ربيع الأوراق

النابض الورقي هو نوع بسيط من النوابض يُستخدم عادةً في تعليق المركبات ذات العجلات . كان يُعرف في الأصل باسم النابض الصفائحي أو نابض العربة ، ويُشار إليه أحيانًا بالنابض شبه الإهليلجي أو النابض الإهليلجي أو نابض العربة ، وهو من أقدم أنواع أنظمة تعليق المركبات. يتكون النابض الورقي من صفيحة واحدة أو أكثر رفيعة وضيقة ومقوسة الشكل، تُثبّت على المحور والهيكل بطريقة تسمح لها بالانثناء عموديًا استجابةً لعدم استواء سطح الطريق. تُعدّ النوابض الورقية الجانبية الأكثر شيوعًا، حيث تمتد على طول المركبة وتُثبّت عموديًا على محور العجلة، ولكن توجد أيضًا أمثلة عديدة على النوابض الورقية المستعرضة .

تؤدي النوابض الورقية وظائف تعليق متعددة: تحديد الموقع، وتوفير المرونة، وإلى حد ما التخميد أيضًا، من خلال الاحتكاك بين طبقاتها. مع ذلك، لا يمكن التحكم بهذا الاحتكاك بشكل جيد، مما يؤدي إلى الالتصاق وحركات تعليق غير منتظمة. لهذا السبب، استخدم بعض المصنّعين نوابض أحادية الطبقة.

يتخذ النابض الورقي شكل قطعة رفيعة مقوسة من الفولاذ الزنبركي ذات مقطع عرضي مستطيل . في التصميم الأكثر شيوعًا، يُمثل مركز القوس موضع المحور ، بينما تُستخدم الحلقات المُشكّلة عند طرفيه للتثبيت بهيكل المركبة. بالنسبة للمركبات الثقيلة جدًا، يُمكن تصنيع النابض الورقي من عدة صفائح مُكدسة فوق بعضها البعض في طبقات متعددة، وغالبًا ما تكون الصفائح أقصر تدريجيًا. تُعرف أطول صفيحة أيضًا بالصفيحة الرئيسية أو الصفيحة رقم 1، وتُرقم الصفائح بترتيب تنازلي حسب الطول. ^{[ 1 ] : 1-3} تُشكل العيون الموجودة في نهاية النابض الورقي جزءًا من الصفيحة الرئيسية. ^{[ 2 ] : 6} بشكل عام، باستثناء الصفيحة الرئيسية، تكون الصفائح الأخرى مُدببة عند كل طرف. ^{[ 2 ] : 8} أحيانًا تكون الأوراق المساعدة أو أوراق الارتداد جزءًا من مجموعة النوابض الرئيسية، وفي هذه الحالة تكون الورقة المساعدة الأقرب إلى الورقة الرئيسية هي رقم 1، والورقة التي تليها هي رقم 2، وهكذا. ^{[ 1 ] : 3} تُثبّت الأوراق ببعضها البعض من خلال البرغي المركزي، الموجود عند أو بالقرب من منتصف طول نابض الورقة. ^{[ 2 ] : 8} لضمان بقاء الأوراق محاذية جانبيًا، يمكن استخدام عدة طرق، بما في ذلك الشقوق والأخاديد بين الأوراق أو المشابك الخارجية. ^{[ 2 ] : 9-12}

وُجد أن فولاذ الزنبرك يكون أكثر كفاءة عند محتوى كربوني يبلغ حوالي 1%. ^{[ 2 ] : 13-15} يُحدد سُمك كل ورقة على حدة باستخدام مقياس ستوبس أو برمنغهام ، وتتراوح السماكات النموذجية بين 0.203 و0.375 بوصة (5.2 إلى 9.5 مم) (6 إلى 3/8 أو مقياس 00). ^{[ 2 ] : 16} يجب اختيار المادة والأبعاد بحيث تكون كل ورقة قابلة للتصليد للحصول على بنية مارتنسيتية كاملة في جميع أنحاء المقطع. تشمل سبائك فولاذ الزنبرك المناسبة 55Si7 و60Si7 و65Si7 و50Cr4V2 و60Cr4V2. ^{[ 1 ] : 6}  

صفات

عادةً ما تُصنع نهايتا نابض الصفائح من حلقات دائرية، تُستخدم لربط كل طرف من النابض بهيكل السيارة . بعض النوابض تنتهي بنهاية مقعرة تُسمى نهاية الملعقة (نادرًا ما تُستخدم حاليًا)، وذلك لحمل عنصر دوار. عادةً ما تكون إحدى الحلقتين ثابتة ولكنها تسمح لها بالدوران مع حركة النابض، بينما تُثبّت الحلقة الأخرى بآلية مفصلية تسمح لها بالدوران والتحرك بشكل محدود. يمكن تثبيت نابض الصفائح مباشرةً على الهيكل من كلا الحلقتين، أو من أحد طرفيه فقط، عادةً الطرف الأمامي، مع تثبيت الطرف الآخر بواسطة وصلة قصيرة متأرجحة. تعمل هذه الوصلة على امتصاص ميل نابض الصفائح إلى الاستطالة عند الضغط، مما يجعل نظام التعليق أكثر مرونة. كما توفر الوصلة درجة من المرونة لنابض الصفائح حتى لا يتعرض للكسر عند تعرضه لأحمال ثقيلة. عادةً ما يُثبّت المحور في منتصف النابض بواسطة مسامير على شكل حرف U. ^{[ 3 ]}

يعمل النابض الورقي كوصلة لتثبيت المحور في مكانه، وبالتالي لا حاجة لوصلات منفصلة. والنتيجة هي نظام تعليق بسيط وقوي. يعمل الاحتكاك بين الصفائح على تخميد حركة النابض وتقليل ارتداده، وهو ما كان يمثل ميزة كبيرة مقارنةً بالنوابض الحلزونية قبل انتشار استخدام ممتصات الصدمات . ^{[ 4 ]} مع ذلك، ولأن النابض الورقي يُستخدم أيضًا لتثبيت المحور في مكانه، فإن النوابض اللينة - أي النوابض ذات ثابت المرونة المنخفض - غير مناسبة. فالصلابة الناتجة، بالإضافة إلى الاحتكاك بين الصفائح، تجعل هذا النوع من التعليق غير مريح للراكبين.

الأنواع

توجد أنواع مختلفة من النوابض الورقية، ويُطلق عليها عادةً اسم "بيضاوي". يشير مصطلح "النوابض الورقية البيضاوية" أو "البيضاوية الكاملة"، الذي حصل المخترع البريطاني أوباديا إليوت على براءة اختراعه عام 1804 ، إلى قوسين دائريين متصلين عند طرفيهما. يتم توصيل هذا القوس بالهيكل من أعلى منتصفه، بينما يتم توصيل منتصفه السفلي بمكونات التعليق "الحية"، مثل المحور الأمامي الصلب. عادةً ما يتطلب هذا التصميم مكونات تعليق إضافية، مثل أذرع السحب ، على عكس النوابض الورقية "شبه البيضاوية" المستخدمة في نظام هوتشكيس ، والتي تستخدم القوس السفلي، ومن هنا جاء اسمها.

كانت النوابض "ربع الإهليلجية" تُثبّت عادةً في الجزء الأكثر سمكًا من مجموعة الصفائح في الطرف الخلفي للأجزاء الجانبية لإطار سلمي قصير، بينما يُربط الطرف الحر بالترس التفاضلي، كما في سيارة أوستن 7 في عشرينيات القرن الماضي. ومن الأمثلة على النوابض الورقية غير الإهليلجية، سيارة فورد موديل تي التي احتوت على عدة نوابض ورقية فوق الترس التفاضلي، منحنية على شكل نير . وكبديل للمخمدات ( ممتصات الصدمات )، قام بعض المصنّعين بوضع صفائح غير معدنية، مثل الخشب، بين الصفائح المعدنية.

أحدث اختراع إليوت ثورة في تصميم وبناء العربات، إذ ألغى الحاجة إلى قاعدة ثقيلة وجعل النقل على الطرق الوعرة أسرع وأسهل وأقل تكلفة. ^{[ 5 ]}

• أمثلة على النوابض الورقية
• 
  بيضاوي الشكل
• 
  شبه إهليلجي
• 
  ثلاثة أرباع إهليلجية
• 
  ربع إهليلجي
• 
  مستعرض

يُعدّ النابض الورقي المكافئ أحد التطبيقات الحديثة. يتميز هذا التصميم بعدد أقل من الصفائح التي يتغير سمكها من المركز إلى الأطراف وفقًا لمنحنى مكافئ . يهدف هذا التصميم إلى تقليل الاحتكاك بين الصفائح، وبالتالي يقتصر التلامس بينها على الأطراف والمركز عند نقطة اتصال المحور. وتمنع الفواصل التلامس في النقاط الأخرى. إلى جانب توفير الوزن، تتمثل الميزة الرئيسية للنوابض المكافئة في مرونتها العالية، مما يُحسّن جودة الركوب ليقترب من جودة النوابض الحلزونية؛ إلا أن ذلك يأتي على حساب انخفاض قدرة تحمل الحمولة. وتُستخدم هذه النوابض على نطاق واسع في الحافلات لتحسين الراحة.

ومن التطورات الأخرى التي قامت بها شركة GKN البريطانية وشركة شيفروليه، مع سيارة كورفيت وغيرها، التحول إلى استخدام نوابض ورقية بلاستيكية مركبة. ومع ذلك، ونظرًا لقلة الاحتكاك بين الصفائح وتأثيرات التخميد الداخلية الأخرى، يتطلب هذا النوع من النوابض مخمدات/ممتصات صدمات أكثر قوة.

في أنظمة تعليق السيارات، عادةً ما تدعم النوابض الورقية المحور وتحدد موضعه جزئيًا. قد يؤدي ذلك إلى مشاكل في التحكم (مثل اهتزاز المحور)، نظرًا لصعوبة التحكم الدقيق في كتلة المحور غير المعلقة بسبب مرونة النابض. تستخدم بعض تصميمات التعليق وصلة واتس (أو قضيب بانارد ) وأذرع نصف قطرية لتحديد موضع المحور، وبالتالي تتجنب هذه المشكلة. يمكن لهذه التصميمات استخدام نوابض أكثر ليونة، مما يوفر قيادة أكثر راحة. ومن الأمثلة على ذلك أنظمة التعليق الخلفية المختلفة في سيارات أوستن هيلي 3000 وفيات 128 .

بدأت أقدم النوابض الورقية المعروفة بالظهور في العربات في فرنسا في منتصف القرن السابع عشر على شكل نابض الكوع ذي الجزأين (كما في المثال الموضح من لشبونة)، ثم انتقلت لاحقًا إلى إنجلترا وألمانيا، ^{[ 6 ]} حيث ظهرت في عربات الأثرياء في تلك البلدان حوالي عام 1750. ^{[ 2 ] : 1} حصل الدكتور ريتشارد لوفيل إيدجوورث على ثلاث ميداليات ذهبية من جمعية الفنون والصناعات الإنجليزية عام 1768 لإثباته تفوق العربات ذات النوابض. وبحلول عام 1796، أظهر كتاب ويليام فيلتون " رسالة في العربات" أن صناعة العربات في أواخر القرن الثامن عشر كانت تسوّق النوابض الورقية بانتظام. ^{[ 7 ] : 87-97 [ 2 ] : 1}

يُنسب الفضل إلى أوباديا إليوت في اختراع نوابض الصفائح الحديثة، وذلك بفضل براءة اختراعه عام 1804 لنوابض الصفائح الإهليلجية، والتي جلبت له شهرةً وعائداتٍ كبيرة، وبدأ المهندسون بدراسة نوابض الصفائح لتطوير تصاميم وعمليات تصنيع محسّنة. وقد طوّر كلٌ من كلارك (1855) وفرانز رولو (1861) ^{[ 8 ]} وجي آر هندرسون (1894) ميكانيكا وانحراف نوابض الصفائح. ^{[ 2 ] : 1 [ 9 ] [ 10 ]} كما تم تطوير عمليات دلفنة الصلب المحسّنة، وأدوات القياس، وسبائك فولاذ النوابض خلال النصف الثاني من القرن التاسع عشر، مما جعل تصنيع نوابض الصفائح أكثر اتساقًا وأقل تكلفة. ^{[ 2 ] : 2}

كانت النوابض الورقية شائعة الاستخدام في السيارات حتى سبعينيات القرن الماضي، عندما تحول مصنعو السيارات بشكل أساسي إلى نظام الدفع الأمامي ، وتم تطوير تصميمات تعليق أكثر تطورًا باستخدام النوابض الحلزونية . ولا تزال النوابض الورقية تُستخدم اليوم في المركبات التجارية الثقيلة مثل الشاحنات الصغيرة والشاحنات وسيارات الدفع الرباعي وعربات السكك الحديدية . بالنسبة للمركبات الثقيلة، تتميز النوابض الورقية بتوزيع الحمل على نطاق أوسع على هيكل المركبة، بينما تنقل النوابض الحلزونية الحمل إلى نقطة واحدة. وعلى عكس النوابض الحلزونية، تُحدد النوابض الورقية أيضًا موقع المحور الخلفي، مما يُلغي الحاجة إلى أذرع السحب وقضيب بانارد ، وبالتالي توفير التكلفة والوزن في نظام التعليق الخلفي البسيط ذي المحور الحي . ومن المزايا الأخرى للنابض الورقي على النابض الحلزوني إمكانية توجيه طرفه على مسار محدد. في العديد من شاحنات أواخر التسعينيات وأوائل الألفية الثانية، يتم توصيل النابض الورقي بمفصل كروي من نوع هينكل بيم.

• النوابض الورقية المستخدمة في أنظمة التعليق المستقلة
• 
  نظام تعليق أمامي مستقل بنوابض ورقية. سيارة ألفيس ذات دفع أمامي ، موديل 1928
• 
  نظام تعليق أمامي مستقل بواسطة نوابض ورقية عرضية. هامبر ، 1935
• 
  نظام تعليق أمامي مستقل بواسطة نوابض نصف بيضاوية. مرسيدس بنز 230 W153، 1938

شهدت النوابض الورقية استخدامات حديثة في السيارات. فعلى سبيل المثال، تستخدم سيارة شيفروليه كورفيت ستينغ راي موديل 1963 نوابض ورقية عرضية لنظام التعليق الخلفي المستقل. وبالمثل، تستخدم سيارة فولفو XC90 موديل 2016 نوابض ورقية عرضية مصنوعة من مواد مركبة لنظام التعليق الخلفي، وهو تصميم مشابه لنظام التعليق الأمامي في سيارة كورفيت موديل 1984. يعتمد هذا التصميم على نابض ورقي مستقيم مثبت بإحكام في منتصف هيكل السيارة، وتُثبّت أطرافه بمسامير في نظام تعليق العجلات، مما يسمح للنابض بالعمل بشكل مستقل على كل عجلة. يتميز هذا النظام بأنه أصغر حجمًا وأكثر انسيابية وأخف وزنًا من أنظمة التعليق التقليدية.

تُصنع النوابض متعددة الأوراق على النحو التالي.

1. عملية المعالجة الحرارية المسبقة:
   1. سماع
   2. لفافة مخروطية
   3. التشذيب
   4. قطع الأطراف والضغط
   5. الالتواء الثاني
   6. التهام الطعام وتقليب العينين
   7. قرص
   8. لكمة C'SKG
   9. حفر الثقب المركزي.
2. عمليات المعالجة الحرارية:
   1. التسخين للتصلب
   2. انحناء
   3. التبريد
   4. التهدئة.
3. عمليات ما بعد المعالجة الحرارية:
   1. تصحيح
   2. إزالة الانحناء الجانبي
   3. جلبة
   4. التوسيع
   5. تثبيت المسامير بالمشابك.
4. التجميع والتشطيبات السطحية:
   1. التفجير بالرصاص
   2. تلوين
   3. التجميع
   4. التكسير
   5. وضع العلامات والتعبئة.

الضبط (من الإنجليزية بمعنى الضبط، التعديل، التناغم، التحسين الدقيق) في مجال المركبات هو مصطلح يشير إلى تعديل المركبة بما يتناسب مع معايير الإنتاج الضخم، وذلك لتكييفها مع الأذواق الشخصية أو الاحتياجات الخاصة. ^{[ 14 ] [ 15 ]} يشمل ضبط نظام التعليق تغيير النوابض، وممتصات الصدمات، وقضبان التوازن، وغيرها من المكونات ذات الصلة. ^{[ 16 ]} تعتمد العديد من الشاحنات على نظام تعليق بنوابض صفائحية. ^{[ 17 ]} توفر أنظمة التعليق ذات النوابض الصفائحية مرونة استثنائية، وقدرة تحمل أعلى، وتحملاً كبيراً للصدمات. وباستخدام الطرق الصحيحة، يمكن تعديلها لمساعدة المركبة على حمل أحمال أثقل، وتحسين مرونتها، أو تركيب إطارات أكبر حجماً. قد تكون بعض المركبات مزودة بنوابض صفائحية أمامية وخلفية، أو بنوابض صفائحية خلفية فقط مع نظام تعليق أمامي مستقل. هناك طريقتان رئيسيتان لترقية النوابض الصفائحية. الأولى اقتصادية وفعالة للغاية، وهي إضافة ورقة إلى مجموعة النوابض الصفائحية الأصلية. يوفر ذلك زيادة في الخلوص الأرضي وقدرة تحمل إضافية. ^{[ 18 ]} الخيار الثاني هو استبدال مجموعة نوابض الصفائح الأصلية بالكامل بمجموعة أكثر قوة. يوفر هذا الخيار خلوصًا أرضيًا أكبر، وقدرة تحمل إضافية كبيرة، ويمكنه زيادة مدى حركة (انخفاض/انضغاط) الجزء الخلفي لتحسين الأداء. ^{[ 19 ]} الخيار الثالث هو استبدال مجموعات نوابض الصفائح الأصلية بنوابض لولبية. بشكل عام، يُغير هذا النهج جميع جوانب ديناميكيات التعليق الخلفي، مما يمنحك مزيدًا من التحكم في النتائج، بما في ذلك الارتفاع، وقدرة التحمل، ومدى حركة العجلات، وما إلى ذلك. ^{[ 20 ]}

بعض طرق رفع السيارة مناسبة للجزء الخلفي دون الأمامي، مثل استخدام قطع الرفع. يُعدّ رفع الجزء الخلفي باستخدام هذه القطع طريقة شائعة للوصول إلى الارتفاع المطلوب، وذلك بتركيب قطعة بالارتفاع المطلوب بين النابض الورقي وقاعدة تثبيته، مع استخدام مسامير U أطول. هذه الطريقة غير مناسبة للجزء الأمامي، خاصةً بسبب مخاطر السلامة أثناء الكبح. عند الكبح، تُولّد العجلات الأمامية معظم قوة الكبح، وتؤدي قطعة الرفع إلى رفع هذه القوة الجانبية الناتجة عن الكبح فوق المحور أكثر من الوضع الطبيعي، مما قد يتسبب في انزلاق قطعة الرفع من مكانها وفقدان السيطرة الكاملة على السيارة.

تُعدّ إضافة طبقات إضافية طريقةً أكثر قبولاً لزيادة صلابة نوابض الصفائح. ويتم ذلك بإدخال طبقة إضافية في مجموعة نوابض الصفائح الأصلية للسيارة. يؤدي استخدام هذه الطبقات الإضافية إلى زيادة ارتفاع السيارة، ولكنه قد يُسبب أحيانًا صلابةً في حركة نظام التعليق نتيجةً لزيادة صلابة النوابض.

بالنسبة لمركبات الطرق الوعرة، ينصب التركيز على زيادة مدى حركة نظام التعليق وتركيب إطارات أكبر. تزيد الإطارات الأكبر حجمًا - سواء مع عجلات أكبر أو بدونها - من الخلوص الأرضي، وتوفر قيادة أكثر سلاسة على الطرق الوعرة، وتوفر امتصاصًا إضافيًا للصدمات، وتقلل من ضغط الأرض (وهو أمر مهم على الأسطح الرخوة). ^{[ 21 ] [ 22 ]} غالبًا ما يكون نظام التعليق الخلفي لمركبات الطرق الوعرة عبارة عن نوابض ورقية.