طاقم القيادة

ثلاثة أنواع من الخيوط اللولبية المستخدمة في براغي التغذية: 3 و4: خيط داعم، 5: خيط دائري ، 6: خيط مربع
محرك أقراص DVD مزود ببرغي قيادة ومحرك متدرج
محرك أقراص مرنة مزود ببرغي قيادة ومحرك متدرج

اللولب الرئيسي (أو لولب القيادة )، ويُنطق /liːd skruː/ ، ويُعرف أيضًا باسم لولب القدرة [ 1 ] أو لولب التحويل [ 2 هو لولب يُستخدم كوصلة في الآلات لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة خطية . نظرًا لكبر مساحة التلامس الانزلاقي بين جزئيه الذكري والأنثوي ، فإن لولب القيادة يُعاني من فقد طاقة احتكاكية أكبر مقارنةً بالوصلات الأخرى. لا يُستخدم عادةً لنقل طاقة عالية، بل يُستخدم بشكل متقطع في آليات المشغلات والمواضع منخفضة الطاقة. تُستخدم لوالب القيادة بشكل شائع في المشغلات الخطية ، ومنزلقات الآلات (كما في أدوات الآلاتوالملاقط ، والمكابس ، والرافعات . [ 3 ] تشير كلمة "قيادة" - التي تُنطق /liːd/ ، من الفعل "يقود" [ 4 ] - إلى مقدار المسافة المقطوعة لكل دورة، وليس إلى المعدن.

يتم تصنيع براغي التوجيه بنفس طريقة تصنيع أشكال الخيوط الأخرى: يمكن دحرجتها أو قطعها أو طحنها .

يُستخدم أحيانًا لولب التغذية مع صامولة مشقوقة (تُسمى أيضًا نصف صامولة) تسمح بفصل الصامولة عن السنون وتحريكها محوريًا، بشكل مستقل عن دوران اللولب، عند الحاجة (كما هو الحال في عملية تشكيل السنون بنقطة واحدة على مخرطة يدوية ). ويمكن أيضًا استخدام الصامولة المشقوقة لتعويض التآكل عن طريق ضغط أجزائها.

يتغلب اللولب الهيدروستاتيكي على العديد من عيوب اللولب العادي، إذ يتميز بدقة عالية في تحديد المواقع، واحتكاك منخفض للغاية، وتآكل منخفض للغاية، ولكنه يتطلب إمدادًا مستمرًا بسائل عالي الضغط وتصنيعًا عالي الدقة، مما يؤدي إلى تكلفة أعلى بكثير من معظم وصلات الحركة الخطية الأخرى. [ 5 ]

الأنواع

تُصنف براغي القدرة حسب هندسة لولبها .

خيط على شكل حرف V

تُعدّ الخيوط على شكل حرف V أقل ملاءمةً للبراغي اللولبية من غيرها، مثل خيوط Acme، نظرًا لزيادة الاحتكاك بين أسنانها. صُممت هذه الخيوط خصيصًا لإحداث هذا الاحتكاك لمنع ارتخاء المثبت. في المقابل، صُممت البراغي اللولبية لتقليل الاحتكاك إلى أدنى حد. [ 6 ] لذلك، يُتجنب استخدام الخيوط على شكل حرف V في معظم التطبيقات التجارية والصناعية. مع ذلك، تُستخدم هذه الخيوط أحيانًا بنجاح كبراغي لولبية، على سبيل المثال في المخارط الدقيقة والمطاحن الدقيقة. [ 7 ]

خيط مربع

تُسمى الخيوط المربعة بهذا الاسم نسبةً إلى شكلها الهندسي المربع. وهي الأكثر كفاءةً والأقل احتكاكًا ، لذا تُستخدم غالبًا في البراغي التي تتحمل قوة عالية؛ ومع ذلك، فهي أيضًا الأصعب في التصنيع، وبالتالي الأغلى ثمنًا.

خيط أكمي / خيط شبه منحرف

برغي أكيمي

تتميز خيوط أكمي بزاوية لولبية تبلغ 29 درجة ، مما يجعل تشكيلها أسهل من الخيوط المربعة. إلا أنها أقل كفاءة من الخيوط المربعة، وذلك بسبب زيادة الاحتكاك الناتج عن زاوية اللولب. [ 3 ] كما أن خيوط أكمي أقوى عمومًا من الخيوط المربعة نظرًا لشكلها شبه المنحرف، الذي يوفر قدرة تحمل أكبر.

خيط داعم

تتميز خيوط الدعامة بشكلها المثلثي، وتُستخدم عندما يكون الحمل الواقع على البرغي في اتجاه واحد فقط. [ 8 ] وهي بنفس كفاءة الخيوط المربعة في هذه التطبيقات، ولكنها أسهل في التصنيع.

المزايا والعيوب

تُستخدم البراغي اللولبية لرفع وخفض الباب الأمامي لطائرة الشحن بوينغ 747-8F .

تتمثل مزايا اللولب الرئيسي فيما يلي: [ 2 ]

  • قدرة كبيرة على حمل الأحمال
  • تماسك
  • بساطة التصميم
  • سهولة التصنيع
  • ميزة ميكانيكية كبيرة
  • حركة خطية دقيقة ومتقنة
  • تشغيل سلس وهادئ
  • صيانة منخفضة
  • الحد الأدنى من عدد الأجزاء
  • معظمها ذاتية القفل (لا يمكن تشغيلها عكسياً)

من عيوبها أن معظمها غير فعال. وبسبب هذه الكفاءة المنخفضة، لا يمكن استخدامها في تطبيقات نقل الطاقة المستمرة. كما أنها تتميز بدرجة احتكاك عالية على السنون، مما قد يؤدي إلى تآكلها بسرعة. بالنسبة للسنون المربعة، يجب استبدال الصامولة؛ أما بالنسبة للسنون شبه المنحرفة، فيمكن استخدام صامولة مشقوقة لتعويض التآكل. [ 6 ]

البدائل

تشمل البدائل للتشغيل بواسطة لولب القيادة ما يلي:

الميكانيكا

رسم تخطيطي لسن لولبي "غير ملفوف"

يمكن حساب عزم الدوران اللازم لرفع أو خفض حمولة ما عن طريق "فك" لفة واحدة من خيط. ويُمكن وصف ذلك بسهولة أكبر بالنسبة للخيط المربع أو الخيط الداعم، حيث تكون زاوية الخيط صفرًا ولا تؤثر على الحسابات. يشكل الخيط المفكوك مثلثًا قائم الزاوية قاعدته هيπدم{\displaystyle \pi d_{\text{m}}}يبلغ طول الجسم ضلعًا واحدًا، وارتفاعه هو الضلع الرئيسي (كما هو موضح في الصورة على اليمين). تتجه قوة الحمل إلى الأسفل، وتكون القوة العمودية عمودية على وتر المثلث، بينما تتجه قوة الاحتكاك في الاتجاه المعاكس لاتجاه الحركة (عمودية على القوة العمودية أو على طول الوتر)، وتؤثر قوة "جهد" افتراضية أفقيًا في الاتجاه المعاكس لاتجاه قوة الاحتكاك. باستخدام مخطط الجسم الحر هذا ، يمكن حساب عزم الدوران اللازم لرفع أو خفض الحمل: [ 9 ] [ 10 ]

تييرفع=Fدم2(ل+πμدمπدم-μل)=Fدم2لون برونزي(ϕ+λ){\displaystyle T_{\text{raise}}={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {l+\pi \mu d_{\text{m}}}{\pi d_{\text{m}}-\mu l}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\tan {\left(\phi +\lambda \right)}}
تيأدنى=Fدم2(πμدم-لπدم+μل)=Fدم2لون برونزي(ϕ-λ){\displaystyle T_{\text{lower}}={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {\pi \mu d_{\text{m}}-l}{\pi d_{\text{m}}+\mu l}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\tan {\left(\phi -\lambda \right)}}
معامل الاحتكاك لأسنان لولب القيادة [ 11 ] [ 12 ]
مادة البرغيمادة الصامولة
فُولاَذالبرونزالنحاسحديد الزهر
فولاذ جاف0.15–0.250.15–0.230.15–0.190.15–0.25
الفولاذ، زيت التشحيم0.11–0.170.10–0.160.10–0.150.11–0.17
البرونز0.08–0.120.04–0.06-0.06–0.09

أين

  • تي{\displaystyle T}= عزم الدوران
  • F{\displaystyle F}= الحمل على البرغي
  • دم{\displaystyle d_{\text{m}}}= متوسط ​​القطر
  • μ{\displaystyle \mu \,}= معامل الاحتكاك (توجد القيم الشائعة في الجدول المجاور)
  • ل{\displaystyle l}= الرصاص
  • ϕ{\displaystyle \phi \,}= زاوية الاحتكاك
  • λ{\displaystyle \lambda \,}= زاوية التقدم

بناءً علىتيأدنى{\displaystyle T_{\text{lower}}}من المعادلة، يمكن ملاحظة أن البرغي يكون ذاتي القفل عندما يكون معامل الاحتكاك أكبر من ظل زاوية الميل. ومقارنة مكافئة هي عندما تكون زاوية الاحتكاك أكبر من زاوية الميل (ϕ>λ{\displaystyle \phi >\lambda }[ 13 ] مع ذلك ، فإن خاصية القفل الذاتي هذه ليست مطلقة. ففي ظل الظروف الديناميكية، ولا سيما في وجود اهتزازات أو أحمال صدمية، قد ينخفض ​​معامل الاحتكاك الفعال إلى مستويات ديناميكية (وهي عادةً أقل من المستويات الساكنة)، مما يسمح للبرغي بالدوران عكسيًا بشكل غير متوقع. ولهذا السبب، غالبًا ما تتطلب التطبيقات الحساسة للسلامة وجود مكبح تثبيت ثانوي بدلاً من الاعتماد فقط على هندسة البرغي الرئيسي. [ 9 ]

كفاءة

الكفاءة، المحسوبة باستخدام معادلات عزم الدوران أعلاه، هي: [ 14 ] [ 15 ]

كفاءة=تي0تييرفع=Fل2πتييرفع=لون برونزيλلون برونزي(ϕ+λ)الكفاءة = (T₀ / Tₐ = Fl / 2π Tₐ = tanλ / tan(φ + λ)

زاوية الخيط غير الصفرية

بالنسبة للبراغي ذات زاوية لولبية غير الصفر، مثل اللولب شبه المنحرف، يجب تعويض ذلك لأنه يزيد من قوى الاحتكاك. وتأخذ المعادلات التالية هذا الأمر في الاعتبار: [ 14 ] [ 16 ]

تييرفع=Fدم2(ل+πμدمثانيةαπدم-μلثانيةα)=Fدم2(μثانيةα+لون برونزيλ1-μثانيةαلون برونزيλ){\displaystyle T_{\text{raise}}={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {l+\pi \mu d_{\text{m}}\sec {\alpha }}{\pi d_{\text{m}}-\mu l\sec {\alpha }}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {\mu \sec {\alpha }+\tan {\lambda }}{1-\mu \sec {\alpha }\tan {\lambda }}}\right)}
تيأدنى=Fدم2(πμدمثانيةα-لπدم+μلثانيةα)=Fدم2(μثانيةα-لون برونزيλ1+μثانيةαلون برونزيλ){\displaystyle T_{\text{lower}}={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {\pi \mu d_{\text{m}}\sec {\alpha }-l}{\pi d_{\text{m}}+\mu l\sec {\alpha }}}\right)={\frac {Fd_{\text{m}}}{2}}\left({\frac {\mu \sec {\alpha }-\tan {\lambda }}{1+\mu \sec {\alpha }\tan {\lambda }}}\right)}

أينα{\displaystyle \alpha \,}نصف زاوية الخيط.

إذا كان لولب التغذية مزودًا بحلقة يمر عليها الحمل، فيجب مراعاة قوى الاحتكاك بين سطح التلامس في حسابات عزم الدوران أيضًا. في المعادلة التالية، يُفترض أن الحمل يتركز عند متوسط ​​قطر الحلقة (دج{\displaystyle d_{\text{c}}}): [ 14 ]

رسم بياني لكفاءة لولب الرصاص المربع مقابل زاوية الرصاص لمعاملات احتكاك مختلفة
تيج=Fμجدج2{\displaystyle T_{\text{c}}={\frac {F\mu _{\text{c}}d_{\text{c}}}{2}}}

أينμج{\displaystyle \mu _{\text{c}}}يمثل معامل الاحتكاك بين الطوق الموجود على الحمل ودج{\displaystyle d_{\text{c}}}يمثل متوسط ​​قطر الطوق. بالنسبة للأطواق التي تستخدم محامل الدفع، يكون الفقد الاحتكاكي ضئيلاً ويمكن تجاهل المعادلة المذكورة أعلاه. [ 17 ]

يمكن كتابة الكفاءة لزوايا الخيوط غير الصفرية على النحو التالي: [ 18 ]

η=كوسα - μلون برونزيλكوسα + μسرير أطفالλ{\displaystyle \eta ={\frac {\cos \alpha \ -\ \mu \tan \lambda }{\cos \alpha \ +\ \mu \cot \lambda }}}

معامل الاحتكاك لأطواق الدفع [ 17 ]
مزيج الموادبدءμج{\displaystyle \mu _{\text{c}}}جريμج{\displaystyle \mu _{\text{c}}}
الفولاذ الطري / الحديد الزهر0.170.12
الفولاذ المقوى / الحديد الزهر0.150.09
فولاذ ناعم / برونزي0.100.08
فولاذ مقوى / برونز0.080.06

الجري

سرعات التشغيل الآمنة لمختلف مواد الصواميل والأحمال على برغي فولاذي [ 19 ]
مادة الصامولةالأحمال الآمنة (رطل لكل بوصة مربعة)الأحمال الآمنة (بار)السرعة (قدم/دقيقة)السرعة (م/ث)
البرونز2500–3500  رطل لكل بوصة مربعة170-240  بارسرعة منخفضة
البرونز1600–2500  رطل لكل بوصة مربعة110-170  بار10 قدم في الدقيقة0.05  م/ث
حديد الزهر1800–2500  رطل لكل بوصة مربعة120-170  بار8 قدم في الدقيقة0.04  م/ث
البرونز800–1400  رطل لكل بوصة مربعة55-97  بار20-40 قدم في الدقيقة0.10–0.20  م/ث
حديد الزهر600–1000  رطل لكل بوصة مربعة41–69  بار20-40 قدم في الدقيقة0.10–0.20  م/ث
البرونز150-240  رطل لكل بوصة مربعة10-17  بار50 قدم في الدقيقة0.25  م/ث

تُحدد سرعة دوران لولب القيادة (أو لولب الكرات) عادةً بنسبة 80% كحد أقصى من السرعة الحرجة المحسوبة . السرعة الحرجة هي السرعة التي تُثير التردد الطبيعي للولب. بالنسبة للولب الفولاذي أو لولب الكرات الفولاذي، تبلغ السرعة الحرجة تقريبًا [ 20 ].

شمال=(4.76×106)درجل2{\displaystyle N={(4.76\times 10^{6})d_{\text{r}}C \over L^{2}}}

أين

  • شمال{\displaystyle N}= السرعة الحرجة بوحدة دورة في الدقيقة
  • در{\displaystyle d_{\text{r}}}= أصغر قطر (جذر) للولب الرئيسي بالبوصة
  • ل{\displaystyle L}= الطول بين دعامات التحميل بالبوصة
  • ج{\displaystyle C}= 0.36 لطرف واحد مثبت، وطرف آخر حر
  • ج{\displaystyle C}= 1.00 لكلا الطرفين بسيط
  • ج{\displaystyle C}= 1.47 لطرف واحد مثبت، وطرف واحد بسيط
  • ج{\displaystyle C}= 2.23 لكلا الطرفين ثابتين

أو باستخدام الوحدات المترية: [ 21 ]

شمال=جدر×107ل2{\displaystyle N={\frac {Cd_{\text{r}}\times 10^{7}}{L^{2}}}}

حيث تكون المتغيرات مطابقة لما سبق، ولكن القيم بالملليمترات وج{\displaystyle C}وهو كالتالي:

  • ج{\displaystyle C}= 3.9 للدعامات الثابتة الحرة [ 22 ]
  • ج{\displaystyle C}= 12.1 لكلا الطرفين المدعومين
  • ج{\displaystyle C} = 18.7 للهيكل المدعوم بشكل ثابت
  • ج{\displaystyle C}= 27.2 لكلا الطرفين ثابتين

انظر أيضاً

مراجع

  1. براغي كروية وبراغي رصاصية ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 16-12-2008.
  2. 1 2 بهانداري، ص. 202.
  3. 1 2 شيجلي، ص 400.
  4. "تعريف اللولب الرئيسي" . www.merriam-webster.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2025-09-20 .
  5. US 5499942 ، Pflager، William W.، "مجموعة الصامولة الهيدروستاتيكية والبرغي الرئيسي، وطريقة تشكيل الصامولة المذكورة"، نُشر في 1996-03-19، مُخصصة لشركة Western Atlas Inc. 
  6. 1 2 بهانداري، ص. 203.
  7. مارتن 2004 ، ص 266 . 
  8. بهانداري، ص 204.
  9. 1 2 شيجلي، ص 402.
  10. بهانداري، ص 207-208.
  11. شيجلي، ص 408.
  12. دليل الآلات (الطبعة الثلاثون ). دار النشر الصناعية. 2016. الصفحات 1800-1805 . ISBN   978-0831130916.
  13. بهانداري، ص 208.
  14. 1 2 3 شيجلي، ص 403.
  15. بهانداري، ص 209.
  16. بهانداري، ص 211-212.
  17. 1 2 بهانداري، ص 213.
  18. تشايلدز، بيتر، ممرض مسجل (24 نوفمبر 2018). دليل هندسة التصميم الميكانيكي ( الطبعة الثانية). أكسفورد، المملكة المتحدة. ص 803. ISBN   978-0-08-102368-6. OCLC 1076269063 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  19. شيجلي، ص 407.
  20. شركة نوك للصناعات، "قاموس المصطلحات والبيانات الفنية لتجميعات أكمي والبراغي اللولبية" مؤرشف بتاريخ 5 يوليو 2008 في أرشيف الإنترنت
  21. موريتز، فريدريك جي إف (2014). أنظمة الحركة الكهروميكانيكية : التصميم والمحاكاة . تشيتشستر، إنجلترا: وايلي. ص 121. ISBN   978-1-118-35967-9. OCLC 873995457 . 
  22. "السرعة الحرجة - شركة أوغست شتاينماير المحدودة وشركاه" . www.steinmeyer.com . تاريخ الاسترجاع: 26 أغسطس 2020 .

فهرس

  • بهانداري، في بي (2007)، تصميم عناصر الآلات ، دار نشر تاتا ماكجرو هيل، رقم ISBN 978-0-07-061141-2.
  • مارتن، جو (2004)، التشغيل الآلي على سطح الطاولة: منهج أساسي لصنع الأجزاء الصغيرة على أدوات الآلات المصغرة ، فيستا، كاليفورنيا، الولايات المتحدة الأمريكية: شيرلاين، رقم ISBN 978-0-9665433-0-8نُشرت في الأصل عام 1998 ؛ ويتم تحديث المحتوى مع كل طبعة، على غرار "الطبعة المنقحة". وهي حاليًا في طبعتها الرابعة.
  • شيجلي، جوزيف إي.؛ ميشكه، تشارلز ر.؛ بوديناس، ريتشارد جوردون (2003)، تصميم الهندسة الميكانيكية (الطبعة السابعة  )، ماكجرو هيل، ISBN 978-0-07-252036-1.