3D модель колеса
Согласно общепринятому определению, колесо представляет собой ни что иное, как круглый (по крайней мере, в подавляющем большинстве случаев) закрепленный на оси свободно вращающийся диск. В современной технике (а точнее – в различных машинах и механизмах) оно используется для того, чтобы передавать или преобразовывать вращательное движение.
Одной из важнейших особенностей и одновременно преимуществ колеса является то, что оно значительно снижает затраты энергии на то, чтобы перемещать по относительно ровной поверхности самые различные грузы. Если применяется колесо, то полезная работа совершается против силы трения качения, которая намного меньше силы трения скольжения в искусственных условиях дорог.
При рассмотрении основных динамических и кинематических отношений, которые имеются между различными частями колеса, оно считается твердым телом. На сами же эти отношения влияют такие факторы, как начальные условия, геометрические свойства, условия эксплуатации и некоторые другие. В современной технике колесо, насаженное на проходящую через его центр вращающуюся или же зафиксированную ось считается простейшим механизмом. Во многих случаях установку колеса используют для того, чтобы обеспечить перемещение какого-либо тела, и тогда оно играет роль одной из важнейших конструктивных частей транспортного средства, поскольку обеспечивает его передвижение с максимально возможной эффективностью.
Под термином «колесо» в обиходе обычно подразумевается колесо автомобильное, состоящее из диска и резиновой шины, причем в сборе. Интересно, что в самой же автомобильной промышленности, согласно действующим в ней правилам, колесом считается деталь, расположенная между шиной и ступицей машины.
Дисковое колесо в подавляющем большинстве случаев состоит из таких основных элементов, как обод и диск, соединение которых производится при помощи контактной точечной сварки. При этом ободом является часть колеса, имеющая форму кольца и определенный профиль сечения. На обод монтируется шина, на него же она опирается при движении. Что касается диска, то он представляет собой центральную часть колеса. Диск имеет отверстия, с помощью которых осуществляется его крепление к ступице. В обиходе дисковое колесо чаще всего называют просто диском, хотя с технической точки зрения это и неправильно. Дело в том, что существуют также и разборные колеса, в которых диск и обод скреплены между собой не точечной сваркой, а резьбовыми соединениями. Кроме того, существуют также колеса, в конструкции которых вообще отсутствуют диски.
Сейчас проектирование практически всех видов автомобильных колес осуществляется разработчиками с помощью специальных пакетов прикладного компьютерного программного обеспечения, в которых создаются трехмерные модели готовых изделий. Это существенно упрощает и облегчает проведение всех расчетов, а также превращает рутинную работу проектировщиков в творческий процесс.
Геометрия колеса
С точки зрения геометрии, колесо построено на основе окружности, у которой, как известно, имеется диаметр и периметр:
• Диаметр является, пожалуй, основной характеристикой любого колеса, поскольку определяет его максимальные внешние размеры. Именно диаметр является наиболее существенным ограничивающим фактором, влияющим на его возможность установки в тот или иной механизм.
• Под периметром колеса понимается то расстояние, которое оно проходит по плоскости в течение одного оборота. По сути дела, периметр колеса – это длина его внешней окружности, вычисляемая по известной всем еще со школьной скамьи формуле p = π × D. Расстояние же, которое проходит колесо, является произведением его периметра на количество оборотов. Есть и более точная формула в которой:
Δs = θ × r
Δs – пройденное расстояние;
θ – угол оборота;
r – радиус колеса.
Круговое движение
Круговое движение, согласно физике, – это ни что иное, как такое вращательное движение тела или же материальной точки, при котором в выбранной системе отсчета ось вращения не проходит через центр тела и является неподвижной. Что касается задачи равномерного прямолинейного движения, то она полностью эквивалентна задаче вращения, то есть углу, угловой скорости и угловому ускорению эквивалентны, соответственно, переменные расстояния, скорости и ускорения. Их связывают между собой следующие линейные зависимости:
Угол поворота: θ = Δs / r
Угловая скорость: ω = v / r
Угловое ускорение: α = a / r