Введение
Часть колеса, простирающаяся радиально от ступицы к ободу. Спица – это один из ряда стержней, расходящихся от центра колеса (ступицы, где крепится ось), соединяющих ступицу с круглой поверхностью, контактирующей с дорогой. Изначально этот термин относился к частям бревна, которые раскалывали (расщепляли вдоль) на четыре или шесть секторов. Радиальные элементы колеса телеги изготавливались путем вырезания спицы (из бревна) до придания ей окончательной формы. Спека – инструмент, первоначально разработанный для этой цели. В конечном итоге, термин "спица" стал чаще применяться к готовому изделию работы колесника, чем к материалам, которые он использовал.
A spoke is one of some number of rods radiating from the center of a wheel (the hub where the axle connects), connecting the hub with the round traction surface. The term originally referred to portions of a log that had been riven (split lengthwise) into four or six sections. The radial members of a wagon wheel were made by carving a spoke (from a log) into their finished shape. A spokeshave is a tool originally developed for this purpose. Eventually, the term spoke was more commonly applied to the finished product of the wheelwright's work than to the materials they used.
История
Колесо со спицами было изобретено для строительства более легких и быстрых транспортных средств. Самые ранние физические свидетельства существования колес со спицами были обнаружены в культуре Синташта, датируемой 2000 годом до нашей эры. Вскоре после этого, на протяжении большей части трех столетий, кочевые народы Кавказа использовали боевые колесницы, запряженные лошадьми, с колесами со спицами. Они продвинулись вглубь Греческого полуострова, где смешались с существующими народами Средиземноморья, что в конечном итоге привело к возникновению классической Греции после падения минойской цивилизации и объединений, возглавляемых ранней Спартой и Афинами. Наскальные рисунки неохалколита/протоисторического периода (1800–1200 гг. до н.э.) в различных регионах Индии, таких как Чиббар Нулла, Чхатур Бходж Натх Нулла, Кахотия и другие, изображают использование колесниц с колесами со спицами. Кельты в 1-м тысячелетии до нашей эры ввели железный обод вокруг колеса. Колесо со спицами продолжало использоваться без существенных изменений до 1870-х годов, когда были изобретены спицованные колеса и резиновые шины.
Строительство
Спицы могут быть изготовлены из дерева, металла или синтетического волокна в зависимости от того, будут ли они испытывать растяжение или сжатие.
Сжигательные спицы
Первоначальный тип колеса со спицами, выполненными из дерева, использовался для конных экипажей и повозок. В первых автомобилях обычно применялись деревянные колеса со спицами артиллерийского типа. В простом деревянном колесе нагрузка на втулку приводит к незначительному сплющиванию обода к земле, поскольку нижняя деревянная спица укорачивается и сжимается. Остальные деревянные спицы существенных изменений не испытывают. Деревянные спицы крепятся радиально. Они также имеют вылет, как правило, наружу от транспортного средства, для предотвращения шатания. Кроме того, вылет позволяет колесу компенсировать расширение спиц из-за поглощения влаги, увеличивая его.
Спираль напряжения
Для использования в велосипедах тяжелые деревянные колеса со спицами были заменены более легкими колесами со спицами из натянутой, регулируемой металлической проволоки, называемыми спицованными колесами. Они также применяются в инвалидных колясках, мотоциклах, автомобилях и ранних самолетах.
Типы
Некоторые типы колес имеют съемные спицы, которые можно заменить по отдельности в случае поломки или изгиба. К ним относятся колеса велосипедов и инвалидных колясок. В велосипедах высокого качества с традиционными колесами используются спицы из нержавеющей стали, а в более дешевых моделях – оцинкованные (также называемые "нержавеющими") или хромированные спицы. Хотя качественная спица способна выдерживать нагрузку около 225 кгс (примерно 500 фунтов силы или 2200 ньютонов), они используются с гораздо меньшей нагрузкой, чтобы избежать усталостных разрушений. Поскольку спицы велосипедных и инвалидных колясочных колес работают только на растяжение, иногда применяются гибкие и прочные материалы, такие как синтетические волокна. Металлические спицы также могут быть овальными или плоскими для снижения аэродинамического сопротивления, а также утолщенными (двойными или даже тройными) для уменьшения веса при сохранении прочности. Вариацией спицованного колеса был "Tension Disk" от Tioga, который внешне напоминал сплошной диск, но на самом деле был построен по принципу обычного колеса натяжных спиц. Вместо отдельных спиц для соединения втулки с ободом под высоким напряжением использовалась непрерывная нить из кевлара (арамида). Нити были заключены в полупрозрачный диск для защиты и некоторого улучшения аэродинамических свойств, однако этот диск не являлся несущей конструкцией. + обычные диаметры спиц калибр проволоки диаметр площадь сечения 15G 1,8 мм мм² 14G 2,0 мм мм² 13G 2,3 мм мм² 12G 2,6 мм мм² 11G 2,9 мм мм² 10G 3,2 мм мм²
Тангенциальные шнурки
Проволочные спицы могут быть радиальными относительно втулки, но чаще всего крепятся тангенциально к втулке. Тангенциальное спицевание обеспечивает передачу крутящего момента между ободом и втулкой. Поэтому тангенциальные спицы необходимы для ведущего колеса, на втулке которого возникает крутящий момент от педалей, а также для любых колес с тормозами, установленными на втулке, такими как дисковые или ободные тормоза, которые передают крутящий момент от обода к тормозу в противоположном направлении – через втулку – при торможении.
Колесостроение
Создание колеса с натяжными спицами из отдельных компонентов называется сборкой колеса и требует соблюдения правильной технологии для получения прочного и долговечного изделия. Натянутые спицы обычно крепятся к ободу или, реже, к втулке с помощью спицевого ниппеля. Другой конец спицы чаще всего разглаживается (расплющивается) в отверстии диска или, реже, изгибается в форме буквы "Z", чтобы предотвратить её вытягивание сквозь отверстие во втулке. Преимущество варианта с изгибом заключается в возможности замены сломанной спицы на заднем колесе велосипеда без необходимости снятия кассеты. Колёса со спицами, благодаря отличному соотношению веса к прочности, быстро стали популярны для лёгких транспортных средств. Для обычных автомобилей колёса со спицами вскоре были заменены более дешёвыми металлическими дисковыми колёсами, но оставались популярными для спортивных автомобилей вплоть до 1960-х годов. Колёса со спицами по-прежнему популярны на мотоциклах и велосипедах.
Длина спицы
При сборке велосипедного колеса спицы должны быть правильной длины, иначе может оказаться недостаточно резьбы, что приведет к снижению прочности колеса, или они могут выступать сквозь обод и проколоть камеру.
Вывод
Формула длины спицы вычисляет длину пространственной диагонали воображаемого прямоугольного параллелепипеда. Представьте, что перед вами колесо, с ниппелем в верхней точке. Посмотрите на колесо вдоль оси. Спица, проходящая через верхнее отверстие, теперь является диагональю этого воображаемого параллелепипеда. Глубина параллелепипеда равна d, высота равна r2 - r1cos(α), а ширина равна r1sin(α). Эквивалентно, можно сначала использовать закон косинусов для вычисления длины спицы, спроецированной на плоскость колеса (как показано на диаграмме), а затем применить теорему Пифагора.