عجلة شبكية متذبذبة

العجلة ذات الشبكة المتذبذبة هي نوع من عجلات الأقراص المعدنية حيث يتم "تذبذب" القرص ليشكل أضلاعًا. وهذا يوفر عجلة أكثر صلابة وخفيفة الوزن.

تشتهر عجلات Wobbly-web بشكل خاص من خلال استخدامها المميز في سيارات سباق لوتس في أواخر الخمسينيات والستينيات. ^{[ 1 ]}

تعتمد نظرية عجلات الأقراص على سلوكها كهيكل ذي غلاف مُجهد . يُفترض أن موادها غير قابلة للتمدد ، ولكنها مرنة. يكون هذا الغلاف صلبًا في مواجهة أحمال الشد في مستواه، ولكنه مرن في مواجهة الأحمال العمودية عليه. وبالتالي، يكون القرص المسطح قويًا في مواجهة الأحمال القطرية في مستواه، وكذلك في مواجهة عزم الدوران . وهو مرن في مواجهة الأحمال المحورية العمودية على مستوى القرص، وكذلك في مواجهة التذبذب ، أي اهتزاز المحور بزاوية مع المحور الرئيسي.

يصبح القرص المخروطي أكثر صلابةً في مواجهة الأحمال المحورية، لأن شبكته لم تعد عمودية تمامًا على محور العجلة. على عكس القرص المسطح، لا يوجد اتجاه يكون فيه القرص المخروطي بأكمله عموديًا (وبالتالي مرنًا) عليه. من عيوب المخروط البسيط أن العجلة تصبح أعرض على طول المحور. تعمل الشبكة المتذبذبة على "طي" عجلة القرص المخروطي إلى ثنيات ، مما يجعلها أضيق مرة أخرى، مع الحفاظ على صلابتها المحورية. هذا القرص المطوي أكثر صلابةً أيضًا في مواجهة قوى التذبذب. في الهندسة المعمارية، وبالمثل، يتم تقوية "الجدار المتعرج" ضد القوى الجانبية عن طريق التموج، مما يسمح ببناء هيكل أرق وأخف وزنًا وأقل تكلفة. ^{[ 2 ]}

العجلة ذات الشبكة المتذبذبة هي عجلة قرصية ذات تشكيل إضافي، وليست عجلة ذات أضلاع مدمجة. ولتجنب تركيز الإجهاد ، تتخذ الشبكات منحنيات ناعمة بدلاً من أضلاع حادة. يمكن تشكيل هذه العجلات بالضغط من صفائح الفولاذ، أو صبها من سبائك خفيفة . تفضل مصانع الصب استخدام قرص ذي سماكة جدار ثابتة، لأن ذلك يُسهّل التحكم في الانكماش. وقد تم التوصل إلى الشكل المميز لعجلة لوتس عمدًا، من خلال الحفاظ على سماكة الجدار الثابتة هذه لتسهيل التصنيع، وطيها لتحقيق التباين المطلوب في الصلابة عبر نصف القطر. ^{[ 3 ]}

كان أول تصميم لعجلة شبكية متذبذبة عبارة عن تصميم لمركز بكرة، حوالي عام 1884. تم طي شريط مستقيم من الفولاذ، بعرض يساوي نصف قطر العجلة، على شكل تموجات حادة. ثم تم فرد هذه الطية على شكل دائرة، بحيث تكون الطيات الداخلية أقرب من الخارجية. بعد ذلك، تم صب هذا القرص في محور حديدي ، وتم تثبيت ألسنة مطوية على السطح الخارجي للصفيحة بمسامير على حافة البكرة. أنتجت هذه البكرات شركة جيه وإي هول في دارتفورد. كما وُضعت خطط لتطوير هذا التصميم إلى عجلة سكة حديد، حيث تم ضغط التموجات على شكل نصف حلقة . ^{[ 4 ]}

كان أول استخدام لعجلة الطريق من قبل روي فيدن لسيارته المبتكرة كوزموس عام 1919. ^{[ 5 ]} استخدمت هذه العجلة المصنوعة من الفولاذ المضغوط قرصًا بستة أضلاع على الجانبين بالتناوب وثلاثة مسامير تثبيت. ^{[ 6 ]}

تستخدم قاطرات البخار عجلات قيادة ذات أضلاع مصنوعة من الفولاذ المصبوب. وقد فضّل بعض المصنّعين أنواعًا مختلفة من هذه العجلات، سعيًا وراء تصميم أكثر كفاءة في الوزن باستخدام أشكال متنوعة من الأضلاع المجوفة أو العوارضية، بدلًا من الأضلاع الصلبة ذات المقطع البيضاوي. ومن أنجح هذه التصاميم عجلة بوليد فيرث براون (أو BFB)، والتي غالبًا ما تُخلط خطأً بعجلة بوكسبوك . وقد تميّزت هذه العجلة ببعض خصائص الشبكة المتذبذبة، حيث طُوّرت من عجلة قرصية مسطحة ذات "أضلاع" قصيرة وعريضة، شُكّلت عن طريق إزاحة أجزاء على شكل دمعة من القرص إلى مستوى آخر. وباستثناء بعض الثقوب الصغيرة لتخفيف الوزن ، فإن سمك هذه العجلة القرصية ثابت عند سُمك جدار واحد، في جميع أنحاء القرص.

مثل عجلة لوتس، تعرض عجلة BFB أيضًا طيات واسعة ضحلة عند قطرها الخارجي، مع طيات أضيق وأكثر حدة باتجاه المركز (انظر الصورة).

على الرغم من التشابه الظاهري بين تصميم عجلة Boxpok وعجلة BFB، إلا أن تصميم Boxpok الحقيقي، كما يشير اسمه، مشتق من "box spec" (أي "المقطع الصندوقي"). وهي عجلة ذات أضلاع، بأضلاع مجوفة مربعة المقطع. ويكون قرص العجلة في المقطع إما بسماكة طبقتين عند الأضلاع، أو بدون سماكة (أي بدون مساحة) بينها.

ظهرت عجلات مموجة خفيفة الوزن، بقطر قياسي يبلغ 860 مم، في ثمانينيات القرن الماضي لقطارات الركاب المحلية في اليابان. ^{[ 7 ]}

ظهرت الطائرات ذات العجلات المصنوعة من سبائك خفيفة مصبوبة في ثلاثينيات القرن العشرين. وكان من بين التصاميم الشائعة في الممارسات العسكرية البريطانية استخدام قرص ذي سماكة واحدة، مُزاح جانبياً إلى أجزاء حادة الحواف وموصولة بشبكات شعاعية. وقد زُوّدت طائرات مثل سبيتفاير بهذه العجلات . واستمر هذا التصميم الأساسي في الخدمة دون تغييرات تُذكر حتى ستينيات القرن العشرين وعصر الطائرات النفاثة .

ظهرت أول شبكة متذبذبة بشكل واضح في طائرة كونفير CV-240 لعام 1948. ^{[ 8 ]} وقد استخدمت هذه الطائرة عجلة مصبوبة بتسعة أضلاع شعاعية ضيقة مكونة من قرص منحني.

أشهر مثال على عجلات الشبكة المتذبذبة هو تلك التي استخدمتها شركة لوتس في سيارات السباق الخاصة بها في أواخر الخمسينيات وأوائل الستينيات. ظهرت هذه العجلات لأول مرة في سيارة لوتس تويلف للفورمولا 2 عام 1957. ^{[ 1 ] [ 9 ]} استخدمت شركة فانوال عجلة مماثلة ابتداءً من عام 1958. ^{[ 1 ]}

صُممت العجلات، على غرار سيارات لوتس المعهودة، بهدف تحقيق أخف وزن ممكن. ^{[ 3 ]} وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للعجلات، لأنها تمثل وزنًا غير معلق ، وكانت السيارات المصممة لحملها خفيفة الوزن للغاية. وقد صممها جيلبرت "ماك" ماكنتوش من شركة لوتس ، مع أن الفضل في تصميمها، كعادة لوتس، كان يُنسب غالبًا إلى كولين تشابمان . ^{[ 3 ]}

على عكس العجلات "المتموجة" السابقة، كان تصميم لوتس و"تذبذباته" المميزة سمة مقصودة، حتى أن التذبذبات كانت غائرة بعمق قرب المحور وتتلاشى تدريجيًا نحو الحافة. ^{​​[ 2 ] [ 3 ]} ولتسهيل عملية التصنيع بالصب، صُممت العجلات بسماكة جدار ثابتة. كان من الضروري أن تكون صلابتها (القوة/المساحة) في أعلى مستوياتها حول المحور، لذا طُويت العجلات بعمق وانحدار شديدين عند هذه النقطة. أما عند الحافة، فقد تطلّب توزيع هذه القوة نفسها على محيط أكبر ومقطع عرضي معدني أوسع طيًا أقل، فأصبح شكلها أشبه بموجة لطيفة. ^{[ 3 ]}

كما هو الحال مع العديد من مكونات لوتس الأخرى، صُنعت العجلات من سبيكة إلكترون من المغنيسيوم والألومنيوم. ^{[ 3 ]} وقد صُنعت في مصانع ستون فاوندريز ^{[ 10 ]} في تشارلتون . ^{[ 3 ]} كانت شركة كوبر تستخدم بالفعل عجلات المغنيسيوم، وبغض النظر عن مزاياها التقنية، فقد وجد تشارلز كوبر أن بيع السائقين العديد من العجلات الاحتياطية اللازمة للسباقات مربح للغاية، بدلاً من الاعتماد على مورد خارجي، وهو أمر كان تشابمان حريصًا على محاكاته. ^{[ 3 ]} كما حصل ماكنتوش وتشابمان على خردة من مصانع الصب، وعجلات تالفة من شركة كوبر، ودرسوا هذه الأعطال لفهم أنماط فشل عجلات سباق المغنيسيوم. ^{[ 3 ]}

كانت ألوان فريق لوتس في ذلك الوقت الأخضر والأصفر، وغالبًا ما كانت عبارة عن بقع صغيرة من كل لون، بينما كان هيكل السيارة مصنوعًا في معظمه من صفائح الألمنيوم المصقولة. مع ظهور العجلات الشبكية المتذبذبة، بدلًا من العجلات السلكية السابقة ، طُليت العجلات باللون الأصفر وهياكل السيارات باللون الأخضر. كان من السهل تطبيق هذا اللون الأصفر اللامع فوق طبقة الأساس من كرومات الزنك ذات اللون الأخضر المصفر المستخدمة على العجلات لمنع التآكل.

جدل حول عجلات ذات 4 مسامير في لومان

كان مبدأ التصميم الرئيسي لشركة لوتس في ذلك الوقت هو مقولة تشابمان الشهيرة: "التبسيط وزيادة الخفة". ^{[ i ]} وقد طبّقت سيارتا لوتس 20 ولوتس 22 المخصصتان لسباقات الفورمولا جونيور هذا المبدأ على عجلاتهما الأمامية، التي استخدمت نظام تثبيت بأربعة مسامير ، مقارنةً بنظام التثبيت السابق بستة مسامير الذي كان لا يزال يُستخدم في عجلاتهما الخلفية الدافعة. ^{[ 12 ]}

في سباق لومان عام 1963 ، شاركت لوتس بسيارتها الجديدة، لوتس 23 ، التي لم تكن مكتملة تمامًا، وهي نسخة مُوسّعة من سيارة لوتس 22 ذات المقعدين. تم استبعادها من المنافسة قبل السباق ولم تشارك فيه. كان السبب في ذلك عجلاتها، وإن لم يكن تصميمها الشبكي المتذبذب تحديدًا. ^{[ 13 ]} استخدمت السيارة، كما صُممت، عجلات لوتس النموذجية ذات الستة مسامير في الخلف، بينما استخدمت أربعة مسامير في الأمام. كانت حواف العجلات الخلفية أعرض أيضًا، 6 بوصات مقابل 5 بوصات، مع إطارات أعرض بقياس 5.50×13 بوصة بدلًا من 4.50×13 بوصة. ^{[ 14 ]} ولأن قوانين سباق لومان كانت لا تزال تُصنّف كسباق تحمل "سيارات رياضية"، فقد اشترطت وجود عجلة احتياطية. كانت سيارة لوتس 23 مزودة بعجلة احتياطية، ولكن من الواضح أنه لا يمكن تركيبها على طرفي السيارة. رفض الفاحصون هذا الأمر ومنعوا السيارة من المشاركة في السباق. تم شحن محاور العجلات الخلفية المتوافقة ذات الأربعة مسامير على عجل من إنجلترا، لتجنب مشكلة عدم التوافق، لكن الفاحصين اعترضوا الآن قائلين إنه إذا كان مطلوبًا ستة مسامير سابقًا، فإن أربعة مسامير ستكون غير كافية، ورفضوا السماح للسيارات بالمشاركة في السباق. بعد ذلك، رد تشابمان قائلًا: "لن نتسابق في لومان مرة أخرى"، وهو وعد أوفت به لوتس حتى عام 1997، بعد وفاة تشابمان بفترة طويلة في عام 1982. ^{[ 13 ]}

في العام التالي، تحولت سيارة لوتس 30 الرياضية من طراز كان آم من استخدام مسامير العجلات إلى عجلات ذات قفل مركزي . ويعود ذلك في الغالب إلى عزم الدوران الأكبر بكثير لمحركها V8 الكبير، كما أنه تجنب تكرار هذا الوضع، حيث كانت سيارة 30 مزودة بعجلة احتياطية واحدة. ^{[ 15 ]}

عجلات ذات أسلاك

من عيوب استخدام العجلات القرصية، وخاصةً للعجلات الأمامية، قلة تدفق الهواء عبرها، وهو أمر بالغ الأهمية لتبريد أقراص المكابح . أما العجلات الخلفية في سيارات السباق ذات المقعد الواحد، فتُدار بواسطة أعمدة نقل الحركة من المحور التفاضلي، وعادةً ما تُركّب المكابح في الداخل بعيدًا عن العجلات. ^{[ 16 ]} استخدمت تصاميم لوتس اللاحقة، بدءًا من طراز 26 ، عجلات ذات أسلاك، ولكن كان ذلك مرتبطًا بشكل أكبر بتقليل قطر إطارات السباق، وخاصةً الأمامية، وليس بتبريد المكابح. في سيارات السباق ذات العجلات المكشوفة، لم يكن أي غطاء للعجلات عائقًا كبيرًا. ^{[ 16 ]}

• ديستيل ، عجلات فولاذية مضغوطة