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, علبة النقل transfer case, المحاور axles, مجموعة نقل الحركة والمحور transaxle, العجل والإطارات wheel and tire)- (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).

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 ناقل الحركة والمحور Transaxle

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

العجلة The wheel:

هي اخر جزء في نظام نقل الحركة, وفيه يتم تحويل عزم الدوران المنقول angular torque من المحرك عبر نظام نقل الحركة إلى قوة دفع driving force/ tractive effort للسيارة, وكذلك يتم تحويل دوران العجل إلى سرعة خطية liner velocity للسيارة.

· تحويل عزم الدوران لقوة دفع

· تحويل السرعة الدائرية للعجلة إلى سرعة خطية للسيارة

العجل يقوم بعدة وظائف اخرى بالإضافة إلى عمله كجزء من نظام نقل الحركة منها:

· حمل وزن السيارة (جزء من نظام التعليق)

· تخميد الاهتزازات

· فرملة السيارة (جزء من نظام الفرامل)

· توجيه السيارة (جزء من نظام التوجيه)

· الاحتفاظ باتزان السيارة الناجم من القوة الجانبية عند الانعطاف

http://thecartech.com/KnowYourCar/Wheels_tires/Glossary_of_tire_terminology_B.htm Glossary of Wheels and Tires Terminology

http://www.autoguide.com/buyers-guide/common-wheel-and-tire-terminology-1061.html Common wheel and tire terminology

http://www.4wheelparts.com/tire-wheel-package-guide/tire-wheel-information-glossary.aspx Tire wheel information glossary

http://www.ebay.com/gds/The-Complete-Wheel-Glossary-of-Terms-/10000000177404796/g.html The complete wheel glossary to terms

https://www.1010tires.com/About/Glossary Tire Glossary

أنواع العجل Wheel Type:

                             يصنف العجل حسب وظيفته بالسيارة كعجلات قائدة driving wheels (تقوم بدفع أو جر السيارة), وعجلات منقادة driven wheels تدفع عن طريق محور ثابت وتدور عليه عن طريق رمان بلي.

صرة العجلة wheel hub المنقادة (أعلى) صرة العجلة القائدة (أسفل)	عجلة الدفع الأمامي (توصيلة عمود الدفع والصرة والجنط)

تصنيف المركبات Vehicle configuration:

نوع المحاور وعددها:

العجل يتصل مع محاور السيارة كالتالي: مع محاور دفع السيارة (العجلات القائدة), أو مع المحاور الثابتة فوق رمان بلي (العجلات المنقادة). عدد العجلات بسيارات الركوب يكون في العادة 4 عجلات (3 عجلات لبعض السيارات الخفيفة), ويزداد عدد العجلات بزيادة عدد المحاور (محورين tandem axle) للسيارات الثقيلة والشاحنات. تركب العجلات على المحاور كعجلة واحدة single بكل جهة من السيارة أو كعجلتين dual tires معا على نفس الجانب.

مكان المحرك ووضعيته وعجلات الدفع:

يتم دفع السيارة عن طريق العجلات القائدة driving wheels, التي تتصل بمحاور الدفع driving axles. العجلات الاخرى المنقادة driven wheels المركبة على محاور ثابتة stub axles عن طريق رمان بلي. يتم تصنيف سيارات الركوب حسب مكان المحرك والعجلات الدافعة كالتالي:

1- محرك امامي جر امامي Front engine Front wheel drive (FF) (العجل الامامي قائد, عجل خلفي منقاد)

2- محرك امامي دفع خلفي Front-engine Rear-wheel drive (FR) (العجل الامامي منقاد, العجل الخلفي قائد)

3- محرك وسطي دفع خلفي Mid-engine Rear-wheel drive (MR) (العجل الامامي منقاد, العجل الخلفي قائد)

4- محرك خلفي دفع خلفي Front-engine All-wheel drive (F4) (العجل الامامي قائد, العجل الخلفي قائد)

وتبين الإشكال التالية التصميمات حسب وضعية المحرك (محرك طولي Longitudinal engine, محرك عرضي Transverse engine)

https://en.wikipedia.org/wiki/Drive_wheel Drive wheel

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

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

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

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

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

https://en.wikipedia.org/wiki/Rear-engine,_four-wheel-drive_layout Rear-engine four-wheel-drive layout

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

                   عدد المحاور وعدد العجلات:

                   الشكل التالي يبين الانواع المختلفة للمركبات حسب عدد المحاور, وكذلك قد تصنف حسب عدد العجلات مثل: مركبة ذات 18 عجلة  18-wheeler.

مكونات العجلة:                                                                                                     

تتكون عجلة السيارة من الجنط wheel/ rim  والإطار tire

الجنط والإطار والتالي:

Rim/wheel جنط	Tire إطار	Wheel عجلة	Wheel Hub صرة العجلة	Stub axle محور طرفي	Hubcap غطاء عجلة/ جنط السيارة
Wheel speed sensor حساس سرعة العجل	Tire Valve Stem صمام نفخ العجل	Lug nuts صواميل العجل	Half axle محور العجل, نصف عمود	CV axle محور ثابت السرعة	Center cap غطاء مركزي/ الصرة

يلحق بالعجل نظام فرامل العجل wheel brake, فرامل الخدمة service brake: فرامل انفراجية/ اسطوانية drum brake, فرامل قرصية disc brake, كما يلحق بالعجل الخلفي فرامل التثبيت parking brake.

فرامل العجل Wheel brake	الفرامل القرصية Disc brake	الفرامل الانفراجية Drum brake

مصطلحات العجل Wheel

العجلة Wheel العجلة هي آلة بسيطة تتكون من جسم دائري به أعمدة قطرية أو قرص صلب, يمكنها الدوران على عمود أو محور (في العديد من التطبيقات مثل السيارات والماكينات). لجعل العجلة تدور تحتاج إلى استخدام عزم يؤثر على العجلة (عجلة قائدة), أو بدفع محور العجلة المتصلة بالأرض والعجلة تدور عليه بحرية عن طريق رمان بلي (عجلة منقادة).
https://en.wikipedia.org/wiki/Wheel
ضبط زوايا العجل Wheel alignment هي جزء من الصيانة الاساسية للسيارة التي تتضمن ضبط زوايا العجل حسب مواصفات الشركة المصنعة للسيارة. الغرض من هذا الضبط هو تقليل تآكل الإطارات, وضمان سير السيارة في خط مستقيم بدون انحراف.
https://en.wikipedia.org/wiki/Wheel_alignment https://en.wikipedia.org/wiki/Vehicle_dynamics
زوايا العجل Wheel angles زوايا العجل هي زوايا يصنعها العجل مع بعضه البعض أو مع جسم السيارة, بغرض تحسين الاداء والاتزان. هذه الزوايا هي زاوية الكامبر camber ميل العجلة حول المحور الأفقي للعجلة. زاوية التو toe ميل العجلة حول المحور الرأسي للعجلة. زاوية الكاستر  casterهي زاوية ميل محور دوران العجلة مع الرأسي. بعض تلك الزوايا ثابتة (تصنع ثابتة) لا تقبل الضبط والبعض يمكن إجراء عملية ضبط زاويا له wheel alignment. يختلف مقدار واتجاه الزوايا من سيارة إلى اخرى (يرجع لكتيب مالك السيارة). وجود الزوايا يحسن الاداء والاتزان ويقلل من تأكل الإطارات.
https://en.wikipedia.org/wiki/Camber_angle https://en.wikipedia.org/wiki/Caster_angle https://en.wikipedia.org/wiki/Toe_(automotive) http://en.intraxracing.nl/techniek/camber,-caster,-toe-intoe-out/ http://www.discounttire.com/dtcs/infoAlignment.do http://thecartech.com/KnowYourCar/Steering/wheel_alignment_files/wheel_alignment.aspx زوايا العجل http://thecartech.com/subjects/auto_eng2/Alignment_Angles_Explained.htm Alignment angle explained
اتزان العجل Wheel balancing هو يشير إلى اتزان العجلة بالنسبة للمحور الرأسي عن طريق اوزان رصاص lead weights للجنوط الصلب وتثبت عن طريق الطرق,  وعن طريق اوزان ملصوقة للجنوط الالمنيوم والسبائك. وذلك للتعويض عن التوزيع الغير متساوي out of balance للأوزان بالجنط والإطار. عدم اتزان العجل يمكن ان يؤدي إلى اهتزاز السيارة عند سرعات معينة ويؤدي إلى تأكل غير متساوي بالإطار. لعمل اتزان للعجل, تستخدم ماكينة بالحاسب تقوم بالتعرف على مقدار الاوزان المطلوب استخدامها ومكان تثبتيها بحافة الجنط . ويتم عليها عمل اتزان استاتيكي واتزان دينامكي للعجلة. هذه الاوزان تستخدم لعمل اتزان counter-balance مع النقاط الثقيلة  heavy spots بالإطار والجنط.
https://en.wikipedia.org/wiki/Tire_balance
أوزان العجل Wheel weighs هي أوزان (في الغالب رصاص, قد تكون من معادن اخرى) يتم تركيبها إلى العجلة لعمل اتزان لمجموعة لإطار والجنط. يمكن تركيب الاوزان بالجهة الداخلية أو الجهة الخارجية للعجلة ويمكن أن تشبك أو تلصق بالجنط. الجنوط الالومنيوم والمعدلة يتم ضبط اتزانها بنفس الطريقة المتبعة للجنوط الصلب, ولكن في العادة تستخدم اوزان ذات مادة لاصقة بدلا من الطرق عليها لتثبيتها.
http://www.discounttire.com/dtcs/infoTireBalancing.do
قاعدة العجل Wheelbase قاعدة العجلات تكون في العادة المسافة بين مراكز العجلات الأمامية والخلفية. في مركبات الطريق road vehicles التي بها أكثر من محورين (بعض الشاحنات), قاعدة العجلات تعرف بأنها المسافة بين محور التوجيه الأمامي ونقطة مركز مجموعة المحاور الخلفية.
https://en.wikipedia.org/wiki/Wheelbase
حساس سرعة العجل Wheel speed sensor حساس سرعة العجل أو حساس سرعة السيارة vehicle speed sensor (VSS) هو نوع من اجهزة قياس  سرعة الدوران tachometer. هو جهاز إرسال يعمل على قراءة سرعة دوران عجل السيارة. غالبا ما يتكون من حلقة مسننة ولاقط. يستخدم حساس سرعة العجل مع نظام منع غلق العجلات ABS والمرتبط مع نظام التحكم الإليكتروني في الاتزان.
https://en.wikipedia.org/wiki/Wheel_speed_sensor
العجلة القائدة Drive wheel العجلة القائدة هي عجلة بالسيارة تقوم بنقل القوة لدفع السيارة, تقوم بتحويل العزم إلى قوة دفع من الإطار إلى الطريق, مؤدية إلى حركة السيارة. نظام نقل الحركة powertrain يوفر عزم كافي إلى العجلة للتغلب على قوى الثبات, مؤديا إلى حركة السيارة للأمام أو الخلف. انواع/ انماط العجلات القائدة بالسيارات: الدفع بعجلتين two-wheel drive, اربعة في اثنين 4x2, عجلات دفع أمامي front-wheel drive (FWD) أو خلفي rear-wheel drive (RWD). دفع رباعي (أربعة في أربعة) four-wheel drive (4x4), دفع بجميع العجلات all-wheel drive (AWD).
https://en.wikipedia.org/wiki/Drive_wheel
العجلة الاحتياطي Spare wheel/tire العجلة الاحتياطي (الاستبن), هي عجلة (جنط وإطار), يحتفظ بها بالسيارة (في حيز الامتعة, أو في حيز المحرك أو تثبت بالخارج بالخلف أو اسفل السيارة), في حالة حدوث تلف للإطار flat tire ويكون هناك حاجة لاستبداله. بعض العجلات الاحتياطي تكون اقل في الحجم space- saver من العجلة الأصلية. العجلة الاحتياطي الصغيرة تختلف في القطر وتختلف في ضغط النفخ وينصح باستخدامها لمسافات قصيرة وبسرعات محدودة. بعض السيارات الحديثة استغنت عن العجلة الاحتياطي نهائيا, حيث تستخدم إطارات يمكنها السير بدون نفخ run-flat tire. أو تزويد السيارة بإطارات نفخ ذاتي  Self-inflating tire, أو الاستعاضة بوسيلة لنفخ الإطار وحبك التسريب tire inflator & sealant kit, أو ضاغط هواء صغير portable air compressor.
https://en.wikipedia.org/wiki/Spare_tire https://en.wikipedia.org/wiki/Run-flat_tire

حل وتركيب العجلة من وإلى السيارة Wheel/tire removal & installation:

                   1- قم بتوقيف السيارة على سطح مستوي

                   2- قم بتجهيز الرافعة jack, مفتاح/ عتلة فك الإطار tire iron, وكذلك العجلة الاحتياطي spare tire واخراجهم من اماكن تواجدهم بالسيارة.

في العادة مفتاح الصليبة cross wrench مناسب في عملية فك وتركيب الجنط, ولكن يستحسن قياس عزم التربيط عن طريق مفتاح عزم torque wrench

مفتاح عتلة فك الإطار tire iron

                   3- ارجع إلى كتيب مالك السيارة owner’s manual للتعرف على نقاط رفع السيارة jacking points في سياراتك. ثم ضع الرافعة في المكان المناسب.

نقاط تحميل السيارة Carjacking points	رافعة السيارة car jack	رافعة ثابتة Jack stand

                   4- في حالة وجود صرة حلية العجلة lug nut trim cap قم بحلها أما عن طريق القلاووظ أو الجذب عن مسامير العجل, يمكن الرجوع إلى كتيب مالك السيارة عند الضرورة.

                   5- في حالة وجود غطاء للجنط wheel cover قم بحلة. في معظم الحالات هناك شق في حرف الغطاء, ادخل حرف عتلة الفك ثم حل الغطاء.

غطاء صرة العجل Wheel Center Hub Trim	غطاء الجنط Wheel cover

                   6- قم بشد فرملة التثبيت/ اليد parking brake, وقم بتثبيت/ تحجير block العجل بالورب diagonally opposite wheel باستخدام مثبت العجل wheel chock أو ما شابه.

مثبت العجل Wheel chock

7- في حالة أن السيارة بها ناقل حركة ذاتي automatic transmission/transaxle ضع ذراع اختيار النقلات selector lever على وضعية التثبيت (P) or Park, في حالة وجود ناقل حركة يدوي manual transmission/transaxle بالسيارة ضع ذراع اختيار النقلات على وضع نقلة الخلف Reverse.

                   8- والإطار مازال على الأرض قم بفك تقريط ربط الصواميل فقط دون حلها.

ملاحظة: في حالة الصواميل في حالة التصاق stuck, لا تستخدم الحرارة لحلها, الحرارة قد تتلف الإطار و رمان البلي. يمكن في هذه الحالة الطرق بمطرقة ثقيلة على نهاية الصامولة والتي سوف تزيل الصدأ. ولكن استمرار عملية الدق قد تتلف اسطوانة الفرامل brake drum أو قرص الفرامل أو كراسي تحميل العجل.

http://www.wikihow.com/Loosen-Lug-Nuts

9- استخدم الرافعة وقم برفع السيارة حتى يصبح الإطار غير ملامس للأرض.

10- حل الصواميل lug nuts, ثم ارفع مجموعة العجلة والإطار من السيارة.

التركيب Install:

                   11- تأكد من ان سطح العجلة وصرة العجل, ومسامير تثبيت العجلة wheel lug studs, نظيفة وخالية من الشوائب. عدم اداء ذلك قد تصعب عملية الفك وقد تأثر على تثبيت العجل.

                   12- قم بتركيب الإطار والعجلة وقم بتربيط الصواميل باليد.

                   13- استخدم مفتاح تربيط العجل tire wrench, لتقريط تربيط tighten الصواميل, بالطريقة المبينة بالرسم.

                   14- استخدم الرافعة وقم بخفض العجلة. (في حالة استخدام رافعة ثابتة jack stand) استخدم الرافعة لرفع السيارة قليلا لرفع الرافعة الثابتة من تحت السيارة, ثم اخفض السيارة عن طريق الرافعة.

                   15- قم بربط المسامير باستخدام مفتاح ربط المسامير, واتبع الترتيب المبين بالشكل التالي لضمان التركيب بشكل صحيح للجنط مع صرة العجلة.

ملاحظة:

يجب تقريط الصواميل بشدة (حسب المواصفات) حتى لا تفك خلال العمل, ومن الأهمية, يجب تقريطهم بشكل متساوي.

تحذير warning:

لا تقم بالتقريط على الصواميل أكثر من اللازم فإن ذلك قد يؤدي إلى كسر مسامير العجل, كما أن التقريط الزائد, التقريط الغير متساوي, أو التقريط بترتيب مختلف قد يؤدي إلى اعواجاج اسطوانات الفرامل brake drums أو الاقراص rotors.

                   16- في حالة وجود غطاء الجنط أو غطاء الصرة. تأكد من صمام النفخ خارج من الفتحة المخصصة ثم قم بتثبيت الغطاء في مكانه.

                   17- قم بسحب الرافعة من تحت السيارة. ثم قم بوضع العجلة التالفة والمعدات بمكانهم بالسيارة.

                   18- قم برفع مثبت العجل من امام الإطارات وخلفها.

                   19- قم بقيادة السيارة وتأكد من إنزال فرملة اليد. قم بأخذ الإطار التالف إلى مكان الخدمة للإصلاح أو الاستبدال باسرع وقت.

مفتاح عزم Torque wrench

خدمة العجل/ الإطارات Wheel/tire service:

خدمة العجل أو خدمة الإطار تتضمن التالي:

§ تدوير العجل tire rotation

كل 10,000 كم أو مرة بعد مرة مع عملية تغيير الزيت (يرجع لكتيب مالك السيارة Owner’s manual)

https://en.wikipedia.org/wiki/Tire_rotation

§ فحص نفخ الإطار, وضبط النفخ

يحبذ اجرائه مرة كل شهر (يرجع لكتيب مالك السيارة)

https://en.wikipedia.org/wiki/Cold_inflation_pressure

§ تغيير واستبدال إطارات العجل tire replace

يتم في حالة تلف الإطار أو اكتشاف تأكل المداس/ سطح الإطار (يرجع لكتيب مالك السيارة)

http://www.wikihow.com/Know-when-Car-Tires-Need-Replacing

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