منتدى السيارات
س و ج
Q& A

في مجموعة المقالات التالية, سنتصور حوار بين شخصين احدهم نرمز له بالرمز (س *) والأخر سنرمز له بالرمز (ج #). يدور الحوار حول السيارة, ويتطرق إلى مواضيع شتى.

1-  إطارات السيارات
1

(A)- أهمية الإطار وأنواع العجل والإطارات

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_Forum.htm

2

(B1)- ضغط نفخ الإطار

تعريف الضغط

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B1d.htm

3

(B2)- ضغط نفخ الإطار

ضبط نفخ الإطارات

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B3b.htm

4

(B3)- ضغط نفخ الإطار

قيم ضغط نفخ الإطارات

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B4b.htm

5

 (B4)- ضغط نفخ الإطار

أجهزة وطرق نفخ الإطار

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B5.htm

6

(B5)- ضغط نفخ الإطار

أنواع الإطارات المنفوخة بالهواء

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B6.htm

7

(B6)- ضغط نفخ الإطار

نفخ الإطار بالسيارة (استخدام نظام الهواء المضغوط, استخدام إطارات النفخ الذاتي)

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B7.htm

8

(B7)- ضغط نفخ الإطار

منطقة مساحة التلامس, وامكانية استخدامها لقياس وزن السيارة

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B8b.htm

9

(B8)- ضغط نفخ الإطار
نفخ الإطار بالنيتروجين

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B9.htm

10

(B9)- ضغط نفخ الإطار
الإطارات بدون هواء airless tire

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B10.htm

11

(B10)- ضغط نفخ الإطار
الحمل الرأسي على الإطار Carrying the vertical load

http://thecartech.com/KnowYourCar/wheels_tires/Tire_pressure_B11b.htm

1- عجل السيارة
12
(C1) أجزاء العجلة والإطار
Wheel & Tire Parts

* تحدثنا في المرات السابقة عن تاريخ إطارات السيارات, أهمية إطارات السيارات بالنسبة للسيارة والطريق, ضغط نفخ الإطار, أهميته, وكيفية المحافظة عليه, وطرق القياس, وأجهزة مراقبة النفخ بالسيارة, وأجهزة التحكم في النفخ بالسيارة, وإطارات النفخ الذاتي, والإطارات بدون نفخ, ونفخ الإطارات بالنيتروجين. وأخيرا عرفنا كيف يقوم الإطار بحمل الحمل الرأسي الواقع عليه من وزن السيارة. ومن خلال تلك المناقشات تعرضنا للعديد من المصطلحات التي تتكلم عن أجزاء العجلة والإطار. فهل يمكنك تعريف تلك الأجزاء وما هي طبيعة عملها بالإطار.

# تكلمنا سابقا عن عجلة السيارة, وتعرف العجلة wheel بشكل عام كالتالي: العجلة هي جزء دائري مصممة للدوران حول عمود محوري يمر بمركزها. والعجلة هي واحدة من المكونات الرئيسية للعجلة والمحور wheel and axle التي هي واحدة من الستة آلات البسيطة (الرافعة Lever, العجلة والمحور Wheel and axle, البكرة Pulley, المستوى المائل Inclined plane, الخابور/أسفين Wedge, القلاووظ/برغي Screw), والتي تعرف بأنها أجهزة ميكانيكية لتغيير اتجاه ومقدار القوة. الآلة البسيطة تستخدم قوة واحدة مؤثرة, للقيام بشغل work ضد قوة حمولة/مقاومة واحدة.

العجلة مع المحور, تعمل على السماح بنقل transport الأشياء الثقيلة بسهولة ويسر وتقوم في نفس الوقت بحمل الوزن الواقع عليها. تقوم العجلة بتقليل الاحتكاك friction بدرجة كبيرة من خلال تسهيل الحركة عن طريق التدحرج rolling. ولجعل العجلة تدور, تحتاج إلى عزم قوة moment لتدويرها حول محورها, إما عن طريق الجاذبية gravity أو عن طريق تطبيق لقوة خارجية external force أخرى, أو عزم دوران torque.

العجلة هي وسيلة تسمح بحركة جسم بكفاءة عبر سطح عندما تكون هناك قوة تضغط الجسم على هذا السطح. تستخدم العجلة مع المحور, أما عن طريق أن العجلة تدور على المحور, أو أن المحور يدير العجلة. ميكانيكية الحركة واحدة في الحالتين. يستخدم محامل المحور bearings لتقليل الاحتكاك بين سطحي الاحتكاك (المحور وجسم السيارة).

العجلة هي تطور لاستخدام جذوع الأشجار المستديرة لنقل الأحجار الثقيلة والتي تعود لأكثر من 6000 عام. ويرجع تاريخ العجلة إلى اكثر من 3500 سنة قبل الميلاد. وكانت في البداية جزء من جزع شجرة. العجلة ذات اعمدة قطرية spoked wheel تم اخترعها بعد ذلك, وترجع إلى 2000 سنة قبل الميلاد. وإضافة حلقة من الحديد حول العجلة برجع إلى الف سنة قبل الميلاد, وظلت العجلة تستخدم بدون أي تطوير حتى 1870, عندما تم اختراع العجل السلك wire wheels والإطارات  المنفوخة بالهواء pneumatic tires.

* هل هناك فرق كبير في الطاقة الضائعة نتيجة الاحتكاك بين سحب الجسم على الطريق واستخدام العجل والمحاور لنقل الجسم.

# الفرق كبير جدا, وهو يوفر في الطاقة الضائعة في الاحتكاك بين جسم يتم سحبه dragging على سطح وعن استخدام العجلة والمحور لنقل ذلك الجسم. سأضرب لك مثل:

سوف نستخدم جسم كتلته 100 كجم (m = 100 kg) في الحالتين (حالة جر الجسم على الأرض, وحالة استخدام العجل لتحريك الجسم) ولنعتبر أن معامل الاحتكاك بين الجسم وسطح الطريق μ = 0.5 وبين محور العجلة والمحمل في حالة الخشب μ = 0.25. وسنقوم بنقل الجسم لمسافة 10 متر (L=10 m).

- في الحالة الأولى (جر الجسم) الشغل ضد الاحتكاك (الطاقة الضائعة) = قوة الاحتكاك × مسافة الحركة (مسافة الانزلاق)
                                                                       = (القوة العمودية "الوزن" × معامل الاحتكاك) × مسافة الحركة
     = ( ["100" × 9.81] × 0.5) × 10 = 4905 جول

- في الحالة الثانية سنستخدم أربعة عجلات خشبية قطر العجلة 1000 مليمتر, وقطر المحور الخشبي 50 مليمتر. في حالة دوران العجل rolling لقطع 10 متر سيتحرك المحور على المحمل لمسافة (انزلاق) = عدد اللفات × محيط المحور
                                                                     = (المسافة المقطوعة ÷ على محيط العجلة) × محيط المحور
                                                                     = المسافة المقطوعة × (محيط المحور ÷ محيط العجلة)
                                                                    = المسافة المقطوعة × (قطر المحور ÷ قطر العجلة)
                                                                    = 10 × (50 ÷ 1000) = 0.5 متر
وتكون الطاقة الضائعة في العجلات تساوي = 4 (القوة العمودية "الوزن/4" × معامل الاحتكاك) × مسافة الحركة (مسافة الانزلاق)
                                                     = ( ["100" × 9.81] × 0.25) × 0.5 = 122.625 جول
أي أن الطاقة الضائعة في حالة العجلة والمحور تكون 1/ 40 من قيمة الطاقة الضائعة في الحالة الأولى "الانزلاق", وذلك لأي مسافة.

* عند استخدام رولمان بلي roller bearings في العجلات والمحاور الحديثة, فإن قيمة معامل الاحتكاك يقل ليصل إلى μ = 0.002, وعليه فإن الطاقة الضائعة ستصل إلى مقدار = 4 ( ["100/4" × 9.81] × 0.002( × 0.5
                                                                  = ( ["100" × 9.81] × 0.002) × 0.5 = 0.981 جول
أي 1/5,000 من قيمة الطاقة الضائعة في الحالة الأولي "الانزلاق/السحب", لأي مسافة.

Work (lost Energy)_A = F_A . L_A = (μ W) L

Work (lost Energy)_B = F_B . L_B = 4 (μ_a W/4) [L/(2π r_w)] x (2π r_a) = μ_a W x L (r_a/r_w)

Ratio between rolling/dragging = μ_a W x L (r_a/r_w)/ (μ W) L = 1 / [(μ/ μ_a)(r_w/r_a)]

هناك طاقة مفقودة أخرى بين الطريق والعجل, تضاف إلى المقاومات في حالة استخدام العجلة والمحور. والتي يطلق عليها مقاومة التدحرج rolling resistance والتي في أغلبها ناجمة عن تغيير في الشكل. كما أن محصلة القوى بين الطريق والعجلة العمودية على الطريق وعلى اتجاه الحركة, يكون لها صافي صفر شغل. بالنسبة لمقاومة التدحرج فهي تعتمد على نوع الطريق, ومادة الإطار, ومقدار النفخ في حالة وجود الإطار المنفوخ بالهواء المضغوط, وعزم الإدارة وعوامل أخرى, ويظهر الفقد نتيجة انبعاج الإطار في الطاقة في شكل ارتفاع درجة حرارة جدران الإطار والهواء الداخلي, والحرارة المشعة للجو (تكون في حدود 0.015 من وزن الجسم), وكذلك بالإضافة إلى الطاقة الضائعة في تشكيل الطريق تحت العجل "الأثر" (للطرق ذات السطح اللين).
كما يمكن للعجلة ان تقدم مزايا أخرى في حالة السير على الطرق الغير ممهدة في حالة إن كان نصف قطر العجلة كبير بما فيه الكفاية مقارنة مع تضاريس سطح الطريق.

* هذا بالنسبة لنظام العجلة والمحور, وهل هما جزء واحد؟ وكيف يتم وصل العجلة مع المحور وتثبيتهما في السيارة؟

# هما جزأن المحور متصل بجسم السيارة , وكما قلنا من قبل أن العجلة إما أن تدور على المحور (عجلة منقادة)- ذات محور ميت, أو أن المحور يدير العجلة (عجلة قائدة)- محور حي. في الحالة الأولى تثبت العجلة مع فلانجة المحور الذي يثبت بأجزاء نظام التعليق المتصلة بجسم السيارة عن طريق محامل/ رلمان بلي, أو في الحالة الثانية العجلة تربط بفلانجة المحور, المتصل بنظام نقل القدرة, والمحرك.

عجلة قائدة للسيارة Driving wheel, ومنقادة من نظام نقل القدرة Driven wheel- ذات محور حي	عجلة تدفعها السيارة Driven wheel, ولا تتصل بنظام نقل القدرة Non-driven wheel- ذات محور ميت
* هناك اختلاف في بعض المراجع في مصطلح توصيف العجلة ذات المحور الحي والعجلة ذات المحور الميت.
Driven wheel (half axle)

في الحالتين يتم تثبيت العجلة بتلك المسامير الموجودة بفلانجة/صحن المحور عن طريق صواميل العجل, و التي تقوم بفكها عند قيامك باستبدال الإطار التالف وتركيب العجلة الاحتياطي spare tire.

* قبل أن تحدثنا عن اجزاء العجلة, أريد أن أعرف أولا مزيد من التفاصيل عن محور العجل, وأنواعه.

# المحور هو عمود مركزي للعجلة. في السيارة, العمود قد يكون مثبت بالعجلة ويدور معها, أو مثبت بالسيارة, والعجلة تدور حوله. في الحالة الأولى يستخدم رلمان بلي bearings أو محمل bushings لتوفير نقاط التحميل التي يرتكز عليها المحور, ويقوم المحور بنقل عزم الإدارة driving torque للعجلة. في الحالة الثانية, يكون رلمان البلي أو المحمل بداخل الصرة المثبت بها العجلة للدوران حول المحور spindle, الذي يعمل فقط كجزء من التعليق والتوجيه في العجل الأمامي لسيارات الدفع الخلفي, أو في العجل الخلفي كجزء من التعليق لسيارات الدفع الأمامي.

محور ترادفي Tandem axle
هي مجموعة من محورين أو أكثر تركب قريبة من بعضها البعض. بعض الشاحنات تستخدم تلك التركيبة لتوفير حمولة أعلى من استخدام محور واحد. أنصاف المقطورة semitrailers في العادة تستخدم المحور الترادفي في الخلف.

محور ترادفي tandem axle

المحور المرفوع Lift axle
بعض الشاحنات أو المقطورات المستخدمة في نقل المخلفات والأتربة dump trucks, تجهز بمحور مرفوع lift axle (يطلق عليه أيضا airlift axle أو drop axle). والذي يمكن رفعه أو خفضه ميكانيكا. يتم خفض المحور لزيادة مقدار الحمولة المحمولة weight capacity, أو لتوزيع حمل الحمولة على عجلات أكثر. في عدم الحاجة إلى المحور, يتم رفعه عن الأرض لتقليل معدل التأكل في الإطارات والمحور. ولزيادة مقدار التلاصق في العجلات المتبقية. رفع المحور يخفف الاحتكاك الجانبي من المحور الإضافي في المنحنيات الضيقة. العديد من الشركات المصنعة توفر التحكم بالحاسب, حيث يتم خفض المحاور الميتة ذاتيا عندما يبدأ الحمل على المحور الرئيسي بتعدي الحد المسموح به. كما إنه لا يزال من الممكن رفع المحاور الميتة يدويا عن طريق الضغط على زر بواسطة السائق إذا لزم الأمر, وذلك لتحسين القدرة على المناورة.

نظام رفع المحور	الشاحنة ولها محور مرفوع

المحور الميت Dead axle (محور لا يدور)
يطلق عليه كذلك المحور الخامل lazy axle, هو ليس جزء من نظام نقل الحركة, ولكنه يسمح بحركة الدوران الحر للعجلة عليه. المحور الخلفي لسيارات الجر الأمامي في الغلب يكون محور ميت. في العديد من الشاحنات والمقطورات تستخدم المحاور الميتة بغرض حمل الوزن فقط. المحور الميت الذي يقع أمام محور الدفع مباشرة يطلق عليه pusher axle. والمحور الميت الذي يقع خلف محور الدفع مباشرة يطلق عليه tag axle.

محور مستقيم Straight axle
هو عمود واحد يربط العجلة بالجانب الأيسر بالعجلة بالجانب الأيمن, ويستخدم هذا النوع في القطارات trains, والمحور الخلفي لبعض الشاحنات التجارية. ويمكن أن يحمى العمود اختياريا بإمراره داخل فارغة.

المحور المقسوم/منفصل Split-axle
تكون كل عجلة بكل جانب متصلة بعمود منفصل. سيارات الركوب الحديثة لها أعمدة إدارة منفصلة. في بعض التصميمات, يسمح ذلك بتعليق مستقل للعجلة اليسرى والعجلة اليمنى, مما يجعل الركوب سلس. حتى في حالة التعليق الغير مستقل, فإن المحاور المقسومة تسمح باستخدام تروس فروقية differential, مما يسمح للعجلات اليمنى واليسرى بالدوران بسرعات مختلفة في حالة دخول السيارة في منحنى, مما يحسن التلاصق ويزيد من عمر الإطارات.

المحور القائد Drive axle
هو المحور الذي يدور عن طريق المحرك. السيارات الحديثة ذات الدفع الأمامي front wheel drive فإنها في العادة تضم ناقل الحركة (صندوق التروس والتروس الفرقية) والمحور الأمامي في وحدة واحدة يطلق عليها ناقل الحركة والمحور المدمج transaxle. عمود الإدارة هو عمود مقسوم. كل نصف عمود متصل بعجلة باستخدام وصلة السرعة الثابتة constant velocity, التي تقوم بنقل العزم, وتسمح لمجموعة العجلة للحركة بحرية في الاتجاه الرأسي وكذلك كمركز دوران في المنعطفات.

نصف محور Half axle
في سيارات الدفع الخلفي rear wheel drive, يدير المحرك, عن طريق صندوق التروس, عمود الإدارة driveshaft والذي يطلق عليه عمود الدوران propeller shaft, الذي يقوم بنقل عزم الدوران والدوران للمحور الخلفي للسيارة, الذي يتكون في الغالب من محور مقسوم ومعه علبة تروس فرقية, المحور المقسوم يطلق عليه نصف محور أو نصف عمود half-shaft يصل التروس الفرقية مع العجلة اليسرى الخلفية, ويصل الاخر التروس الفرقية مع العجلة اليمنى الخلفية. وبذلك يكون المحور الخلفي مكون من نصفي المحاور والتروس الفرقية, في الغالب تمر انصاف المحاور داخل فارغة والتي تستخدم كقاعدة لنوابض التعليق.

الأنواع المختلفة للمحور الخلفي القائد: يمكن تصنيف أنصاف المحاور إلى ثلاثة مجموعات تختلف في توزيع المحامل/ رلمان البلي المستخدم لدعم العجل. الثلاثة أنواع يصنفوا كالتالي:
- محور شبه عائمSemi-floating
- محور ¾ عائمThree-quarter-floating
- محور عائم بالكاملFully floating

المحور شبه عائم
هناك رلمان بلي واحد بناحية صرة العجلة مركب بين المحور والفارغة/ الغلاف, ويكون المحور محمل بكل الإجهادات (إجهاد القص shear stress, وإجهاد الانحناء/ الثني bending stress, وأجهاد اللي torsional stress). في هذا التصميم, في حالة كسر المحور, فإن العجلة القائدة ستنفصل عن فارغة العمود.

المحور ثلاث أربع عائم
في ذلك التصميم فإن المحمل/ رلمان بلي الواحد يكون واقع بين صرة العجلة وفارغة المحور. هذا يؤدي إلى رفع إجهاد القص و إجهاد الانحناء الناجم من وزن السيارة المعرض له المحور, ولكن المحور ما يزال معرض من إجهاد الانحناء نتيجة للحمل الناجم من القوى الجانبية عند الدوران. في هذا التصميم في حالة كسر المحور, فإن العجلة ستظل تحمل الوزن ولن تنفصل ولكن الحمل الجانبي سيؤدي إلى ميلها عن الرأسي.

المحور العائم بالكامل
في ذلك التصميم فإن العمود سيكون محمل عن طريق محمل به رلمان بلي مزدوج من النوع المسحوب في الناحية الخارجية للفارغة. ويقوم المحور بنقل العزم الدوران فقط. في حالة كسر المحور أو حتى رفعه فإنه لا يؤثر على العجل أو على وضعيته الرأسية, ويمكن عندها القيام بسحب السيارة إلى ورشة الإصلاح, هذا النوع يستخدم غالبا في سيارات النقل الثقيل.  

Semi-floating	Three-quarters floating	Full floating
Weight supported by axle. Axle subjected to both bending and torque	Axle shaft subject only to torque except when rounding turns or on roads that are not level	Weight supported entirely by housing. Axle shaft subject only to torque

* إذا المحور يقوم بوصل العجل بالسيارة, وقد يكون محور مثبت بجسم السيارة للعجلات المنقادة, والتي تدور العجلة حوله. وقد يكون محور يدور ويدير العجلة معه للعجلات القائدة, والذي يقوم المحور بنقل عزم الدوران لتلك العجلات. ويعمل المحور مع العجلة كنظام ميكانيكي الذي يقلل الطاقة الضائعة في نقل الأوزان. ويدخل المحور مع العجلة في أنظمة نقل القدرة, والتعليق, والتوجيه. تختلف المحاور من ناحية التصميم, والعدد والمهام بالسيارة. وتتعرض المحاور لإجهادات مختلفة حسب طريقة التثبيت والتصميم. 

# تمام! أرى إنك قد قمت باستيعاب الموضوع, وقد قمت بتخليصه واستعراضه بشكل جيد.

* سؤال أخير في ذلك السياق, كيف يتم إدارة العجلات لدفع السيارة, بقوة وسرعة مختلفة؟

# في حالة العجلات المتصلة بنظام نقل الحركة, تدور العجلة نتيجة الحركة الدورانية الواصلة إليها من المحرك عن طريق نظام نقل القدرة, وفي نفس الوقت ينتقل إليها عزم دوران المحرك عن طريق المحور المتصل بنظام نقل القدرة بالسيارة.

سرعة السيارة car velocity:  تعتمد سرعة السيارة على سرعة دوران العجل (الدافع للسيارة), وسرعة دوران العجلة _wω  تعتمد على سرعة دوران المحرك, ونسبة التخفيض في صندوق التروس والتروس الفرقية وتروس العجل (في بعض سيارات النقل الثقيل).

في حالة رفع عجلة السيارة من الارض تكون تلك هي سرعة دورانها وتكون سرعتها الخطية صفر
في حالة تلامس العجلة مع الأرض, تظل تلك سرعة دوران العجل, ولكن عند تلامس العجلة مع الأرض تعمل نقطة التلامس كمركز ارتكاز وعليه تكون السرعة الخطية لأي نقطة على العجلة تساوي v = ω_w r  حيث r بعد النقطة بجسم العجلة عن نقطة الاتصال, ويكون سرعة مركز العجلة المتصلة بالسيارة (وهو في نفس الوقت سرعة السيارة) حيث r = r_w هي نصف قطر العجلة الديناميكي (اثناء التحميل والحركة).

قوة دفع السيارة tractive effort : قوة دفع السيارة F تعتمد على العزم المنقول إلى العجلة T_w, وتساوي مقدار ذلك العزم مقسوم على نصف القطر الديناميكي للإطارF= T_w/r_w .

* شكرا

المصطلحات التي تم استخدامها:
العجلة Wheel
العجلة والمحور Wheel and axle
العجلة ذات اعمدة قطرية Spoked wheel
العجل السلك Wire wheels
عجلة قائدة (تدفع السيارة), يتم تشغيلها عن طريق المحرك - يديرها المحور Driven -driving wheel
عجلة منقادة (يتم دفعها عن طريق السيارة)- تدور على المحور Non-driven wheel
المحور Axle
محور ثابت تدور حوله العجلة (على رلمان بلي بين المحور وصرة العجلة) Spindle
محور ترادفي Tandem axle
المحور المرفوع Lift axle
المحور الميت Dead axle
المحور الميت الذي يقع أمام محور الدفع مباشرة يطلق عليه Pusher axle
المحور الميت الذي يقع خلف محور الدفع مباشرة يطلق عليه Tag axle
محور مستقيم Straight axle
المحور المقسوم/ منفصل Split-axle
المحور القائد Drive axle
نصف محور Half axle
محور شبه عائم Semi-floating
محور ¾ عائم Three-quarter-floating
محور عائم بالكامل Fully floating