ホイール

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ホイール語源et歴史

その原始的な形では、車輪は硬くて耐久性のある材料の円形のブロックであり、その中心に穴が開けられており、軸の 周りにトルクが加えられたときに車輪が回転する軸受けが置かれています。ホイールと車軸アセンブリの1とみなすことができる6台のシンプルなマシン。耐荷重プラットフォームまたはケースの下に垂直に配置すると、水平軸で回転する車輪によって輸送が可能になります。重い負荷。この配置は、この記事の主なトピックですが、対応する記事で対処ホイールの他の多くのアプリケーションがあります:水平に置かれたとき、その垂直軸をオンホイール(例えばA形状の材料に使わスピン運動を提供ろくろ) ; ラダーまたは車輪付き車両のステアリング機構に接続されたコラムに取り付けられた場合、船舶または車両の方向を制御するために使用できます (例:船のホイールまたはステアリング ホイール)。クランクまたはエンジンに接続すると、ホイールはエネルギーを蓄積、放出、または伝達できます (たとえば、フライホイール)。ある半径でトルクを生成するために力が加えられた車輪と車軸は、これを別の半径で別の力に変換し、また別の線速度でトルクを発生させることができます。

この 車軸付きのリュブリャナ湿地帯の車輪は、銅器時代(紀元前 3,130 年頃) にまでさかのぼっ て発見された最古の木製車輪
アンティーク三輪車の3 つのスポーク ホイール
堅い木片で作られた初期の車輪

英語の単語のホイールは、から来ている古英語の単語hweol、hweogolから、原始ゲルマン* hwehwlan、* hwegwlanから、プロトインド・ヨーロッパ* KワットEKワットLO- [1]ルートの拡張形式* k個のw el-「回転する、動き回る」。インド・ヨーロッパ内の同族語は、アイスランド hjól「ホイール、タイヤ」、ギリシャ κύκλοςの kúklos、とサンスクリット語の チャクラ、後者の二つの意味する「円」または「ホイール」の両方を。[2]

最も古いヒントは実際の車輪付き輸送の存在を保証していないか、日付があまりにもバラバラであるため、車輪の「発明」の場所と時間は不明のままです。[3] メソポタミア文明は、車輪の発明であるとされています。[4] [5] [6]木製のディスク ホイールの発明は後期新石器時代に分類され、初期の青銅器時代をもたらした他の技術的進歩と関連して見ることができます。これは、農業陶器が発明された後でも、アセラミック新石器時代に車輪のない数千年が経過したことを意味します。

描写 onagerに-drawnカート シュメール「のバトル標準 ウル」(C。2500 BC)

紀元前 6500 年から 5100 年のハラフ文化は、車輪の付いた車両の最も初期の描写があるとされることもありますが、ハラフィ人が車輪の付いた車両やろくろを使用したという証拠がないため、これは疑わしいです。[7]「tournettes」または「slow wheel」として知られる車輪の先駆者は、紀元前5千年紀までに中東で知られていた. 最も初期の例の 1 つはイランのTepe Pardis で発見され、紀元前 5200 年から 4700 年のものとされています。これらは石または粘土でできていて、中央のペグで地面に固定されていましたが、回すにはかなりの労力が必要でした。自由に回転し、車輪と車軸のメカニズムを備えた本物のろくろは、紀元前 4200 年から 4000 年までにメソポタミア(イラク) で開発されました。[8]ウル(現在のイラク) で発見された現存する最古の例は、紀元前 3100 年にまでさかのぼります。[9]車輪は、現在のインドとパキスタンの地域をカバーする紀元前 4 千年紀のインダス文明でも発見されています。[10]

車輪の付いた動きの最も古い間接的な証拠は、紀元前 4000 年前に黒海の北でミニチュア粘土車輪の形で発見されました。紀元前4 千年紀の半ばから、その証拠は、おもちゃの車、描写、またはマンネリ。[11]でメソポタミアは、車輪付きの描写ワゴンは、上に見出される粘土錠剤 絵文字でEanna地区のウルクに、シュメール文明Cに付けされています。紀元前 3500 年から 3350 年。[12]紀元前 4 千年紀の後半に、北部 (マイコープ文化) と南コーカサスと東ヨーロッパ(ククテニ文化 - トリピリアン文化) で、車輪付き車両の証拠がほぼ同時に現れました。車輪付きの乗り物の描写は、ポーランド南部の漏斗状ビーカー文化集落で発掘されたブロノチツェの土鍋に紀元前 3631 年から 3380 年の間に現れました。[13]近くのオルシャニツァでは、荷馬車が入るために幅 2.2 m のドアが建設された。この納屋は長さ 40 m で、3 つのドアがあり、紀元前 5000 年から 7000 年前のもので、新石器時代の線帯文土器文化に属していました。[14]スロベニアのリュブリャナ(リュブリャナ沼地の木の車輪)近くのスタレ グマイン (Stare Gmajne) からの車輪と車軸の組み合わせの生き残った証拠は、2 つの標準偏差内で紀元前 3340 ~ 3030 年、車軸は紀元前 3360 ~ 3045 年とされています。[15]初期の新石器時代のヨーロッパの車輪と車軸には 2 つのタイプが知られています。circumalpine(リュブリャナ沼地ホイールのように一緒に車輪と車軸回転)ワゴン構造の種類、及びそのバーデン培養ハンガリー(車軸が回転しません)。どちらもcの日付です。紀元前 3200 年から 3000 年。[16]一部の歴史家は、紀元前 4 千年紀半ば頃に近東からヨーロッパへの車輪付き車両の拡散があったと信じています。[17]

重いテンプル カーのソリッド ホイール 、前景の 黒い ロードスター自転車の軽いワイヤー スポーク ホイールとは対照的

初期の車輪は、車軸用の穴のある単純な木製のディスクでした。初期の車輪のいくつかは、木の幹を水平にスライスして作られました。木の不均一な構造のため、木の幹を水平にスライスして作った車輪は、丸みを帯びた縦の板で作った車輪よりも劣る傾向があります。

スポークホイールは、より最近発明し、軽量化と迅速確実車の建設を許されました。木製のスポーク ホイールの最も初期の既知の例は、シンタシュタ文化のコンテキストで、c にさかのぼります。紀元前 2000 年(クリヴォエ湖)。その後すぐに、コーカサス地方の馬文化は、3 世紀の大部分の間、馬が引くスポーク車輪の戦車を使用しました。彼らはギリシア半島の奥深くに移動し、そこで既存の地中海の人々と合流して、ミノアの支配を打破し、古典以前のスパルタとアテネに率いられた統合を経て、最終的には古典ギリシャを築き上げました。ケルトの戦車は、紀元前 1 千年紀に車輪の周りに鉄のリムを導入しました。

中国では、紀元前 2200 年頃の車輪跡が、龍山文化の遺跡である平糧台で発見されています。[18]同様のトラックもで発見された偃師市の都市二里頭文化BC 1700付近までさかのぼります。中国でのスポーク付きホイールの最古の証拠は、青海省から来ており、紀元前 2000 年から 1500 年の間のサイトからの 2 つのホイール ハブの形で見つかっています。[19]

英国では、直径約 1 m (3.3 フィート) の大きな木製の車輪が 2016 年にイースト アングリアのMust Farmサイトで発見されました。イギリスで発見されたタイプ。ホイールのハブも存在します。近くで見つかった馬の背骨は、その車輪が馬が引くカートの一部であった可能性を示唆しています。車輪は、湿地の竹馬の上に建てられた集落で発見されました。これは、集落が乾いた土地と何らかのつながりを持っていたことを示しています。[20]

新世界が独自に発明した車輪 をモチーフにした置物

ヨーロッパとの接触以前にアメリカ大陸で車輪が大規模に使用されることはありませんでしたが、メキシコの考古学的遺跡では、子供のおもちゃと特定された車輪の付いた小さなアーティファクトが多数発見されており、その一部は紀元前約 1500 年にまでさかのぼります。[21]アメリカ大陸での車輪の大規模な開発の主な障害は、車輪付きの馬車を引くために使用できる家畜化された大型動物がいないことであると考えられている. [22]コロンブス以前の時代にアメリカ大陸に存在した牛の最も近い親戚であるアメリカバイソンは、家畜化が難しく、ネイティブアメリカンによって家畜化されたことはありませんでした。いくつかの馬種は約 12,000 年前まで存在していましたが、最終的には絶滅しました。[23]西半球で家畜化された唯一の大型動物であるラマは群れの動物であるが、車輪付きの乗り物を引くための draft獣としての使用には物理的に適しておらず[24]、ラマの使用はそれを超えて広がらなかった.ヨーロッパ人が到着した頃のアンデス。

ヌビア人の後に約400紀元前からは、紡績用のホイールを使用陶器をとして水車。[25]ヌビアの水車は牛によって動かされた可能性があると考えられている. [26]ヌビア人がエジプトから輸入した馬車を使ったことも知られている. [27]

ホイールはほとんどの例外を除いて、使用されたエチオピアでは、サハラ以南のアフリカ19世紀に入っても、これはヨーロッパ人の到着と変更します。[28] [29]

スポーク ホイールは、ワイヤー スポーク ホイールと空気入りタイヤが発明される 1870 年代まで、大きな変更を加えることなく使用され続けました。[30]空気入りタイヤは、転がり抵抗を大幅に減らし、快適性を向上させます。ワイヤー スポークには圧縮ではなく張力がかかっているため、ホイールの剛性と軽量化の両方を実現できます。初期の放射状にスポークされたワイヤー ホイールは、接線方向にスポークされたワイヤー ホイールを生み出し、20 世紀後半まで車で広く使用されました。鋳造合金ホイールは現在、より一般的に使用されています。鍛造合金ホイールは、重量が重要な場合に使用されます。

車輪の発明は、他にも重要となっている技術を含む一般的な、重要なアプリケーションに水車、歯車(参照アンティキティラ島機構)、回転ホイール、及びアストロラーベ又はトルクエタム。ホイールのより現代的な子孫には、プロペラ、ジェット エンジン、フライホイール(ジャイロスコープ)、タービンが含まれます。

  • Ljubljana Marshes Wheel、紀元前 3150 年頃のもの (世界最古の正確に放射性炭素年代測定された木製の車輪部分の復元モデル)。

  • 20 世紀の木製の板でできた頑丈な車輪で、金属の車輪の縁で結合されています。

  • 紀元前 6 世紀の第 2 四半期、古代エトルリアの モンテレオーネの戦車のスポーク付き車輪[矛盾]

  • 紀元前 1000 年頃のÁrokalja のブロンズシートのスポーク ホイール。

  • 半径方向(左) および接線方向(右) のワイヤースポークホイール、両方とも空気入りタイヤ。

  • 鋳造アルミホイールに折り畳み自転車と、空気入りタイヤ。

車輪付きの車両は、同じ重量を単にドラッグするよりもはるかに少ない労力で移動できます。運動に対する抵抗が低いのは、摩擦の仕事が車両が移動する表面ではなく、ベアリングで行われるという事実によって説明されます。最も単純で最も古いケースでは、ベアリングは車軸が通過する単なる丸い穴です (「プレーン ベアリング」)。すべり軸受を使用した場合でも、次の理由で摩擦仕事が大幅に減少します。

  • スライド インターフェースの垂直抗力は、単純なドラッグの場合と同じです。
  • 移動距離が一定になると、スライド距離が減少します。
  • 通常、境界面の摩擦係数は低くなります。

例:

  • 100 kg の物体が摩擦係数 μ  = 0.5 の表面に沿って 10 m 引きずられる場合、垂直抗力は 981 N であり、行われる仕事(必要なエネルギー) は (仕事 = 力 x 距離) 981 × 0.5 × 10 = 4905ジュール。
  • オブジェクトに 4 つの車輪を付けます。4 つの車輪と車軸の間の垂直抗力は同じ (合計) 981 N です。木材の場合、μ  = 0.25 で、車輪の直径は 1000 mm、車軸の直径は 50 mm であるとします。したがって、オブジェクトがまだ 10 m 移動している間、滑り摩擦面は 0.5 m の距離だけ互いに滑ります。実行される仕事は 981 × 0.25 × 0.5 = 123 ジュールです。行う作業は、ドラッグの 1/40 に減少しました。

追加のエネルギーは、車輪と道路のインターフェースから失われます。これは転がり抵抗と呼ばれ、主に変形損失です。これは、地面の性質、ホイールの材質、タイヤの場合はその膨張、最終的なエンジンによって加えられる正味トルク、およびその他の多くの要因に依存します。

車輪の半径が不規則性に比べて十分に大きい場合、車輪は不規則な表面を横断する際にも利点を提供できます。

車輪だけでは機械ではありませんが、軸受けと一緒に車軸に取り付けると、単純機械の1つである車輪と車軸を形成します。従動輪は、車輪と車軸の一例です。車輪は、駆動される車輪よりも約 6000 年前に遡りますが、それ自体は、丸太をローラーとして使用して重い荷物を移動させることの進化です。

リム

アルミニウム 合金ホイール

リムは「タイヤを保持し、ホイールの外縁部」です。[31]これは、自動車などの車両でタイヤの内側の端が取り付けられるホイールの外側の円形のデザインを構成します。たとえば、自転車のホイールのリムは、タイヤとチューブを保持するホイールのスポークの外側の端に取り付けられた大きなフープです。

紀元前 1 千年紀に、戦車の木製の車輪の周りに鉄のリムが導入されました。

ハブ

ハブはホイールの中心であり、通常はベアリングを収容し、スポークが出会う場所です。

ハブ無しホイール(また、リムライダー又は心ホイールとしても知られる)がない中央車輪のタイプであるハブ。より具体的には、ハブは実際にはホイール自体とほぼ同じ大きさです。車軸は、非常に近くでホイール以下、中空である公差。

スポーク

Aは、ディスプレイ上のホイールのスポーク付き イランの国立博物館で、 テヘラン。車輪は紀元前 2 千年紀後期のもので、チョカ ザンビールで発掘され ました。

スポークは、車輪の中心から放射状にロッドの一部の数(の一つであり、ハブ軸がラウンドトラクション面とハブを接続する、接続します)。この用語はもともと、縦に 4 つまたは 6 つのセクションに分割された丸太の部分を指していました。ワゴン ホイールのラジアル メンバーは、スポークを (丸太から) 削って仕上げた形状にしたものです。spokeshaveがあるツールもともと、この目的のために開発されました。最終的に、スポークという用語は、使用された材料よりも車大工の仕事の完成品に一般的に適用されました。

ワイヤー

ワイヤー ホイール(または「ワイヤー スポーク ホイール」)のリムは、ワイヤースポークによってハブに接続されています。これらのワイヤーは通常、一般的なワイヤー ロープよりも硬いですが、機械的には張力をかけた柔軟なワイヤーと同じように機能し、適用された荷重をサポートしながらリムを維持します。

ワイヤー ホイールは、ほとんどの自転車で使用され、今でも多くのオートバイで使用されています。それらは航空技術者のジョージ・ケイリーによって発明され、ジェームズ・スターリーによって自転車で最初に使用されました。ワイヤー ホイールを組み立てるプロセスは、ホイールビルディングと記述されます。

1957 年のワイヤー ホイール付き MGA 自動車

タイヤ・タイヤ

車のタイヤを重ねて立って

タイヤ(でアメリカ英語とカナダ英語)、またはタイヤ(一部では連邦諸国など、英国、インド、南アフリカ、オーストラリア、ニュージーランドなど)は、ホイールの周りに適合することをリング状のカバーであるリムはそれを保護し、より良い車両を有効にするにはしなやかなクッションで衝撃を吸収し、ホイールを地面に密着させた状態でパフォーマンスを発揮します。この言葉自体は、「tie」という言葉に由来している可能性があります。これは、木製のカートの車輪の外側のスチール リング部分を指し、木製のセグメントを一緒に結びます (以下の語源を参照)。

現代のタイヤの基本的な材料は、合成ゴム、天然ゴム、布地、ワイヤー、その他の化学薬品です。それらは、トレッドとボディで構成されています。ボディがサポートを確保しながら、トレッドがトラクションを提供します。ゴムが発明される前、タイヤの最初のバージョンは、摩耗や損傷を防ぐために木製の車輪の周りに取り付けられた単純な金属のバンドでした。今日、タイヤの大部分は空気で 膨張する構造であり、ゴムに包まれたコードとワイヤーのドーナツ型の本体で構成され、通常は圧縮空気が充填されて膨張可能なクッションを形成しています。空気入りタイヤは、自動車、自転車、オートバイ、トラック、土工機械、航空機など、多くの種類の車両で使用されています。

アタッチメントの突出またはカバー

極端なオフロード条件により、いくつかのタイプのホイール カバーが発明されました。これらのホイール カバーは、取り外し可能なアタッチメントとして、または永久カバーとして構成できます。このような車輪は、もはや円形である必要はなく、地面との接触面を平らにするパネルを備えています。

例:

  • スノー チェーン- 深い雪のために設計された、タイヤの周りを包み込んでグリップを向上させる特別に設計されたチェーン アセンブリ。[32]
  • ドレッドノート ホイール- 一般的な極端なオフロードでの使用に適した、恒久的に取り付けられたヒンジ付きパネルのタイプ。これらは車輪に直接接続されているのではなく、相互に接続されています。
  • ペドレール ホイール- 車両を保持するパネルを保持するレール システム。これらは必ずしも円 (ホイール) として構築される必要はなく、したがって、連続軌道の形式でもあります。
  • 上記の例(ライターに名不明)のバージョンは、一般的に重い上で使用された砲撃の際に第一次世界大戦。具体例: Cannone da 149/35 AおよびBig Bertha。これらは、複数のヒンジで互いに接続されたパネルで、現代のホイールに取り付けることができました。
  • 連続トラック- 他の車輪の前後に配置された車輪間のスペース全体に車両の質量を分散できるように、複数の車輪を覆うチェーン/パネルのリンクおよびヒンジ式のシステム。
  • 「タイヤトート」 - 深雪でのトラクションを向上させるためにタイヤを覆うように設計されたバッグ。[33] [34]

車輪は地上輸送に非常に広く使用されていますが、代替手段があり、車輪が効果のない地形に適しているものもあります。車輪のない地上輸送の代替方法には、次のようなものがあります。

  • マグレブ
  • そりまたはトラボイ
  • ホバークラフト
  • ウォーキングマシン
  • キャタピラー トラック(車輪で操作)
  • 車輪と無限軌道の両方の側面を利用したペドレール車輪
  • Dyson掃除機やハムスター ボールで使用される球体
  • スクリュー推進車
  • 荷馬車の車輪

輪はまた、循環または定期的な繰り返しの強力な文化的および精神的なメタファーにもなっています (チャクラ、輪廻転生、陰と陽などを参照)。そのため、また地形が難しいため、古いチベットでは車輪付きの車両は禁止されていました。古代中国の車輪は、健康と強さの象徴と見なされており、一部の村では、将来の健康と成功を予測するツールとして利用されています。車輪の直径は、その人の将来の健康の指標です。

翼のホイールは含め多くの状況で見られる、進歩の象徴であるパナマの紋章、ロゴのオハイオ州立ハイウェイパトロールとタイ国有鉄道。車輪はまた、インドの旗の顕著な人物です。この場合の車輪は法 (ダルマ) を表しています。また、ロマニの人々の旗にも現れており、遊牧民の歴史とインディアンの起源を暗示しています。

中青銅器時代のスポーク (チャリオット) ホイールの導入は、ある程度の威信を持っていたようです。太陽十字が表示されますが、中に意義持っている青銅器時代の宗教を以前の概念置き換え、太陽はしけをより「現代的な」と技術的に高度で太陽戦車。車輪は、古代エジプト人にとって太陽のシンボルでもありました。[35]

  • タイプ:アルミホイール、砲兵ホイール、ボール転送ユニット、自転車の車輪、キャスター、歯車、Dreadnaughtホイール、車輪を駆動する、フライホイール、ハブレス車輪、インラインスケートの車輪、マンセルホイール、Mecanum車、オートバイの車輪、オムニホイール、Pedrailホイール、プレススチールホイール,スケートボードホイール,スクエアホイール, Stairclimber wheel , Steering wheel ( Ship's wheel ), Train wheel , Tweel , Wagon wheel , Wire wheel
  • コンポーネント:車軸,台車,ディファレンシャル,ドライブシャフト,ドライブトレイン,リム,スノーチェーン,スポーク,タイヤ,ホイールセット (鉄道輸送)
  • 関連する技術と概念:アルキメデススクリュー,バレル,ブレーキホイール,カラーホイール,コンパクトディスク,フェリスホイール,陶器ホイール,プロペラ,ホイールの再発明,スピンドル渦巻き,トラックボール,ワゴンホイール効果,水車,手押し車,ウィーリー,ホイールのホイールフォーチュン、ウィンドラス、ウィンドミル
  • 代替案:エアクッション,無限軌道,逆回転ネジ,脚機構,磁気浮上,地面効果翼
  • 歴史馬、ホイールと言語、生体系で運動を回転、動物における地上歩行:ローリング、ロボット歩行
  • 理論:転がり抵抗,回転エネルギー,トルク,車輪と車軸 (単純機械) ,車輪のサイジング
  • ホイールライト。ワゴン車の車輪を作る

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