هندسة السيارات

Automotive Engineering

هندسة سيارات 1- Automotive Engineering I

- مقدمة

- الكميات الفيزيائية Physical Quaintly

- الوحدات العالمية SI units

- أنظمة السيارة Car Drive System

o المحرك Engine

o نظام نقل القدرة (نظام نقل القدرة التقليدي conventional, نظام نقل القدرة المجمع مع المحور (transaxle,  (نظام نقل القدرة اليدوي manual transmission: القابض clutch, صندوق التروس gearbox/transmission, عمود الإدارة propeller shaft, علبة التروس الفرقية deferential, المحاور axle)- (نظام نقل القدرة الذاتي Automatic transmission: واصل/ قارن هيدروليكي hydraulic coupling, محول العزم torque converter , صندوق التروس الذاتي automatic transmission).

§ القابض Clutch (نقل العزم والحركة من المحرك إلى ناقل الحركة).

§ ناقل الحركة Transmission:

يحتاج المحرك إلى سرعة عالية لتوليد مقدار معقول من العزم. هذه السرعة تكون غير مناسبة للسير بالسيارة في حالة توصيل المحرك مباشرة بالعجل, كما ان العزم المتولد لن يكون قادر على التغلب على مقاومة الطريق عند نقله مباشرة للعجلات. ولذا يستخدم ناقل للحركة بين المحرك والعجلات, مهمته هي تقليل السرعة وزيادة العزم بما يتناسب مع الحاجة للتغلب على مقاومة الطريق التي توجهه السيارة. في سيارات الركوب يتم ذلك على مرحلتين, ناقل الحركة وعلبة التروس الفرقية. القيام بذلك على مرحلتين للاستغناء عن زيادة ابعاد (قطر العمود) الناقل للحركة إلى المحاور. هناك انواع مختلفة من ناقلي الحركة التي تستخدم في سيارات الركوب: الناقل اليدوي manual transmission, الناقل الذاتي automatic transmission, الناقل دائم التغيير للنقل continuously variable transmission (CVT), الناقل شبه الذاتي و مزدوج القابض semi-automatic and dual-clutch transmissions.

http://thecartech.com/subjects/auto_eng/Types_of_Trnasmission.htm Types of Transmission

http://www.cheatsheet.com/automobiles/4-types-of-car-transmissions-and-how-they-work.html/?a=viewall 4 types of car transmissions and how they work

§ ناقل الحركة اليدوي Manual Transmission / صندوق التروس (نقل العزم والحركة "مباشر, أو تكبير أو تقليل العزم على حساب السرعة" من القابض إلى محور العجل). الانواع, نظرية العمل, الاجزاء.

ناقل الحركة/صندوق التروس يوفر اختيار النقلات المناسبة لحالات القيادة المختلفة: البداية من التوقف, صعود مرتفع, أو السير على طريق مستوي. كلما انخفضت النقلة, كلما قلت سرعة دوران العجل مقارنة بسرعة المحرك (النقلة الأولى: اقل سرعة واكبر عزم, النقلة الثانية: تزيد في السرعة عن النقلة الأولى, وتقل في العزم عن النقلة الأولى, وهكذا..). صندوق التروس هو المرحلة الثانية في نظام نقل القدرة, يأتي ترتيبه بعد القابض clutch. هو غالبا ما يثبت في مؤخرة المحرك, ويكون القابض بينهما.  السيارات الحديثة ذات ناقل الحركة اليدوي لها أربعة أو خمسة نقلات امامية forward gear (1,2, 3,…) وواحدة خلفية reverse gear (R), بالإضافة إلى وضع الحياد neutral (N). ذراع نقل الحركة, يشغل عن طريق السائق, وهو يتصل بعدد من اعمدة الاختيار في أعلى او في جنب صندوق التروس. اعمدة الاختيار تكون موازية للأعمدة التي تحمل التروس. التصميم الاكثر شعبية هو صندوق التروس ذات التعشيق الثابت constant-mesh gearbox, له ثلاثة اعمدة: عمود الدخل input shaft, عمود الحياد lay shaft, والعمود الرئيسي main shaft, وجميعها تدور على كراسي تحميل bearings مثبتة في فارغة صندوق التروس. وهناك أيض عمود مركب عليه الترس الوسطي idler pinion للنقلة الخلفية. المحرك يقوم بإدارة عمود الدخل (عن طريق القابض), الذي يدير عمود الحياد. عمود الحياد يدير التروس في العمود الرئيسي, التي تدور بحرية على العمود, حتي يتم تعشيقها مع العمود حسب الاختيار, عن طريق جهاز تعشيق متزامن synchromesh device, الذي مركب على مراود splined بالعمود. جهاز التعشيق المتزامن هو ما يقوم السائق في الواقع بتشغيله, من خلال ذراع النقل, عن طريق تحريكه على عمود اختيار عن طريق شوكة به والتي تقوم بتحريك جهاز التزامن لتعشيق الترس. بعض صناديق التروس بها ترس إضافي, يطلق عليه ترس فوق السرعة overdrive, يوفر سرعة اعلى من سرعة النقلة العالية وبالتالي يعطي قيادة اقتصادية في سرعة السير cruising speed. (النقلات 1, 2, 3 لها نسبة نقل أقل من 1, تقلل السرعة, وتزيد العزم. النقلة المباشرة direct drive (يتم نقل السرعة والعزم كما للمحرك), نقلة فوق السرعة over drive تزيد من سرعة الخرج وتقلل العزم).

ناقل الحركة اليدوي manual transmission, والمعروف أيضا صندوق التروس اليدوي manual gearbox, النقل بالعصا stick shift, الناقل اليدوي له عدة- سرعات n-speed manual, ويطلق عليه ناقل الحركة القياسي standard, أو أم تي MT نسبة إلى (Manual Transmission), أو بالعامية الإنجليزية بالولايات المتحدة (العصا stick) نسبة إلى طريقة عمل النقلات, هو ناقل حركة يستخدم في المركبات. ويستخدم قابض clutch يعمل عن طريق بدال يستخدمه السائق بالقدم foot pedal للسيارات, وذراع يدوي للدرجات النارية, لتنظيم العزم torque المنقول من المحرك إلى نظام نقل الحركة.  له نظام اختيار للنقلات gear selector عن طريق اليد (بالسيارات) وبالقدم (بالدرجات النارية motorcycle).

ناقل الحركة الحديث تكون جميع التروس به متصلة في كل الاوقات والتي يطلق عليه ناقل الحركة ذو التعشيق المستمر constant-mesh transmission, والذي يستخدم تزامن التعشيق synchro-mesh لتعشيق التروس مع الاعمدة التي تدور عليها بحرية. هناك نوع اخر من ناقل الحركة اليدوي يطلق عليه التعشيق المنزلق sliding mesh transmission, حيث تكون التروس على الاعمدة غير معشقة مع بعضها البعض, ويتم زلقها على العمود (ذو المراود) عن طريق الشوكة المتصلة بذراع الاختيار.

صندوق تروس ذو تعشيق انزلاقي sliding mesh	صندوق تروس ذو تعشيق مستمر constant mesh

يتميز نظام ناقل الحركة اليدوي بوجود قابض يعمل عن طريق السائق, وعصا اختيار للنقالات gear stick. معظم ناقلي الحركة بالسيارات يسمح للسائق باختيار النقلات الأمامية forward gear ratio في أي وقت. ولكن البعض منها, مثل الموجودة في العادة بالدرجات النارية وبعض السيارات, يسمح للسائق فقط باختيار النقلة التالية الأعلى أو النقلة السابقة الأقل. هذا النوع من النقل يطلق عليه النقل اليدوي التتابعي sequential manual transmission. يتميز هذا النوع بالإضافة إلى سهولة الاستخدام بالنسبة للسائق, هو أن استخدام القابض عن طريق القدم أو اليد يمكن التقليل منه أو إلغائه نهائيا, وينحصر استخدام القابض فقط في البداية من التوقف التام.

في ناقل الحركة اليدوي, الحذافة تتصل مع عمود المرفق للمحرك وتدور معه. قرص القابض يقع بين قرص الضغط pressure plate بالقابض والحذافة, ويتصل مع سطح الحذافة بواسطة الضغط المؤثر عليه من قرص الضغط تحت تأثير قوى النوابض springs. عندما يدور المحرك والقابض متصل (ليس هناك ضغط بالقدم على بدال القابض), تعمل الحذافة على تدوير قرص القابض وبالتالي ناقل الحركة. مع الضغط على بدال القابض, يتم دفع رمان بلي فصل القابض throw out bearing, مؤديا إلى منع قرص الضغط من التأثير بالضغط على قرص القابض وبالتالي يمنع قرص القابض من الحصول على القدرة من المحرك, وبذلك يمكن للسائق عمل نقلة التروس بدون وجود قوة بين اسنان التروس. عند رفع القدم من على بدال القابض (تحرير دواسة القابض), يتم إلغاء تنشيط رمان بلي فصل القابض, ويدفع قرص القابض مرة اخرى إلى سطح الحذافة, مما يسمح له ببدء تلقي القدرة من المحرك.

ناقل الحركة الحديث للسيارات يستخدم في العادة من أربعة إلى ستة نقلات أمامية ونقلة خلفية, وقد يكون مدى النقلات في بعض السيارات من أثنين إلى سبعة نقلات. ناقل الحركة للشاحنات الثقيلة قد يكون بها عدد نقلات من 8 إلى 25 نقلة بحيث توفر مدى واسع للنقلات مع نسب نقلات متقاربة للإبقاء على عمل المحرك خلال مدى القدرة power band للمحرك.

في معظم السيارات ذات ناقل الحركة اليدوي, يتم اختيار التروس عن طريق استخدام ذراع يطلق عليها عصا صندوق التروس gear stick, أو عصا النقل shift stick, أو عصا تغير التروس gearshift, أو ذراع النقل gear lever, أو مختار النقل gear selector, أو الناقل shifter. هذا الذراع يتصل مع ناقل الحركة عن طريق وصلات وكبلات, ويثبت بأرضية السيارة, أو لوحة القيادة, أو عمود التوجيه.  

نمط النقل Shift pattern باستخدام عصا النقل, يتم كما في رسم مخطط النقلات على مقبض عمود اختيار السرعات لبيان وضعية العصا لاختيار النقلات, غالبا ما توضع حركة النقل الخلفي في مكان بعيد أو تحتاج إلى الضغط عند اجراء النقل حتى لا يحدث تعشيق خاطئ من الامام للخلف اثناء سير السيارة.

Types of gears http://thecartech.com/subjects/auto_eng/Gear_Types.htm

http://thecartech.com/subjects/auto_eng/Auto_eng_3.htm The gear box

https://en.wikipedia.org/wiki/Manual_transmission Manual transmission
http://www.howacarworks.com/basics/how-manual-gearboxes-work How manual gearbox work
http://www.wikihow.com/Drive-Manual Drive manual
http://www.wikihow.com/Drive-Smoothly-with-a-Manual-Transmission Drive smoothly with a manual transmission
https://www.svce.ac.in/departments/auto/Lesson%20plan/III%20YEAR%20CLASS%20NOTES/AT2301/UNIT%20II.pdf  Gearbox
https://en.wikipedia.org/wiki/Gear_stick Gear stick
https://en.wikipedia.org/wiki/Sequential_manual_transmission  Sequential manual transmission
https://en.wikipedia.org/wiki/Gear_train  Gear train (gear ratios)
https://www.quora.com/What-is-the-advantges-of-a-constant-mesh-gear-box-over-the-sliding-mesh-gear-box
https://www.quora.com/What-is-a-synchromesh-gearbox-and-how-it-is-different-from-a-constant-mesh-gearbox

§ ناقل الحركة الذاتي Automatic Transmission (نقل وتكبير العزم).

§ عمود الإدارة Propeller shaft (نقل الحركة).

§ علبة التروس الفرقية Differential/ الدفرنس (تكبير العزم- تخفيض السرعة, ونقل العزم إلى العجلات).

§ المحاور Axles (نقل الحركة).

§ العجل Wheels (تحويل العزم وسرعة الدوران إلى قوة دفع وسرعة خطية). (ابعاد ومواصفات الإطار, حسابات قوة الجر, السرعة الخطية للسيارة)

o مدخلات (طاقة الوقود) ومخرجات المحرك (العزم Torque, والقدرة (Power. الحسابات, والمعادلات

o إيجاد نسب تخفيض ناقل الحركة, وعلبة التروس الخلفية Finding the Gearbox and Final Drive Ratios and Efficiencies.

o قياس اداء المحرك (دينامومتر المحرك Engine Dynamometer/Dino). منحنيات اداء المحرك (العزم, القدرة, استهلاك الوقود, كفاءة المحرك- مع السرعة)

o حسابات قوة الجر Tractive Effort

o قياس اداء السيارة (دينامومتر السيارة Chassis Dynamometer/Dino, النفق الهوائي Wind Tunnel, اختبار طريق Road Test).

- ابعاد وأوزان السيارة:

o كتلة ووزن السيارة Vehicle mass & weight, المساحة الأمامية للسيارة Frontal area

- مقاومة الحركة للسيارة ومقاومة الطريق Road/motion resistance:

o مقاومة الهواء(AR) Air/wind Resistance, مقاومة التدحرج Rolling Resistance (RR), مقاومة صعود المرتفعات Gradient Resistance (GR)

-  الرسم الحر للشكل Free-body diagram

o معادلات الحركة في خط مستقيم (العلاقة بين القوة والكتلة والعجلة)

- منحنيات اداء السيارة (تحديد السرعة القصوى للسيارة, تحديد أقصى ميل تصعده السيارة, تحديد أقصى تعجيل للسيارة, تحديد قوة الجر للسرعات المختلفة للسيارة, تحديد سرعة الاستهلاك الامثل للوقود)

- - - - - - - - - -

هندسة سيارات 2- Automotive Engineering II

- وضعية المحرك بالسيارة (امامي, وسطي, خلفي)

- انواع الجر (جر امامي, دفع خلفي, 4×4, رباعي)

- ابعاد واوزان السيارة (توزيع الاحمال على المحاور والعجل, مركز ثقل السيارة Center of Gravity (CG))

- انظمة السيارة (نظرية العمل, الاجزاء, الانواع).

o نظام التعليق Suspension System.

§ معادلات الحركة بعجلة منتظمة

§ توزيع الاحمال على المحاور أثناء الحركة (قوة القصور الذاتي, الوزن المنقول)

- نظام الفرامل Braking System (أبطاء حركة السيارة, وإيقافها).

o قوة التلاصق بين الإطارات والطريق (الانزلاق)

o نظام منع غلق العجلات.

o التصادم (معادلات الحركة)

- نظام التوجيه Steering System (توجيه السيارة, السير في طريق دائري).

o التعامل مع السيارة Handling characteristics (زوايا التوجيه, زوايا العجل).

- نظام التعليق Suspension System نظرية العمل, الاجزاء, الانواع (النوابض, عمود اللي, المخدمات, قضيب مانع الانقلاب)

- الحركة في مسار دائري (معادلات الحركة, قوة القصور الذاتي)

o الانزلاق الجانبي (السرعة, والميل الجانبي للطريق)

o الانقلاب Rollover

o التوجيه الزائد Oversteer والتوجيه الناقص Understeer

- نظام التحكم في الاتزان VSC, النظام الاليكتروني للتحكم في الاتزان ESC. ونظام التحكم في الجر .TCS نظرية العمل, الاجزاء, الانواع