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 الحركة/القدرة transmission system (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).

يقوم نظام نقل الحركة بثلاث وظائف رئيسية:

1. وصل وفصل المحرك عن باقي نظام نقل القدرة drivetr4ain (عمود الإدارة drive shaft, المحاور axles, العجلات wheels).

2. يسمح للتروس بجعل مدى التشغيل المحدود للمحرك بأن يكون قادر على دفع السيارة من التوقف حتى السرعة العالية.

3. يسمح للسائق بتغيير اتجاه حركة السيارة من الامام للخلف from forward to reverse.

بالإضافة إلى أن ناقل الحركة يمكن ان يعمل على تثبيت السيارة في مكانها عند توقفها, سواء في وضع الثبات Park (P) (الناقل الذاتي) أو عن طريق التعشيق في اي من النقلات (الناقل اليدوي).

http://thecartech.com/subjects/auto_eng/transmission_system_2.aspx (Universal Joints, The Propeller Shaft, Drive shafts, The final drive and differential, The differential, Rear axle construction, Tires)

https://en.wikipedia.org/wiki/Drivetrain Drive train
http://www.aa1car.com/transmission.htm Transmission

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

§ ناقل الحركة/ القدرة Transmission (نقل وتكبير العزم)

· ناقل الحركة اليدوي Manual Transmission

· ناقل الحركة الذاتي Automatic Transmission

عمود الإدارة Propeller shaft (نقل الحركة)

في تصميم السيارات automobile design, شكل/ نمط السيارة automobile layout يوصف مكان وضعية المحرك engine ووضعية العجل القائد drive wheels. هناك العديد من التركيبات المختلفة لوضعية المحرك والعجلات القائدة للسيارات المستخدمة. العوامل التي تؤثر على اختيار التصميم للسيارة يعتمد على التطبيقات application, التكلفة cost, التعقيدات complexity, الاعتمادية reliability, الحيز المتاح space, توزيع الاوزان weight distribution, والتعامل مع السيارة handling characteristics.

يمكن تقسيم شكل/ نمط السيارة إلى عدة فئات:

المحرك الامامي والدفع الخلفي front-engine, rear-wheel-drive (FR) هو نمط فيه المحرك بالأمام front engine,  وعجل قائد/ دافع في الخلف rear-wheel-drive. هذا النمط التقليدي للسيارات خلال معظم القرن العشرين. التصميم الحديث للسيارات يستخدم محرك امامي, وعجل قائد/ جر في الامام front-engine, front-wheel drive (FF).

اول سيارة ذات النمط محرك امامي وجر خلفي (FR) كانت بموديل بانهارد Panhard 1895, ولذا أطلق على هذا النمط نظام بانهارد "Système Panhard" في السنوات الاولى. يتميز النمط بتقليل التعقيدات الميكانيكية, حيث يسمح بناقل الحركة بأن يوضع في نفس الخط مع المحرك, توزيع جيد لوزن للسيارة. في المقابل, السيارة ذات المحرك فوق العجلات القائدة (FF) تخلص من الحاجة إلى عمود الإدارة drive shaft (أستبدل بمجموعة ناقل الحركة والمحاور transaxle (وزن مجمع اقل)), ولكنه له مساوئ تركيز كل الوزن في مكان واحد.

من اجل التخفيض النسبي لعمود الإدارة, فإن نقل الحركة ينقسم في العادة إلى قسمين: صندوق التروس gearbox والدفع النهائي final drive. صندوق التروس في العادة يصنع وله اعلى نقلة 1:1, والذي يوفر بعض المميزات الميكانيكية. الدفع النهائي, بالمحور الخلفي, يقوم بتقليل السرعة إلى سرعة مناسبة للعجل, ويضاعف العزم. حيث ان القدرة هي حاصل ضرب العزم × السرعة الزاوية.

تقسيم نسبة التخفيض على مرحلتين (i_t = i_g x i_f), حيث i_t نسبة التخفيض الكلية, i_g نسبة التخفيض بصندوق التروس (متغيرة حسب النقلة), i_f نسبة التخفيض النهائية بعلبة التروس الفرقية (نسبة ثابتة)؛ يعمل على تدوير عمود الإدارة اسرع لأي قدرة معطاه ويقلل العزم ويسمح بعمود أقل ابعاد وأخف وزنا.

في عصر عندما كان سعر البنزين منخفض والسيارات ثقيلة, غطت المميزات الميكانيكية لنظام المحرك الامامي والدفع الخلفي على عيوب الوزن. وظل هذا النمط سائد عن كل الانماط الأخرى حتى السبعينيات. بعد حظر النفط عام 1973, وازمة الوقود 1979, تم على مراحل تحول السيارات الأمريكية إلى المحرك الأمامي والجر الأمامي.

عمود الادارة ويطلق عليه العديد من الاسماء, عمود نقل الحركة/ القدرة, عمود الدوران, أو عمود الكردان, عمود التدوير (drive shaft, driveshaft, driving shaft, propeller shaft (prop shaft), or Cardan shaft) هو وحدة ميكانيكية لنقل القدرة (العزم torque والدوران rotation), وهو في العادة يستخدم لتوصيل مكونات اخرى لمجموعة نقل الحركة drive train والتي لا يمكن اتصالها مباشرة بسبب البعد أو الحاجة إلى توفير حركة نسبية بينهما.

عمود الدوران propeller shaft يصل بين صندوق التروس وتروس القيادة النهائية final drive gears للسيارة خلال الوصلة العامة Universal joint ويعمل كعمود إدارة drive shaft. عمود الدوران ينقل القدرة من صندوق التروس إلى المحور الخلفي. في العادة يصنع العمود من مقطع انبوبي, يصنع العمود من لوح من الصاج يتم لفه على شكل عمود مجوف ذو مقطع اسطواني , ويصنع من جزء واحد أو جزئيين. تصميم الجزئيين يكون له كرسي تحميل مطاطي في المنطقة الوسطى. 

يعمل في سيارات ذات المحرك الامامي والجر الخلفي Front-engine, rear-wheel-drive layout ليصل بين صندوق التروس المتصل بالمحرك, وعلبة التروس الفرقية المتصلة بمحاور العجل القائد.

http://thecartech.com/subjects/auto_eng/transmission_system_2.aspx

https://en.wikipedia.org/wiki/Automobile_layout Automobile layout

https://en.wikipedia.org/wiki/Front-engine,_rear-wheel-drive_layout  Front-engine rear-wheel-drive layout

http://www.free-ed.net/sweethaven/MechTech/Automotive01/AutomotiveSystems03_Files.asp?iNum=101 Drive Line Assembly

https://en.wikipedia.org/wiki/Drive_shaft Drive shaft

الوظائف المطلوبة من عمود الإدارة:

· نقل العزم, "إجهاد العزم",

· نقل الحركة الدورانية, الطرف الخلفي للعمود يتصل بمحور العجل القائد "محور العجل متصل بشاسية السيارة باتصال مرن عن طريق نابض نظام التعليق".

نقل العزم ونقل الحركة خلال مستويان رأسيان مختلفان, يصل العمود صندوق التروس وعلبة عمود المرفق (هناك اختلاف في الارتفاع بين مقدمة العمود المتصلة بعمود خرج صندوق التروس, ومؤخرة العمود المتصلة بترس البنيون لعلبة التروس الفرقية).

الاحمال التي يتعرض لها عمود الإدارة:

يتعرض العمود للعديد من الاحمال اثناء عمله:

· عزم الدوران, عزم الخرج من صندوق التروس (تتغير قيمته حسب نقلات صندوق التروس, القيمة القصوى للعزم المنقول = القيمة القصوى لعزم المحرك × نسبة التخفيض للنقلة الاولى "اعلى نسبة تخفيض بصندوق التروس").

يمكن تصنيع العمود مجوف حيث ان الجزء الاوسط القريب من المركز يساهم في تحمل جزء بسيط من اجهاد اللي torsion stress الناجم من نقل العزم.

· سرعة الدوران, سرعة خرج صندوق التروس (تتغير قيمتها حسب نقلات صندوق التروس, القيمة القصوى للسرعة المنقولة = اقصى سرعة للمحرك "النقلة المباشرة", أو اقصى سرعة للمحرك ÷ نسبة تخفيض النقلة فوق المباشرة overdrive "اقل من 1.0”)

· الانحناء, نتيجة وزن العمود, وقوة الطرد المركزية في حالة عدم وقوع مركز الثقل على محور العمود.

عمود مصمت, ذو انحناء كبير نتيجة الوزن الثقيل مؤديا إلى اهتزازات عالية.	للتغلب على الانحناء, يصنع العمود مجوف, ذو قطر أكبر لتحمل اجهاد اللي, واخف في الوزن.

عمود الادارة جزء من نظام نقل الحركة في السيارات ذات المحرك الامامي والعجلات الخلفية القائدة, وهو يصل بين صندوق التروس/ ناقل الحركة المثبت بالمحرك في الامام, وعلبة عمود المرفق المثبتة بالمحور الخلفي للعجلات القائدة. وظيفته نقل القدرة (العزم, والسرعة الدورانية). يتعرض العمود:

- لعزم الدوران, ولذا يصنع ذو قطر مناسب لنقل العزم.

- الانحناء نتيجة الوزن, ولذا يصنع مجوف لخفة الوزن.

- الاهتزاز نتيجة عدم الاتزان والاعتدال تحت تأثير السرعة الدورانية, ولذا يتم عمل اتزان للعمود

- بالنسبة للحركة الرأسية للعجلات, يتم التغلب عليها عن طريق الوصلات العامة, والوصلة المنزلقة ذات المراود

- بالنسبة لقوى الدفع للعجلات, لا يتم نقلها عن طريق العمود ولكن يتم نقلها إلى السيارة عن طريق وصلات وتركيبات النابض الورقي المتصل بشاسية السيارة للسيارات ذات المحور الدفع الخلفي, أو الانبوب الخارجي لأنبوب العزم, أو اجزاء وملحقات التعليق المستقل للنابض الاسطواني.  

ناقل العزم, عمود الادارة يتعرض للي torsion واجهاد قص shear stress مساوي للفرق بين عزم الدخول والحمل. ولذا يجب أن تكون قوية بما يكفي لتحمل الإجهاد, وتجنب الكثير من الوزن حيث ان ذلك سوف يزيد من قصورها الذاتي inertia.

اجزاء ومكونات العمود:

عمود الإدارة/ الدوران مصنوع في الاساس من ثلاث اجزاء رئيسية (العمود, الوصلات العامة, الوصلة المنزلقة).:

العمود Shaft: هو انبوبة من مفرغة من الصلب, لها قطر وطول يتناسب مع السيارة والعزم. السيارات ذات الشاسية الطويل تحتاج إلى أكثر من عمود, اثنين, أو ثلاثة أعمدة. الاعمدة تكون مجوفة من اجل تقليل الوزن, ولكن بقطر كبير بحيث تتحمل الاجهادات. وتستخدم صلب عالي الجودة, واحيانا من الالومنيوم. ويجب ان يكون مستعدل ومتزن لتجنب الاهتزاز.

عمود الادارة يتكون من عمود واحد single أو يتكون من عدة اعمدة متصلة على التوالي (2 أو 3) ليصل ناقل الحركة/ صندوق التروس من الأمام بعلبة التروس الفرقية بالخلف.

العمود المفرد Single propeller shaft:

يتكون عمود الإدارة من عمود اسطواني مفرغ, وصلات عامة بالأطراف, وصلة منزلقة.

عمود الادارة ذو الجزئيين/ عمودين Double propeller shaft

يضاف إلى العمود المفرد, حامل الدعم الوسطي center support بالإضافة إلى وصلة عامة ثالثة.

الوصلات العامة Universal joint:

عمود الادارة ينقل عزم المحرك إلى المحور الخلفي خلال واحد أو اكثر من الوصلات العامة.  والتي تتكون من: (1) عنكبوت Spider (الصليبة cross) التي تسمح للعمود بالدوران مع وجود زاوية بينه وبين محاور الدخل أو الخرج, (5) الفلانجة/ الشفة Flang: تتصل الفلانجة بعمود الدوران بصندوق التروس, الفلانجة في الناحية الأخرى تتصل بعلبة عمود المرفق.

الوصلة العامة universal joint  يطلق عليها العديد من المسميات (universal coupling, U-joint, Cardan joint, Spicer or Hardy Spicer joint, or Hooke's joint) هي وصلة joint أو قارن coupling في العمود الصلب والتي تسمح له بالانحناء في أي أتجاه. وتستخدم في الاعمدة التي تنقل حركة دائرية rotary motion. الوصلة العامة ليست وصلة ثابتة السرعة constant-velocity joint.  تسمح للعمود بالثني عند تغير زاوية العمود. وتسمح بامتصاص الصدمات والمطبات بالطريق.

الوصلة المنزلقة Slip joint:

الوصلة المنزلقة Slip joint عمود الادارة يستخدم مراود splines لنقل العزم والدوران ليسمح بتغيير في الطول نتيجة لحركة العجل.
تتكون من (2) انبوب ذو مراود splines داخلية يطلق عليه الكم/ الغلاف Sleeve. وكذلك من مراود خارجية (3) تنزلق داخل المراود الخارجية في حالة حدوث تغيير في المسافة بين عمود خرج ناقل الحركة وعمود دخل علبة التروس الفرقية. المراود الخارجية في نهاية عمد الدوران تعشق جيدا مع المراود الداخلية بالانبوب وتقوم بنقل العزم والحركة, كما تسمح عن طريق الانزلاق بالتغيير في الطول بين الوحدة الدافعة والوحدة المدفوعة بدون تلف لكراسي الدخل لعلبة التروس الفرقية أو الخرج لصندوق التروس.

https://en.wikipedia.org/wiki/Spline_(mechanical) Spline

كراسي التحميل الوسطية Center support bearing:

وهي غالبا تكون في المنتصف (5), للعمود ذو العديد من الاجزاء (الثنائي, والثلاثي), وتقوم بدعم وتثبين محور دوران عمود الإدارة.

في حالة اعمدة الإدارة الطويلة المصنوعة من جزئيين. يستخدم كرسي تحميل وسطي center support bearing ليوفر دعم للعمود, ويقلل الاجهاد على اجزاء النقل, ويسمح للعمود بالدوران بحرية. عند وصل اثنين أو اكثر من اعمد الادارة معا, فإن اتساقهما alignment يحافظ عليه عن طريق كرسي تحميل ذو جلبة من المطاط rubber bushed center support bearing. يتم تثبيته بمسامير بالشاسية أو اسفل هيكل السيارة. ويقوم بدعم وسط عمود الادارة حيث يتصل الجزئيين معا.

Center support bearing.

يوجد بداخل الكرسي رلمان بلي ball bearing يسمح للعمود بالدوران بحرية. المحيط الخارجي لرلمان البلي مثبت في حامل مطاطي على شكل فطيرة مثقوبة doughnut-shaped mount. الحامل المطاطي يمنع الاهتزازات والضوضاء من الوصول لحيز السيارة.

http://what-when-how.com/automobile/universal-joints-automobile/ Universal joint (Automobile) ***

أنواع اعمدة الإدارة Type of drive shafts:

هناك نوعين منتشرين من اعمدة الإدارة drive shafts, هوتشكيس Hotchkiss drive وانبوب العزم  Torque Tube Drive للسيارات ذات المحرك الامامي والدفع الخلفي للعجلات FR.

جميع انظمة اعمدة التشغيل shaft-drive systems تتكون من عمود إدارة driveshaft (والذي يطلق عليه عمود إدارة propeller shaft أو عمود الكردان Cardan shaft) الذي يمتد من ناقل الحركة/ صندوق التروس في الامام إلى علبة عمود المرفق differential في الخلف. السمة المميزة لإدارة هوتشكيس هو انها تستخدم وصلات عامة universal joints بطرفي العمود, وغير مغلق عليها. في إدارة انبوب العزم يستخدم وصلة عامة واحدة في نهاية عمود الإدارة, وهي يجب ان تكون وصلة ثابتة السرعة constant velocity joint. في نظام إدارة هوتشكيس يستخدم مراود منزلقة slip-splines لمنع نقل الدفع إلى عمود الادارة من المحور, مما يسمح باستخدام نوابض ورقية متوازية بالمحور الخلفي. في نظام انبوب العزم هذا الدفع يحمل عن طريق انبوب العزم إلى ناقل الحركة ومنه إل المحرك وقواعد المحرك إلى الشاسية. يمكن لأنبوب العادم استخدام عناصر تحديد, مثل اعمدة بنهارد Panhard rod, مما يسمح باستخدام نابض لولبي/ اسطواني.

في المقابل, إدارة هوتشكيس ينقل قوة الدفع إلى شاسية السيارة باستخدام اجزاء من التعليق مثل النوابض الورقية leaf springs أو الاذراع المتأخر trailing arms. تستخدم وصلة من نوع كرة وتجويف ball and socket تسمى كرة العزم torque ball في نهاية من نهايات انبوب العزم للسماح بالحركة النسبية بين العمود وناقل الحركة نتيجة حركة التعليق. في بعض السيارات تم استخدام فلانجة ومخدة مركبة في مكان الكرة والتجويف. حيث ان انبوب العزم لا تقيد المحور من الحركة من جنب إلى جنب فيتم في العادة استخدام عمود بانهارد panhard rod لهذا الغرض. تجميع انبوب العزم وعمود بانهارد يسمح باستخدام نابض لولبي coil spring في الخلف لإعطاء ركوب جيد.

بالإضافة إلى نقل قوة الدفع, فإن انبوب العزم هو مجوف ويحتوي داخله على عمود الإدارة. داخل كرة العزم هناك وصلة عامة لعمود الادارة التي تسمح بحركة نسبية بين نهايات العمود. في معظم التطبيقات عمود الإدارة يستخدم وصلة عامة واحدة الي له عيب بانها تسبب تقلبات/ تغيرات في السرعة في العمود عندما لا يكون العمود في مستوي. إدارة هوتشكيس تستخدم وصلتي عامتين التي لها تاثير إلغاء تقلبات السرعة وتعطي سرعة ثابتة حتى في حالة العمود ليس مستوي.

انبوب العزم هو في العادة اثقل ويربط بإحكام النهاية الخلفية معا, مما يضمن حسن التنسيق والانضباط تحت كل الظروف.

دفع هوتشكيس يتكون من عمود إدارة يصل بين ناقل الحركة وعمود الترس الصغير لعلبة عمود المرفق. تستخدم وصلة عامة U joint في الامام والخلف بالعمود. دفع هوتشكيس ينقل العزم من عمود خرج ناقل الحركة/ صندوق التروس إلى علبة التروس الفرقية differential. في بعض الحالات يستخدم جزئيين للعمود لتقليل الاهتزازات ويسهل عملية التركيب (في هذه الحالة, تستخدم ثلاثة وصلات عامة). النوع ذو الجزئيين (عمودين) يحتاج إلى كراسي تحميل محكمة الإغلاق sealed كمركز تحميل وسطي للعمود. ويضاف إليها المطاط لتقليل الضوضاء والاهتزازات. نظام هوتشكيس ذو النوابض الورقية يمنع وصول عزم الفرامل أو عزم التسارع إلى العمود, ولا يتم نقلها إلى شاسية السيارة, كما يتم نقل قوة الدفع للعجلات المتولدة بين الإطارات والأرض إلى شاسية السيارة عن طريق حمالة النابض bracket.

دفع هوتشكيس هو النمط السائد لنقل القدرة لسيارات المحرك الامامي والدفع الخلفي FR خلال القرن العشرين. الاسم جاء من شركة Hotchkiss الفرنسية التي كانت اول من استخدمه. خلال الجزء الاول من القرن العشرين كان نقل الحركة يتم عن طريق نمط عمود الدفع shaft drive ودفع الجنزير chain-drive. بالإضافة إلى  نظام ناقل الحركة "انبوب العزم torque tube", الذي كانت له شعبية حتى الخمسينيات 1950, ولكنه ما زال يستخدم في بعض سيارات FR.

نظام إدارة هوتشكيس :Hotchkiss Drive

· نظام إدارة هوتشكيس Hotchkiss هو الابسط والأكثر انتشارا في تعليق suspension المحور الخلفي rear axle.

· نظام إدارة هوتشكيس يتضمن النوابض ووضعية أو مكان المحور الخلفي. وتستخدم المحور الجاسئ rigid axle مع زوجين من النابض الورقي مثبتين على المحور على ابعد ما يمكن من بعضهما البعض.

· تتكون إدارة هوتشكيس يتكون من نابض ورقي وعمود إدارة له وصلتي عامتين ووصلة منزلقة.

· الطرف الامامي من النابض الورقي مثبت في محور مركب على حامل مثبت بالشاسية. حيث الطرف الخلفي للنابض مثبت في متدلية متأرجحة عن طريق جلبة منزلقة.

· النابض الورقي مثبت بإحكام من منتصفه بفارغة/ غلاف المحور الخلفي.

· النابض يقوم بحمل وزن السيارة, وتحمل رد فعل قوة الدفع.

· عزم الدفع وعزم الفرامل يمتص عن طريق الجزء الامامي من النابض الورقي كما هو مبين بالخطوط المنقطة بالشكل.

· خلال القيادة والفرملة, يتغير وضع الترس الصغير لعلبة التروس الفرقية مما يغير من طول وزاوية العمود والتي يتم ضبطهما عن طريق الوصلة العامة والوصلة المنزلقة بالعمود.

· وفي حالة وجود وصلة عاملة في الطرف الامامي فقط, فإن ذلك سوف يؤدي إلى انحناء عمود الادارة او تلفه. لتجنب حدوث ذلك تركب وصلة عامة اخرى في الطرف الخلفي.

· في حالة تعرض السيارة لمطب bump, فإن المحور الخلفي يرتفع لأعلى ولأسفل ويتحرك المحور في دائرة مع مثبت النابض الامامي بالشاسية كمركز. خلال ذلك, فإن طول عمود الادارة سيتغير والذي سوف ينضبط عن طريق الوصلة المنزلقة sliding joint.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hotchkiss_drive Hotchkess drive

إدارة انبوب العزم Torque Tube Drive:

دفع انبوب العزم فيه يتم نقل دفع العجلات إلى السيارة عن طريق الانبوب, الذي هو عبارة عن عمود صلب أجوف tube يمتد من ناقل الحركة إلى علبة المحور الخلفي. واحد من أطراف العمود يثبت في علبة التروس الفرقية بالمحور عن طريق مسامير. الطرف الاخر ناحية ناقل الحركة يتصل عن طريق كرة عزم Torque Ball. عمود الادارة يركب داخل انبوب العزم, وحدة عامة U-joint تركب في كرة العزم torque ball, نهاية فرغة العمود axle housing end وتتصل عن  طريق مراود splined مع عمود الترس الصغير pinion gear shaft. قوة الدفع من العجلات تتنقل عبر انبوب العزم torque tube إلى كرة العزم, إلى ناقل الحركة transmission, إلى المحرك engine, وفي النهاية إلى الشاسية frame  خلال قواعد المحرك  engine mount. وبذلك يتم دفع السيارة للأمام.

العزم الذي يشار إليه في الاسم ليس المقصود به عزم عمود نقل الادارة, بطول محور السيارة, ولكنه العزم المتولد من العجلات. المشكلة التصميمية التي حلها انبوب العزم هي كيف تنقل قوى الجر المتولدة من العجلات إلى شاسية السيارة. "انبوب العزم" ينقل القوة تجميع علبة التروس وناقل الحركة/ صندوق التروس مباشرة وبالتالي دفع السيارة للأمام عند طريق دفع المحرك/ ناقل الحركة ومن ثم عن طريق قواعد المحرك إلى الشاسية.

· انبوب العزم يركب بشكل محكم بين المحرك وباقي نظام نقل الحركة. انبوب العزم مجوف ويركب بداخله عمود إدارة تقليدي, محمل عن طريق رمان بلي عند كل طرف.

· الانبوب يثبت بإحكام بمسامير مع فارغة التروس الفرقية differential housing في الطرف الخلفي ويثبت في الطرف الأخر إلى ناقل الحركة/صندوق التروس خلال وصلة مرنة (وصلة عامة) متصلة بوصلة كروية.

· رد فعل العزم torque reaction ودفع العجل driving thrust يتم حملها عن طريق انبوب العزم.

· عند تعرض السيارة لمطب, فإن محور عمود الترس المخروطي لن يتغير ودائما يمر من خلال مركز الفارغة الكروية.

· ومن هنا, تكون الحاجة إلى وصلة عامة واحدة عن الطرف الامامي ولا يحتاج إلى وصلة عامة بالنهاية الخلفية.

· الانبوب يحتوي داخله على كراسي تحميل, التي يتحمل عليها العمود داخل الانبوب, لتسهيل دورانه.

· ليس هناك حاجة إلى الوصلة منزلقة لعمود الادارة.

· في العديد من السيارات, هناك زوج من القضبان يتصل بين فارغة المحور الخلفي ونهاية انبوب العزم. انبوب العزم وزوج القضبان يقوموا بمنع الحركة الزائدة لفارغة علبة التروس الفرقية.

· في هذا النوع من الادارة, النابض الورقي, يأخذ فقط الدفع الجانبي بالإضافة إلى وزن السيارة.

https://en.wikipedia.org/wiki/Torque_tube Torque tube

القوى والعزوم المؤثرة على المحور, والطرق المتبعة في عدم تحميلها لعمود الإدارة (دفع هوتشكيس, وانبوب العزم)
الدفع الأمامي Forward thrust
عزم الفرامل Brake torque	عزم التعجيل Acceleration torque
تأثير عزم الفرامل	تأثير عزم التسارع/ التعجيل
دفع هوتشكيس: حمالة النابض الورقي Bracket تأخذ رد فعل عزم الفرامل وعزم التعجيل ولا يتم نقله إلى العمود
الوصلة الانزلاقية تستخدم لاخذ الاختلاف الناجم في الطول من تأثير حركة علبة التروس الفرقية
أنبوب العزم: انبوب العزم يأخذ أي من تاثير قوة الدفع أوعزم الفرامل أوعزم التعجيل وينقله عن طريق الانبوب إلى الوصلة الكروية ومنه إلى صندوق التروس والمحرك, ومنه لقواعد المحرك إلى الشاسية, دون التأثير على العمود.

في حين أن الغرض من تعليق السيارات هو السماح للعجلات التحرك عموديا/ رأسيا بالنسبة للجسم, فإنه غير مرغوب فيه السماح للعجل بالحركة للأمام والخلف (طوليا longitudinally), أو من ناحية إلى ناحية (جانبيا laterally).

في حالة استخدام نوابض حلزونية/ اسطوانية مع المحور الخلفي للمحور ذو التعليق الغير مستقل non-independent rear suspension. لا توفر النوابض رد الفعل الناجم من عزم الفرامل والتعجيل ودفع العجل التي توفرها النوابض الورقية. ولهذا يستخدم اعمدة الدعم واذرع التحكم strut rods and control arms للمحافظة على السيارة في الاتجاه الطولي والجانبي.

في حالة استخدام نوابض حلزونية/ اسطوانية مع المحور الخلفي ذو التعليق المستقل independent rear suspension يتم استخدام شريط/ جريدة المسار track bar أو عمود بانهارد Panhard bar هو جهاز بسيط, يتكون من عمود صلب يصل بالجنب في نفس مستوى المحور, يصل بين نهاية للمحور مع جسم السيارة أو الشاسية في الناحية الأخرى من السيارة. يتصل العمود بطرفيه عن طريق محاور pivots التي تسمح له بالتأرجح صعودا وهبوطا فقط, بحيث يمكن للمحور ان يتحرك في المستوى الرأسي فقط. هذا لا يؤثر على وضعية المحور طوليا ولكنه يقيد الحركة الجانبية (latterl), ولهذا يستخدم في الغالب مع الاذرع التابعة trailing arms التي تعمل على اتزان المحور في الاتجاه الطولي longitudinally. هذه التركيبة لا تستخدم في العادة مع تعليق النوابض الورقية, حيث أن النوابض نفسها توفر صلابة جانبية كافية, ولكن تستخدم فقط مع تعليق النوابض الاسطوانية.

الاذرع التابعة Trailing arms

شريط/ جريدة بنهارد Panhard bar

https://en.wikipedia.org/wiki/Panhard_rod Panhard rod

https://en.wikipedia.org/wiki/Constant-velocity_joint#Double_Cardan Constant velocity joint (Double Cardan)

الارتفاع/ سنام hump في المنتصف أمام المقعد الخلفي:

من ضمن المحاولات لتخفيض ارتفاع السيارة ومركز الثقل, هي تخفيض ارضية السيارة. في سيارات المحرك الامامي والجر الخلفي هناك عمود الادارة الموجود بالطول في منتصف ا لسيارة الذي يحتاج إلى نفق tunnel يمر من خلاله, والذي يظهر كجزء مرتفع في منتصف الارضية امام المقاعد الخلفية للسيارة. السيارات ذات المحرك الامامي والجر الامامي لا تحتاج إلى عمود إدارة للعجلات الخلفية وبالتالي لا يوجد مرتفع أمام المقعد الخلفي. بالنسبة لعربات النقل الشاسية مرتفع ولذا لا يحتاج إلى وجود نفق للعمود.

لتخفيض ارضية السيارة يجب ان تترك مسافة بين الارضية وبين العمود للسماح للحركة التأرجحية للعمود الناجمة من عدم استواء الارض والاحمال والعزوم المعرض لها المحور. اجراء الحل هو تخفيض المحور, وتقليل حركة تأرجحه, والحل الأخر عمل نفق في ارضية السيارة (يظهر كمرتفع امام المقعد الخلفي بالأرضية).

		المطلوب تخفيض مستوى أرضية السيارة, الذي يحد من مقدار الهبوط هو وجود عمود الإدارة وتأرجحه اثناء الدوران. وللتغلب على ذلك يمكن عمل التعديلات التالية بالعمود أو بشاسية السيارة أو الاثنين معا كالتالي:
		أ) التعديل بالعمود: 1) تميل محور المحرك وصندوق التروس وعلبة التروس الفرقية. وبالتالي ينخفض العمود يتم بزوايا متساوية عكسية مع الاعمدة المتصل بها.
		2) تمديد فارغة صندوق التروس, وبالتالي تخفيض طول العمود. في بعض الحالات يتم تمديد فارغة علبة التروس الفرقية.
		عمود إدارة قطعة واحدة i- مع امتداد لفارغة صندوق التروس	عمود إدارة قطعة واحدة | ii- مع امتداد فارغة التروس الفرقية
		3)  تقسم العمود إلى جزئيين (عمودين) يقلل من مساحة العمل للعمود عن طريق تقليل الجزء المتحرك من المجموعة.
		عمود قطعتين (عمودين إدارة) ذو كرسي تحميل بالمنتصف	عمود ثلاث قطع (ثلاث اعمدة إدارة) مع أثنين كراسي تحميل بالوسط
		ب) التعديل بالشاسية: عمل نفق بأسفل أرضية السيارة يمر به العمود. الذي يظهر كمرتفع/ سنام في أرضية السيارة امام المقعد الخلفي في المنتصف.
		جـ) استخدام المحرك الامامي والجر الأمامي Front-engine, Front-wheel-drive (FF) هذا النمط من السيارات يتخلص نهائي من عمود الإدارة, حيث المحرك والعجلات القائدة على المحور الامامي بمقدمة السيارة.

المرتفع hump بين امام المقعد الخلفي هو نفق في ارضية السيارة يمر من خلاله عمود نقل القدرة/ عمود الإدارة

حمالة الامان لعمود الإدارة Prop-shaft strap:

حزام عمود الإدارة أو حلقة الأمان safety loop, وهي تثبت في اسفل شاسية السيارة ويمر العمود من خلالها, في حالة كسر العمود أو تلف الوصلات العامة تمنع وقوع العمود وانغراسه أو جره بالأرض اثناء السير.

خدمة عمود الإدارة:

تشحيم الوصلة العامة Universal joint Service

الوصلات العامة للعديد من السيارات هي مشحمة من المصنع factory lubricated. ولكن بعض من معدات البناء والسيارات ذات وصلة عامة التي بها تركيبة للتشحيم والتي يجب ان تشحم بشكل دوري. الخدمة للوصلات العامة التي مشحمة بالمصنع تقتصر على تغيير الوصلة في حالو وجود دلائل/ظواهر تبين وجود تآكل زائد بالوصلة. الوصلات التي بها وسيلة للتشحيم يتم تشحيمها فقط بواسطة مسدس تشحيم يدوي ذو ضغط منخفض low-pressure grease gun. استخدام مسدس ذو ضغط عالي سوف يتلف حابك الوصلة, مما يؤدي إلى تلف الوصلة بشكل سريع. وهناك أيضا خدمة الوصلة المنزلقة slip yoke (joint) التي يمكن ان تزييت عن طريق ناقل الحركة أو خلال وصلة تزييت خاصة.

المراود المنزلقة في عمود الإدارة (1) يجب ان تشحم لتقليل الاحتكاك بين الاجزاء المنزلقة. الانواع الحديثة لأعمدة الادارة بها طبقة من النيلون nylon lining على المراود المنزلقة. ويتم تشحيم المراود اثناء التجميع ولا يحتاج بعدها إلى تشحيم طالما لم يتم مس أي من نهاية الانبوب والكم/ الغلاف. هناك قنوات (2) في العنكبوت (الصليبة) لنقل الشحم من المشحمة grease nipple إلى رمان بلي الابري needle bearings. يتم تشحيم (أدخال الشحم إلى الوصلة) عن طريق حلمة الشحم (3) grease nipple.

ضبط/ محاذة العمود:

للسماح للتغيرات في المحاذة/ الاصطفاف alignment  والمسافة distance بين المكونات القائدة driving والمكونات المنقادة driven, اعمدة الدوران كثيرا ما تتضمن واحدة أو اكثر من الوصلات العامة universal joints, وصلات الفك jaw couplings, أو وصلات مرنة rag joints, وفي بعض الاحيان وصلة ذات مراود splined joint أو وصلة منزلقة prismatic joint.

اتزان العمود Shaft balance:

زوايا العمود والمحاذةAngle and alignment :

الاتزان Balance:

اتزان الكتل الدوارة Balancing of rotating masses

اتزان الاجسام الدوارة مهمة جدا لتجنب الاهتزازات vibration. الاهتزازات قد تسبب انهيار تام, بالإضافة إلى الضوضاء, وعدم الراحة. يمكن تقسيمها إلى اتزان ساكن واتزان مع الحركة.

الاتزان الاستاتيكي/ الساكن Static balance

يحدث الاتزان الساكن عندما يكون مركز الثقل center of gravity للجسم يقع على محور الدوران axis of rotation. وبالتالي يمكن للجسم البقاء ساكن, والمحور أفقي, بدون تطبيق أي قوة فرامل. ولا يكون لها أي ميل للدوران نتيجة قوى الجاذبية.

الاتزان الديناميكي Dynamic balance

يعتبر النظام الدوار متزن في حالة ان الدوران لا ينتج أي قوة طرد مركزية centrifugal force أو ازدواج couple. الجسم يدور بدون الحاجة إلى تطبيق أي قوة أو عزم خارجي,  غير المطلوب لحمل الوزن.

الجسم الدوار قد يكون غير متزن ديناميكيا مع انه متزن استايتيكيا من ناحية توزيع الأوزان بالنسبة للمحور, ولكن عدم الاتزان سيولد عزم طرد مركزي عكس عقارب الساعة C d والذي يجب أن يقاوم بعزم مع عقارب الساعة F l = C d من كراسي التحميل.

http://www.demandaam.com/technical-support/aam-technical-tips/driveshaft-balancing Drive shaft balance
https://en.wikipedia.org/wiki/Balancing_of_rotating_masses Balancing of rotating masses

السرعة الحرجة Critical speed:

السرعة الحرجة في علم ميكانيكا المواد الصلبة solid mechanics هي السرعة الدورانية angular velocity النظرية التي تعمل على إثارة التردد الطبيعي natural frequency للأجزاء الدوارة. مثل الاعمدة shafts, واعمدة الإدارة propeller, أو التروس gears, العجل wheels. مع زيادة سرعة الدوران ووصولها إلى التردد الطبيعي للجسم, يبدأ الجسم في التردد resonate, والذي يؤدي إلى زيادة اهتزاز vibration الجسم بشكل كبير. عندما تصل سرعة الدوران إلى قيمة التردد الطبيعي للجسم, فإن هذه السرعة يطلق عليها السرعة الحرجة.

جميع الاعمدة الدوارة, حتى في حالة عدم وجود حمل خارجي, سوف تنحني خلال الدوران. الكتلة الغير متزنة للجسم الدوار سوف تؤدي إلى انحناء الذي سوف يؤدي إلى اهتزازات رنانة resonant vibration عند سرعة معينة, والمعروفة باسم السرعة الحرجة. ويؤثر عليها العديد من العوامل المختلفة. الاهتزازات تزداد عند الوصول إلى تلك السرعة بشكل كبير, والسرعة قبلها وبعدها تكون الاهتزازات في حدود المعقول. ولكن عند الوصول إلى تلك السرعة حتى خلال تعديها قد تستغرق بعض الوقت يكون كافي لأحداث إضرار بالجسم, ولذلك الحل الأمثل هو عدم وصول الجسم إلى تلك السرعة, وعمل التعديلات التصميمة والتشغيلية لعدم وصول الجسم إلى تلك السرعة.

السرعة الحرجة crucial speed لعمود التدوير تتناسب مباشرة مع قطر العمود (كلما زاد القطر زادت قيمة السرعة), تتناسب عكسي مع مربع الطول (كلما زاد الطول كلما نقصت قيمة السرعة). لهذا السبب, الاقطار تختار كبيرة بقدر الامكان والطول اقصر بقدر الامكان للإبقاء على تردد السرعة الحرجة للعمود فوق مدى سرعة القيادة. عمود التدوير اطول من 1.5 متر بين الوصلات العامة يسبب مشاكل عدم اتزان. يتم الحد من طول العمود باستخدام فارغة (صندوق تروس و/أو علبة عمود المرفق) ذات امتداد أطول, ووصلة عامة في المنتصف بجزئيين من اعمدة التدوير.

يتم تصميم عمود الإدارة فإن السرعة الحرجة المحسوبة يجب ان تكون 60% اعلى من سرعة المحرك عند اقصى قدرة.

العديد من لها دفع خلفي أو رباعية الدفع تتطلب عمود ادارة طويل بين صندوق التروس والمحور الخلفي.

                    1- في هذه الحالة يتم تقسيم المسافة ويتم إضافة كراسي تحميل للعمود عند نقطة التقسيم محملة على قاعدة مطاطية لامتصاص الاهتزازات التي قد تتنقل إلى جسم السيارة. أو يتم

                    2- مد فارغة صندوق التروس أو extended gearbox housing.

                    3- مد فارغة علبة التروس الفرقية extended differential housing.

https://en.wikipedia.org/wiki/Critical_speed Critical speed
https://en.wikipedia.org/wiki/Universal_joint Universal joint
http://mechteacher.com/universal-joint/ Universal joint
http://what-when-how.com/automobile/propeller-shaft-and-drive-shaft-automobile/ Propeller shaft and drive shaft****
http://www.free-ed.net/sweethaven/MechTech/Automotive01/AutomotiveSystems03_Files.asp?iNum=101 Drive Line Assembly
http://mechteacher.com/universal-joint/ Universal joint

http://www.buildyourownracecar.com/race-car-powertrain-basics-and-design/  ****
http://www.4crawler.com/4x4/CheapTricks/Driveline-101.shtml Drive line

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

§ المحاور Axles (نقل الحركة).

§ مجموعة ناقل الحركة والمحور Transaxle

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

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

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