مازلنا نواصل حديثنا عن اعتبارات التصميم الميكانيكي التي صنفناها إلى ثلاث أقسام رئيسية هي:
- اعتبارات التحميل والوظيفة (Loading and functionality considerations)
- اعتبارات خاصة بالتصنيع والتجميع
- اعتبارات خاصة بالمستهلك
- وبدأنا بالحديث عن اعتبارات التحميل والوظيفة وذكرنا منها مقاومة الانهيار والكسر (strength) والموثوقية (Reliability) والجساءة (Rigidity).
سنتحدث في هذه المقال عن بعض اعتبارات التصميم الميكانيكي التي تؤثر بشكل مباشر على وظيفة التصميم وقدرته على التحمل بالإضافة لأنها تؤثر أيضا على تجميعه ما باقي أجزاء الماكينة وأيضا لابد من وضعها في الاعتبار أثناء عملية التصنيع فمن الممكن أن نقول أن هذه العناصر ذات تأثير مزدوج (Double effect factors) حيث أنه لابد للمصمم أن يضعها في اعتباره مرتين الأولى عن دراسة اعتبارات التحميل والوظيفة والثانية عند تحديد اعتبارات التصنيع والتجميع.
من هذه العوامل:
1.الاحتكاك (Friction).
2.البري (Wear).
2.الاحتكاك:
ذكرنا في المقال السابق أن علم الترايبولوجي هو علم دراسة الأسطح المتفاعلة وبينها حركة نسبية وأن هذا العلم قائم على ثلاث عوامل رئيسية:
1.الاحتكاك (Friction).
2.البري (Wear).
3.التزييت أو التشحيم (Lubrication).
بفهم هذه العوامل الثلاث نستطيع تحسين اعتمادية النظام ورفع كفاءته وتطوير أداءه، لذلك سنبدأ بالحديث عنها بداية من الاحتكاك نهايةً بالبري.
الاحتكاك:
يمكن تعريف الاحتكاك على أنه القوة التي تقاوم الحركة النسبية بين سطحين متلامسين أي أن الاحتكاك عبارة عن قوة تعوق من حركة الجسم.
ونلاحظ من التعريف السابق أنه لحدوث احتكاك لابد من توفر سطحين بينهما تلامس، فلا معنى للحديث عن الاحتكاك بالنسبة لجزأ واحد، بل لابد أن تكون هناك منظومة تتكون من سطحين متلامسين وأنه لابد من توافر قوة تقوم بضغط هذين الجسمين سواء كانت هذه القوة الضاغطة عبارة عن الوزن أو ناتجة أحمال من عمل المنظومة الميكانيكية.
نلاحظ من مفهوم الاحتكاك أنه لا يشترط الحركة فمن الممكن أن يكون الاحتكاك سكوني (static friction) أو حركي dynamic friction)).
مثال:
دعنا نفترض أنك تسير في الطريق فطلب أحدهم منك مساعدته في دفع سيارته المعطلة ستلاحظ أنه في بداية دفع السيارة يكون الأمر شاق وذلك لأنها ساكنة فالقوة المبذولة لابد أن تتغلب على الاحتكاك السكوني لكن بعد حركتها يكون دفعها أسهل بكثير وذلك لأن الاحتكاك الحركي أقل من الاحتكاك السكوني.
هذا المثال السابق يمكن تطبيقه على أي منظومة ميكانيكية فالقوة التي تحتاجها الماكينة لتتحرك أول مرة أو لتحرك جزء من أجزائها تختلف عن القوة التي ستستمر بالعمل بها بعد ذلك، وعلى المصمم أن يفهم ذلك جيدا ليقوم بإنشاء نظام ذا كفاءة عالية.
توجد أنواع عديدة من الاحتكاك أشهرهم نوعين:
1.الاحتكاك الانزلاقي (Sliding friction):
وفيه تقوم الأسطح بالانزلاق على بعضها البعض
2.احتكاك الدوران( (Rolling friction:
وفيه يقوم أحد السطحين بالدوران على الآخر
في الواقع من الصعب تواجد احتكاك الدوران بمفرده، فغالبا ما يكون مصاحب بنسبة -ولو ضئيلة- من الاحتكاك الانزلاقي.
الاحتكاك ليس خاصية من خواص المادة، بل يعتمد على خواص المنظومة التي يحدث بها احتكاك هذه المنظومة تتكون من سطحي الاحتكاك سواء في وجود مزيت أم لا.
معامل الاحتكاك:
معامل الاحتكاك هو كمية عددية تستخدم للتعبير عن النسبة بين قوة الاحتكاك بين جسمين والقوة الضاغطة بينهما، وليس له وحدة قياس. ويعتمد على مادتي الجسمين. مثلا الجليد على المعدن لهما معامل احتكاك قليل أي إنهما ينزلقان على بعض بسهولة. أما المطاط على الأسفلت فلهما معامل احتكاك عالي جدا(لا ينزلقان على بعض (، عادة نرمز لمعامل الاحتكاك بالرمزµ.
إن قيمة 0 لمعامل الاحتكاك تعني انه لا يوجد احتكاك بالمرة وسينزلق الجسمان على بعضهما إلى ما لا نهاية وهذا مستحيل عملياً.
يكون معامل الاحتكاك الساكن أكبر من الحركي لأن النتوءات والفجوات الموجودة بين أسطح الأجسام المتلاصقة تتداخلان في بعضهما فتسببان مقاومة السطحين للانزلاق. ولكن إذا بدأ الجسم في الانزلاق فلن يتوفر الوقت اللازم للسطحين لكي يتلاحما.
معظم المواد الجافة مع بعضها تعطي معامل احتكاك بين 0.3 و0.6 ومن الصعب الحصول على قيمة خارج هذا المدى، وعند استخدام مزيت يقل معامل الاحتكاك بشكل ملحوظ.
بعد أن تعرفنا على مفهوم الاحتكاك، ترى كيف يتواجد في المنظومات الميكانيكية؟ وكيف يضعه المصمم في اعتباره أثناء عملية التصميم؟ وهل الاحتكاك مفيد أم لا؟ وكيف نستطيع الاستفادة منه والتغلب عليه؟
سنجيب عن هذه الأسئلة في المقال القادم بإذن الله.
