نظام ميكانيكي

تشرح هذه المقالة ما هي الأنظمة الميكانيكية. لذا، ستجد معنى النظام الميكانيكي، وأمثلة على الأنظمة الميكانيكية وما هي الأنواع المختلفة للأنظمة الميكانيكية.

ما هو النظام الميكانيكي؟

النظام الميكانيكي عبارة عن مجموعة من العناصر الميكانيكية التي تعمل بطريقة منسقة لتحويل أو نقل الحركة أو القوة.

وبعبارة أخرى، يعمل النظام الميكانيكي على زيادة الحركة أو تقليلها أو زيادة القوة أو تقليلها. ولذلك فإن الأنظمة الميكانيكية مفيدة جدًا للإنسان، لأنها تتيح لنا ممارسة قوة كبيرة أو توليد حركة تتطلب الكثير من القوة بطريقة مريحة.

من خصائص الأنظمة الميكانيكية أنه يمكن دمجها بسهولة مع أنواع أخرى من الأنظمة. على سبيل المثال، عادةً ما يتم توصيل النظام الميكانيكي بنظام كهربائي لإنتاج حركة المحرك الكهربائي.

تتكون الأنظمة الميكانيكية من أجزاء صلبة مختلفة. وهكذا يتحرك كل جزء تحت تأثير قوة، بحيث تجتمع جميع الأجزاء لتجعل النظام الميكانيكي يؤدي وظيفة محددة.

أمثلة على الأنظمة الميكانيكية

بمجرد أن رأينا تعريف النظام الميكانيكي، ترد أدناه عدة أمثلة للأنظمة الميكانيكية لفهم المفهوم بشكل أفضل.

• نظام ربط ذراع التدوير : نظام ميكانيكي يستخدم لتحويل الحركة الخطية إلى حركة دائرية والعكس.
• نظام Cam-Follower : نظام ميكانيكي يحول الحركة الدورانية إلى حركة خطية متذبذبة.
• النظام اللولبي الدودي : نظام ميكانيكي يستخدم لنقل الحركة الدورانية بين محورين متعامدين.
• نظام الجريدة المسننة والترس : نظام ميكانيكي قابل للعكس يسمح لك بالتبديل من الحركة الدائرية إلى الحركة الخطية.
• نظام التروس : نظام ميكانيكي يستخدم لنقل الحركة الدائرية من ترس إلى ترس آخر.
• نظام البكرة : نظام ميكانيكي يتكون من مجموعة من البكرات التي تتحد بشكل فعال بحيث تكون القوة اللازمة لرفع الحمولة أقل.

أجزاء من النظام الميكانيكي

يتكون النظام الميكانيكي من الأجزاء أو العناصر التالية:

• كتلة القيادة (أو كتلة الإدخال) : هي جزء النظام الميكانيكي الذي يستقبل القوة الدافعة وبالتالي يبدأ حركة النظام بأكمله. عادة، يتم توصيل هذا المكون من النظام الميكانيكي بمحرك كهربائي، بحيث يوفر المحرك الحركة الأولية للنظام الميكانيكي.
• كتلة المرسل : هذا هو الجزء من النظام الميكانيكي الذي يستقبل حركة كتلة المحرك ويحولها. وبالمثل، فهو مسؤول عن نقل الحركة إلى كتلة الإخراج.
• كتلة الاستقبال (أو كتلة الإخراج) : هي جزء النظام الميكانيكي الذي يستقبل الحركة والقوة من كتلة الإرسال ويكون مسؤولاً عن تطبيق العمل الميكانيكي الناتج. ولذلك فإن هذا المكون أو مجموعة العناصر تؤدي الوظيفة الرئيسية للنظام الميكانيكي.

وإذا قمنا بتحليل مثال النظام الميكانيكي للدراجة، فإن الدواسات هي الوحدة الحركية التي تستقبل القوة التي تمارسها الأرجل. وبعد ذلك، تنقل الدواسات الحركة الدورانية إلى آلية الدراجة، وهي كتلة ناقل الحركة. وأخيرًا، تعمل الآلية على زيادة قيمة القوة وتنقلها إلى العجلات، وهي كتلة الإخراج، وبالتالي تتحرك الدراجة إلى الأمام.

أنواع الأنظمة الميكانيكية

يمكن تصنيف الأنظمة الميكانيكية إلى الأنواع التالية حسب وظيفتها:

• نظام النقل الخطي الميكانيكي – نوع من النظام الميكانيكي الذي ينقل الحركة الخطية. عادة، يتم استخدام هذه الأنواع من الأنظمة الميكانيكية لزيادة أو تقليل قوة الإدخال.
• النظام الميكانيكي لناقل الحركة الدائري : نوع النظام الميكانيكي الذي ينقل الحركة الدائرية. تُستخدم هذه الأنظمة الميكانيكية لزيادة أو تقليل سرعة دوران العمود.
• نظام تحويل الحركة الميكانيكية : نوع من النظام الميكانيكي الذي يحول حركة الإدخال إلى نوع آخر من الحركة. تعتبر هذه الأنواع من الأنظمة الميكانيكية مفيدة جدًا لأنها تتيح لك التبديل من الحركة الدائرية إلى الحركة الخطية أو العكس.

الميزة الميكانيكية للنظام الميكانيكي

الميزة الميكانيكية هي قياس يشير إلى العامل الذي تتضاعف به القوة المطبقة على النظام الميكانيكي. بمعنى آخر، الميزة الميكانيكية هي معلمة مميزة للنظام الميكانيكي الذي يعبر عن درجة تضخيم القوة باستخدام النظام المذكور.

صيغة حساب الميزة الميكانيكية للنظام الميكانيكي هي:

يمكن أيضًا حساب الميزة الميكانيكية للنظام الميكانيكي عن طريق قسمة سرعة القوة المطبقة على السرعة التي يتحرك بها الحمل. وبالمثل، فإن هذا التعبير يعادل أيضًا إزاحة نقطة القوة المطبقة مقسومة على إزاحة الحمل:

ذهب:

• 

  هي الميزة الميكانيكية.

• 

  هي قوة الإخراج.

• 

  هي قوة الإدخال.

• 

  هي سرعة الإدخال.

• 

  هي سرعة الخروج.

• 

  هي المسافة التي قطعها الدخول.

• 

  هي المسافة التي يقطعها الإخراج.

من ناحية أخرى، إذا أردنا نقل لحظة بدلاً من القوة، يتم حساب الميزة الميكانيكية عن طريق قسمة لحظة الإخراج على لحظة الإدخال. على سبيل المثال، يتم قياس الميزة الميكانيكية لأنظمة التروس بنسبة عزم الإرسال.

ذهب:

• 

  هي الميزة الميكانيكية.

• 

  هو وقت الافراج.

• 

  هو وقت الدخول.

• 

  هي السرعة الزاوية المدخلات.

• 

  هي السرعة الزاوية للخروج.

ومن ثم يمكن استنتاج العلاقات التالية من صيغة الميزة الميكانيكية:

• VM>1 : القوة الناتجة أكبر من القوة المطبقة، وبالتالي فإن النظام الميكانيكي يزيد من حجم القوة. ومن ناحية أخرى، فإن المسافة التي يقطعها الحمل أقل من المسافة التي يقطعها النقطة التي يتم فيها تطبيق القوة.
• VM<1 : القوة الخارجة أقل من القوة المطبقة، وبالتالي فإن النظام الميكانيكي يقلل من قيمة القوة. ومع ذلك، فإننا نحصل على إزاحة حمل أكبر من الإزاحة التي حدثت عند نقطة تطبيق القوة.
• VM=1 : القوة الخارجة للنظام الميكانيكي تساوي القوة المؤثرة عليه. إن إزاحات الحمل ونقطة تطبيق القوة متطابقة أيضًا. على الرغم من أن هذه الأنواع من الأنظمة الميكانيكية لا توفر أي فائدة ميكانيكية، إلا أنها غالبًا ما تستخدم لممارسة القوة بشكل أكثر راحة.