שטח 4X4

הגלגל 2 - סדרת כתבות: השפעת גודל מערכת הבלימה על קוטר הגלגל

הכתבה הראשונה בסדרה הגיע לסופה בדיון על מערכת הבלימה של הרכב, שם נכתב כי החישוק - מרכבי מרכזי בגלגל, צריך להיות בקוטר המכיל את מערכת הבלימה שנדרשת לרכב.
כתבה זו תתמקד בהשפעה של קוטר מערכת הבלימה - הצלחת והבוכנות, על גודל הגלגל והתאמתם לתנאי השימוש השונים בכביש ו/או בשטח.
כתבה שנייה מתוך 4 כתבות בסדרת כתבות על הגלגל

מאת: אמיר נחומי

06/04/26

גלגלים של מטוס

דוגמא מעולם התעופה להיררכית תכנון

הבה וניקח דוגמא מאוד מעניינת מעולם התעופה, המדגימה כיצד אחד הנתונים המבצעיים החשובים, בדרישה המבצעית - כמו: טווח גילוי מטרה באמצעות המכ"ם המוטס שלו, משפיע ואפילו קובע את גודלו של המטוס, מוטת כנפיו, ואפילו את מספר המנועים שיהיו לו.
הדוגמא היא מטוס ה- F15 שהוא תוצר לקחי קרבות האוויר שהיו בין טייסי חיל האויר האמריקאי וטייסי הצי לבין טייסי חיל האויר של צפון וויטנאם. תוצאות קרבות האוויר הללו היו בהמעטה, בלתי משביעות רצון מאוד עבור האמריקאים. כך שלקחי המלחמה הובילו לצורך במטוס בעל עדיפות בתמרון וביכולת גילוי ועקיבה אחרי מטרות בגודל מיג 21 לטווחים של קרוב ל 100 ק"מ ובמצבים של הדי קרקע ברקע המטרות.
משנתחו מהנדסי האלקטרוניקה והמכ"ם את הדרישה המבצעית הם "חזרו" לצוות תיכנון המטוס, עם אנטנת מכ"ם בגודל של כמעט 90 ס"מ קוטר, שצריכה לסרוק קונוס של 60 מעלות סביב ציר המטוס (ימינה שמאלה ומעלה מטה). דרישה כזו מיד הגדירה את גודל חרטום המטוס ובעקבותיו את גודל גוף המטוס, שטח הכנפיים (עבור עדיפות בתמרון), כוח הדחף (להתגבר על הגרר המושרה של המטוס בתמרון), מה שהוביל למטוס דו מנועי, וכך הלאה.

באופן דומה לגמרי, כאשר קובעים את יעדי התכנון של רכב נקבע גודל ומשקל הרכב, הכוח של המנוע, ובמקביל נגזרות הדרישות ממערכת הבלמים של הרכב.

שיפור צילום של הכותב ע"י בינה מלאכותית

כתבה שנייה בסדרת ארבעת הכתבות על הגלגל - קישור לכתבה הראשונה בסדרה

נקצר את הדיון בכך שנקבע כי עוצמת הבלימה נקבעת ע"י מספר פרמטרים:
1. שטח המגע בין הרפידות לצלחת הבלם,
2. קוטר צלחת הבלם - גודל הצלחת היא כמו "מנוף" של הרפידות הבולמות כלפי ציר סיבוב הגלגל,
3. לחץ הבוכנה/ות על הרפידות (וברכבים מסוימים נדרשים בתי בוכנות (קאליפרים), גדולים בעלי שתיים או ארבע בוכנות,
4. איכות הרכיבים ויכולתם לייצר חיכוך ולהתקרר במהירות.

היות ומערכת הבלמים ממוקמת על צלחת הבלימה אשר החישוק צריך "להכיל" אותה "בתוכו", גודל הקליפרים, וקוטר דיסקת/צלחת הבלימה יקבעו את גודל החישוק. ובצרוף לצמיג יקבעו את גודל הגלגל ומכאן פתחי הגלגלים "בכנפיים" של המרכב, וכך הלאה.

לאן נעלמת האנרגיה הקינטית העצומה של רכב במהירות גבוהה, כאשר הרכב בולם?? - האנרגיה הזו הופכת לחום!

הבלמים ממירים את האנרגיה הקינטית של הרכב לחום. בבלימה מאומצת טמפרטורת הדיסק יכולה להגיע למאות מעלות צלסיוס. יעילות הבלמים שהתחממו מאוד יורדת מאוד עד כדי אבדן כללי של יכולת הבלימה (וסיכון הרכב והנוסעים). זוהי סיבה נוספת מדוע נדרש דיסק גדול לרכבים בעלי ביצועים דינאמיים גבוהים. דיסק גדול מאפשר רפידות גדולות, וכך מערכת הבלימה היא בעלת מסה תרמית גבוהה, ויכולת פיזור חום גבוהה יותר ומכאן כמובן נגזר גודל הגלגל... כפי שכבר הוסבר.

צילום: אמיר נחומי

פרמטרים לבלימה וגודל הגלגל ברכב שטח:

לעומת רכבים ספורטיביים או מהירים, לרכבים המיועדים לרדת מהאספלט לשטח, יש דרישות תכנון אחרות, שנובעות מהתנאים המיוחדים שכופה השטח על הנוסעים בו.

רכב המיועד לשטח – לוגיקה אחרת: הדרישות הטכניות מגלגל של רכב המיועד לנסיעת שטח מגווון טרשי או חולי, סלעי או בוצי, עם מהמורות, דרדרת וכו' כוללת:
• אחיזה בשטח
• מניעת שקיעה בשטח
• הקטנת הלמים (מכות) לשלדה ולתא הנוסעים
• הגנה על החישוק
• עמידות גבוהה בפני גורמי תקרים למיניהם

דרישות אלו משפיעות על גודל הגלגל, צלחות הבלימה, ומידות הצמיג בהתאם ל:
• יכולת התקנת צמיג עם דופן גבוהה ומרובת שכבות
• יכולת התקנת צמיג עם סוליה משוכפלת
• יכולת התקנת צמיג עם סוליה מחורצת לשיפור עבירות
• יכולת הורדת לחץ אוויר בצמיגים ללחץ נמוך

המדריך למפונצ'ר - מילון המונחים בנושא צמיגים

כך שאפשר לקבוע כי ברכב כביש/ספורט — גודל הבלמים מכתיב את גודל החישוק ואילו ברכב שטח גודל, רוחב וסוג הצמיג מכתיב את גודל החישוק.

צמיג ספורטיבי בחתך נמוך המורכב על חישוק גדול ובתוכו צלחת בלימה וקאליפר גדול

סיכום - פרמטר קביעת קוטר החישוק:

בהיררכיה של תיכנון ועיצוב רכב, דרישות התיכנון הנובעות מהייעוד של כלי הרכב והביצועים הנדרשים ממנו יכתיבו את מאפייני הגלגלים וגודלם.
ברכב מהיר/ספורטיבי ובהתאם לגודל הרכב ועוצמתו גודל הבלמים הנדרשים יכתיב גם את גודל החישוק. מערכת הבלימה ממוקמת בתוך החלל שיוצר החישוק סביב הציר, ולכן קוטר החישוק, וגודל הקליפר הנדרש לאחסן את בוכנות הבלימה, מכתיבים את קוטר ורוחב החישוק.
הבלמים ברכב ספורטיבי צריכים לפזר במהירות חום עצום על מנת לשמור על יעילות של הבלמים ולאפשר זמינות (למנוע fade) ולכן הפתרון הוא צלחות (דיסקים) בלימה גדולות בקוטר של 350–420 מ״מ ואף יותר ולצידם קליפרים מרובי בוכנות שגם מחייבים מקום בתוך הגלגל כך שהתוצאה מחייבת חישוקים בגדלים של 18 אינץ' ולרוב גם 19" עד 21" ויותר.

לעומת זאת בכלי רכב המיועדים לשטח, בדגש לרכבים הנדרשים לנסיעה בשטח בעבירות קשה ו/או רכבי עבודה קשוחים צריכים צמיגים עם דופן גבוהה, צמיגים גדולים עם שכבות דופן מרובות וצמיגים עם סוליה מחוזקת ומחורצת, גודל הבלמים אינו שיקול מרכזי, כך קוטר החישוקים הנפוצים הם 15 אינץ' וגם 16" או 17". חישוקים בקוטר של 18" ומעלה, כפי שאפשר לראות ברכבי SUV יוקרתיים, מגביל את ההיצע של הצמיגים הטובים המאפשרים ביצועים טובים ובטוחים בשטח.

חישוק קטן מאפשר צמיג גדול מאוד עם יכולת ניהול לחץ אוויר רחבה מאוד

חישוקים מסוג BEADLOCK

בחישוקים קטני קוטר עם צמיגים גדולים מאוד מומלץ מאוד להשתמש בחישוקי עם נועל צמיג הנקראים BEADLOCK וזאת על מנת לאפשר שינוי לחץ אוויר קיצוני בגלגל ללא חשש פריקה.
חישוקי Beadlock - בעברית: "נועל צמיג", הם חישוקים (ג'אנטים) מיוחדים שנועדו למנוע מהצמיג "לברוח"/לפרוק מהחישוק במצבי קיצון. בגלגל רגיל, הצמיג מוחזק במקומו רק בזכות לחץ האוויר שדוחף אותו כנגד שפתי החישוק. לעומת זאת, בחישוק Beadlock ישנה טבעת חיצונית שמתהדקת בעזרת ברגים ונועלת פיזית את דופן הצמיג אל החישוק.
השימוש העיקרי בהם הוא בנסיעת שטח טכנית - כמו זחילת סלעים או בשטח חולי/דיונות, שם מורידים את לחץ האוויר בצמיג לערכים נמוכים כדי להגדיל את שטח המגע ואת האחיזה בקרקע. ללא הנעילה, בלחץ כזה הצמיג עלול פשוט להחליק החוצה מהחישוק תחת עומס. בנוסף, חישוקי Beadlock נפוצים במכוניות דראג - Drag Racing, כדי למנוע מהחישוק להסתובב בתוך הצמיג בזמן זינוק עוצמתי.