چرخ‌های دو قطعه‌ای: ترکیبی ایده‌آل از سبک و کارکرد

مهندسی و ساخت چرخ‌های دو قطعه‌ای

ساخت چرخ فورج شده دو قطعه‌ای چگونه استحکام ساختاری را بهبود می‌بخشد

چرخ‌های دو قطعه‌ای دارای طراحی ماژولار هستند که در آن مرکز فورج شده از آلومینیوم به بدنه آلیاژی چرخشی پیچ می‌شود. این ساختار، نقاط ضعفی را که معمولاً در چرخ‌های تک‌تکی مشاهده می‌شود، از بین می‌برد. سیستم دو قطعه‌ای اجازه می‌دهد تا جریان دانه‌ها در حین فرآیند فورج بهتر باشد، که بر اساس داده‌های مؤسسه پونمون در سال 2023، استحکام کششی را حدود ۱۸ تا ۲۲ درصد نسبت به چرخ‌های ریخته‌گری تک‌تکی افزایش می‌دهد. وقتی سازندگان این اجزا را از هم جدا می‌کنند، می‌توانند هر بخش را به صورت جداگانه تنظیم کنند. بخش مرکزی تمام بارهای مرکزی چرخ را تحمل می‌کند، در حالی که بدنه مسئول نیروهای جانبی است. بررسی اخیر مهندسی چرخ‌های عملکردی چیز جالبی را نیز نشان می‌دهد. گزارش سال ۲۰۲۴ نشان می‌دهد که این پیکربندی زمانی که خودروها به شدت پیچ می‌گیرند، تقریباً ۳۷ درصد از تمرکز تنش را کاهش می‌دهد. در واقع این منطقی است، چرا که توزیع بار روی قطعات مختلف قطعاً بهتر از وابستگی به یک تکه جامد است.

نقش فورج ماژولار در استحکام و دوام در شرایط تنش بالا

با فورج دو مرحله‌ای، سازندگان می‌توانند کنترل واقعی‌تری بر روی چگالی ماده در چرخ‌های دو قطعه‌ای داشته باشند. بخش مرکزی با استفاده از حدود ۱۰٬۰۰۰ تن نیروی هیدرولیکی شکل می‌گیرد که به تراز شدن صحیح ساختار کریستالی آلومینیوم کمک می‌کند. در همین حال، بخش دیواره به صورت جداگانه با روش فورج چرخشی پردازش می‌شود تا ضخامتی یکنواخت در تمام جهات داشته باشد. آزمایش‌ها نشان می‌دهند که این روش ترکیبی طبق استاندارد SAE J328 برای قطعات سیستم تعلیق، حدود ۲۷ درصد مقاومت بهتری در برابر خستگی فلز نسبت به چرخ‌های یکپارچه معمولی فراهم می‌کند. وقتی به وسایل نقلیه با عملکرد بالا اشاره می‌کنیم، جداسازی مناطق تحت تنش مختلف بدین معناست که هنگامی که ترمزها در توقف‌های شدید حرارت تولید می‌کنند، این حرارت از طریق بخش دیواره منتشر می‌شود و به ناحیه مهم پیچ‌های چرخ که محل اتصال همه چیز است، آسیب نمی‌رساند.

مزایای ماده: چرا آلومینیوم درجه هوا و فضا برای چرخ‌های دو قطعه‌ای ایده‌آل است

آلومینیوم درجه هوا و فضای 7068 که معمولاً در قطعات توربین جت یافت می‌شود، به چرخ‌های دو قطعه‌ای ویژگی خاصی می‌دهد - این چرخ‌ها سبک باقی می‌مانند اما بسیار محکم هستند. با استحکام تسلیم 103 ksi، تولیدکنندگان می‌توانند دیواره چرخ را تا 22 درصد نازک‌تر کنند بدون اینکه سفتی از دست برود، که به دستیابی به اهداف سخت‌گیرانه وزن بدون فنر (unsprung weight) مهم برای اتومبیل‌های عملکردی کمک می‌کند. از نظر مدیریت حرارت، این ماده واقعاً برجسته است. هدایت حرارتی آن بسیار بهتر از گزینه‌های استاندارد است (حدود 130 در مقابل 96 W/mK)، بدین معنا که ترمزها تقریباً 40 درصد سریع‌تر خنک می‌شوند؛ طبق آزمایش‌های انجام شده توسط مرسدس AMG در سال گذشته در رویدادهای ماراتن مسابقاتی. این نوع پراکندگی حرارت تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند وقتی که در هر دور مسابقه به حداقل عملکرد فشار وارد می‌شود.

مزایای عملکردی چرخ‌های دو قطعه‌ای کار شده سبک

کاهش جرم بدون فنر: تأثیر بر شتاب، ترمز و هندلینگ

چرخ‌های دو قطعه‌ای سبک‌وزن حدود ۳۰٪ در مقایسه با نسخه‌های ریخته‌گری معمولی، جرم بدون فنر را کاهش می‌دهند که به این ترتیب خودروها سریع‌تر شتاب می‌گیرند، زودتر متوقف می‌شوند و عملکرد بهتری در هندلینگ دارند. وقتی چرخ‌ها حدود ۱۵٪ سبک‌تر باشند، وسایل نقلیه می‌توانند از سرعت ۶۰ مایل در ساعت حدود ۱٫۲ طول خودرو زودتر متوقف شوند و در عین حال در آزمایش‌های پیچ بهتر چسبندگی داشته باشند. کاهش وزن باعث می‌شود لاستیک‌ها حدود ۱۸٪ طولانی‌تر با سطوح ناهموار جاده تماس داشته باشند. رانندگان این موضوع را از طریق پاسخگویی دقیق‌تر فرمان و عملکرد بسیار پایدارتر در سرعت‌های بالا بدون لرزش یا انحراف غیرمنتظره احساس می‌کنند.

بهبود پاسخ سیستم تعلیق و دینامیک خودرو از طریق سبک‌کردن چرخ‌ها

چرخ‌های دو قطعه‌ای آهنگین دارای اینرسی چرخشی کمتری هستند که پاسخگویی وسیله نقلیه را بهبود می‌بخشد. با کاهش جرم در قطر خارجی، این چرخ‌ها بهبود ۰٫۰۸g در پاسخگویی گذرا در حین مانورهای شدید فراهم می‌کنند. سیستم تعلیق ۲۲ میلی‌ثانیه سریع‌تر به ناهمواری‌های جاده واکنش نشان می‌دهد — تفاوتی که به طور مداوم توسط رانندگان حرفه‌ای در ارزیابی‌های مقایسه‌ای گزارش شده است.

بهینه‌سازی توزیع وزن برای بهبود عملکرد در شرایط واقعی

قرارگیری استراتژیک وزن در چرخ‌های دو قطعه‌ای منجر به بهبود قابل اندازه‌گیری در عملکرد می‌شود:

• شتاب‌گیری: زمان رسیدن از 0 به 60 مایل در ساعت 7٪ سریع‌تر به دلیل کاهش اینرسی سیستم محرکه
• پیچ‌گیری: 11٪ کاهش در زیرگردش در حین ترمزگیری آستانه‌ای
• مدیریت حرارت: دمای روتورهای ترمز پس از توقف‌های مکرر 30 درجه فارنهایت کاهش می‌یابد

این مزایا به ویژه در ماشین‌های ورزشی و سدان‌های با عملکرد بالا که توزیع متوازن وزن در آن‌ها حیاتی است، بسیار تأثیرگذار هستند.

مطالعه موردی: بهبود عملکرد در مسیر با چرخ‌های دو قطعه‌ای در خودروهای با عملکرد بالا

آزمایش روی یک خودروی اصلاح‌شده کلاس GT3 به‌وضوح مزایای عملی تعویض چرخ‌های دو قطعه‌ای آهنگیری شده را نشان می‌دهد:

طراحی ماژولار امکان تنظیمات دقیق تراز را فراهم کرد و مشکلات نصب در پیکربندی بدنه گسترده را برطرف نمود، در حالی که وزن کل چرخ‌ها را در حد ۲۶ پوند حفظ کرد—که ۳۵٪ سبک‌تر از سیستم اصلی است.

سفارشی‌سازی و انعطاف‌پذیری زیبایی‌شناختی چرخ‌های دو قطعه‌ای

طیف گسترده‌ای از پوشش‌ها، ابعاد و گزینه‌های نصب در طراحی‌های سفارشی چرخ‌های دو قطعه‌ای

چرخ‌های دو قطعه‌ای امروزه به کاربران گزینه‌های بیشماری برای سفارشی‌سازی خودرویشان می‌دهند. صحبت از حدود ۱۵ نوع پرداخت مختلف از همان ابتدا است، از مشکی براق تا ظاهر تیتانیوم مات و جذاب. این چرخ‌ها همچنین می‌توانند تنظیمات بسیار عریضی را تحمل کنند و تا ۱۳ اینچ عرض داشته باشند. اندازه‌ها از ۱۷ اینچ تا ۲۴ اینچ متغیر است، بنابراین چه فردی یک اسپرت کوچک رانده باشد و چه یک ابرخودروی بزرگ و عریض، احتمالاً چرخ مناسبی برایش پیدا می‌شود. گزارش اخیری در سال ۲۰۲۴ نشان می‌دهد بیشتر علاقه‌مندان به خودرو به شدت به ظاهر چرخ‌هایشان اهمیت می‌دهند. حدود دو سوم از آن‌ها گزینه‌های پرداخت را در صدر لیست خود قرار می‌دهند وقتی شروع به اصلاح خودرو می‌کنند.

مزایای طراحی ماژولار: حوضه‌ها، فاصله محوری (آفست) و پرداخت‌های تعویض‌پذیر

جدا بودن مرکز و حوضه در چرخ‌های دو قطعه‌ای به مالکان اجازه می‌دهد تا قطعات را برای کاربردهای مختلف عوض کنند. سازندگان اکنون گزینه‌های تعویض‌پذیری ارائه می‌دهند:

• بازه‌ها: عرض‌های قابل تنظیم از ۸ اینچ تا ۱۲٫۵ اینچ برای تعویض لاستیک در فصول مختلف
• آفست: تنظیم ±15 میلی‌متری برای بهینه‌سازی همترازی
• پوشش ها: ترکیب مرکزهای مات با لبه‌های صیقلی

این ماژولاریته هزینه‌های بلندمدت را در مقایسه با تعویض کامل چرخ‌های تک‌قطعه‌ای برای به‌روزرسانی ظاهری، 40 تا 60 درصد کاهش می‌دهد.

سفارشی‌سازی چرخ‌های دو قطعه‌ای برای کیت‌های بدنه عریض و کاربردهای خیابانی الهام‌گرفته از مسابقه

مطالعه‌ای در سال 2023 توسط یکی از تولیدکنندگان پیشرو چرخ نشان داد که 73 درصد از ساخت‌های بدنه عریض از چرخ‌های دو قطعه‌ای استفاده می‌کنند، به دلیل فاصله پشتی و کاوی قابل تنظیم آنها. این چرخ‌ها قادر به عبور از روی قرقره‌های ترمز بزرگ هستند و در عین حال هندسه سیستم تعلیق را حفظ می‌کنند و می‌توانند چسبندگی جانبی را در کاربردهای مسیر مسابقه به خیابان تا 12 درصد افزایش دهند.

تنوع طراحی: پاسخگویی به تقاضای رو به رشد برای چرخ‌های دو قطعه‌ای شخصی‌سازی‌شده

ماهیت ماژولار امکان بیش از 250 پیکربندی منحصربه‌فرد را برای هر مدل فراهم می‌کند. برخلاف چرخ‌های ریخته‌گری‌شده، طراحی‌های دو قطعه‌ای متالورژی ساخته‌شده سلامت ساختاری را حتی در الگوهای پره‌های شدید یا قطعات نمایان حفظ می‌کنند — این عوامل کلیدی رشد سالانه 31 درصدی آنها در بخش پساعرضه لوکس هستند.

سازگاری نصب و کاربردهای واقعی

قابلیت تنظیم آفست و انعطاف‌پذیری در فیتمنت پلتفرم‌های مختلف خودرو

با یک سیستم دو قطعه‌ای، مکانیک‌ها می‌توانند به صورت جداگانه بارل و صفحه را تنظیم کنند، که این امر کنترل بسیار بهتری نسبت به چرخ‌های تک‌قطعه‌ای بر روی تنظیمات آفست فراهم می‌کند. مزیت واقعی زمانی ظاهر می‌شود که روی انواع خودروها کار می‌کنید. قطعات سیستم تعلیق، قفسه ترمز و حتی فاصله چرخ‌ها از چرخ‌آرونده به خوبی در تمام انواع خودروها عمل می‌کنند، چه شخصی کوپه خود را به شدت پایین آورده باشد یا یک وانت را به ارتفاع بالایی از زمین بلند کرده باشد. طبق مطالعات اخیر منتشر شده در مجله Energy Informatics در سال گذشته، خودروهای مجهز به این چرخ‌های دو جزئی حدود 35 درصد بیشتر از مدل‌های استاندارد فیتمنت مناسبی دارند. و در مورد ساخت‌های سفارشی؟ مکانیک‌ها گزارش می‌دهند که در حدود چهار مورد از هر پنج مورد نیازی به فاصله‌گذارهای اضافی ندارند، اما همچنان حس کارخانه‌ای را با تراز دقیق هاب حفظ می‌کنند.

موارد استفاده ایده‌آل: ساخت‌های سفارشی، تبدیل‌های بدنه عریض و تنظیمات نامتقارن

چرخ‌های دو قطعه‌ای در کاربردهایی که نیاز به تنظیم دقیق دارند، عملکرد عالی از خود نشان می‌دهند: تبدیل خودروهای بدنه پهن با عرض تا ۱۴ اینچ، سیستم‌های ناهمتراز که چسبندگی و چابکی را متعادل می‌کنند، یا شاسی‌های سفارشی با الگوهای پیچ غیراستاندارد. طراحی قابل تنظیم آن‌ها امکان هماهنگی عرض مسیر جلو و عقب را بدون قربانی کردن یکپارچگی ساختاری فراهم می‌کند — که برای ادغام آیرودینامیک آفترومارکت یا لاستیک‌های پرورمنس ضروری است.

چرخ دو قطعه‌ای در مقابل چرخ تک‌قطعه‌ای: مقایسه عملکرد، هزینه و ارزش

مقایسه عملکرد، وزن و دوام بین چرخ‌های تک‌قطعه‌ای و دو قطعه‌ای

در حالی که چرخ‌های تک‌قطعه‌ای — چه متراکم و چه ریخته‌گری‌شده — معمولاً به دلیل تعداد کمتر قطعات مونتاژ، ۴ تا ۷ درصد سبک‌تر هستند، چرخ‌های دو قطعه‌ای از طریق ساختار ماژولار، دوام بالاتری در بلندمدت ارائه می‌دهند. در صورت آسیب، می‌توان حوضچه یا مرکز چرخ را به‌صورت جداگانه تعویض کرد و از جایگزینی کامل چرخ اجتناب نمود. تحلیل‌های صنعتی تفاوت‌های کلیدی زیر را نشان می‌دهند:

آیا چرخ‌های دو قطعه‌ای ارزش اضافه شده نسبت به گزینه‌های ریخته‌گری و تک‌تکه را دارند؟

افزایش قیمت ۱۵ تا ۳۰ درصدی چرخ‌های دو قطعه‌ای، منافع ملموسی را برای خودروهای ارتقا یافته و با کارایی بالا ارائه می‌دهد. در حالی که چرخ‌های تک‌تکه برای کاربردهای استاندارد مناسب هستند، سیستم‌های دو قطعه‌ای مزایای مشخصی دارند:

• انعطاف‌پذیری در تناسب – بدون استفاده از فاصله‌گذار، با کیت‌های وایدبدی سازگار هستند
• بهینه‌سازی وزن – حلقه‌های با کیفیت هوافضا جرم بخش بدون فنر را کاهش می‌دهند
• ارزش بلند مدت – تعمیرات در سطح قطعات، عمر چرخ را افزایش می‌دهد

علاقه‌مندان و مسابقه‌دوستان اغلب هزینه را با عمر طولانی‌تر، کاهش زمان توقف و امکان تعویض حلقه‌ها بین رویدادها توجیه می‌کنند—که کارایی عملیاتی را فراهم می‌کند که با طراحی‌های تک‌تکه غیرممکن است.

پرسش‌های متداول (FAQs)

مزایای اصلی چرخ‌های دو قطعه‌ای نسبت به چرخ‌های تک‌تکه چیست؟

چرخ‌های دو قطعه‌ای در مقایسه با چرخ‌های تک‌قطعه‌ای، از استحکام ساختاری بهتر، گزینه‌های سفارشی‌سازی بیشتر و قابلیت تعمیرپذیری بالاتری برخوردارند. این چرخ‌ها امکان نصب بهینه و توزیع وزن مناسب را فراهم می‌کنند و عملکرد و دوام آن‌ها را در شرایط پرتنش افزایش می‌دهند.

آلومینیوم درجه هوا و فضا چگونه به چرخ‌های دو قطعه‌ای کمک می‌کند؟

آلومینیوم درجه هوا و فضا، مانند آلیاژ 7068، استحکام تسلیم بالاتری داشته و هدایت حرارتی بهتری دارد که باعث می‌شود چرخ‌های دو قطعه‌ای سبک‌تر باشند و گرما را به‌طور کارآمدتری پراکنده کنند؛ ویژگی‌ای حیاتی برای کاربردهای پرformance بالا.

آیا هزینه بیشتر چرخ‌های دو قطعه‌ای ارزش آن را دارد؟

بله، به‌ویژه برای علاقه‌مندان و مسابقه‌دون‌ها، زیرا چرخ‌های دو قطعه‌ای مزایایی مانند انعطاف‌پذیری در نصب، بهینه‌سازی وزن و ارزش بلندمدت را ارائه می‌دهند که زمان توقف را کاهش داده و امکان تعمیر در سطح قطعات را فراهم می‌کنند.