مقدمة:
تعرفنا في المقال السابق على الاحتكاك الذي يعتبر من أهم العوامل التي يجب أن يضعها مهندس التصميم الميكانيكي في اعتباره وأنهينا المقال بهذه الأسئلة:
كيف يتواجد الاحتكاك في المنظومات الميكانيكية؟
هل الاحتكاك مفيد أم لا؟
وكيف يضعه المصمم في اعتباره أثناء عملية التصميم؟
وكيف نستطيع الاستفادة منه والتغلب عليه؟
في الأسطر القادمة سنجيب – بتوفيق من الله – على هذه الأسئلة ثم نتحدث بعد ذلك نتائج هذا الاحتكاك التي تظهر في صورة ما يسمى بالبري wearوكيف يؤدي هذا البري إلى حدوث فشل في التصميم حتى دون حدوث كسر به فيصبح التصميم غير قادر على أداء وظيفته بكفاءة نظراً لتغير أبعاده الأصلية.
كيف يتواجد الاحتكاك في المنظومات الميكانيكية؟
أي جزأين متلامسين يكون بينهم احتكام سواء كانت هناك حركة أم لا ولذلك يوجد نوعين من الاحتكاك، احتكاك سكوني واحتكاك حركي كما بينا في المقال السابق أي أنه يمكن القول أن أي تصميم ميكانيكي لا يخلو من وجود الاحتكاك بين أجزاءه.
هل الاحتكاك مفيد أم لا؟
الاحتكاك في الحياة العامة له تأثيران، تأثير إيجابي وآخر سلبي فمثلا بدون احتكاك بين قدمك والأرض لن تستطيع المشي، بل ستنزلق على الفور وفي هذه الحالة يكون الاحتكاك مفيد عند السير على أرضية زلقة، ولكن إذا أخذنا نفس المثال، ولكن مع أرضية رملية مثلا فسنجد أن الاحتكاك في هذه الحالة مضر.
من المثال السابق يتضح أمران:
الاحتكاك قد يكون مفيد أو مضر.
الاحتكاك له مدى معين ليكون مفيد أما إذا زاد أو قل عن هذا المعدل يصبح ضار.
وبالمثل في المنظومات الميكانيكية، توجد بعض المنظومات التي يكون فيها الاحتكاك مفيد فنعمل على زيادته وبعض المنظومات التي يكون فيها الاحتكاك ضار فنعمل على تقليله بقدر الإمكان.
أمثلة يكون فيها الاحتكاك مفيد:
1. أقراص الفرامل ونواقل الحركة (Brakes& Clutches)
الفرامل تستخدم لتقليل سرعة الأجزاء المتحركة عن طريق الاحتكاك أما الكلتشات تستخدم لنقل الحركة من جزأ متحرك لجزأ آخر ساكن عن طريق الاحتكاك وهذا مبدأ أساسي لنقل الحركة من موتور السيارة لباقي الأجزاء المتحركة.
2- سيور النقل.
من خلال التحكم في معامل الاحتكام بين المنتج المنقول وسير النقل نستطيع نقل المنتجات بسهولة بدون حدوث انزلاق لأحد المنتجات من على السير.
كما يستخدم الاحتكاك أيضا في نقل المنتجات على خطوت الإنتاج كما هو موضح في صورة 6 لمخبز آلي.
Friction stir welding
3. لحام المزج الاحتكاكي
لحام المزج الاحتكاكي (FSW) هو تقنية لحام حديثة إلى حد ما، اخترعها معهد اللحام (TWI) ، كامبريدج ، المملكة المتحدة. تستخدم هذه التقنية أداة لحام دوارة غير قابلة للاستهلاك لتوليد حرارة احتكاكية وتشوه في موقع اللحام، مما يؤثر على تكوين الوصلة، بينما تكون المادة في الحالة الصلبة.
وتوجد أيضا العديد من التطبيقات المفيدة للاحتكاك منتشرة في المنظومات الميكانيكية المختلفة ولكننا سنكتفي بهذه الثلاث أمثلة السابقة لتوضيح الفكرة.
أمثلة يكون فيها الاحتكاك ضار:
- كراسي التحميل.
Journal bearing
كلما زاد الاحتكاك قل عمر المنتج وكثرت أعطاله
Thrust bearing
ومن الأمثلة الضارة للاحتكاك في المجال الطبي هو الاحتكاك الموجود في الأطراف الصناعية حيث تؤدي زيادة الاحتكاك في الأطراف الصناعية إلى حدوث آلام شديدة للمريض لذا ينبغي مراعاة ذلك عن تصميمها وتصنيعها.
وكيف يضع المصمم في اعتباره الاحتكاك أثناء عملية التصميم؟
كما رأينا في الأمثلة السابقة أهمية الاحتكاك ودوره لذي لا يمكن اهماله إذا ً كيف نستطيع وضعه في عمليه التصميم؟!
للإجابة على هذا السؤال لابد أن ندرس علم ازدواج المواد أي أنه توجد مادتين إذا حدث الاحتكاك بينهم فسيؤدي لعمل النظام بأعلى كفاءه.
للتغلب على الاحتكاك غالبا ما يتم اختيار مواد مختلفة للأسطح المتلامسة وذلك لمنع حدوث روابط كيميائية بين الأسطح المتماثلة تؤدي لزيادة الاحتكاك.
وكيف نستطيع الاستفادة منه والتغلب عليه؟
نستطيع الاستفادة من الاحتكاك من خلال جعله في المدى المناسب لكل منظومه، عادة ما يتم التغلب على الاحتكاك من خلال التزييت أو التشحيم Lubrication وهي عملية نستخدم فيها مادة ذات لزوجة عالية لفصل السطحيين الذي يحدث بينهم احتكاك عن بعض.
مثال على ذلك زيت المحرك الذي يقلل الاحتكاك بين أجزاءه الداخلية.
ينتج عن الاحتكاك بري وتآكل في المواد wear وهو الاعتبار القادم من اعتبارات التصميم الميكانيكي سنتحدث عنه في المقال القادم بإذن الله.
