Koło szprychowe)

Koło szprychowe powozu

Koło wozu z Choga Zanbil , Iran. Od połowy do końca II tysiąclecia p.n.e. Muzeum Narodowe w BC
Teheran

Model koła wczesnoszprychowego, tylko szprycha środkowa biegnie promieniście

Szprychy połączyć koncentratora , które obraca się wokół osi koła , do kołowego obrzeża na kole .

Rodzaj konstrukcji koła szprychowego to forma lekkiej konstrukcji – w przeciwieństwie do np. koła pełnego na kolei .

Rozróżnia się konstrukcje, które wykorzystują głównie siły ściskające lub rozciągające . A - rzadko występujące - koło jednoramienne ma tylko jedną szprychę, która również musi absorbować moment zginający .

Solidne szprychy drewnianych kół wozu leżą zwykle w jednej płaszczyźnie lub tworzą skorupę stożka. Z drugiej strony smukłe stalowe szprychy zazwyczaj obejmują dwie stożkowe skorupy, które spoczywają na dwóch bocznych kołnierzach piasty koła.

Często szprychy krzyżują się. W wyjątkowych przypadkach łączy się je drutem na skrzyżowaniach, lutuje lub - głównie dla dekoracji - skręca ze sobą.

historia

Szprychy na kole wodnym w starej warzelni soli w Bad Reichenhall

Koła szprychowe pojawiły się około 2000 roku p.n.e. BC w kulturze wschodnioeuropejskiej Sintaschta i są nadal używane do dziś w podobnej konstrukcji. Szprychy o grubych przekrojach przenoszą siły ściskające z obręczy na piastę. W starożytnym Wschodzie pierwsze koła szprychowe pojawiły się w późnej epoce brązu z wykorzystaniem dwukołowego rydwanu . Częściowo zastąpiły one powszechne do tej pory ciężkie koła tarczowe , które, na przykład, były używane w Anatolii aż do ubiegłego wieku. Najstarszy zachowany w Europie przykład brązowego koła z czterema szprychami pochodzi ze szwajcarskiej osady Cortaillod . Ma średnicę 47 cm, długość piasty 37 cm i waży około 10 kg. W przeciwieństwie do tego, tylko koła z sześcioma lub więcej szprychami, jak przedstawiono na niektórych egipskich freskach , były naprawdę sprężyste . Wraz z udoskonaleniem technik obróbki drewna pojawiły się szprychy wykonane z drewna . Np. dla zespołu - dziś wózki są w użyciu. Asyryjskie rydwany po raz pierwszy miały sześć, od czasu Tiglata-Pilesera III. osiem szprych.

Szprychy drewniane

Drewniane szprychy były tradycyjnie wykonane przez animatora koła , który znany jest w regionie jako kołodziej czy Wagnera.

Podobnie jak uchwyty narzędzi, szprychy drewnianych kół wagonów są głównie wycinane z drewna dębowego i jesionowego  i  ręcznie formowane w okrągły lub owalny kształt przekroju poprzecznego za pomocą narzędzi takich jak płaszczyzna ogonowa .

Motocykl

W normie krajowej DIN 74371-1 do lipca 2006 r. szprychy kątowe do motocykli z gwintami M 5, M 4, M 3,5 i M 3 zostały znormalizowane jako szprycha gładka i jako szprycha pogrubiona (ED), wcześniej również jako szprycha szprycha o podwójnej grubości, szprycha o zalecanej standardowej długości. Standardowa zalecana kąt zgięcia 95 °. Standardowe wydanie z grudnia 1957 zaleca stal jako materiał o wytrzymałości na rozciąganie od 1000 do 1400 N/mm². Niekątne szprychy z drutu były również używane w projektach motocykli.

samochód

Koła artyleryjskie

Koło artyleryjskie z drewnianymi szprychami i zdejmowaną obręczą. Ten rower ma opony pneumatyczne. (ok. 1910)

Wczesne samochody były często wyposażone jak powozy ze wzmocnionymi stalą drewnianymi kołami szprychowymi , tak zwanymi kołami artyleryjskimi, zwykle z ośmioma do dwunastu szprychami na koło.Szprychy początkowo były mocno przymocowane do piasty. Było to niepraktyczne, ponieważ oponę trzeba było wymieniać bezpośrednio w pojeździe, a zepsute koło można było naprawić tylko na miejscu przy dużym wysiłku. Najpierw zadowolili się zdejmowanymi felgami i zabrali jedną lub więcej z zamontowanymi oponami jako zamienniki. Koła, które można było zdjąć z kołnierza piasty, zaczęły zyskiwać akceptację od około 1910 roku.

W latach dwudziestych niektórzy producenci stosowali żeliwne koła artyleryjskie. Obie formy zostały zastąpione stalowymi kołami tarczowymi z początku lat 30., po tym, jak kilka lat wcześniej pojawiły się jako akcesoria.

Koła ze szprychami z drutu

Koło szprychowe angielskiego roadstera z lat 60.

Koła ze szprychami są również stosowane od końca XIX wieku w głównie lekkich i sportowych samochodach. Rudge wynalazł zdejmowane koło szprychowe z centralnym zamkiem w 1907 roku , które było cechą wielu sportowych pojazdów aż do lat 60. XX wieku. W latach 20. i 30. modne było ukrywanie kół ze szprychami pod metalową osłoną, która była zabezpieczona tym samym zatrzaskiem, który trzymał koło.

Kąty zgięcia inne niż 95 ° występują również w samochodach , a w niektórych konstrukcjach szprychy są rozmieszczone w więcej niż 2 płaszczyznach na koło.

popędzać

Replika osi jezdnej parowozu Adler z kołami szprychowymi
(oryginał z 1835 r., replika z 1935 r.)

Stalowe szprychy działającej repliki orła w Norymberskim Muzeum Transportu

Pierwsze koła kolejowe były często projektowane jako drewniane koła szprychowe, co pierwotnie było pod wpływem tradycji budowy wagonów . Duże koła napędowe nowoczesnych lokomotyw parowych zostały później wykonane w całości ze stali, ale nadal projektowano jako koła szprychowe, aby zmniejszyć wagę. Pierwsze pełnoliniowe lokomotywy elektryczne miały również koła szprychowe.

rower

Koło szprychowe roweru ze skrzyżowanymi szprychami

materiał

Większość szprych w rowerach wykonana jest ze stali nierdzewnej, co gwarantuje wysoki poziom wytrzymałości. Tańsze koła są czasami wykonane ze szprychami wykonanymi z chromowanej lub ocynkowanej stali nierdzewnej. Wykonane są również szprychy z tytanu i włókna węglowego. Ponieważ szprychy z włókna węglowego są kruche i podatne na pękanie, produkowane są w większych przekrojach i zazwyczaj są na stałe wklejone w piastę i obręcz.

Zasada budowy

Szprychy w rowerach mają zazwyczaj tylko 2 mm grubości. Zwykle stosuje się od 32 do 36 sztuk na wirnik. Są ładowane prawie wyłącznie na pociąg. Szprychy napinają obręcz i przenoszą siły rozciągające pomiędzy obręczą a piastą.

Od miejsca kontaktu z podłożem siły nacisku są kierowane przez obręcz na znajdujące się obecnie u góry szprychy, które z kolei są dociskane do piasty poprzez pociągnięcie. Ponieważ normalne szprychy rowerowe nie mogą być poddawane naciskowi, koło szprychowe jest minimalnie ściśnięte w dolnym punkcie podczas jazdy.

Szprychy mogą być ułożone promieniowo lub pod kątem na piaście . W zwykłym trójstronnym skrzyżowaniu szprych są one w przybliżeniu styczne do okręgu śrub kołnierza piasty. Pewną zaletą sznurowania radialnego jest zmniejszenie masy dzięki krótszym szprychom. W przypadku kół napędzanych i hamulców bębnowych, rolkowych lub tarczowych nie stosuje się naciągania promieniowego, ponieważ w przeciwnym razie na szprychy będą oddziaływać duże siły rozciągające, gdy przenoszony jest moment obrotowy.

Rodzaje szprych

Szprychy mają zwykle w jednym końcu gwintem o średnicy 2 mm (FG 2,3 według DIN 79012), walcowane w celu zmniejszenia działania karbu , na którym ramienna złączka jest wkręcony w celu przymocowania tego celu szprych w obręczy . Na drugim końcu szprychy rowerowe są wygięte i spęczone o około 95 °, tworząc główkę soczewkową. Głowica ta trzyma szprychę w otworze poprzecznym w kołnierzu piasty .

Zdecydowanie najpopularniejsze szprychy mają przekrój kołowy o średnicy 2,0 mm . Szprychy o zmniejszonym przekroju w części środkowej io większym przekroju w łuku są szeroko stosowane do felg o wyższej jakości i szczególnie mocno obciążonych. Ze względu na mniejszy przekrój w części prostej szprychy mogą się lekko rozciągnąć w przypadku uderzenia, co zmniejsza naprężenia pozostałych elementów. Powszechne są średnice 1,5 i 1,8 mm w części prostej oraz 2,18 i 2,34 mm w łuku.

Szprychy o wzmocnionym łuku i stałej średnicy na pozostałej części długości nazywane są również szprychami pogrubiającymi (ED). Jeśli środkowa część jest cieńsza, mówi się o szprychach o podwójnej grubości (DD), pod warunkiem, że oba końce mają tę samą średnicę, oraz o szprychach 3D , jeśli oś szprychy ma trzy różne średnice.

W celu zmniejszenia oporów powietrza stosuje się szprychy, które w prostej środkowej części nie mają okrągłego przekroju, ale są płaskie. Mówi się też o nożu, szabli czy szprychach aero. Pomiary wykazały, że opór powietrza szprych nożowych, które nie są dokładnie ustawione w kierunku ruchu, gwałtownie wzrasta i może być nawet nieco wyższy niż w przypadku szprych okrągłych. Podobny efekt występuje przy silnych wiatrach bocznych . Mniejszy opór powietrza ma znaczenie dopiero przy prędkości około 40 km/h. Istnieją również różne przekroje dla szprych płaskich.

Rzadziej spotykane są szprychy proste, czyli nie zagięte. Wymagają piast ze specjalnie ukształtowanym kołnierzem piasty. Zazwyczaj jest on wyposażony w szczeliny do zawieszania szprych zamiast otworów na szprychy. Zaletą prostych szprych jest brak łuku jako potencjalnego słabego punktu. Wadą jest znacznie wyższa cena. Zamiast łba szprychy Z mają zakrzywiony koniec w kształcie litery Z, który można zaczepić w otworze kołnierza piasty bez konieczności wkręcania szprychy z części gwintowanej. Jest to zaleta w przypadku awarii po drodze, zwłaszcza jeśli tylne koło pęknie z boku koła zębatego, ponieważ w przeciwnym razie trzeba by je usunąć w celu wymiany szprychy.

Inną konstrukcją są szprychy faliste, których lekko falująca część środkowa ma dawać efekt sprężystości.

Szprychy wykonane są ze stali nierdzewnej (obecnie w większości), stali , aluminium , tytanu i włókna węglowego. Szprychy stalowe ocynkowane , niklowane lub chromowane . Wytrzymałość na rozciąganie o wysokiej jakości szprychy 1200 N / mm i więcej.

Szprychy tekstylne zostały opracowane w TU Chemnitz.

Opcje naprawy uszkodzonych szprych

Do napraw podczas podróży niektóre typy rowerów (takie jak te od Koga-Miyata ) miały perforowane zaczepy na górze dolnego tylnego trójkąta do zaciskania 2 zapasowych szprych, które również chroniły rozpórkę przed uderzeniem łańcucha. Niektóre zapasowe szprychy o odpowiedniej długości można po prostu przymocować na zewnątrz kolumny za pomocą samoprzylepnych pasków lub lin lub, bardziej szczegółowo, umieścić w rurze podsiodłowej. Szprychy naprawcze zwijane posiadają centralną część wykonaną z linki stalowej. Ze względu na grubsze połączenia (wcisk liny) nie można ich przewlec przez otwory w piaście i dlatego zawsze są wyposażone w głowicę Z.

Aby szprychy były uchwycone przez wystarczającą ilość gwintów nypla, miały luz regulacyjny i nie wbijały się w wąż, każda z nich potrzebuje długości około 2 mm. Łącznie sześć różnych długości szprych na rower jest wymaganych jako rezerwa na przednie i tylne koło. Poprzez ostre załamanie o około 100°, zaczepienie dwóch szprych i zabezpieczenie połączenia haka stalową rurą o średnicy wewnętrznej 4 mm, można tymczasowo zmostkować dowolną długość.

Obciążenie rozciągające na szprychy

W dzisiejszych rowerach szprychy z drutu są poddawane jedynie naprężeniu. Tylko w ten sposób smoczek trzyma się dobrze w obręczy . Dobrze odmierzone wstępne naprężenie szprych podczas produkcji koła i pewne dokręcenie w czasie, aby skompensować osiadanie i wydłużenie, utrzymują obciążone szprychy w stanie naprężenia podczas toczenia się koła.

Obciążenie osi naciska na piastę koła. Ponieważ szprychy mogą przenosić praktycznie tylko siły rozciągające, siła nie jest przenoszona z piasty koła bezpośrednio w dół, ale w górę na felgę i tylko przez nią w dół i przez oponę na podłoże. Pod obciążeniem opona ściska się nieco szeroko na pewnej długości. W tym obszarze – miejscu styku opony – opona przenosi ciśnienie na segment felgi, w którym może znajdować się 1, 2 lub 3 szprychy.

Pionowa siła obciążenia wprowadzona do obręczy w górnej części jest pochłaniana przez szprychy, które aktualnie biegną poziomo. Ponadto felga ma pewną naturalną sztywność , dzięki czemu prawie nie odkształca się pod wpływem siły. Uważany za idealny bez żadnych deformacji obręczy, a większość 36 szprych jest podzielonych na 4 sektory po 9 sztuk każdy, szprychy znajdujące się obecnie poniżej są nieobciążone, sektory szprych przednich i tylnych stabilizują obręcz, a sektor szprych górnych przenosi obciążenie osi . Top 9 poprzez zwiększenie siły uciągu o 1/36 nacisku na oś.

Szprycha dobrze sprawdza się w układzie, jeśli odpowiednio zmniejszy swoją siłę rozciągającą na małej drodze przemieszczenia i odkształcenia obręczy (poniżej).

Szprycha o grubości 1,8 mm ma dobry przekrój 2,5 mm². Wytrzymałość na rozciąganie razy 1200 N / mm² daje maksymalną siłę rozciągającą 3000 N. Jeśli 1000 N z tej wartości zostanie użyte jako siła napinająca, koło poniżej przenosi 1000 N na każdą rozluźnioną szprychę, czyli około 100 kg wagi. Jeśli szprychy są całkowicie rozluźnione u podstawy z powodu niewystarczającej siły naprężenia wstępnego, nypel szprychy rozwija się na chwilę z gniazda w obręczy, powodując trzaski i często dalsze poluzowanie nypla.

Przy każdym obrocie koła następuje raczej krótkie, silniejsze rozluźnienie w każdej dobrze napiętej szprychie (poniżej) oraz słabsze, ale trwalsze dodatkowe napięcie (powyżej). Fale te w miarę naprężania szprych z czasem stają się większe wraz z obciążeniem osi i nakładają się na uderzenia z nierównej nawierzchni. Siła odśrodkowa ma stosunkowo niewielki wpływ : 1 kg wirującej zewnętrznej masy koła przy średnicy 630 mm, prędkości 72 km/h i obwodzie koła 2 m daje siłę odśrodkową 138 N na ramię (36 ).

Momenty osiowe wprowadzane przez piastę podczas przyspieszania lub hamowania, nachylona siła nacisku podczas wyrzucania z siodełka lub pokonywania zakrętów trójkołowca z pionowymi kołami dodatkowo obciążają szprychy. Drgania w ramie są również przenoszone jako siły szprych. „Podpórki pod koła”, które utrzymują tylko niewielką część obwodu koła, wyglądają szczególnie nierówno – nawet podczas przechylania „rozpakowanego” roweru, skakania nogami na leżącym rowerku biegowym, co należy zaobserwować podczas jazdy na monocyklu, lub chwytliwego zbliżania się ruchem poprzecznym do rower po skoku, upadku lub poślizgu.

Kawałek felgi o długości zaledwie 10 cm, który jest wypychany do góry przez oponę w okolicy 2 najniższych szprych, ulega wgnieceniu o mniej niż 1 mm pod obciążeniem 90 kg, co odpowiada sile nacisku na podłoże ok. 900 N, ponieważ długość nośnika to tylko 1/6 średnicy felgi.

Czyste obciążenie rozciągające szprych umożliwia elastyczne tak zwane szprychy awaryjne, które składają się z litego sznurka lub (w środkowej części) stalowej linki i dlatego można je zwinąć i spakować bez ryzyka załamania i włożyć do roweru więcej łatwo w ruchu.

Długość szprych

Długość szprychy definiuje się jako długość od wewnętrznej strony zagięcia korby (dokładnie na wewnętrznej krawędzi główki szprychy) do prostego końca wraz z gwintem. Jest to mierzone przez zaczepienie na początku cienkiej miarki lub miernika szprych.

Przed zbudowaniem koła wymaganą długość szprych należy określić według następującego wzoru:

${\ displaystyle L = {\ sqrt [{2}] {a ^ {2} + {\ frac {D _ {\ matematyka {w}} ^ {2} + d ^ {2} -2 \ cdot D _ { \ mathrm {w}} \ cdot d \ cdot \ cos (\ alfa)} {4}}}} - {\ frac {d _ {\ mathrm {s}}} {2}}}$

To jest

${\ displaystyle \ alfa = 2 \ pi \, {\ frac {n _ {\ matematyka {k}}} {n _ {\ matematyka {s}}}}}$ w radianach lub

${\ displaystyle \ alfa = 360 ^ {\ circ} \, {\ frac {n _ {\ matematyka {k}}} {n _ {\ matematyka {s}}}}}$ w stopniu.

Parametry są następujące:

${\ styl wyświetlania L}$ → długość szprychy

${\ displaystyle D _ {\ matematyka {w}}}$→ efektywna średnica felgi; ERD „efektywna średnica felgi” (odległość między powierzchniami styku łba nypla szprych w dwóch przeciwległych otworach felgi – również podana przez producenta felgi)

${\ styl wyświetlania d}$ → Średnica okręgu śrub otworów szprych w kołnierzu

${\ styl wyświetlania a}$ → Odległość kołnierza szprychy od środka piasty

${\ displaystyle n _ {\ matematyka {k}}}$ → Liczba skrzyżowań szprych

${\ styl wyświetlania n _ {\ matematyka {s}}}$ → Liczba szprych na kołnierz

${\ displaystyle d _ {\ matematyka {s}}}$ → średnica otworu szprychy

Jeśli ERD nie jest znany, można go również zmierzyć za pomocą dwóch szprych. Szprychy wprowadzane są nyplami szprychowymi przez przeciwległe otwory szprychowe i mocowane gumką między główkami z lekkim pociągnięciem. Następnie mierzy się odległość między główkami szprych. Następnie szprychy są ponownie wyciągane z obręczy bez skręcania nypli. ERD jest wtedy sumą efektywnych długości szprych (odległość między dolną krawędzią główki nypla a końcem główki szprychy) oraz uprzednio zmierzonej odległości główki szprychy. Pomiar należy przeprowadzić dwukrotnie, na dwóch średnicach obręczy obróconych względem siebie o 90 °, a wartość średnią należy przyjąć w celu skompensowania błędów wynikających z możliwej owalności obręczy.

Zobacz też

• Fizyka jazdy (samochód)
• podwozie
• Dwukołowiec z napędem na przednie koła
• Sterowanie , kółka (kierowanie)
• Reakcja na zmianę obciążenia

literatura

• Michael Gressmann, Franz Beck, Rüdiger Bellersheim: specjalistyczna wiedza na temat technologii rowerowej. 1. wydanie, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2006, ISBN 3-8085-2291-7
• Fritz Winkler, Siegfried Rauch: Naprawa, konstrukcja, produkcja rowerów. 10. wydanie, BVA Bielefelder Verlagsanstalt GmbH & Co. KG, Bielefeld, 1999, ISBN 3-87073-131-1
• Rob van der Plas: Warsztat rowerowy – naprawa i konserwacja krok po kroku. 1. wydanie, BVA Bielefelder Verlaganstalt, Bielefeld, 1995, ISBN 3-87073-147-8
• Christian Smolik, Stefan Etzel: Nowa książka naprawy rowerów. 9. wydanie, BVA Bielefelder Verlaganstalt, Bielefeld, 2010, ISBN 978-3-87073-055-0

linki internetowe

• Wygodny kalkulator długości szprych na Speichenrechner.de
• Spoke kalkulator długości na fahrradmonteur.de
• Przekrój przez koło artyleryjskie samochodu (Packard 1911 ) (dostęp 17 października 2012)

Indywidualne dowody

1. ↑ Manfred Russo: Tupperware i Pinstripe. Böhlau Verlag Wien, 2000, ISBN 978-3-205-99163-2 ( ograniczony podgląd w wyszukiwarce książek Google).
2. ^ Di Cosmo: północna granica w przedimperialnych Chinach. W: Cambridge History of Ancient China. 1999, s. 885–966, tu s. 903, dotyczy znalezisk kultury andronowskiej około 2026 roku p.n.e. Chr.
3. ^ PF Kuzniecow: Pojawienie się rydwanów epoki brązu we wschodniej Europie. W: Starożytność. Vol. 80, No. 309, 2006, ISSN  0003-598X , s. 638-645, w Internecie ( Memento z 7 lipca 2012 roku w archiwum web archive.today )
4. ↑ budowa koła. Źródło 16 kwietnia 2018 . 
5. ↑ Koło z cieńszymi szprychami jest też mniej sztywne, więc połączenie kilku i cienkich szprych jest dopuszczalne tylko w przypadku kół bardzo lekko obciążonych.
6. ↑ Lepsze niż szprychy stalowe: To koło ma szprychy wykonane z włókien tekstylnych ingenieur.de, 2 września 2016, dostęp 17 czerwca 2020.