▷ ما هي الآلية؟ (الأنواع والأمثلة)

تشرح هذه المقالة ماهية الآليات وفيم يتم استخدامها. ستجد بالتالي معنى الآلية وأمثلة للآليات وما هي أنواع الآليات المختلفة.

ما هي الآلية؟

الآلية عبارة عن مجموعة من العناصر الميكانيكية التي تسمح للإنسان بأداء العمل بجهد أقل وأكثر راحة.

بتعبير أدق، الآليات هي الأجهزة التي، بفضل نظام النقل، تحول قوة أو حركة.

وبالتالي فإن وظيفة الآلية هي تسهيل عمل البشر، حيث يتم استخدام الآليات لإنتاج قوى أو حركات قد تكون صعبة للغاية أو حتى مستحيلة بدونها.

على سبيل المثال، يسمح نظام آليات السيارة بالتحرك للأمام عن طريق الضغط على دواسة الوقود وتحريك ذراع ناقل الحركة. وهكذا فإن آلية المركبة تحول العمل الذي يقوم به الإنسان إلى حركة إلى الأمام.

باختصار، الآلية عبارة عن مجموعة من أجزاء الآلة التي تحول قوة الإدخال أو الحركة إلى قوة إخراج أو حركة مرغوبة.

أمثلة على الآليات

بمجرد أن نرى تعريف الآلية، سنرى عدة أمثلة للآليات لفهم المفهوم بشكل أفضل.

آلية ربط قضيب الساعد : آلية تستخدم لتحويل الحركة الخطية إلى حركة دائرية والعكس.
آلية تابع الكامة : آلية غير قابلة للانعكاس تعمل على تحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية تذبذبية.
الآلية الدودية : آلية تستخدم لنقل الحركة الدورانية بين محورين متعامدين.
آلية الجريدة المسننة والترس : آلية قابلة للعكس تسمح لك بالتبديل من الحركة الدائرية إلى الحركة الخطية.
عجلات الاحتكاك : آلية تنقل الحركة الدورانية عن طريق الاحتكاك.
الرافعة : آلية مكونة من مجموعة من البكرات التي تتيح التعامل مع الأشياء الثقيلة بشكل مريح.
العجلة المسننة : آلية تستخدم لنقل السرعة الزاوية والطاقة بين محورين.

أنواع الآليات

آلية النقل الخطي

آليات النقل الخطي هي تلك الآليات التي تطبق الحركة الخطية، واستجابة لذلك، تولد حركة خطية أخرى. وبالتالي فإن هذا النوع من الآلية ينقل حركة مستقيمة.

على سبيل المثال، تعتبر الرافعة آلية نقل خطية لأن عملها يتكون من تحريك أحد طرفيها إلى الأسفل (حركة خطية)، وبالتالي يتحرك الذراع الآخر للرافعة مع الحمل إلى الأعلى (حركة خطية). وبالتالي فهي آلية تنقل حركة خطية.

بشكل عام، يسمح هذا النوع من الآليات بتعديل القوة المدخلة، وبالتالي السماح بممارسة قوة أكبر بكثير من القوة المطبقة. باتباع المثال السابق، يسمح لك الميزان برفع جسم ثقيل بقوة أقل مما لو كان عليك رفع الوزن بدون أداة ميكانيكية.

آلية النقل الدائري

آليات النقل الدائرية هي تلك الآليات التي لها حركة دائرية عند الإدخال والتي لها أيضًا حركة دائرية عند الإخراج. لذا فإن هذا النوع من الآليات ينقل حركة دورانية.

لذا فإن الفرق بين آلية القيادة الدائرية وآلية القيادة الخطية هو ببساطة نوع الحركة التي تنقلها. تنقل آلية النقل الدائرية الحركة الدورانية، بينما تنقل آلية النقل الخطية الحركة المستقيمة.

على سبيل المثال، نظام البكرات المرتبطة بحزام هو آلية نقل دائرية، حيث يتم نقل الحركة الدورانية لبكرة الإدخال إلى بكرة الإخراج.

هذا النوع من الآليات لديه وظيفة تعديل السرعة الزاوية، بحيث عند نقل الحركة الدائرية، يتم زيادة سرعة الدوران أو تقليلها حسب الاقتضاء.

للقيام بذلك، نلعب بقطر عجلة الإدخال وقطر عجلة الإخراج: إذا كان قطر الإدخال أكبر من قطر الإخراج، تزداد السرعة الزاوية، من ناحية أخرى، إذا كان قطر المدخل أقل من قطر المخرج، يتم تقليل السرعة الزاوية.

العجلة المسننة ذات السلسلة، والتي تسمى آلية السلسلة المسننة، هي أيضًا آلية نقل دائرية. وميزة السلاسل هي أنها أكثر كفاءة، إلا أنها أقل مرونة من الأحزمة.

وأخيرًا، تعتبر التروس أيضًا آليات نقل دائرية، حيث أنها عبارة عن عجلات مسننة تتناسب أسنانها مع بعضها البعض، وبالتالي تنتقل الحركة الدائرية من عجلة إلى أخرى.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من التروس: التروس المستقيمة التي تكون محاورها متوازية، والتروس المخروطية التي تكون محاورها متعامدة، والتروس الحلزونية التي تكون أسنانها حلزونية.

تروس الدفع

التروس شطبة

التروس حلزونية

آلية تحويل الحركة

تقوم آليات تحويل الحركة بتحويل حركة الإدخال إلى نوع آخر من الحركة، وبالتالي فإن حركة الإدخال وحركة الإخراج مختلفة.

في الأساس، تقوم هذه الأنواع من الآليات بتحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية، أو على العكس من ذلك، فإنها تحول الحركة الدائرية إلى حركة خطية.

على سبيل المثال، يتم استخدام آلية تابع الكامة لتحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية ترددية. هذا النوع من الآليات لا رجعة فيه، مما يعني أنه يسمح لك بالانتقال من الحركة الدائرية إلى الحركة الخطية، ولكن ليس العكس.

وبالمثل، يتم استخدام آلية الجريدة المسننة والترس لتحويل الحركة الأمامية إلى حركة دورانية. هذا النوع من الآليات قابل للعكس، لذا فهو يسمح لك أيضًا بتحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية.

الميزة الميكانيكية للآلية

الميزة الميكانيكية للآلية هي نسبة قوة الخرج إلى قوة الإدخال للآلية. ولذلك، فإن الميزة الميكانيكية تساوي نسبة القوة الناتجة إلى القوة المدخلة.

لذا فإن صيغة حساب الميزة الميكانيكية للآلية هي كما يلي:

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}$

يمكن أيضًا حساب الميزة الميكانيكية للآلية 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:

$VM=\cfrac{F_s}{F_e}=\cfrac{v_e}{v_s}=\cfrac{d_e}{d_s}$

ذهب:

$VM$

هي الميزة الميكانيكية.
$F_s$

هي قوة الإخراج.
$F_e$

هي قوة الإدخال.
$v_e$

هي سرعة الإدخال.
$v_s$

هي سرعة الخروج.
$d_e$

هي المسافة التي قطعها الدخول.
$d_s$

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 لتروس العجلات بنسبة عزم الإرسال.

$VM=\cfrac{M_s}{M_e}=\cfrac{\omega_e}{\omega_s}$

ذهب:

$VM$

هي الميزة الميكانيكية.
$M_s$

هو وقت الافراج.
$M_e$

هو وقت الدخول.
$\omega_e$

هي السرعة الزاوية المدخلات.
$\omega_s$

هي السرعة الزاوية للخروج.

ومن ثم يمكن استنتاج العلاقات التالية من صيغة الميزة الميكانيكية:

VM>1 : قوة الخرج أكبر من القوة المطبقة، وبالتالي تزيد الآلية من حجم القوة. ومن ناحية أخرى، فإن المسافة التي يقطعها الحمل أقل من المسافة التي يقطعها النقطة التي يتم فيها تطبيق القوة.
VM<1 : قوة الخرج أقل من القوة المطبقة، وبالتالي تقلل الآلية من قيمة القوة. ومع ذلك، نحصل على إزاحة الحمل أكبر من الإزاحة التي حدثت عند نقطة تطبيق القوة.
VM=1 : القوة الخارجة للآلية تساوي القوة المؤثرة عليها. إن إزاحات الحمل ونقطة تطبيق القوة متطابقة أيضًا. على الرغم من أن هذه الأنواع من الآليات لا توفر أي فائدة ميكانيكية، إلا أنها غالبًا ما تستخدم لممارسة القوة بشكل أكثر راحة. على سبيل المثال، تسمح البكرة البسيطة بقوة للأسفل لرفع الوزن، مما يجعل رفع الحمل أسهل.

درجات حرية الآلية

درجات حرية الآلية هي عدد السرعات المعممة اللازمة لتحديد الحالة الحركية للآلية بشكل كامل.

وبالتالي، يتم حساب عدد درجات حرية الآلية باستخدام الصيغة التالية:

$\displaystyle GL=n_s\cdot GL_s -\sum_k E_k$

ذهب:

$GL$

هو عدد درجات حرية الآلية.
$n_s$

هو عدد المواد الصلبة أو العناصر التي تشكل الآلية.
$GL_s$

هو عدد درجات الحرية لكل مادة صلبة. إذا درسنا الآلية في بعدين، فإن كل مجسم لديه 3 درجات حرية، ولكن إذا عملنا في ثلاثة أبعاد، فإن كل مجسم لديه 6 درجات حرية.
$E_k$

هو عدد القيود التي يفرضها الرابط k .