Колело

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене
Емблема за пояснителна страница Тази статия е за механичния елемент. За транспортното средство вижте Велосипед.

Изображение на кола с колела от Месопотамия, 2 400 - 2 600 години пр. Хр., Британски музей, Лондон

Колелото е свободно въртящ се механичен елемент с формата на кръг, изграден от плътен материал като диск или от отделни конструктивни елементи. Обикновено се закрепва към ос, така че да може да се върти около нея. Колелото намира широко приложение в различни области на техниката. Обичаен пример за употребата на колела са повечето транспортни средства, при които търкалящото се колело се използва за намаляване на триенето между транспортното средство и повърхността, по която се движи.

История[редактиране | edit source]

Египетска колесница
Колело за древна кола от 2 000 пр. Хр., Национален музей на Иран, Техеран

Повечето изследователи смятат колелото за едно от най-старите и най-важните технически изобретения в историята на човечеството. Най-стари сведения за използване на колело са от Месопотамия през 5 хилядолетие пр.н.е. - първоначално като грънчарско колело. Предполага се, че предшественик на колелото в областта на транспорта са цилиндрични дървени трупи, поставяни под товара за по-лесното му преместване. Най-старото изображение на устройство, наподобяващо колесно транспортно средство, е върху Броноцицкото гърне, открито в днешна Полша и датирано към средата на 4 хилядолетие пр.н.е.[1][2]

Колелото се разпространява в Близкия Изток и Европа през 4 хилядолетие пр.н.е. и достига до Индия през 3 хилядолетие пр.н.е. През 2 хилядолетие пр.н.е. колесниците с олекотени колела със спици предизвикват революция във военното дело в Близкия Изток. Около 1200 година пр.н.е. те вече се използват и в Китай, което свидетелства за разпространението на колелото и в тази част на Стария свят по това време,[3] а според някои изследователи дори в началото на хилядолетието.

Известни са египетските и гръцките колесници, които символизират мощ и слава. С римски колесници са провеждани гладиаторски боеве и надбягвания, а древните траки са погребвали колесници заедно с владетелите си. Така средствата за бързо и лесно придвижване благодарение на колелото стават символ и средство на войната, а така също и символ на успеха и високото положение в обществото.

Традиционна селска каруца в Сардиния

Колелото постепенно прониква от Египет във вътрешността на Африка. През ранната Античност в Нубия са използвани грънчаски колела, както и водни колела за изпомпване на вода,[4][5] вероятно задвижвани от волове.[6] Известно е също, че нубийците използват теглени от коне колесници, внасяни от Египет.[7]

Въпреки няколко хилядолетното използване на колелото в района на Европа и Азия, коренното население на Субсахарска Африка, Австралия и Америка до идването на европейците не е познавало и ползвало транспортни средства с колела. Това се обяснява с факта, че основните преимущества на колелото се реализират едва с опитомяването на коня, отсъстващ от тези части на света. При олмеките и някои други групи са открити подобни на колела предмети от средата на 2 хилядолетие пр.н.е., но това вероятно са детски играчки.[8]

Разпространението на колелото в по-голямата част от Стария свят става няколко хилядолетия след появата на земеделието. То се отнася към късния неолит, период, от който водят началото си и други технически нововъведения в навечерието на бронзовата епоха. Широката употреба на колесните транспортни средства е забавена и от отсъствието на подходящи пътища за тях. В местности с много препятствия пренасянето на продукти от хора и животни дълго време остава предпочитаният начин на транспорт. В някои райони липсата на пътища е пречка за колесния транспорт дори през 20 век.

Първите колела са прости дървени дискове с отвор за оста в средата. Колелата със спици са изобретени по-късно и дават възможност за конструирането на по-леки и бързи превозни средства. Най-ранните известни примери за такива колела са от Андроновската култура в началото на 2 хилядолетие пр.н.е. Малко по-късно конните култури в района на Кавказ започват да използват теглени от коне колесници с колела със спици. През 1 хилядолетие пр.н.е. келтите започват да поставят желязна шина по ръба на колелото. Този вид колело остава най-широко използваният до края на 19 век, когато са изобретени пневматичните гумени колела.[9]

Механика[редактиране | edit source]

При преместване на един товар с плъзгане силата на триене е значителна и е насочена в посока обратна на посоката на преместване. Освен това силата на теглото на премествания обект почти пропорционално увеличава силата на триене, което изисква големи усилия за преодоляване на тези две съставки, противодействащи на преместването. Въртенето на колелото около ос значително намалява енергията, с която трябва да се осъществи преместването на товара, поради големите различия при силите, действащи при плъзгане и търкаляне (въртене). Това налага колелото като основен механизъм в редица области от техниката. Работата върху усъвършенстването му не спира и до днес.

Ос, главина, дървени спици и наплати, мет. шина и плътен гумен бандаж. Типично колело за автомобили и военна техника от началото на ХХ век

Геометрия[редактиране | edit source]

Геометрията на колелото се основава на геометрията на окръжността. Параметрите на окръжността са:

  • Диаметър (D). Диаметърът на колелото определя неговия максимален габарит и това е важен геометричен показател, не само по отношение на заемания обем, но и когато при свързването с други колела в един механизъм определя предавателното отношение на движението.
  • Радиус (r). Това е параметъра определящ разстоянието от коя да е точка от окръжността на колелото до неговата ос. Математическата връзка между диаметъра и радиуса е D=2r.
  • Периметър (p). Тава е разстоянието, което преминава колелото в една равнинна плоскост за един оборот при въртене. За едно колело на превозно средство, пътят изминат от превозното средство се определя от диаметъра на колелото, съответния периметър на колелото и броя на оборотите. Математическото изражение на тази зависимости е
{p}=\pi \cdot {D}

По-общата математическа зависимост е :

\Delta s=\theta \cdot r, където:
  • \Delta s — изминатия път (разстояние);
  • \theta — ъгъл на завъртане на колелото (или кратен брой завъртания);
  • r — радиус на колелото.

Конструкция[редактиране | edit source]

Независимо от разнообразието на приложението си, колелата имат сходна конструкция. Основни елементи са:

  • Главина, или начин за прикрепване към нея. Това е елемент от колелото, в който се вкарва оста.
  • Спици или плътен материал за връзка с овалния контур на колелото.
  • Наплати и метални шини при дървените колела или метален профил за поставяне на гума за транспортните средства. При друг вид колела като водното, зъбното, Виенското и др., се прави конструкция в зависимост от предназначението им.
Автомобилни джанти с телени спици

Видове колела[редактиране | edit source]

Техническо обслужване на самолетен колесник
  • Дървено колело. Изработва се изцяло от дърво или с дървени елементи -главина, спици, наплати и метална шина. То е характерно за каруците и колите задвижвани от животински впряг, както и за транспортните средства, създавани през XIX и първите десетина години на XX век.
  • Автомобилно колело. Започнало с познатото дървено колело, то се развива основно в няколко сродни конструкции — като колело с или без главина, но с възможност да се монтира на главината на автомобилните мостове, с дървени спици, със спици от стоманена тел, със спици отливани едновременно с цялата конструкция на колелото или изработено от плътен материал. Автомобилното колело се нарича още джанта и в развитието си върху джантата отначало е поставян плътен гумен бандаж, а по-късно пневматична автомобилна гума. С подобна конструкция са и колелата на други транспортни средства - ремаркета, трактори, самолети, селскостопанска техника, с тази разлика, че за много големите габарити на колелото са разработени специални разглобяеми джанти.
  • Мотоциклетно и велосипедно колело. Характерно е изпълнението му с капла, главина, спици от стоманена тел (или отливка при модерните съвременни мотоциклети) и метален профил за монтаж на гума.
  • Зъбно колело. Това е колело с нарязани зъби по периферията си със специален профил за предаване на въртящ момент на друго зъбно колело, като част от някакъв механизъм. Има и т. нар. верижни зъбни колела, които се задвижват от верига (както при велосипедите) и зъбно-ремъчни колела, при които задвижването се осъществява чрез зъбен ремък, както е реализирана ангренажната предавка за задвижване на разпределителния вал при съвременните автомобили.
Локомотивно колело
  • Водно колело. С този термин се означава колело задвижвано от водна сила. Използва се привеждане в движение на мелници, тепавици, маломощни електрически генератори. Като двигател силно вече е ограничено използването му. Това понятие се използва и при названието на лодки, задвижвани с крака и повече приличащи на воден велосипед.
  • Железопътно колело. Конструкцията му се отличава от разгледаните досега колела. Построени са изцяло от метал и са плътни (за вагоните) или със спици и противотежести (за локомотива). Монтирани са по двойка на една обща ос, наричана още колоос.
Виенско колело на Октоберфест в Германия
  • Виенско колело. Това е голямо съоръжение, притежаващо трите характерни основни елементи на колелото в конструкцията си. Монтира се и се използва в увеселителни паркове.
  • Маховик. Това е колело със значителна маса в периферията си, което монтирано в двигател или механизъм от някаква машинна конструкция, намалява неравномерността при въртене и чрез съхранената кинетична енергия преодолява кратковременни натоварвания.
  • Колелото на живота няма материален еквивалент. В преносен смисъл този термин се използва, като свойство за нещо, което се движи. Известно е изографисаното от Захари Зограф "Колело на живота" - този вечен кръговрат, това вечно повтаряемо "движение" - раждане, възмъжаване, смърт.

Вижте също[редактиране | edit source]

Бележки[редактиране | edit source]

  1. Waza z Bronocic (in Polish)
  2. Anthony, David A.. The horse, the wheel, and language: how Bronze-Age riders from the Eurasian steppes shaped the modern world. Princeton, N.J, Princeton University Press, 2007. ISBN 0-691-05887-3. с. 67.
  3. Dyer, Gwynne, War: the new edition, p. 159: Vintage Canada Edition, Randomhouse of Canada, Toronto, ON
  4. CRAFTS; Uncovering Treasures of Ancient Nubia; New York Times
  5. [http://wysinger.homestead.com/kush.html Ancient Sudan: (aka Kush & Nubia) City of Meroe (4th B.C. to 325 A.D.)]
  6. What the Nubians Ate
  7. The Cambridge History of Africa
  8. Ekholm, Gordon F. Wheeled Toys in Mexico. // American Antiquity 11. 1945.
  9. bookrags.com - Wheel and axle