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, مجموعة ناقل الحركة والمحور transaxle)- (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 / صندوق التروس Gearbox- (نقل العزم والحركة "مباشر, أو تكبير أو تقليل العزم على حساب السرعة" من القابض إلى محور العجل).

· ناقل الحركة الذاتي Automatic Transmission

§ عمود الإدارة Propeller shaft

§ علبة التروس الفرقية Differential/ الدفرنس

§ صندوق التروس الإضافي/ صندوق الغرز (علبة التحويل) Transfer case

§ المحاور Axles

§ مجموعة نقل الحركة والمحور Transaxle

هي تجميع لناقل الحركة transmission والدفرنس  differential في وحدة واحدة  بالسيارة تتصل مباشرة مع محاور العجلات القائدة drive axle. هنا يمكن القول بأن معظم السيارات التي بها عجلات الدفع والمحرك في نفس المنطقة (الأمام أو الخلف) تستخدم مجموعة نقل الحركة والمحور.

معظم مجموعة نقل الحركة والمحور مصممة في الغالب للمحركات العرضية. حيث يتم فيها ربط مجموعة نقل الحركة والمحور مع خلفية المحرك. وبذلك تكون وحدة واحدة (المحرك+ المجموعة) لتوليد ونقل القدرة. يتم في هذه الوحدة توليد عزم المحرك ومنه ينقل إلى ناقل الحركة للمجموعة ومنها ينقل إلى الدفرنس ومنها إلى المحاور لإدارة ودفع العجلات.

مجموعة نقل الحركة والمحور Transaxles:

في مجال السيارات, مجموعة نقل الحركة والمحور هي عنصر هام يجمع بين ناقل الحركة transmission والتروس الفرقية differential والمكونات المرتبطة بالمحور axle القائد في وحدة متكاملة واحدة. مجموعة نقل الحركة والمحور مستخدمة تقريبا في معظم السيارات التي بها المحرك والعجلات القائدة بنفس النهاية: محرك امامي ودفع امامي front-engine, front-wheel drive layout, محرك خلفي ودفع خلفي rear-engine, rear-wheel drive layout, محرك وسطي ودفع خلفي rear mid-engine, rear-wheel drive layout.

العديد من سيارات المحركات الوسطية والخلفية mid and rear-engined تستخدم محرك عرضي transverse engine ومجموعة نقل حركة ومحور مشابه لوحدة الجر الأمامي. البعض الاخر من السيارات يستخدم محرك طولي longitudinal engine مع مجموعة نقل الحركة والمحور مثل سيارة فيراري Ferrari لسنة 1989 موديل تي  Mondial t الذي تستخدم تركيبة حرف تي T مع المحرك الطولي المتصل بمجموعة نقل الحركة والمحور العرضية transverse transaxle. كذلك سيارات أودي Audis وفولكس واجن ذات الدفع الامامي تستخدم تركيبة مشابهه, ولكنها تستخدم مجموعة نقل الحركة والمحور الطولية longitudinal transaxle.

تتميز مجموعة نقل الحركة والمحور عن النظام التقليدي المتكون من ناقل للحركة ودفرنس منفصلين بالتالي:

· تحسين الكفاءة وتقليل وزن نظام نقل الحركة

· زيادة قوة التلاصق على الاراضي الزلقة عن طريق تركيز الوزن على محور العجلات القائدة/ الدافعة

· زيادة حيز منطقة الركاب (لا يوجد مرتفع بمنتصف أرضية السيارة, لعمود إدارة مثل الموجود بسيارات الدفع الخلفي)

· تحسين الركوب (حيث ان الوزن الغير معلق unsprung weight صغير- الوزن الذي يجب ان يتحرك تحت تأثير التعليق)

· أقل ضوضاء

· تحسين السلامة (عن طريق زيادة الكتلة بمقدمة السيارة)

تصنيف مجموعة نقل الحركة والمحور كالتالي:

· حسب مكان وضعيتها بالسيارة: أمامية (موجودة بالمحور الامامي) front transaxle, أو خلفية (موجودة بالمحور الخلفي) rear transaxle

· حسب اتجاه وضعيتها بالسيارة: طولية (موازية لمحور/ خط منتصف السيارة الطولي) longitudinal transaxle, أو عرضية (عمودية على محور السيارة) transvers transalxe

· حسب نوع صندوق التروس المتواجد بها: طريقة نقل السرعة (اختيار النقلات) يدويا manual transaxle, أو ذاتيا automatic transaxle

· حسب نوع توصيل الحركة من صندوق التروس للدفرنس: جنزير chain, أو مجموعة تروس مخروطية pinion and crown gears, أو تروس مائلة spur gear set.

مجموعة نقل الحركة والمحور للمحرك الأمامي, والدفع الخلفي Front-engine, rear-wheel drive transaxles:

السيارات ذات المحرك الامامي والدفع الخلفي front-engine, rear-wheel drive لها ناقل حركة موجود مباشرة بعد المحرك, ولكن في بعض السيارات المحرك الأمامي يقوم بتشغيل مجموعة نقل الحركة والمحور المركبة بالخلف. هذا يتم بسبب الرغبة في عمل توزيع احسن للوزن على المحاور, وهو شائع الاستخدام في السيارات الرياضية sports cars. ميزة اخرى في تلك التركيبة layout ان عمود الدفع driveshaft يدور بسرعة المحرك وعليه فإنه يتحمل فقط عزم المحرك, بدلا من مضاعفة هذا العزم عن طريق النقلة الأولى, ولذا يحتاج إلى عمود ذو ابعاد اصغر ووزن أقل. كما أن هذه الوضعية لصندوق التروس لا تناسب المحور الحي Live axle (بسبب زيادة الحمل الغير معلق unsprung weight), ولذا في هذا التصميم يكون التعليق الخلفي rear suspension أما تعليق مستقل independent أو يستخدم انبوبة دي ديون de Dion tube.

مجموعة نقل الحركة والمحور للمحرك الخلفي, والدفع الخلفي Rear-engine, rear-wheel drive transaxles:

سيارات فولكس واجن Volkswagen و بورشا Porsche الحديثة تستخدم على نطاق واسع مجموعة نقل الحركة والمحور في سياراتهم ذات المحرك الخلفي والوسطي.

الدفع الرباعي Four-wheel drive:

في جميع سيارات أودي Audi ذات المحرك الطولي longitudinal engines, وسيارات الدفع الرباعي (4WD). تركب المجموعة (طوليا) مباشرة بعد المحرك الأمامي front-mounted engine وتتضمن صندوق التروس الذي قد يكون (يدوي manual, أو ذاتي automatic, أو ذو نقل مباشر Direct-shift gearbox (DSG), أو دائم تغير النقل continuously variable transmission (CVT)), وذلك مع دفرنس وسطي center differential ودفرنس أمامي front differential ووحدة دفع خلفية final drive unit.

مجموعة نقل الحركة والمحور (الذاتي) Automatic transaxle	مجموعة نقل الحركة والمحور الكهربائية Electric transaxle للشاحنات الثقيلة

http://thecartech.com/subjects/auto_eng/Transaxles.htm Transaxles

https://en.wiktionary.org/wiki/transaxle Transaxle

http://www.crankshift.com/transaxle/ Transaxle
www.cengage.com/resource_uploads/downloads/1111128618_277002.ppt Front-Wheel-Drive (Transaxle and CV Joint) Fundamentals
http://arrc.ebscohost.com/ebsco_static/repair-tips/8852CH20_TRANSAXLES.htm Transaxles

مكونات واجزاء المجموعة:

صندوق تروس بدون النقلة المباشرة All-indirect gearbox:

مجموعة نقل الحركة والمحور تستخدم صندوق التروس بالعمود المناول ذو المرحلتين  في كلا من حالات المحرك العرضي والطولي للمحرك الأمامي والدفع الأمامي longitudinal- and transverse-engined front-wheel drive case. ولكن هناك العديد المحركات بالحالة الأولى (المحرك العرضي) غالبا ما تستخدم مرحلة واحدة صندوق تروس غير مباشر all-indirect gearbox. الذي لا يكون به نقلة مباشرة 1:1.

مع زيادة شعبية سيارات الجر الأمامي front-wheel drive, أصبح صندوق التروس بدون المباشر all-indirect gearbox هو السائد (للمحركات الطولية والعرضية لمحركات الدفع الأمامي). هو صندوق تروس ذو عمودين two- shaft gearbox (عمود دخل وعمود خرج) حيث يتم النقل من خلال اثنين من التروس فقط لكل نسبة, ترس بعمود الدخل وترس بعمود الخرج. وذلك (بدلا من الصندوق العادي ذو ثلاث أعمدة (عمود دخل, وعمود مناول/ غير فعال, وعمود خرج), الذي هو صندوق تروس ذو مرحلتين بعمود مناول layshaft two-stage gearbox). وهو يستخدم لكلا من المحركات العرضية transverse engine layouts, حيث أن الازاحة بين العمودين هي أكثر ملائمة عن الترتيب الخطي in-line لصندوق التروس ذو عمود المناولة layshaft gearbox. على الرغم من عدم وجود النقلة المباشرة التي لها 0% فقد في القدرة عند السير بها عند السرعة العالية, فإن استخدام الوحدة يعوض تلك الخسارة في نسب التخفيض الأخرى فبدلا من فقد 4% فإنه يفقد فقط 2%. كذلك الضوضاء الناجمة من التشغيل في ذلك التصميم تكون أقل.

مجموعة ناقل الحركة والمحور للمحركات الطولية صندوق تروس مرحلة واحدة (بدون عمود مناولة)	مجموعة ناقل الحركة والمحور للمحركات العرضية صندوق تروس مرحلة واحدة (بدون عمود مناولة)	مجموعة نقل الحركة والمحور (الذاتي) Automatic transaxle, تدار بجنزير chain

مجموعة نقل الحركة والمحور اليدوية Manual transaxle:

تستخدم المجموعة القابض وناقل الحركة التقليدي. يستخدم بدال قابض يتحكم في وصل وفصل المحرك عن مجموعة نقل الحركة والمحور عند التعشيق. كما يستخدم ذراع نقل يدوي لعمل التعشيقات المطلوبة. الاجزاء الاساسية بالمجموعة تكون في معظم التصميمات كالنحو التالي:

· عمود دخل input/main shaft-  به مراود splines متصل بقرص القابض clutch ويعمل إلى دوران التروس بمجموعة نقل الحركة والمحور

· تروس الدخل input gears- تكون مثبتة أو تدور بحرية على عمود الدخل وتعشق مع تروس الخرج

· تروس الخرج output gears- تكون مثبتة أو تدور بحرية على عمود الخرج output/pinion shaft بواسطة تروس الدخل, ويتصل عمود الخرج بالدفرنس عن طريق تروس gear (مخروطية, أو مائلة) أو عن طريق جنزير sprocket chain and بالدفرنس

· وحدات تعشيق متزامن synchronizers- ذات صرة بمراود والتي يمكنها تثبيت التروس حرة الدوران على اعمدتها لعمل التعشيق

· دفرنس differential- يقوم بنقل عزم ناقل الحركة/ صندوق التروس إلى محوري الدفع (انصاف الاعمدة الايمن والايسر) بسرعات مختلفة عند الدوران. الترس الحلقي يتصل بعلبة الدفرنس differential case. علبة الدفرنس بها التروس العنكبوتية spider gears (تروس البنيون وتروس المحاور)

· رلمان بلي bearings- لدعم دوران المحاور

· مسامير ربط bolts

· جوانات وحوابك oil seals and gaskets

· سائل مجموعة نقل الحركة والمحور transaxle fluids

· فارغة case- تصنع في العادة من الالومنيوم وتحتوي على اجزاء مجموعة نقل الحركة والمحور

· محاور CV axles ذو وصلتين ثبات السرعة CV joints بطرفيه - لهما غلاف واقي مطاطي (به شحم) وتتصل المحاور بالتروس الجانبية للدفرنس differential side gears في طرف وبالعجل القائد للسيارة بالطرف الاخر

مجموعة نقل الحركة والمحور الذاتية Automatic transaxle:

الذي هو عبارة عن تجميع لناقل الحركة الذاتي والمحاور في وحدة واحدة. الاجزاء الرئيسية لمجموعة نقل الحركة والمحور الذاتية تكون في الغالب كالتالي:

· محول العزم torque converter- يعمل بوصل وفصل لعمود خرج المحرك وعمود الدخل لناقل الحركة

· مضخة زيت oil pump- تعمل على توفير الضغط الهيدروليكي لتشغيل, وتزييت, وتبريد مجموعة نقل الحركة والمحور الذاتية

· جسم الصمامات valve body- يتحكم في انسياب السائل إلى المكابس والسيرفو, وبها مجموعة من الصمامات الهيدروليكية

· مجموعة القوابض وسيور الفرامل clutch and bands- لتشغيل مجموعة التروس الكوكبية

· مجموعة التروس الكوكبية planetary gear stets- توفر نقلات ذات نسب تخفيض امامية مختلفة ونقلة خلفية

· الدفرنس differential- نقل القدرة من ناقل الحركة إلى المحاور

بالإضافة إلى كراسي التحميل والحوابك والجوانات ومسامير التربيط وسائل تزييت المجموعة, الموجودة داخل فرغة واحدة من الالومنيوم.

وضعية المجموعة Transaxle orientation:

وضعية مجموعة نقل الحركة والمحور يمكن ان تكون طولية أو عرضية. الوضعية العرضية تستخدم بالمحركات العرضية في معظم سيارات الدفع الأمامي الحديثة, التي تضع كل مجموعة نقل الحركة والعجلات الدافعة بمقدمة السيارة.

سيارات الدفع الخلفي ذات مجموعة نقل الحركة والمحور التي بها أما محرك وسطي أو محرك خلفي تستخدم مجموعة نقل الحركة والمحور العرضية. التكوين العام للمجموعة ذات المحرك الخلفي, تكون مشابه لدرجة كبيرة لتصميم المحرك بالأمام مع مجموعة نقل الحركة والمحور.

في سيارات الدفع الثنائي two-wheel-drive vehicles  والتي بها  المحرك والعجلات القائدة بنفس النهاية للسيارة (محرك امامي دفع امامي, محرك خلفي دفع خلفي, محرك وسطي دفع خلفي) عادة ما تستخدم مجموعة نقل الحركة والمحور, ويضاف إلى ذلك بعض من السيارات ذات المحرك الأمامي والدفع الخلفي والتي تستخدم فيها مجموعة نقل الحركة والمحور, حيث يستفيد من التوزيع الانسب للأوزان على المحاور ويستخدم عمود إدارة drive axle ذو ابعاد اقل حيث انه يقوم فقط بنقل عزم المحرك بدون تكبير.

http://www.carid.com/articles/transaxle-vs-transmission.html Transaxle vs transmission

خدمة مجموعة نقل الحركة والمحور Service the transaxle:

تتعرض المجموعة إلى العديد من المشاكل خلال عمرها التشغيلي, والتي يجب أن تأخذ في الحسبان كمصدر لتلف المجموعة:

· حرق سائل النقل

· انزلاق القابض

· ضوضاء نقل الحركة (خاصة في وضع الحياد)

· اهتزاز زائد عند القيام بالنقلات

· ضوضاء عالية عند بدأ الحركة من التوقف الكامل

كما يجب فحص سائل النقل بشكل دوري منتظم, والكشف على المجموعة في أول بادرة للمشاكل.

http://www.napaautocare.com/preventive-maintenance/axles.aspx Axles Repair & Maintenance

وصلة السرعة الثابتة (الكوبلن) Constant-velocity joint:

وصلة السرعة الثابتة والتي يطلق عليها اختصارا CV joint تسمح لعمود الدفع drive shaft المتصل بالعجل بنقل القدرة خلال زوايا مختلفة, وبسرعة دوران ثابتة, بدون زيادة في الاحتكاك أو الخلوص. هي وصلة مفصلية مرنة تقوم بتوصيل القدرة من مجموعة نقل الحركة والمحور أو الدفرنس إلى نصفي عمود محور السرعة الثابتة CV axle half shafts ومنها إلى العجل.

الوصلة تستخدم بشكل رئيسي في سيارات الدفع الأمامي front wheel drive, وبعض السيارات الحديثة لسيارات الدفع الخلفي rear wheel drive, مع استخدام لتعليق مستقل independent rear suspension. الوصلات ثابتة السرعة تستخدم كذلك بنهايات المحور الخلفي انصاف الاعمدة halfshafts. بالإضافة إلى استخدامهم في بعض اعمدة الإدارة propshafts. سيارات الدفع الامامي لها محورين ثابتي السرعة بالمقدمة, سيارات الدفع الخلفي ذات التعليق الخلفي المستقل لها محورين ثابتي السرعة بالخلف, وسيارات الدفع بجميع العجلات AWD لها أربع محاور ثابتي السرعة متصلة بالعجلات القائدة.

وصلات السرعة الثابتة محمية بواسطة غطاء مطاطي واقي rubber boot من الاتربة والتلوث, غالبا ما تكون ممتلئة بشحم molybdenum disulfide. وجود الشقوق أو القطوع في الغطاء الواقي يؤدي إلى التلوث, والذي يعمل على التأكل السريع للوصلة.

بالإضافة إلى توفير سرعة ثابتة. هذه الوصلات تعمل بزاوية مضاعفة تقريبا (40- 45^o) لوصلة هوك (universal “U” joint) Hooke’s joint.

الأعراض التي تدل على حاجة الوصلة للتغيير في حالة ظهور أي منها عند قيادة السيارة؛

· صوت طنين أو طقطقة تأتي من السيارة عند التسارع أو التباطء مع تحميل المحرك

· صوت طقطقة عند الدوران/ الانعطاف بالسيارة

· صوت طقطقة عند أخذ مسار حرف U-turn

· الشعور باهتزازات ملحوظة داخل الكابينة عند التعجيل

· شم رائحة حريق (قد تكون بسبب تسريب شحم الوصلة على انبوب العادم أو أجزاء فرامل العجل)

· رؤية اثار تلف او تشقق أو قطع بالغطاء الواقي للوصلة (يمكن ملاحظة ذلك عند فحص بالنظر)

https://en.wikipedia.org/wiki/Constant-velocity_joint  Constant-velocity (CV) joint

http://www.firestonecompleteautocare.com/repair/drivetrain/cv-joints/ DRIVETRAIN REPAIR SERVICES

http://www.aa1car.com/library/2004/bf100434.htm CV Joint Repair & CV Joints Boot Repair

http://www.popularmechanics.com/cars/how-to/a290/1715877/ Replacing Front-Drive Axles

http://www.cengage.com/Fresource_uploads/downloads/1111128618_277003.ppt Front-Wheel-Drive (Transaxle and CV Joint) Service  

http://www.1aauto.com/axles-and-axleshafts/c/84?gclid=Cj0KEQjwx96-BRDyzY3GqcqZgcgBEiQANHd-nlzPOcAWTLzljS7YcRX1f_G-hvQiyUjmyZnmbhb8p-oaAvF68P8HAQ  Axles and CV-Shafts

§ 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