Реферат История развития автомобильных шин
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-28Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Содержание:
Введение…………………………………………………………………………2
Предки колеса…………………………………………………………………...3
История развития автомобильных шин……………………………………….6
История развития автомобильных дисков……………………………………11
Перспективы развития автомобильных колёс……………….........................14
Выводы…………………………………………………………………………15
Список используемых источников…………………………….......................16
Введение
Что может быть проще колеса?! А между прочим, на создание этой простой и совершенной конструкции люди потратили не одну сотню лет. Зато попробуйте вспомнить сегодня машину, в которой не было бы ни одного колеса. Чем же оно замечательно? Когда колесо поворачивается, то на его ось действует большая сила, чем на обод. Этот эффект используется для получения выигрыша в силе, например в рулевом колесе. Чем больше руль, тем легче поворачивается его ось. При повороте оси колесо переводит вращательное движение оси в прямолинейное движение ,благодаря чему с его помощью возможно перемещение грузов. Точки обода колеса проходят большее расстояние, чем ось, так как диаметр колеса больше диаметра оси. Если взять, например, ствол толстого дерева, распилить его поперек несколько раз, то получим много деревянных дисков-кругляшек. Почему же мы говорим, что кругляшка не колесо? Потому что у колеса есть секрет ,которого нет у кругляшки - дырка посередине. Этот пустяк превращает обыкновенную кругляшку в настоящее колесо: дырка, о которой говорится, расположена точно в центре окружности. Это значит, что колесо можно насадить на ось и заставить везти любой груз - в тачке или телеге... Только подумайте, что получилось бы, если бы дырка находилась не в центре, а где-нибудь сбоку? На таком кособоком колесе далеко не уедешь: оно катится по ровной дороге, а ось то вверх, то вниз подымается. Другое дело, когда ось посередине: центр окружности - замечательное место. От него до любой точки окружности одно и то же расстояние - колесо катится, а ось всегда остается на одинаковой высоте от земли. Нет, самое первое колесо было не просто придумать. И приспособить его к полезному делу - тоже было не просто. Как же это происходило? И на чём люди перевозили тяжести, до появления колеса.
Предки колеса
На стенах древних египетских пирамид, сохранились надписи и изображения, повествующие о том, как строились эти фараоновы горы. На этих рисунках отчетливо видны люди, которые перевозят гигантский каменный блок, подложив под него круглые бревна-катки. Катить по каткам куда легче, чем волочить по земле. Бревна, по которым груз уже прокатился, перекладывают вперед, и таким образом процессия медленно продвигается. Недаром говорится: лучше круглое катить, чем плоское тащить. Между прочим, катки поныне применяются человеком для очень тяжелых грузов, которые не выдержит ни один колесный экипаж. Например, камень-постамент весом в полторы тысячи тонн для знаменитой статуи медного всадника в Петербурге тоже был доставлен на место с помощью своеобразных катков: ими служили чугунные ядра-шары, катившиеся по специальным лоткам. А когда-то катки были единственным средством для перевозки тяжестей. Каток - ближайший родственник колеса. Как же придумали катки? Сперва человек бродил поблизости от своего жилья. Со временем совершали все более дальние путешествия в поисках пищи. Еще позднее люди научились выдалбливать лодки из стволов толстых деревьев. Ученые утверждают, что прежде, чем ездить по суше, человек научился плавать в лодках. Иногда подходящее дерево для такой лодки росло далеко от берега. Как доставить его к реке? Сначала, наверно люди обламывали и обрубали сучья на дереве, чтобы те не мешали вытаскивать из лесу ствол, и сообща волокли его по земле. Но однажды заметили, что тащить становится легче, если ствол скользит по корням или по другим упавшим деревьям потоньше. Люди стали нарочно выбирать дорогу с корнями и упавшими деревьями. Особенно облегчилась работа, когда на пути попадались прямые и гладкие кругляки, которые перекатывались по земле. Потом научились подкладывать под стволы тяжелых деревьев деревянные кругляки - не слишком длинные, чтобы они не наталкивались на деревья в лесу, и очищенные от сучьев, чтобы могли хорошо катиться (Рис1) . Эти кругляки, предназначенные специально, чтобы по ним перекатывать тяжести, и были первыми катками. Конечно, никто из нас не видел, как это происходило на самом деле. Но историки говорят, что именно так могло быть в действительности. Не сразу человек додумался до обыкновенных катков. Но и от катков до колеса путь был не близкий - несколько тысячелетий. Дерево истлевает в земле; в лучшем случае от толстого бревна через несколько сотен лет останется труха, и при малейшем прикосновении оно рассыпается. Правда археологи научились с помощью химических составов укреплять сгнившее дерево ( консервировать), так что оно сохраняет прежнюю форму. Но разве отличишь простое бревно от того, которое служило катком? Быть может, поэтому точный возраст изобретения катков неизвестен. Всё же ученые предполагают, что каткам не меньше двадцати тысяч лет. Иное дело колесо: его ни с чем не спутаешь. Древним колесным повозкам, найденным археологами, всего пять тысяч лет. Впрочем, сами повозки в раскопках встречаются редко. Гораздо чаще - изображения на стенах и модели из обожженной глины или бронзы. Наиболее древней считается бронзовая модель двуколки - двухколесной повозки, найденная в Индии: ей пять тысяч лет. Изображению боевой шумерской колесницы тоже почти пять тысяч лет. Глиняная модель телеги - платформы, найденная на острове Крит, помоложе: ей всего три с половиной тысячи лет. Археологи обратили внимание, что у многих древних повозок колёса сплошные и при том скреплены с осью: ось вращается вместе с парой колёс. “Может быть, сначала колёса делали из погожего куска дерева, что и ось? - задумались учёные. - Но разве легче вырубать все вместе из цельного ствола, чем мастерить колёса и ось по отдельности?..” Разгадка нашлась простая: первые повозки, как предполагают ученые, были вовсе не на колесах, а представляли собой деревянную платформу, под которой свободно располагались катки - четыре, пять или шесть, сколько поместится. Концы брёвен - катков выступали за широкие края платформы; а чтобы бревна не выкатывались из под платформы, их удерживали специальные брусья, приделанные к платформе
становилась всё тоньше, а концы Рисунок 1. Предки колеса
оставались по-прежнему толстыми. Получалось нечто похожее на ось с двумя колесами. А когда люди заметили, что повозка на колёсах катится легче, чем на обычных катках, они стали нарочно обжигать середину бревна. Так появились повозки на колесах. Подобные колёсные пары, называемые скатами, только не деревянные, а стальные - и сегодня применяются человеком - это поезда метро и вагоны железной дороги, паровозы ,электровозы- все они ездят по рельсам на колёсах, скреплённых неподвижно с осью,- на скатах. Не только неуклюжие грузовые телеги, но и первые двухколесные повозки, очевидно, ставились на сплошные, тяжелые, прочные колёса - скаты. Зато, как красиво - будто не катятся по земле, а летят по воздуху - выглядят боевые колесницы на больших, но легких колесах со спицами! Колесницам тоже очень много лет, и все же они появились позднее: сперва человек догадался сделать ось неподвижной, а колеса вращающимися на оси; затем решил облегчить колесо - придумал спицы, обод и ступицу; ещё позднее - надел на обод для прочности железную шину. И на всё это человеку потребовалось несколько тысяч лет. 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 перестаёт быть круглым. Новую эру в создании колёс открыли космические исследования. Луноходы, лунные автомобили потребовали создания новых типов колёс, не боящихся ни вакуума, ни космического холода, ни жары...
История развития автомобильной шины
Со времени изобретения пневматической шины минуло свыше 140 лет. Первым, кто официально зарегистрировал изобретение пневматической шины, был Роберт Уильям Томсон, родившийся в Шотландии 29 июня 1822 г. В 1844 г. в возрасте 22 лет он стал инженером железнодорожного транспорта, имел собственное дело и контору в Лондоне. Именно там и была изобретена пневматическая шина. В патенте №10990, датированным 10 июня 1846 г., написано:
«Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении».
В патенте изложена конструкция изобретения, а также материалы, рекомендуемые для его изготовления. Шина накладывается на колесо с деревянными спицами, вставленными в деревянный обод, обитый металлическим обручем. Сама шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготавливалась из нескольких слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон натуральным каучуком или гуттаперчей в виде раствора. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся шина крепилась на обод болтами. Кожаная покрышка обладала необходимым сопротивлением износу и многократным изгибам, а, зная, что кожа растягивается при намокании и раздувается под действием внутреннего давления, легко понять, почему камеру пришлось усиливать парусиной. После смерти Томсона в 1873 г. «воздушное колесо» было забыто, хотя образцы этого изделия сохранились (Рис2). Первым, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, которые уже имели достаточный опыт в производстве велосипедных шин. Они объявили, что к гонке в 1895 г. Париж — Бордо у них будут готовы пневматические шины для автомобилей и сдержали свое обещание. Несмотря на многочисленные проколы, автомобиль преодолел расстояние в 1200 км и достиг среди девяти других финиша своим ходом. В Англии в 1896 г. шинами «Данлоп» был оснащен автомобиль Ланчестер. В первой четверти текущего столетия все чаще стали использовать конструкции быстросъемных креплений колес к ступицам на нескольких болтах, что позволило заменять шины вместе с колесом в течение нескольких минут.
Рисунок 2 Первые автомобильные шины.
Сегодня отношение высоты к ширине, составляющее 65%, является стандартным для большинства автомобилей. Ведь современные шины становятся все шире - в настоящее время соотношение высоты к ширине снижено уже до 30%. Однако такие сверхширокие шины производятся для особо спортивных моделей автомобилей.
Современные радиальные шины для легковых автомобилей включают в себя до 25 различных конструктивных частей и до 12 различных смесей.
Основными элементами конструкции являются каркас и протектор.
Задачей каркаса является поддерживание амортизационных свойств шины, а также удержание в шине необходимого для этого количества воздуха.
Ведь нагрузку несет не шина, а находящийся под повышенным давлением воздух. Протектор, напротив, обеспечивает пониженное сопротивление качения, оптимальную устойчивость при езде и высокий километрах пробега
Рисунок 3. Виды каркасов шин
В начале своего развития каркас состоял из покрытой каучуком льняной ткани с челночными и уточными нитями.
Скрещенные нити взаимно перетирали друг друга и обусловливали относительно короткое время эксплуатации тогдашних шин.
Поэтому в 1923 году Continental начал применять вновь разработанную кордовую ткань (Рис3) . Эта кордовая ткань состояла только из челночных нитей, удерживаемых опорными нитями и покрытых каучуком.
Изготовленные таким образом шины служили значительно дольше.
Рисунок 4. Диагональная шина.
Каркас диагональной шины (Рис4) состоит из определенного количества прорезиненных кордовых прокладок, края которых обвиваются вокруг проволочных кольцевых стержней (эти стержни обеспечивают посадку шины на диск).
Количество слоев определяет грузоподъемность шины. Диагональные шины для легковых автомобилей имеют, как правило, от двух до максимум шести слоев из радонового или нейлонового корда. Если речь идет о шинах для грузовых машин малой грузоподъемности, то и сегодня говорят о шинах 6 или 8 PR (ply rating = грузоподъемность в зависимости от количества слоев)
Отдельные слои корда диагональной шины наматываются попеременно под определенным углом. Этот так называемый угол намотки определяет, в частности, свойства шины: тупой угол намотки повышает комфортабельность езды, но снижает боковую устойчивость. Острый угол намотки улучшает (Рис5) устойчивость в ущерб комфортабельности езды
Рисунок 5. Угол намотки.
Эту задачу берет на себя пояс стального корда, в котором два слоя наматываются попеременно под острым углом. Многие шины стабилизируются дополнительно нейлоновым бандажом
История развития автомобильных дисков
Традиционно колеса автомобилей изготавливаются методом штамповки из листовой стали с последующей сваркой. Но даже современные технологии штамповки не позволяют обеспечить необходимые для современных скоростных легковых автомобилей параметры допустимых отклонений геометрии и биения колес. Поэтому все большую популярность завоевывают колеса из алюминиевых сплавов. Колеса из алюминиевых сплавов впервые были установлены в 1964г. в США на спортивные автомобили. 1967г. - в Италии и Японии аналогичные колеса появились на автомобилях общего назначения. 1974-75г.г. - разработаны и утверждены международные стандарты на производство и контроль алюминиевых колес. Страны, где хорошо развита автомобильная промышленность, интенсивно развивают производство колес из алюминиевых сплавов. К примеру, в США к 1991 году уже около 50% автомобилей были оснащены такими колесами.
Разновидности автомобильных дисков:
Кованые диски изготавливаются методом горячей штамповки из алюминиевых или магниевых сплавов с последующей термо- и механической обработкой, при этом обеспечивается очень высокая прочность и жесткость конструкции, высокая коррозионная стойкость. При ударе кованый диск не лопается, а мнется и на нем не образуется трещин. Эти колеса примерно в 1,5 - 2 раза легче стальных. Основной недостаток кованых дисков - их высокая цена, а также ограниченные возможности по дизайну. Однако в последнее время в специализированных магазинах появились кованые алюминиевые диски российских производителей, имеющие достаточно конкурентоспособную цену.
Литые диски из магниевого сплава несколько легче, чем алюминиевого. Они хорошо держат удары, но у них есть существенный недостаток - очень большая подверженность коррозии. Поэтому такие диски покрывают специальным сверхпрочным и дорогим лаком, повреждения которого недопустимы. Для российских городских дорог, которые сейчас посыпают хлористым соединением, они абсолютно не подходят, поскольку буквально за считанные недели могут покрываться неэстетичными разводами. Наибольшее распространение получили литые диски из алюминиевого сплава. По своей прочности они практически не уступают стальным, правда, при сильном ударе они не гнуться, а раскалываются. Это связано с тем, что в процессе стандартного литья, даже самого высокотехнологичного, существует вероятность появления скрытых пор и раковин в теле диска, что снижает его механические свойства. Поэтому для обеспечения механической прочности стенки литых дисков стараются сделать достаточно толстыми. Еще одним недостатком литых дисков является невозможность восстановления после деформации. При этом если от появления трещин и разрушения после удара производителям удается уйти (сейчас при сертификации продукции обязательным условием является сохранение целостности диска) и современные диски не лопаются, а сминаются, однако это плюс только с точки зрения безопасности - для дальнейшего же использования они все равно становятся непригодными. Теперь рассмотрим преимущества литых алюминиевых дисков, благодаря которым их популярность постоянно растет:
- уменьшается на 10-15% масса неподрессоренных частей автомобиля, что значительно снижает динамические нагрузки на элементы подвески и повышает ресурс ходовой части;
- за счет высокой теплопроводности алюминия система колесо-тормоз-шина работает в более благоприятных условиях, повышается безопасность и долговечность автомобиля;
- за счет снижения массы, высокой точности изготовления, меньших величин радиальных и осевых биений улучшаются виброакустические и экономические характеристики автомобиля, снижается расход топлива, повышается долговечность деталей шарнирных узлов рулевого управления и ходовой части, особенно для переднеприводных автомобилей;
- значительно расширяются возможности дизайна колес и автомобиля: колеса, благодаря высоким антикоррозионным свойствам алюминия, длительное время сохраняют привлекательный вид.
Основные технические, эстетические и другие характеристики литых алюминиевых дисков обусловлены технологией их изготовления, которая включает несколько этапов.
Перспективы развития автомобильных колёс
Значительные перспективы для дальнейшего совершенствования колес легковых автомобилей открываются при применении бескамерных шин. Надежность герметизации бескамерной шины на протяжении всего срока ее службы во многом определяется натягом бортов, параметрами посадочных поверхностей обода. Натяг бортов камерных шин на конических полках обода, наклоненных под углом 5°, составляет 0,5—1 мм. Для бескамерных шин натяг должен быть увеличен минимально в 2—3 раза. Уменьшение стоимости колёс, увеличение качества производимой продукции увеличит спрос на рынке. Повышение точности изготовления дисков приведёт к увеличению устойчивости автомобиля на дороге, тем самым увеличит безопасность автомобиля. Уже более 100 лет почти все виды транспорта передвигаются за счет надувных резиновых шин. Пневматические шины неплохо зарекомендовали себя как на гладких дорогах, так и на бездорожье, однако теперь компания Michelin предложила совершенно новые шины, которые полностью изменят сложившееся представление о машинах – безвоздушные шины Tweel. Впервые о новых шинах компания Michelin заявила еще в 2005 году. Название этих шин состоит из двух английских слов «tire» и «wheel», что в переводе означает «шина» и «колесо», но Tweel использует нетрадиционную сборку ступицы колеса. Цельные внутренние ступицы прикреплены к полуоси. Вокруг них располагаются в определенной последовательности полиуретановые спицы. Через спицы проходит растяжной хомут, формируя внешний край шины (часть, которая соприкасается с дорогой). За счет натяжения хомута и прочности шин в них не используется воздушное давление, как в обычных камерных шинах. Обод колеса связан хомутом. Шины Tweel очень похожи на большие сказочные колеса велосипеда. Соприкасаясь с дорогой, спицы прогибаются так же, как и пневматические шины под давлением воздуха. Обод колеса изменяется при каждом изгибе спиц, а затем вновь принимает прежнюю форму. Безвоздушные шины (Рис6) изготавливают с разным растяжением спиц. Более эластичные спицы обеспечивают более плавное движение машины. В них также можно отрегулировать поперечную жесткость. Но не стоит пытаться регулировать поперечную жесткость самостоятельно, поскольку производители специально изготовляют шины с различной жесткостью. Для тестирования компания «обула» свои безвоздушные шины на Audi A4, поперечная жесткость которых в 5 раз была выше жесткости пневмонических шин. В итоге машина стала лучше вести себя на дороге. Результаты тестирования показали, что «прототип Tweel» на 5% легче обычных пневматических шин. Это означает, что машина с безвоздушными шинами будет потреблять меньше топлива. И поскольку шины Tweel еще только находятся на стадии разработки, компания планирует в дальнейшем увеличить эти показатели.
Рисунок 6. Безвоздушная шина
Заключение:
Несомненно, колесо - величайшее изобретение человечества, без которого невозможно было бы достичь современного уровня прогресса. Изобретение колеса дало огромный толчок развитию техники, значительно облегчило человеку жизнь.
Список используемых источников
1. Записки Автолюбителя Web: www.carnote.ru
2. Интернет-сайт Шиномания Web: www.shinomania.ru
3. Автомобильные шины и диски Web: www.shinyidiski.ru
4. История автопрома Web: www.traceavto.ru
5.Автомобильный портал Web: www.ambox.ru
6. Ф.Г. Лев - «Из чего всё»
7. С.Лилли - «Люди, машины, история»
8. «Энциклопедический словарь юного механика»
9. «Большая Советская энциклопедия»
10. Периодическое издание «За рулём» №1/ 1999год
11. Периодическое издание «Авто» №/ 1999год
