, смазка, промывание бензином или керосином) после каждой поездки. Описание «обычной чистки велосипеда» в книге 1895 года занимает 4 страницы.^[23]

В 1898 были изобретены педальные тормоза и механизм свободного хода, позволявший не вращать педали, когда велосипед катится сам. В те же годы изобрели и ручные тормоза, но широкое применение они нашли не сразу.

Первый складной велосипед сделан в 1878 году, первые алюминиевые — в 1890-х годах, а первый лигерад (иногда называемый рикамбент, велосипед, на котором можно ездить в лежачем положении) — в 1895 году (а в 1914 году началось массовое производство лигерадов фирмой «Пежо»).

К началу XX века относятся первые механизмы переключения скоростей. Однако они были несовершенными. Одним из первых способов переключения скоростей, применяемых на спортивных велосипедах, было оборудование заднего колеса двумя звёздочками — по одной с каждой стороны. Для переключения скорости надо было остановиться, снять заднее колесо и перевернуть его, вновь зафиксировав и натянув цепь. Планетарный механизм переключения передач изобретён в 1903 и стал популярным в 1930-е годы. Переключатель скоростей в том виде, в каком он применяется сегодня на большинстве велосипедов, изобретён лишь в 1950 г. известным итальянским велогонщиком и производителем велосипедов Туллио Кампаньоло (Tullio Campagnolo).

Велосипеды продолжали совершенствоваться и во второй половине XX века. В 1974 году началось массовое производство велосипедов из титана, а в 1975 — из углепластика. В 1983 году был изобретён велокомпьютер. В начале 1990-х получили распространение системы индексного переключения скоростей.

В течение XX века интерес к велосипедам переживал свои пики и спады. Начиная примерно с 1905 года, велосипеды во многих странах, в частности в США, стали выходить из моды из-за развития автомобильного транспорта. Дорожная полиция часто относилась к велосипедистам как к помехе движению автомобилей. К 1940 году велосипеды в Северной Америке считались игрушками для детей. С конца 1960-х годов велосипеды снова вошли в моду в развитых странах, благодаря пропаганде здорового образа жизни и всеобщему осознанию важности экологических проблем.

В СССР в конце XX века наиболее распространёнными моделями велосипедов были (отсортированы по возрастанию размера): «Малыш», Дружок, Бабочка, Лёвушка, «Чемпион», Ветерок, Олимпик, Школьник, Орлёнок, Кросс, Кама, Десна, Салют, Уралец, Украина, «Минск», Аист, Урал, Турист, Спутник, Старт-шоссе. Существовало несколько моделей для детей с отсоединяемыми боковыми колёсами — «Дружок», «Конёк-Горбунок», «Мишка», «Лёвушка», «Олимпик», «Зайка-3».

1. ↑ The Leonardo da Vinci Bicycle Hoax
2. ↑ CreateSend.com Email Newsletter Software Архивная копия от 13 февраля 2010 на Wayback Machine
3. ↑ Nikolaus Pevsner, The Buildings of England: Buckinghamshire, 2nd ed., 1994, p.652
4. ↑ Baudry de Saunier, Louis. Histoire Générale de la Vélocipédie (неопр.). — Ollendorff Paris, 1891. — С. 4—8.
5. ↑ Seray, Jacques: Deux Roues. La véritable histoire du vélo. Éditions du Rouergue 1988, 13-17
6. ↑ Более ранняя англоязычная версия — в статье «The End of De Sivrac» в журнале The Boneshaker #85(1977)
7. ↑ Русские изобретения 19 века
8. ↑ ^{1 2 3 4} Знай наших! 10 открытий российских ученых, приписываемых иностранцам
9. ↑ Комшилова (Смирнова) Т., Клат С. Велосипед Артамонова: Легенды и документы Архивная копия от 22 ноября 2007 на Wayback Machine // Тагильский рабочий. — 1987. — 14, 18 марта.
10. ↑ Виргинский B. C., Клат С. А., Комшилова Т. В., Лист Г. Н. Как творятся мифы в истории техники. (К истории вопроса о «велосипеде Артамонова») // Вопросы истории естествознания и техники. — 1989. — № 1. — С.150-157.
11. ↑ История одной мистификации
12. ↑ Canada Science and Technology Museum: from Draisienne to Dandyhorse (неопр.). Дата обращения 31 декабря 2008. Архивировано 4 августа 2012 года.
13. ↑ Herlihy, David (англ.)русск.. Bicycle: the History (неопр.). — Yale University Press, 2004. — С. 31, 62. — ISBN 0-300-10418-9.
14. ↑ Nicéphore Niépce House (неопр.). — «But he could not resist improving it by different means : the adjustable saddle among them.». Дата обращения 16 августа 2010. Архивировано 4 августа 2012 года.
15. ↑ Lessing, Hans-Erhard: «What Led to the Invention of the Early Bicycle?» Cycle History 11, San Francisco 2001, pp. 28-36 (неопр.). Архивировано 4 августа 2012 года.
16. ↑ Lynne Tolman. Lallement recognized as inventor of bicycle (неопр.). Telegram & Gazette (5 сентября 1993). Дата обращения 26 июня 2012. Архивировано 9 марта 2013 года.
17. ↑ Michaudine
18. ↑ «Современный велосипед», стр. 104
19. ↑ Исторический словарь галлицизмов русского языка
20. ↑ Энциклопедический словарь Брокгауза и Евфрона
21. ↑ Букварь автолюбителя / Словарь автолюбителя / Бициклет
22. ↑ «Современный велосипед», стр. 159
23. ↑ «Современный велосипед», стр. 72-77

Зубчатое колесо — Википедия

Зубча́тое колесо́ или шестерня́^[1], зубчатка^[2] — основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса.

Обычно термины зубчатое колесо, шестерня, зубчатка являются синонимами, но некоторые авторы называют ведущее зубчатое колесо шестернёй, а ведомое — колесом^[2]. Происхождение слова «шестерня́» доподлинно неизвестно, хотя встречаются предположения о связи с числом «шесть». Л. В. Куркина, однако, выводит термин из слова «шест» (в смысле «ось»)^[3].

Зубчатые колёса обычно используются па́рами с разным числом зубьев с целью преобразования крутящего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому крутящий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то крутящий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот. В соответствии с передаточным отношением, увеличение крутящего момента будет вызывать пропорциональное уменьшение угловой скорости вращения ведомой шестерни, а их произведение — механическая мощность — останется неизменным. Данное соотношение справедливо лишь для идеального случая, не учитывающего потери на трение и другие эффекты, характерные для реальных устройств.

Движение точки соприкосновения зубьев с эвольвентным профилем;
слева — ведущее, справа — ведомое колесо Параметры зубчатого колеса

Профиль зубьев колёс как правило имеет эвольвентную боковую форму. Однако существуют передачи с круговой формой профиля зубьев (передача Новикова с одной и двумя линиями зацепления) и с циклоидальной. Кроме того, в храповых механизмах применяются зубчатые колёса с несимметричным профилем зуба.

Параметры эвольвентного зубчатого колеса:

• m — модуль колеса. Модулем зацепления называется линейная величина в π раз меньшая окружного шага P или отношение шага по любой концентрической окружности зубчатого колеса к π, то есть модуль — число миллиметров диаметра делительной окружности приходящееся на один зуб. Тёмное и светлое колёсо имеют одинаковый модуль. Самый главный параметр, стандартизирован, определяется из прочностного расчёта зубчатых передач. Чем больше нагружена передача, тем выше значение модуля. Через него выражаются все остальные параметры. Модуль измеряется в миллиметрах, вычисляется по формуле:

m=dz=pπ{\displaystyle \mathbf {m={\frac {d}{z}}={\frac {p}{\pi }}} }

• z — число зубьев колеса
• p — шаг зубьев (отмечен сиреневым цветом)
• d — диаметр делительной окружности (отмечена жёлтым цветом)
• d_a — диаметр окружности вершин тёмного колеса (отмечена красным цветом)
• d_b — диаметр основной окружности — эвольвенты (отмечена зелёным цветом)
• d_f — диаметр окружности впадин тёмного колеса (отмечена синим цветом)
• h_aP+h_fP — высота зуба тёмного колеса, x+h_aP+h_fP — высота зуба светлого колеса

В машиностроении приняты определённые значение модуля зубчатого колеса m для удобства изготовления и замены зубчатых колёс, представляющие собой целые числа или числа с десятичной дробью: 0,5; 0,7; 1; 1,25; 1,5; 1,75; 2; 2,5; 3; 3,5; 4; 4,5; 5 и так далее до 50. (подробнее см. ГОСТ 9563-60 Колеса зубчатые. Модули)

Зубчатые колеса могут быть изготовлены с различным смещением режущей рейки: без смещения (нулевое зубчатое колесо или «с нулевыми зубцами»), с положительным смещением (смещение в сторону увеличения материала), с отрицательным смещением (смещение в сторону уменьшения материала).

Высота головки зуба — h_aP и высота ножки зуба — h_fP — в случае нулевого зубчатого колеса соотносятся с модулем m следующим образом: h_aP = m; h_fP = 1,25 m, то есть:

hfPhaP=1,25{\displaystyle \mathbf {{\frac {h_{fP}}{h_{aP}}}=1,25} }

Отсюда получаем, что высота зуба h (на рисунке не обозначена):

h=hfP+haP=2,25m{\displaystyle \mathbf {h={h_{fP}}+{h_{aP}}=2,25m} }

Вообще из рисунка ясно, что диаметр окружности вершин d_a больше диаметра окружности впадин d_f на двойную высоту зуба h. Исходя из всего этого, если требуется практически определить модуль m зубчатого колеса, не имея нужных данных для вычислений (кроме числа зубьев z), то необходимо точно измерить его наружный диаметр d_a и результат разделить на число зубьев z плюс 2:

m=daz+2{\displaystyle \mathbf {m={\frac {d_{a}}{z+2}}} }

Продольная линия зуба[править | править код]

Зубчатые колеса классифицируются в зависимости от формы продольной линии зуба на:

• прямозубые
• косозубые
• шевронные

Прямозубые колёса[править | править код]

Прямозубые колёса — самый распространённый вид зубчатых колёс. Зубья расположены в радиальных плоскостях, а линия контакта зубьев обеих шестерён параллельна оси вращения. При этом оси обеих шестерён также должны располагаться строго параллельно. Прямозубые колеса имеют наименьшую стоимость, но, в то же время, предельный крутящий момент таких колес ниже, чем косозубых и шевронных.

Косозубые колёса[править | править код]

Косозубые колёса являются усовершенствованным вариантом прямозубых. Их зубья располагаются под углом к оси вращения, а по форме образуют часть винтовой линии.

• Достоинства:
  • Зацепление таких колёс происходит плавнее, чем у прямозубых, и с меньшим шумом.
  • Площадь контакта увеличена по сравнению с прямозубой передачей, таким образом, предельный крутящий момент, передаваемый зубчатой парой, тоже больше.
• Недостатками косозубых колёс можно считать следующие факторы:
  • При работе косозубого колеса возникает механическая сила, направленная вдоль оси, что вызывает необходимость применения для установки вала упорных подшипников;
  • Увеличение площади трения зубьев (что вызывает дополнительные потери мощности на нагрев), которое компенсируется применением специальных смазок.

В целом, косозубые колёса применяются в механизмах, требующих передачи большого крутящего момента на высоких скоростях, либо имеющих жёсткие ограничения по шумности.

Шевронные колеса[править | править код]

Изобретение шевронной передачи часто приписывают Андре Ситроену, однако на самом деле он лишь выкупил патент на более совершенную схему, которую придумал польский механик-самоучка^[4]. Зубья таких колёс изготавливаются в виде буквы «V» (либо они получаются стыковкой двух косозубых колёс со встречным расположением зубьев). Передачи, основанные на таких зубчатых колёсах, обычно называют «шевронными».

Шевронные колёса решают проблему осевой силы. Осевые силы обеих половин такого колеса взаимно компенсируются, поэтому отпадает необходимость в установке валов на упорные подшипники. При этом передача является самоустанавливающейся в осевом направлении, по причине чего в редукторах с шевронными колесами один из валов устанавливают на плавающих опорах (как правило — на подшипниках с короткими цилиндрическими роликами).

Зубчатые колёса с внутренним зацеплением[править | править код]

При жёстких ограничениях на габариты, в планетарных механизмах, в шестерённых насосах с внутренним зацеплением, в приводе башни танка, применяют колёса с зубчатым венцом, нарезанным с внутренней стороны. Вращение ведущего и ведомого колеса совершается в одну сторону. В такой передаче меньше потери на трение, то есть выше КПД.

Секторные колёса[править | править код]

Секторное колесо представляет собой часть обычного колеса любого типа. Такие колёса применяются в тех случаях, когда не требуется вращение звена на полный оборот, и поэтому можно сэкономить на его габаритах.

Колёса с круговыми зубьями[править | править код]

Передача на основе колёс с круговыми зубьями (Передача Новикова) имеет ещё более высокие ходовые качества, чем косозубые — высокую нагрузочную способность зацепления, высокую плавность и бесшумность работы. Однако они ограничены в применении сниженными, при тех же условиях, КПД и ресурсом работы, такие колёса заметно сложнее в производстве. Линия зубьев у них представляет собой окружность радиуса, подбираемого под определённые требования. Контакт поверхностей зубьев происходит в одной точке на линии зацепления, расположенной параллельно осям колёс.

Конические колёса в приводе затвора плотины Главная передача в заднеприводном автомобиле

Во многих машинах осуществление требуемых движений механизма связано с необходимостью передать вращение с одного вала на другой при условии, что оси этих валов пересекаются. В таких случаях применяют коническую зубчатую передачу. Различают виды конических колёс, отличающихся по форме линий зубьев: с прямыми, тангенциальными, круговыми и криволинейными зубьями. Конические колёса с круговым зубом, например, применяются в автомобильных главных передачах коробки передач.

Реечная передача (кремальера) применяется в тех случаях, когда необходимо преобразовать вращательное движение в поступательное и обратно. Состоит из обычной прямозубой шестерни и зубчатой планки (рейки). Работа такого механизма показана на рисунке.

Зубчатая рейка представляет собой часть колеса с бесконечным радиусом делительной окружности. Поэтому делительная окружность, а также окружности вершин и впадин превращаются в параллельные прямые линии. Эвольвентный профиль рейки также принимает прямолинейное очертание. Такое свойство эвольвенты оказалось наиболее ценным при изготовлении зубчатых колёс.

Также реечная передача применяется в зубчатой железной дороге.

Цевочная передача Коронная шестерня

Коронное колесо — особый вид колёс, зубья которых располагаются на боковой поверхности. Такое колесо, как правило, стыкуется с обычным прямозубым, либо с барабаном из стержней (цевочное колесо), как в башенных часах. Передачи с цевочным колесом — одни из самых ранних и просты в изготовлении, но характеризуются очень большими потерями на трение.

Зубчатые барабаны киноаппаратуры — предназначены для точного перемещения киноплёнки за перфорацию. В отличие от обычных зубчатых колес, входящих в зацепление с другими колесами или зубчатыми профилями, зубчатые барабаны киноаппаратуры имеют шаг зубьев, выбранный в соответствии с шагом перфорации. Большинство таких барабанов имеет эвольвентный профиль зубьев, изготавливаемых по тем же технологиям, что и в остальных зубчатых колесах.

Метод обката[править | править код]

В настоящее время является наиболее технологичным, а поэтому и самым распространённым способом изготовления зубчатых колёс. При изготовлении зубчатых колёс могут применяться такие инструменты, как гребёнка, червячная фреза и долбяк.

Метод обката с применением гребёнки[править | править код]

Нарезание зубчатого колеса на зубофрезерном станке с помощью червячной фрезы Червячная фреза

Режущий инструмент, имеющий форму зубчатой рейки, называется зуборезной гребёнкой. На одной стороне гребёнки по контуру её зубьев затачивается режущая кромка. Заготовка накатываемого колеса совершает вращательное движение вокруг оси. Гребёнка совершает сложные перемещения, состоящие из поступательного движения перпендикулярно оси колеса и возвратно-поступательного движения (на анимации не показано), параллельного оси колеса для снятия стружки по всей ширине его обода. Относительное движение гребёнки и заготовки может быть и иным, например, заготовка может совершать прерывистое сложное движение обката, согласованное с движением резания гребёнки. Заготовка и инструмент движутся на станке друг относительно друга так, как будто происходит зацепление профиля нарезаемых зубьев с исходным производящим контуром гребёнки.

Метод обката с применением червячной фрезы[править | править код]

Помимо гребёнки в качестве режущего инструмента применяют червячную фрезу. В этом случае между заготовкой и фрезой происходит червячное зацепление.

Метод обката с применением долбяка[править | править код]

Зубчатые колёса также долбят на зубодолбёжных станках с применением специальных долбяков. Зубодолбёжный долбяк представляет собой зубчатое колесо, снабжённое режущими кромками. Поскольку срезать сразу весь слой металла обычно невозможно, обработка производится в несколько этапов. При обработке инструмент совершает возвратно-поступательное движение относительно заготовки. После каждого двойного хода, заготовка и инструмент поворачиваются относительно своих осей на один шаг. Таким образом, инструмент и заготовка как бы «обкатываются» друг по другу. После того, как заготовка сделает полный оборот, долбяк совершает движение подачи к заготовке. Этот процесс происходит до тех пор, пока не будет удалён весь необходимый слой металла.

Метод копирования (Метод деления)[править | править код]

Дисковой или пальцевой фрезой нарезается одна впадина зубчатого колеса. Режущая кромка инструмента имеет форму этой впадины. После нарезания одной впадины заготовка поворачивается на один угловой шаг при помощи делительного устройства, операция резания повторяется.

Метод применялся в начале XX века. Недостаток метода состоит в низкой точности: впадины изготовленного таким методом колеса сильно отличаются друг от друга.

Горячее и холодное накатывание[править | править код]

Процесс основан на последовательной деформации нагретого до пластического состояния слоя определённой глубины заготовки зубонакатным инструментом. При этом сочетаются индукционный нагрев поверхностного слоя заготовки на определённую глубину, пластическая деформация нагретого слоя заготовки для образования зубьев и обкатка образованных зубьев для получения заданной формы и точности.

Изготовление конических колёс[править | править код]

Деревянная форма для изготовления зубчатого колеса из музея Geararium, 1896 год

Технология изготовления конических колёс теснейшим образом связана с геометрией боковых поверхностей и профилей зубьев. Способ копирования фасонного профиля инструмента для образования профиля на коническом колесе не может быть использован, так как размеры впадины конического колеса изменяются по мере приближения к вершине конуса. В связи с этим такие инструменты, как модульная дисковая фреза, пальцевая фреза, фасонный шлифовальный круг, можно использовать только для черновой прорезки впадин или для образования впадин колёс не выше восьмой степени точности.

Для нарезания более точных конических колёс используют способ обкатки в станочном зацеплении нарезаемой заготовки с воображаемым производящим колесом. Боковые поверхности производящего колеса образуются за счёт движения режущих кромок инструмента в процессе главного движения резания, обеспечивающего срезание припуска. Преимущественное распространение получили инструменты с прямолинейным лезвием. При прямолинейном главном движении прямолинейное лезвие образует плоскую производящую поверхность. Такая поверхность не может образовать эвольвентную коническую поверхность со сферическими эвольвентными профилями. Получаемые сопряжённые конические поверхности, отличающиеся от эвольвентных поверхностей, называют квазиэвольвентными.

Моделирование[править | править код]

Ошибки при проектировании зубчатых колёс[править | править код]

Зуб, подрезанный у основания

Подрезание зуба[править | править код]

Согласно свойствам эвольвентного зацепления, прямолинейная часть исходного производящего контура зубчатой рейки и эвольвентная часть профиля зуба нарезаемого колеса касаются только на линии станочного зацепления. За пределами этой линии исходный производящий контур пересекает эвольвентный профиль зуба колеса, что приводит к подрезанию зуба у основания, а впадина между зубьями нарезаемого колеса получается более широкой. Подрезание уменьшает эвольвентную часть профиля зуба (что приводит к сокращению продолжительности зацепления каждой пары зубьев проектируемой передачи) и ослабляет зуб в его опасном сечении. Поэтому подрезание недопустимо. Чтобы подрезания не происходило, на конструкцию колеса накладываются геометрические ограничения, из которых определяется минимальное число зубьев, при котором они не будут подрезаны. Для стандартного инструмента это число равняется 17. Также подрезания можно избежать, применив способ изготовления зубчатых колёс, отличный от способа обкатки. Однако и в этом случае условия минимального числа зубьев нужно обязательно соблюдать, иначе впадины между зубьями меньшего колеса получатся столь тесными, что зубьям большего колеса изготовленной передачи будет недостаточно места для их движения и передача заклинится.

Подрезание зуба Заострение зуба

Для уменьшения габаритных размеров зубчатых передач колёса следует проектировать с малым числом зубьев. Поэтому при числе зубьев меньше 17, чтобы не происходило подрезания, колёса должны быть изготовлены со смещением инструмента — увеличением расстояния между инструментом и заготовкой (корригированные зубчатые колеса).

Заострение зуба[править | править код]

При увеличении смещения инструмента толщина зуба будет уменьшаться. Это приводит к заострению зубьев. Опасность заострения особенно велика у колёс с малым числом зубьев (менее 17). Для предотвращения скалывания вершины заострённого зуба смещение инструмента ограничивают сверху.

Зубчатые передачи используются у личинок насекомых рода Issus для синхронизации движения ног в момент прыжка.^[5][6]

Зубчатое колесо и шестерёнка являются искусственными негеральдическими фигурами, которые получили очень широкое распространение в международной, территориальной и родовой геральдике. Эта эмблема появилась в эпоху машинного производства во второй половине XIX — начале XX века. Чаще всего зубчатое колесо олицетворяет промышленность, технический и научный прогресс, индустриализацию, модернизацию^[7]. В послевоенные годы шестерню в СССР широко использовали в муниципальной геральдике Советского Союза.

Изображения зубчатых колёс присутствуют на многих гербах и эмблемах, в числе которых: