قاعدة العجلات

في كل من المركبات البرية والسكك الحديدية ، تُعرف قاعدة العجلات بالمسافة الأفقية بين مركزي العجلتين الأمامية والخلفية. بالنسبة للمركبات البرية ذات أكثر من محورين (مثل بعض الشاحنات والحافلات)، تُعرف قاعدة العجلات بالمسافة بين محور التوجيه (الأمامي) ومركز مجموعة محاور القيادة. أما في حالة الشاحنات أو الحافلات ثلاثية المحاور، فتُعرف قاعدة العجلات بالمسافة بين محور التوجيه ونقطة تقع في منتصف المسافة بين المحورين الخلفيين. ^{[ 1 ]}

قاعدة عجلات المركبة تساوي المسافة بين عجلاتها الأمامية والخلفية. عند الاتزان، يكون عزم الدوران الكلي للقوى المؤثرة على المركبة صفرًا. لذلك، ترتبط قاعدة العجلات بالقوة المؤثرة على كل زوج من الإطارات بالصيغة التالية:

${\displaystyle F_{f}={d_{r} \over L}mg}$

${\displaystyle F_{r}={d_{f} \over L}mg}$

أين${\displaystyle F_{f}}$القوة المؤثرة على الإطارات الأمامية،${\displaystyle F_{r}}$القوة المؤثرة على الإطارات الخلفية،${\displaystyle L}$هي قاعدة العجلات،${\displaystyle d_{r}}$هي المسافة من مركز الكتلة (CM) إلى العجلات الخلفية،${\displaystyle d_{f}}$هي المسافة من مركز الكتلة إلى العجلات الأمامية (${\displaystyle d_{f}}$+${\displaystyle d_{r}}$=${\displaystyle L}$)${\displaystyle m}$كتلة المركبة ، و${\displaystyle g}$هو ثابت الجاذبية . فعلى سبيل المثال، عندما تكون الشاحنة محملة، ينتقل مركز ثقلها للخلف، وتزداد القوة المؤثرة على الإطارات الخلفية، مما يؤدي إلى انخفاض مستوى المركبة. ويعتمد مقدار انخفاض المركبة على قوى معاكسة، مثل حجم الإطارات وضغطها، ومعدل صلابة نظام التعليق . عند تسارع المركبة أو تباطئها، يزداد عزم الدوران المؤثر على الإطار الخلفي أو الأمامي على التوالي. وتصبح المعادلة التي تربط قاعدة العجلات وارتفاع مركز الثقل عن الأرض والقوة المؤثرة على كل زوج من الإطارات كما يلي:

${\displaystyle F_{f}={d_{r} \over L}mg-{h_{cm} \over L}ma}$

${\displaystyle F_{r}={d_{f} \over L}mg+{h_{cm} \over L}ma}$

أين${\displaystyle F_{f}}$القوة المؤثرة على الإطارات الأمامية،${\displaystyle F_{r}}$القوة المؤثرة على الإطارات الخلفية،${\displaystyle d_{r}}$هي المسافة من مركز الكتلة إلى العجلات الخلفية،${\displaystyle d_{f}}$هي المسافة من مركز الكتلة إلى العجلات الأمامية،${\displaystyle L}$هي قاعدة العجلات،${\displaystyle m}$كتلة المركبة،${\displaystyle g}$هو تسارع الجاذبية الأرضية (حوالي 9.8  م/ث² ⁾ ،${\displaystyle h_{cm}}$يمثل ارتفاع مركز الكتلة فوق سطح الأرض،${\displaystyle a}$يمثل التسارع (أو التباطؤ إذا كانت القيمة سالبة). لذا، وكما هو شائع، عندما تتسارع السيارة، ينخفض ​​الجزء الخلفي منها عادةً ويرتفع الجزء الأمامي تبعًا لنظام التعليق. وبالمثل، عند الكبح، ينخفض ​​الجزء الأمامي ويرتفع الجزء الخلفي. ^{[ 2 ]}

نظراً لتأثير قاعدة العجلات على توزيع وزن المركبة، تُعدّ أبعادها بالغة الأهمية لتوازنها وتوجيهها. فعلى سبيل المثال، تميل السيارة ذات الحمولة الخلفية الأكبر إلى الانزلاق الأمامي نتيجةً لنقص الحمل (القوة) على الإطارات الأمامية، وبالتالي ضعف تماسكها ( الاحتكاك ). لذا، من الضروري عند سحب مقطورة ذات محور واحد توزيع وزنها بحيث تكون قوة الدفع على خطاف السحب حوالي 400 نيوتن. وبالمثل، قد تنزلق السيارة أو حتى تفقد السيطرة عليها إذا كانت القوة على الإطارات الأمامية كبيرة جدًا والخلفية قليلة. كذلك، عند الانعطاف، يتولد عزم دوران جانبي على الإطارات، مما يُولّد قوة دوران تعتمد على المسافة بين الإطارات ومركز الثقل. وبالتالي، في سيارة ذات قاعدة عجلات قصيرة ("SWB")، فإن ذراع الرافعة القصير من مركز الكتلة إلى العجلة الخلفية سيؤدي إلى قوة جانبية أكبر على الإطار الخلفي مما يعني تسارعًا أكبر ووقتًا أقل للسائق للتكيف ومنع الانزلاق أو ما هو أسوأ.

تُشكل قواعد العجلات الأساس لأحد أكثر أنظمة تصنيف أحجام المركبات شيوعاً .

في مركبات السكك الحديدية، يتبع قياس قاعدة العجلات مفهوماً مشابهاً. مع ذلك، ونظراً لاختلاف أحجام العجلات (كما هو الحال في قاطرات البخار مثلاً )، يُقاس طول قاعدة العجلات بين نقطتي تلامس العجلات مع سطح السكة، وليس بين محوري العجلات.

في المركبات التي يتم فيها تركيب مجموعات العجلات (المحاور) داخل هيكل المركبة (في الغالب في قاطرات البخار)، تكون قاعدة العجلات هي المسافة بين مجموعات العجلات الأمامية والخلفية.

في المركبات التي يتم فيها تركيب مجموعات العجلات على عربات (في أمريكا: الشاحنات) ، يمكن تمييز ثلاثة قياسات لقاعدة العجلات:

• المسافة بين نقاط ارتكاز العربة الأمامية والخلفية؛
• المسافة بين مجموعتي العجلات الأمامية والخلفية للمركبة؛
• المسافة بين مجموعتي العجلات الأمامية والخلفية لكل عربة.

تؤثر قاعدة العجلات على قدرة عربة السكة الحديدية على اجتياز المنحنيات. فالعربات ذات قاعدة العجلات القصيرة تستطيع اجتياز المنحنيات الحادة. وفي بعض القاطرات ذات قاعدة العجلات الأطول، قد تفتقر العجلات الداخلية إلى حواف لتسهيل اجتياز المنحنيات.

تؤثر قاعدة العجلات أيضًا على الحمل الذي تُشكّله المركبة على السكة الحديدية وبنيتها التحتية والجسور. وبافتراض تساوي جميع الظروف الأخرى، تُمثّل المركبة ذات قاعدة العجلات الأقصر حملاً أكثر تركيزًا على السكة الحديدية مقارنةً بالمركبة ذات قاعدة العجلات الأطول. ولأن خطوط السكك الحديدية مُصممة لتحمّل حمولة قصوى مُحددة مُسبقًا لكل وحدة طول (طن لكل متر، أو رطل لكل قدم)، فإن قاعدة عجلات مركبات السكك الحديدية تُصمم وفقًا لوزنها الإجمالي المُستهدف. وكلما زاد الوزن الإجمالي، زادت الحاجة إلى قاعدة عجلات أطول.