Колесо с шаткой паутиной - Википедия - Wobbly-web wheel

Шатающееся заднее колесо Лотос 33
Лотос 18

В шаткое колесо это форма металлического диска колесо где диск «раскачивается» на спицы. Это обеспечивает более жесткое и легкое колесо.

Колеса с шаткой сеткой наиболее известны благодаря их легендарному использованию на Лотос гоночные автомобили конца 1950-х и 1960-х годов.[1]

Теория

Теория дисковое колесо зависит от их поведения как стрессовая кожа структура. Предполагается, что их материалы нерастяжимый, но гибкий. Такая обшивка является жесткой по отношению к растягивающим нагрузкам в плоскости обшивки, но гибкой по отношению к нагрузкам, перпендикулярным ей. Таким образом, плоский диск прочен для радиальный нагрузки в плоскости диска, а также для крутящие моменты. Это гибкий для осевой нагрузки, перпендикулярные плоскости диска, а также для нутация, раскачивание оси под углом к ​​главной оси.

Конический диск также становится жестким по отношению к осевым нагрузкам, поскольку перемычка больше не перпендикулярна оси колеса. В отличие от плоского диска, нет направления, в котором весь конический диск был бы перпендикулярен (и, следовательно, гибким) к нему. Недостатком простого конуса является то, что теперь колесо становится шире по оси. Шаткое полотно эффективно «складывает» коническое дисковое колесо в складки, снова сделав его уже, но сохранив осевую жесткость. Этот гофрированный диск также более устойчив к силам нутации. В архитектуре аналогично 'змеевидная стена', усилен против боковых сил гофрой, что позволяет получить более тонкую, легкую и дешевую конструкцию.[2]

Колесо с качающейся перемычкой - это дисковое колесо с дополнительной формой, а не колесо со спицами с соединенными спицами. Избежать концентрации напряжений, полотна образуют плавные кривые, а не четко очерченные спицы. Такие колеса можно прессовать из листовой стали, либо В ролях в легкий сплав. Литейные предприятия предпочитают диски с постоянной толщиной стенок, поскольку это упрощает контроль усадки. Своеобразная форма колеса Lotus была получена сознательно, сохраняя одинаковую толщину стенок для простоты изготовления и складывая его для достижения требуемого изменения жесткости по радиусу.[3]

Федден и Космос

Первое колесо с качающейся перемычкой было разработано для центра шкива примерно в 1884 году. Прямая полоса стали шириной, равной радиусу колеса, была загнута в острые гофры. Затем складку гармошкой складывали веером по кругу, причем внутренние складки были ближе, чем внешние. Затем этот диск был отлит в утюг ступица и загнутые выступы на внешней стороне листа приклепаны к ободу шкива. Эти шкивы были произведены J&E Hall of Dartford. Планировалось также превратить его в железнодорожное колесо с гофрами, придавшими форму полукруга.тор.[4]

Первое использование для дорожного колеса было по Рой Федден за его Космос автомобиль 1919 года выпуска.[5] В этом колесе из штампованной стали использовался диск с шестью спицами на чередующихся сторонах и тремя удерживающими болтами.[6]

Железнодорожные локомотивы

Буллейд Ферт Браун (BFB) железнодорожный локомотив колесо

Паровозы использовать ведущие колеса со спицами из литой стали. Некоторые производители отдавали предпочтение вариантам этого, стремясь к более компактной конструкции за счет использования различных форм полых или балочных спиц, а не сплошных спиц овального сечения. Одним из самых успешных из этих проектов был Буллейд Ферт Браун (или BFB) колесо, которое часто ошибочно путают с Boxpok колесо. Это имело некоторые особенности шаткой перепонки, которая возникла из плоского дискового колеса с короткими и широкими «спицами», сформированными в нем путем смещения каплевидных участков диска в другую плоскость. За исключением нескольких небольших осветительные отверстия, это дисковое колесо всегда имеет толщину стенки в одну толщину по всему периметру диска.

Как и колесо Lotus, колесо BFB также имеет широкие неглубокие складки на внешнем диаметре, с более узкими более крутыми складками к центру (см. Изображение).

Хотя внешне визуально он похож на колесо BFB, настоящий дизайн Boxpok, как видно из его названия, происходит от слова «box Spoke». Это колесо со спицами, с полыми спицами квадратного сечения. Диск колеса в сечении имеет либо две толщины обшивки у спиц, либо нулевое (т.е. открытое пространство) между ними.

Легкие гофрированные колеса стандартного диаметра 860 мм появились в 1980-х годах для пригородных поездов в Японии.[7]

Самолет

Ножка ходовой части и колесо Супермарин Seafire

Самолет с гипсом легкий сплав колеса появились в 1930-х годах. Распространенной формой в британской военной практике был диск одной толщины, смещенный вбок сегментами с острыми краями и соединенный радиальными перемычками. Такие колеса устанавливались, среди прочего, на Спитфайр. Этот базовый дизайн с небольшими изменениями служил в 1960-х и реактивный возраст.

Первая отчетливо шаткая паутина появилась на Convair CV-240 1948 г.[8] Для этого использовалось литое колесо с девятью узкими радиальными спицами, образованными из изогнутого диска.

Лотос кульминация 25

Гоночные автомобили Lotus

Лотос Двенадцать

Самым известным примером колеса с шаткой сеткой было то, что использовали Лотос для своих гоночных автомобилей конца 1950-х - начала 1960-х годов. Эти колеса впервые появились на Формула 2 Лотос Двенадцать 1957 г.[1][9] Подобное колесо использовали Vanwall с 1958 г.[1]

Дизайн колеса, в типичном для Lotus стиле, был рассчитан на максимально легкий вес.[3] Это особенно важно для колес, так как они неподрессоренная масса и автомобили, предназначенные для их перевозки, были чрезвычайно легкими. Их дизайнером была компания Lotus Гилберт Мак Макинтош, хотя опять же, как обычно для Lotus, их часто приписывали Колин Чепмен.[3]

В отличие от более ранних «волнистых» колес, дизайн Lotus и его характерные «колебания» были преднамеренными, вплоть до того, что колебания имеют глубокие выемки возле ступицы и смягчаются наружу к ободу.[2][3] Для удобства изготовления путем литья колеса были спроектированы с постоянной толщиной стенок. Их жесткость (сила / площадь) должна была быть максимальной вокруг ступицы, поэтому здесь колеса были глубоко и круто сложены. По направлению к ободу, распределение той же силы по большей окружности и поперечному сечению металла, таким образом, требовало меньшего изгиба, и их профиль стал плавной волной.[3]

Как и многие другие компоненты Lotus, колеса были отлиты из Электрон магниево-алюминиевый сплав.[3] Они были отлиты Stone Foundries.[10] из Чарльтон.[3] Купер уже использовали магниевые колеса, и помимо их технических преимуществ, Чарльз Купер было очень выгодно продавать водителям запасные колеса, необходимые для гонок, вместо того, чтобы привлекать к делу внешнего поставщика, чему Чепмен стремился подражать.[3] Макинтош и Чепмен также получили литейный лом, вышедшие из строя колеса от Coopers и изучили эти отказы, чтобы понять режимы отказа гоночного руля из магния.[3]

Гоночные цвета команды Lotus в то время были зелеными и желтыми, часто с небольшими пятнами каждого из них, а кузов в основном состоял из чистого полированного алюминиевого листа. С появлением шаткого веб-колеса, а не предыдущего проволочные колеса колеса были окрашены в желтый цвет, а кузова - в зеленый. Этот глянцевый ярко-желтый цвет можно легко нанести поверх зеленовато-желтого. хромат цинка грунтовка на колеса для предотвращения коррозии.

Споры о 4-шпильках в Ле-Мане

Лотос 23, с видимыми колесами с 4 и 6 шпильками

Основным принципом дизайна Lotus в то время была знаменитая поговорка Чепмена: «Упрощайте и добавляйте больше легкости».[я] В Формула Юниор Лотос 20 и Лотос 22 распространил это на их передние колеса, которые использовали 4-шпилька крепление, по сравнению с предыдущими 6-шпильками, которые все еще использовались на их задних ведомых колесах.[12]

В 1963 году Ле-Ман, Лотос вошел в новый и несколько незаконченный, Лотос 23, расширенная версия двухместного Lotus 22. Перед гонкой он был дисквалифицирован с соревнований и не принимал участия. Это было связано с его колесами, хотя и не из-за шаткого дизайна.[13] Автомобиль, как и спроектирован, использовал типичное колесо Lotus с 6 шпильками сзади и крепление с 4 шпильками спереди. Колесные диски также были шире сзади, 6 дюймов против 5 дюймов, с более широкими шинами 5,50 × 13, а не 4,50 × 13.[14] Поскольку правила Ле-Мана по-прежнему были сформулированы как гонка на выносливость для «спортивных автомобилей», они требовали наличия запасного колеса. У 23-го была такая запаска, но она, очевидно, не могла быть установлена ​​на обоих концах машины. В инспекторы отклонил это и исключил автомобиль из конкурса. Подходящие задние ступицы с 4 шипами были поспешно привезены из Англии, чтобы избежать проблемы несовместимости, но теперь инспекторы возражали, что если раньше требовалось 6 шипов, то 4 должны быть недостаточно прочными, и все равно не позволяли автомобилям участвовать в соревнованиях. После этого, Чепмен ответил: «Мы никогда больше не будем участвовать в гонках в Ле-Мане», - обещание, которое Lotus сдерживало до 1997 года, спустя много времени после смерти Чепмена в 1982 году.[13]

В следующем году Can Am спортивный автомобиль Лотос 30, переключился с колесных шпилек на колеса с центральным замком. В основном это было связано с гораздо большим крутящим моментом его большого двигателя V8, но это также позволило избежать повторения этой ситуации, поскольку 30 также имел одно запасное колесо.[15]

Колеса со спицами

Лотос кульминация 33, передние колеса со спицами и внешние тормозные диски, задние колеса с шатающейся перемычкой и внутренние диски.

Недостатком использования дискового колеса, особенно для передних колес, является отсутствие воздушного потока через колеса, что важно для охлаждения тормозные диски. Задние колеса одноместных гоночных автомобилей приводятся в движение карданными валами от трансмиссии, а тормоза в любом случае обычно устанавливаются внутри, а не от колес.[16] Более поздние разработки Lotus от 26 и далее использовали колеса со спицами, хотя это было больше связано с уменьшением диаметра гоночных шин, особенно передних колес, а не с охлаждением тормозов. В гоночном автомобиле с открытыми колесами закрытие колес никогда не было серьезным ограничением.[16]

Проблемы со сплавом

Что касается многих изделий из Электрон сплава, коррозия магния была проблемой при длительной эксплуатации. Хотя Lotus использовала эти колеса только на своих гоночных автомобилях, а не на дорожных, срок их службы был ограничен. Автомобили Lotus 1960-х годов по-прежнему популярны для исторических гонок, но теперь эти колеса больше не подходят для соревнований. тщательная проверка, независимо от их видимого состояния. Поскольку колеса являются такой отличительной частью внешнего вида автомобиля, доступны современные репродукции.

Смотрите также

  • Disteel, стальные штампованные колеса

Рекомендации

  1. ^ Цитата, которую часто приписывают Чепмену, хотя на самом деле она происходит от Гордон Хутон, конструктор авиастроителя Уильям Стаут, чей Крепкий скарабей также вдохновит Стойка Чепмена.[11]
  1. ^ а б c Карл, Людвигсен (2006). Классические автомобили Гран-при. Haynes Publishing. п. 162. ISBN  1-84425-318-X.CS1 maint: ref = harv (связь)
  2. ^ а б Сетрайт, Л.Дж.К. (1976). Дизайнеры. Чикаго: Follett Publishing. С. 106–107. ISBN  0-695-80584-3.CS1 maint: ref = harv (связь)
  3. ^ а б c d е ж грамм час я Людвигсен, Колин Чепмен, стр. 126–127
  4. ^ «Шкивы с гофрированными дисками». Инженер: 96. 1 февраля 1884 г.
  5. ^ Ганстон, Билл (1998). Fedden. Rolls-Royce Heritage Trust. С. 43–44. ISBN  1-872922-13-9. Историческая серия №26.
  6. ^ Людвигсен, Карл (2010). Колин Чепмен: внутри новатора. Haynes Publishing. п. 121. ISBN  1-84425-413-5.
  7. ^ Исао Окамото (декабрь 1998 г.). «Как работают тележки» (PDF). Обзор железных дорог и транспорта Японии. Железнодорожные технологии сегодня (18): 56–57.
  8. ^ Людвигсен, Колин Чепмен, п. 122
  9. ^ Людвигсен, Колин Чепмен, стр. 119–121
  10. ^ http://www.stone-foundries-limited.com
  11. ^ Людвигсен, Колин Чепмен, п. 205
  12. ^ Людвигсен, Колин Чепмен, стр. 163–164
  13. ^ а б Людвигсен, Колин Чепмен, стр. 363–365
  14. ^ Джон Матрас (29 августа 2008 г.). «Лотус 23 1962 года, Выбор чемпионов». Отсутствует или пусто | url = (помощь)
  15. ^ Людвигсен, Колин Чепмен, п. 169
  16. ^ а б Людвигсен, Колин Чепмен, п. 125