عناصر الآلات Machine elements

عناصر الات

Machine elements - Eléments des machines

عناصر الآلات

عناصر الآلات machine elements هي مركبات أجزاء الآلات، يصنع كل منها على حده من دون استخدام عمليات التجميع مثل (العمود ـ المسنن ـ الخابور)، ويدخل ضمنها بعض العقد (المجموعات) التي يتألف كل منها من عناصر عدة مترابطة بعضها ببعض (مخفضات السرعة ـ علب السرعة ـ القارنات ـ المحامل) تشكل في مجموعها وحدة واحدة تقوم بعمل محدد. وفي بعض الحالات يمكن أن يتألف عنصر الآلة من عدد من العناصر لاتوجد فيما بينها حركة نسبية (الحدافة ـ المسننات الكبيرة ـ المحامل الإنزلاقية).
إن معظم عناصر الآلات مشتركة لجميع الآلات، مما يعطي الإمكانية لدراستها منفصلة، في حين أن عناصر الآلات التي تستخدم حصراً في آلات معينة تدرس عند دراسة هذه الآلات (آلات النقل والرفع، آلات التشغيل، الآلات الزراعية، الآلات الحربية…،) ولقد صار مقرر عناصر الآلات في جميع المعاهد والجامعات التقانية واحداً من العلوم الأساسية الهندسية. يرتبط علم عناصر الآلات بصورة وثيقة بعدد من العلوم الأساسية الهندسية (الميكانيك النظري ـ الرسم الهندسي ـ نظرية الآلات ـ مقاومة المواد ـ علم المعادن ـ تكنولوجيا التصنيع ـ التشغيل الميكانيكي ـ المعالجات الحرارية ـ دينامكيك الآلات).
لمحة تاريخية
يعود ظهور عناصر الآلات إلى الماضي السحيق، فالذراع والوتد أول عناصر آلات عرفها الإنسان واستخدمها، ولعل أعظم إنجاز للإنسان هو حصوله على النار باستخدام القوس المشدود بوتر يلتف حول قضيب خشبي شاقولي، ويعد ذلك النموذج الأول لمجموعات نقل الحركة بعناصر مرنة، كما أن استخدام القوس النشاب منذ أكثر من خمسة وعشرين ألف سنة يُعدّ أول معرفة الإنسان النوابض. ولتوفير الجهد العضلي تفتق عقل الإنسان، منذ أكثر من أربعة آلاف سنة عن استخدام الدحارج الأسطوانية مستبدلاً الاحتكاك التدحرجي بالاحتكاك الإنزلاقي.
كذلك يعود استخدام المسننات والمحاور والمحامل (المضاجع) إلى العهود الغابرة عندما استخدمها أقوام شتى في المعابد والقصور والأهرامات. لقد نبّه أرسطو في كتاباته «المعضلات الميكانيكية» على استخدام اليونانيين في القرن الرابع ق.م للمضاجع المعدنية والمسننات والأذرع الدوارة والعتلات والدحارج. وفي القرن الثالث ق.م صنع أرخميدس آلة لرفع الماء مستخدماً البراغي، التي كانت على ما يبدو معروفة قبل هذا التاريخ. وشرح ليوناردو دافينشي (1452ـ 1519) في كتاباته المسننات الحلزونية ذات المحاور المتخالفة، وكذلك المضاجع الدحروجية والسلاسل المفصلية وغيرها، ويعد ليوناردو دافنشي أول باحث في مجال عناصر الآلات تناول مقاومة دوران العجلات والطارات والبكرات، وكذلك الاحتكاك في المضاجع. كما يعد يولرL.Euler ن(1707- 1783) من العلماء الذين أسهموا إسهاماً كبيراًً في تطور حساب عناصر الآلات، فقد وضع نظرية احتكاك الخيط المرن حول الطارات، وتعد أساس نظرية حساب المكابح brakesومجموعات النقل بالسيور، كما اقترح ووضع نظرية التعشيق الإفلفنتي للمسننات التي مازالت سائدة حتى اليوم.
ووضع العالم بتروف N.P.Petrov ن(1836ـ 1920) أسس نظرية التزييت الهدروديناميكي للمحامل bearings والمسننات وغيرها من العناصر التي تعمل في ظروف التزييت. ومازال تطور تصميم عناصر الآلات وحسابها يتطور بصورة دائمة ملبياً حاجة الإنسان في مختلف المجالات. ولقد أعطى ظهور الحاسوب في العصر الحديث قفزة نوعية في تطوير عناصر الآلات.
تصنيف عناصر الآلات اصطلح على تقسيم عناصر الآلات إلى مجموعات رئيسية عدة:
أـ عناصر الوصل والربط:
يقصد بعناصر الوصل تلك العناصر التي يتصل بعضها ببعض دوماً من دون انفصام إلا في الحالات الطارئة، وذلك باستخدام البرشمة أو اللحام.
1ـ البرشمة: تستخدم لوصل عناصر الإنشاءات المعدنية وصفائح المراجل والخزانات. يبين الشكل (1) بعض الأنواع الرئيسية للبراشم والوصل بالبرشمة.
2ـ اللحام: يستخدم لوصل عناصر الإنشاءات المعدنية وفي جميع مجالات بناء الآلات وتتم بطرائق مختلفة لكل منها خصائصها ومجال استخدامها. يمكن أن يتم اللحام كهربائياً (اللحام بالقوس الكهربائي، واللحام النقطي) أو بوساطة الغازات (الأكسجين، الأرغون).
يبين الشكل (2) بعض الطرق لوصل العناصر باللحام.
ويقصد بعناصر الربط، تلك العناصر التي تعمل على وصل عناصر مختلفة بعضها ببعض بشكل جاسئ، إلا أنه قابل للفك والتبديل عند اللزوم، وتستخدم لهذا الغرض البراغي والأوتاد والخوابير والمقامط والضغط.
3 ـ البراغي: تعد البراغي إحدى الطرائق القديمة الأكثر انتشاراً لربط العناصر. يميز أنواع مختلفة من جانبية أسنان البراغي (ثلاثية الزوايا، قائمة الزوايا، شبه منحرفة الزوايا، مستديرة)، كما تميز براغي ذات باب واحد أو بابين أو ثلاثة أبواب، فلكل نوع من البراغي خصائصه ومجال استخدامه.
يبين الشكل (3) بعض طرائق الربط بالبراغي.
4ـ الربط بالأوتاد: يشبه الربط بالبراغي ويستخدم في حالات خاصة.
يبين الشكل (4) بعض أنواع الربط بالأوتاد.
5ـ الربط بالخوابير: (الشكل 5)، والأعمدة المخددة (الشكل 6). يستخدم الربط بالخوابير والأعمدة المخددة لتثبيت العناصر ( مسننات، قارنات، أسطوانات) على الأعمدة والمحاور.
6ـ الربط بوساطة المقامط: يستخدم لتثبيت العناصر على الأعمدة والمحاور (الشكل 7) .
7ـ الربط بوساطة الضغط: يستخدم لربط العناصر الأسطوانية بعضها ببعض بوساطة الإجهاد المتولد من الضغط (الشكل 8 ).
ب ـ المجموعات الميكانيكية لنقل الحركة:
تستخدم المجموعات الميكانيكية لنقل الحركة الدورانية بين الأعمدة وفقاً لتوضع الأعمدة ولطبيعة العمل وشروط الاستثمار، تستخدم مجموعات مختلفة لنقل الحركة.
1ـ عناصر الآلات لمجموعات النقل بالسيور:
تنقل الحركة بوساطة قوى الاحتكاك الناشئة بين الطارات والسير المشدود سابقاً على الطارات، يميز أنواع عدة من السيور (البسيطة، الوتدية، المسلحة).
2ـ عناصر الآلات لمجموعات النقل بالاحتكاك:
يعتمد مبدأ نقل الحركة على الاستفادة من قوى الاحتكاك التي تنشأ في مكان تماس العناصر الدوارة نتيجةً لتطبيق قوة ضاغطة عليها.
3ـ عناصر الآلات لمجموعات النقل بالمسننات:
تتألف مجموعات النقل بالمسننات من مسننات تثبت على الأعمدة أو المحاور بوساطة الخوابير أو الأعمدة المخددة، تستند إلى محامل مناسبة، ويمكن أن تكون هذه المجموعات مغلقة أو مفتوحة. يعتمد مبدأ النقل بالمسننات على تعشيق أسنان المسننات بحيث تحقق نسبة نقل معينة.
يبين الشكل (9) مجموعات النقل بمسننات ذات أسنان مستقيمة لنقل الحركة بين المحاور المتوازية (الشكل 9ـ أ). ومجموعات النقل بوساطة مسننات ذات أسنان مائلة (الشكل 9 ـ ب). لنقل الحركة بين الأعمدة المتقاطعة تستخدم المسننات المخروطية ذات الأسنان المستقيمة (الشكل10ـ أ) أو ذات الأسنان الدائرية كما في الشكل (10ـ ب).
4 ـ عناصر الآلات لمجموعات نقل الحركة بالسلاسل:
يعتمد مبدأ النقل بالسلاسل على تعشيق المسننات النجمية مع السلاسل، وهي تتميز بإمكانية نقل قوى أكبر من التي يمكن نقلها بوساطة السيور، يبين الشكل (11) مجموعة النقل بالسلاسل والتي تتألف من مسننات نجمية، وسلسلة تصل بينهما، علماً بأنه توجد أنواع عدة من السلاسل المستخدمة.
5 ـ مجموعة البرغي والعزقة:
تستخدم لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة انتقالية، يلزم تحقيق قوة كبيرة (المرفاع ـ الشكل 12ـ المكبس… الخ). كما تستخدم في ميكنزمات آلات التشغيل وميكنزمات التوضع والتغير. ج ـ الأعمدة، المحامل (المضاجع)، القارنات، النوابض، الهياكل:
تعد هذه العناصر أساسية إذ لاتكاد تخلو آلة من الآلات منها (باستثناء النوابض التي توجد في بعض الآلات).
1ـ الأعمدة والمحاور: تتوضع على الأعمدة والمحاور مختلف أنواع العناصر الدوارة (المسننات، الطارات، الأسطوانات، البكرات،…)، ويبين الشكل (13) أنواعاً مختلفة لبعض الأعمدة والمحاور. 2ـ المحامل (المضاجع):
تستخدم المحامل مساند للأعمدة والمحاور الدوارة، إذ تتلقى الحمولات القطرية والمحورية وتنقلها إلى هيكل الآلة. ويبين الشكل (14) بعض أنواع المضاجع الانزلاقية، كما يبين الشكل (15) بعض أنواع المضاجع التدحرجية. 3ـ القارنات:
تستخدم القارنات لوصل نهايات الأعمدة، القضبان، الأنابيب، الكوابل الكهربائية، كما تستخدم كأجهزة حماية. وتأخذ أشكالاً متعددة منها: قارنة وصل علبية، قارنة تصالبية، قارنة مرنة، قارنة قرصية احتكاكية، قارنة الحركة باتجاه واحد. ويبين الشكل (16) بعض أنواعها. 4 ـ النوابض:
تعد النوابض إحدى أهم عناصر الآلات المستخدمة على نطاق واسع في الآلات والتجهيزات محققة قوة ضغط مناسبة أو مختزنة للطاقة، أو عازلة للاهتزازات، أو لتأمين شوط الرجوع. يختلف تصميم النوابض بعضها عن بعض اختلافاً كبيراً وذلك وفق الهدف من استخدامها. ويبين الشكل (17) نوابض حلزونية تعمل على الشد، والشكل (18) نوابض تعمل على الضغط، بينما الشكل (19) يبين نوابض تعمل على الفتل، وفي الشكل (20) تظهر نوابض صفائحية، في حين أن النوابض ذات الاستخدامات الخاصة مبينة في الشكل (21). 5 ـ الدعائم والهياكل والأطر:
يبين الشكل (22) بعض أنواع الدعائم والهياكل والأطر التي تتوضع ضمنها عناصر الآلات، أو تستند إليها. 6ـ عناصر الآلات المساعدة:
تنتمي إلى عناصر الآلات المساعدة تلك العناصر التي تستخدم في أنظمة التزييت وأنظمة التحكم والتوجيه وغيرها.
ـ حساب عناصر الآلات:
يمكن أن تحسب عناصر الآلات على الضغط، الشد، الفتل، الانحناء، الاستقرار…، وذلك وفقاً للقوى التي تتعرض لها، ووفقاً للحاجة إلى ذلك مع مراعاة طبيعة المواد والمعالجات وشروط الاستثمار.
رشيد شربجي