Ко́лесо, ко́ло — це деталь машини, механізму чи пристрою у вигляді кола зі спицями або диска, що обертається навколо своєї осі і забезпечує передавання та підтримання руху — С. 219.. Колесо вважається простим механізмом, коли воно насаджене на фіксовану або рухому вісь, яка проходить через його центр — для створення механічної передачі. Воно також є однією з основних деталей простого механізму — коловорота«Коловорот» в «УСЕ» , де корба — це колесо (з ручкою або без), призначеного для перетворення поступального руху в обертовий і навпаки. Винахід колеса приблизно 6 тисяч років тому був значним кроком у технічному поступі людства. Нині найчастіше колесо використовується у транспортних засобах — автомобілях, поїздах, велосипедах, самокатах, кінних возах, а також як шасі у літаках, вертольотах тощо.
Етимологія Слово колесо походить від — множини слова , де суфікс-нарощення став сприйматися як складова кореня. Споріднене з — «віз», , , , , , . Це одне з найдавніших загальнослов'янських слів: виводять від і вважають спорідненим з прус. -kelan (у сполученні maluna-kelan — «млинове колесо»), — «вісь», — «колесо», , — «колесо», — «рухаюсь довкола», — «обробляю, населяю».
Будова Колесо — це об'єкт круглої дископодібної форми, що має можливість обертатися навколо своєї осі. Для зменшення маси колесо часто виготовляють із зовнішнім ободом, який кріпиться до маточини радіальними спицями або диском.
Принцип дії
При перетворенні поступального руху в обертову тягу сила прикладається перпендикулярно до осі. Тяга забезпечується зовнішньою силою, наприклад, кіньми. В такому випадку призначення колеса — зменшення сили тертя. Це зменшення забезпечується заміною тертя ковзання тертям кочення. Тертя кочення набагато менше, ніж тертя ковзання.
При перетворенні обертового руху в поступальний до осі колеса прикладається крутильний момент. У цьому випадку використовується тертя спокою, яке набагато більше, ніж тертя кочення. Колесо неефективне, якщо воно проковзує на поверхні (пробуксовує).
Часто в механічних екіпажах використовуються обидва типи перетворення: є колеса з приводом, і колеса, що зменшують тертя. Так, наприклад, локомотив у довгому поїзді використовує тертя спокою, що дає змогу йому тягнути за собою понад 20 вагонів, на колеса яких діє тертя кочення.
Колесо істотно зменшує витрати енергії на переміщення вантажу по відносно рівній поверхні. При використанні колеса робота здійснюється проти сили тертя кочення, яка в штучних умовах доріг істотно менша, ніж сила тертя ковзання.
Історія
Довгий час поширеною була версія, що колесо вперше винайдене шумерами в Межиріччі наприкінці 4 тис. до н. е., звідки й поширилося по Євразії та Північній Африці. Але археологічні знахідки кінця XX ст. свідчать про те, що механізм колеса, швидше за все, був винайдений на території Центральної Європи, а вже звідти потрапив на Близький Схід.
Найперші зображення механізму колеса та возів знайдені на території сучасної Польщі, Румунії та в євразійських степах. На думку фінського вченого Аско Парполи, індолога з Гельсінківського університету, існують лінгвістичні причини вважати, що колесо виникло в Трипільській культурі на території сучасної України. Версію про європейське походження колеса висунув у 1990-х німецький вчений А. Хойслер. Про знахідки моделей коліс у розкопках трипільських поселень останньої чверті 5 тис. до н. е. (за тисячоліття до відповідних знахідок у Месопотамії) повідомляв ще у 1981 році в наукових публікаціях румунський археолог Діну. Звідси інновація швидко поширилася Європою: свідчення існування колеса зустрічаються у поселеннях Зюшен (Німеччина), Броноциці (Польща), рештки возів знайдені наприкінці 1980-х на території Краснодарського краю Росії з датуванням серединою 4 тис. до н. е. Найдавніше з відомих коліс знайдене в болоті неподалік від Любляни в 2002 році і вік його оцінюється в 5150 роківGasser, Aleksander (March 2003). «World's Oldest Wheel Found in Slovenia» Government Communication Office of the Republic of Slovenia..
Наступні згадки про колесо зустрічаються в Месопотамії у кінці 4-го тисячоліття до н. е. Попередниками колеса можна вважати відомий до цього дерев'яний коток, котрий підкладався під вантаж при пересуванні. Початково колесо було дерев'яним диском, настромленим на вісь і зафіксованим клином. Зображення санок з коліщатами (3000 р. до н. е.) знайдені в Межиріччі у шумерському місті Урук. До 2700 року до н. е. там же з'являються малюнки возів. У той же час шумери починають ховати своїх царів разом із колісницями. Ці поховання відшукані в Кіші, Урі, в еламському місті Сузи. У 2-му тисячолітті до н. е. конструкція його вдосконалюється: у Малій Азії з'являється колесо зі спицями, маточиною та гнутим ободом. Пізніше, у 1-му тисячолітті до н. е., кельти для підвищення міцності коліс своїх колісниць стали застосовувати металевий обід; надалі конструкція колеса не зазнавала особливих змін аж до кінця XIX ст., коли металеві шини були замінені гумовими шинами для амортизації.
Колісного транспорту не знали у цивілізаціях доколумбової Америки, хоча відомо чимало артефактів з коліщатками, які очевидно, були дитячими іграшками. Знайдені на розкопках у Мексиці, деякі з них датуються близько 1 500 року до н. е. Припускають, що основною причиною невживання колеса в господарстві стала відсутність у Новому Світі тварин, яких можна було використовувати як упряжних.
Також до приходу європейців коліс не знали корінні народи Австралії і південної Африки.
Винахід колеса сприяв розвитку ремесел. Колесо було застосовано в гончарному крузі, млині, прядці, токарному верстаті, в іригаційних спорудах, на мануфактурних фабриках, родовищах тощо. Застосовувалися також водяні колеса.
Винахід колеса дав поштовх і до розвитку науки загалом. Так, воно застосовується в астролябії та інших наукових інструментах. У механіці широко використовується зубчасте колесо.
Важливе значення колеса у господарській сфері відбилося в його метафоричному обожненні у вигляді «Вічного повернення», «колеса Сансари», реінкарнації і т. д. У різноманітних культурах колесо є символом руху сонця, у буддизмі воно символізує закон та істину, симетричність і досконалість Дхарми, мирні зміни. Крилате колесо асоціюється зі швидкістю, колесо колісниці — з правлінням та владою. У греко-римській мітології колесо з шістьма спицями — атрибут Зевса (Юпітера) як небесного бога.
Різновиди коліс
Колесо транспортного засобу Колесо є основним конструктивним елементом, що забезпечує пересування транспортного засобу (починаючи від старовинного візка, закінчуючи сучасними автомобілями) по твердій поверхні. Колесо може бути ведучим і веденим. У першому випадку колесо виступає рушієм і перетворює механічну енергію від двигуна через приводні вали та механізми у механічну енергію руху транспортного засобу шляхом взаємодії з поверхнею пересування (наприклад, дорожнім покриттям чи поверхню рейки). У другому випадку колесо виконує лише функцію заміни тертя ковзання тертям кочення в умовах руху транспортного засобу.
Крім вказаних функцій, колесо у транспортному засобі може бути керованим і виконувати функцію зміни напряму руху шляхом повертання (з використанням механізму кермування) колеса навколо осі (див. наприклад, шворінь), яка близька до перпендикуляра до поверхні пересування.
Ведені колеса можуть бути жорстко посадженими на вісь і обертатись разом з нею, а якщо їх два на одній осі, то вони утворюють колісну пару, як у залізничних вагонах, а можуть мати нерухому вісь (цапфу) і обертатись навколо неї з використанням підшипників. Тягові колеса, крім цього, повинні сприймати крутний момент від трансмісії через шпонкові, шліцьові чи шарнірні з'єднання для урухомлення транспортного засобу.
Конструктивно колесо транспортного засобу складається з маточини й обода, які сполучені між собою диском або спицями. Зазвичай, на зовнішній частині обода встановлюється шина з еластичного матеріалу (гуми), яка може бути порожнистою і заповненою стисненим повітрям (газом). Важливим елементом шини є її профіль (повнопрофільна, низькопрофільна, пневмокоток тощо) та вид і стан протектора — конфігурація рельєфу поверхні шини, що контактує з дорожньою поверхнею.
Дерев'яне колесо
Дерев'яні колеса можуть бути у вигляді суцільних дисків (найбільш архаїчні) і класичної конструкції — з маточиною, ободом і спицями. В українських возах використовувалися тільки колеса з гнутими ободами, які згинали навколо круглих стовпців (так званих пеньків). По центрі пенька була скоба (вухо), у яку вставляли кінець довгого важеля, прави́ла (яке називалося повідня). Розпарену заготовку обода кріпили нерухомо одним кінцем до пенька збоку, а другим за допомогою мотузки чи жердини з гаком (кужби) прив'язували до повідні. Повертаючи вручну чи за допомогою упряжних тварин повідню з прикріпленою до неї заготовкою, поступово згинали майбутній о́бід навколо пенька в кільце. Кінці обода («заворотичі») з'єднували разом, спицями до нього кріпили маточину («колодку», «голову»), а на зовнішню поверхню натягали шину — сталевий обруч, прибиваючи її шиналями — спеціальними цвяхами, і додатково укріпляли 4-5 вірвантами («урвантами») — металевими скобами, прибитими цвяхами — заволічками (лютами). Колесо надівали на кінець осі, («рукав») і фіксували загвіздком — дерев'яною чи металевою чекою. Для зменшення тертя втулку маточини і кінець осі змащували коломаззю. Нині виробництво дерев'яних коліс механізоване, маточини виконують металевими, спорядженими звичайними вальницями.
Майстрів, що виробляли колеса, називали стельмахами, колодіями, колісниками.
Автомобільне колесо
Залізничне колесо
Колеса, використовувані в залізничному транспорті, виготовляють у вигляді колісних пар — сталевих дисків, з'єднаних сталевою віссю. Залежно від конструкції розрізняють цільні й бандажні колеса.
Цільне колесо виготовляється з однієї заготовки й має три основні конструкційні елементи: диск, маточину й обід. Диск з'єднує маточину з ободом, маточина призначена для з'єднання колеса з віссю, а споряджений ребордою обід безпосередньо контактує з рейкою. Залежно від способу виготовлення виділяють цільнокатані (оброблювані на прокатних станах) і цільнолиті колеса. Бандажне колесо складається з двох окремих деталей: диска і надітого на нього бандажу. Диски зазвичай виготовляють литими, бандажі — куванням, штампуванням або вальцюванням.
Характерною рисою залізничного колеса є його профіль у формі зрізаного конуса, який забезпечує необхідне для повороту диференціювання зовнішніх і внутрішніх коліс: при повороті внутрішні колеса котяться по рейці ділянкою меншого діаметру, отже, проходять при однаковому із зовнішніми колесами числом обертів (що неминуче при використовуванні колісної пари, в якої відсутній диференціал) менший шлях. Зміщення залізничного колеса від серединного положення до ділянки найбільшого чи найменшого діаметру становить близько 3 см.
Водяне колесо
Водяне колесо — це механічний пристрій, який перетворює енергію потоку води або енергію піднятої води (гідроенергія), в обертовий рух який може використовуватись в інших механізмах (наприклад, водяних млинах, водяних лісопильнях).
Водяне колесо це велике дерев'яне або металеве колесо з лопатями або ковшами на зовнішній поверхні обода. Лопаті (ковші) утворюють рушійну поверхню. Найчастіше, колесо монтується вертикально на горизонтальній осі, але так зване норвезьке колесо встановлюється горизонтально на вертикальній осі. Вертикальні колеса можуть передавати енергію механізмам через вал із зубчастим колесом і, зазвичай, приводні ремені. Горизонтальні колеса здебільшого використовуються для безпосереднього привода механізмів.
Розрізняють три основні види водяного колеса для перетворення гідроенергії в енергію обертового руху: підливне (нижньобійне) водяне колесо, коефіцієнт корисної дії до 35 %; наливне (верхньобійне), коефіцієнт корисної дії до 85 %; середньобійне, коефіцієнт корисної дії до 75 %.
Водяні колеса є складовою піднімних пристроїв — норій, чигирів.