你不知道的車輪進化史
從最初因為制造陶器所需而進行的設(shè)計,到作為人類的先進發(fā)明之一,車輪這個讓車輛行走的最基本組成單元,絕對可以說是汽車各部件的鼻祖。它的誕生久遠到連發(fā)明者都無法考證,但它卻像是推動人類文明不斷發(fā)展的一劑催化劑,讓汽車發(fā)展史的滾滾洪流不斷向前。追溯到公元前那個人類文明尚處啟蒙的年代,一起探尋一下車輪的進化故事。
可考證的車輪的發(fā)明時間,大約在公元前3500年左右的美索不達米亞地區(qū),這個曾被周杰倫寫到《愛在西元前》里的兩河文明發(fā)源地,可能因為其最早出現(xiàn)人類文明的特殊身份,而不乏神秘傳說和起源故事。最早以運輸為目的的車輪誕生在大約公元前3200年,主要是美索不達米亞地區(qū)用于戰(zhàn)爭或競賽的雙輪馬車。
然而,有記載的人類文明遠不能體現(xiàn)車輪歷史的悠久,真正的車輪起源可能要從石器時代開始,也就是大約1.5萬年至75萬年前。那時的車輪其實就是一個圓木樁,原始人類用幾個木樁并排被放在承載物品的下方以向前滾動,當然這也就出現(xiàn)了當時人們所面臨的一個很大的困擾——不能持續(xù)穩(wěn)定的向預期的方向滾動。
為了克服這個障礙,人們在之前曾經(jīng)使用過的輕撬的基礎(chǔ)上進行了改良,用一根長棍貫穿于兩個圓木樁中央,放在平板之下,前后各一,從而解決了控制推動方向的問題。但隨后人們又發(fā)現(xiàn),這樣的結(jié)構(gòu)無法長時間運輸貨物,因為圓柱形的木樁非常不耐磨,經(jīng)常會出現(xiàn)裂痕、斷裂等情況。在不斷的嘗試之后,車輪被逐步改為了中間較薄,外沿較厚的造型,同時鏈接桿也采用了更加接近車軸的樣式,讓車輪更加穩(wěn)定耐用。
耐用性問題解決之后,人們開始關(guān)注到結(jié)構(gòu)設(shè)計上的問題。因為兩個木樁之間固定木軸的形式,在轉(zhuǎn)彎的時候會非常尷尬,車輪的結(jié)構(gòu)也因此發(fā)生了根本性的進化,車軸不再固定,而是通過中心片和軸孔三者聯(lián)動,使車輪可以各自轉(zhuǎn)動,這樣,車輛在轉(zhuǎn)彎的時候,內(nèi)側(cè)車輪速度更慢,外側(cè)車輪速度更快,以完成轉(zhuǎn)彎。
簡單的滾動和轉(zhuǎn)彎雖能滿足人們的日常所需,但是就當時的生產(chǎn)發(fā)展速度來說,這樣的工具效率遠達不到大型生產(chǎn)需要。為了節(jié)省時間和勞動力,輻條的設(shè)計開始出現(xiàn),車輪也在其誕生的1500年之后,由埃及人首先開始使用由軸孔、輪輻、輪輞組成的車輪,不僅節(jié)省了原材料,而且使車輪變得更輕,更便捷。
到了公元1000年前,凱爾特人開始在其雙輪馬車上使用鐵制圈車輪,由于其結(jié)實耐用的特質(zhì),這種車輪一直被沿用至了公元1802年,一種更細的鐵絲輪輻被G.F. Bauer注冊為個人專利,這項發(fā)明在今天的自行車身上還可以見到。
伴隨著鐵絲輪輻的出現(xiàn),另一項偉大的發(fā)明由R.W. Thompson在1845年注冊為專利,那就是充氣輪胎。這項發(fā)明在1888年被英國的一位獸醫(yī)John Dunlop進行了改良并再次注冊為專利,而之后英國的著名體育運動用品品牌DUNLOP,讓人們徹底告別了顛簸的時代。
為了克服這個障礙,人們在之前曾經(jīng)使用過的輕撬的基礎(chǔ)上進行了改良,用一根長棍貫穿于兩個圓木樁中央,放在平板之下,前后各一,從而解決了控制推動方向的問題。但隨后人們又發(fā)現(xiàn),這樣的結(jié)構(gòu)無法長時間運輸貨物,因為圓柱形的木樁非常不耐磨,經(jīng)常會出現(xiàn)裂痕、斷裂等情況。在不斷的嘗試之后,車輪被逐步改為了中間較薄,外沿較厚的造型,同時鏈接桿也采用了更加接近車軸的樣式,讓車輪更加穩(wěn)定耐用。
汽車車輪發(fā)展的開端,可以從1885年的那輛奔馳一號說起。三輪的造型完全采用了自行車的車輪結(jié)構(gòu),而外側(cè)則采用了André和Edouard Michelin發(fā)明的硬橡膠,這兩兄弟的名字也許你并不熟悉,但提到鼎鼎大名的米其林輪胎公司,也許你會對他們的早期橡膠作品多少有些好奇。1910年,B.F. Goodrich公司在硬橡膠中加入了碳,推出了更加耐用的輪胎。
再來看看美國方面,福特的Model T汽車問世之時采用的是木質(zhì)輪輻,到了1926年至1927年,改為了鋼制輪輻,不過讓美國人坐上汽車可不是件容易的事情,老美對于硬橡膠帶來的顛簸感幾乎無法容忍,所以直到Mr. Dunlop的充氣輪胎普及之后,汽車才真正開始躍進。
當時的充氣輪胎跟我們現(xiàn)在所見到的還相去甚遠,不僅沒有現(xiàn)在根據(jù)路面狀況而分類細致的胎紋,連壽命都短的可憐,大概三四十英里就要去檢修,最長也跑不過2000英里,還經(jīng)常會發(fā)生輪胎脫落、被刺穿或擠壓變形等情況。
人們對車輪的開發(fā)重點主要還是以減輕車輪重量為目的,到目前看來,汽車的車輪基本以鋼和合金兩種為主,我們?nèi)耘f沒有必要談?wù)撨^多技術(shù),只要知道后者更輕更堅固,可以讓車輛的運動性、操控性更佳,剎車系統(tǒng)的使用壽命也更長。
很多科幻片里的汽車或者說是飛行器,都已經(jīng)不再有車輪的影子,不過相信近幾個世紀我們還不太可能跟車輪說再見。雖然現(xiàn)在無論是輪轂還是輪胎,都已經(jīng)被人們開發(fā)出了任何可能的形式,但很多公司還是在盡可能地發(fā)明出更加有未來感的車輪,我們不妨來看兩個米其林公司的概念發(fā)明。
這項將輪胎與輪輞整合為一體的設(shè)計,出現(xiàn)于2006年,它看起來似乎又回到了當年那個硬橡膠的時代,不再有充氣壓縮空氣部分,輪輻的靈活適應能力很強,可以吸收顛簸路面帶來的震動。米其林公司表示,即使沒有傳統(tǒng)的充氣部分,Tweel也能夠像普通輪胎一樣適應路面的各種情況,達到舒適駕駛的要求。不過即使是這樣的說明,也還是不能掩飾它的缺點:在時速超過80km/h之后,震動會相當明顯,所以也就只適用于一些小型車輛上。
這一概念可謂是顛覆性的,因為米其林似乎想讓車輪成為純粹的個體,它不僅有自己的引擎,還有變速箱、懸掛和傳動軸,這樣的四個輪子不知道駕駛起來會不會考驗人的協(xié)調(diào)性,雖然它只適合于電動汽車,但是這樣的設(shè)計實現(xiàn)起來還需要一個相當長的過程。
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