|
آلية (هندسة)آلية 
 الآلية في الهندسة، أي جهاز يحوّل الحركة والقوى المُدخلة إلى مجموعة من القوى والحركة الناتجة. تتكون الآليات بشكل عام من مكونات متحركة قد تشمل:
يعرّف العالم الألماني فرانز رولو الآلة على أنها «مجموعة من الأجسام المقاومة مرتبة ذاتياً بحيث تمكّن إجبار قوى الطبيعة الميكانيكية على القيام بعمل مصحوب بحركة معينة». في هذا السياق، تم استخدام كلمة الآلة وتعني الآلية. إن الجمع بين القوة والحركة يولد القدرة، والآلية تحدد القدرة المطلوبة لتحقيق المجموعة المرغوبة من القوى والحركة. الآلية عادة تكون جزء من نظام أكبر، تُعرف بالنظام الميكانيكي أو الآلة. في بعض الأحيان يمكن الإشارة إلى آلة كاملة على أنها آلية، ومن الأمثلة على ذلك آلية التوجيه في السيارة، أو آلية تحريك العقارب في ساعة اليد. بجميع الأحوال، الآلة هي مجموعة مترابطة من الآليات المتعددة. الأزواج الحركيةمنذ عهد أرخميدس إلى عصر النهضة، كانت تعتبر الآليات على أنها مبنية من آلات بسيطة ، مثل الرافعة، البكرة، البراغي، العجلة الموصولة بمحور، الوتد، اللوح أو الرصيف المائل. فرانك رولو ركّز على الأجسام التي تسمى بالروابط، والروابط بين هذه الأجسام تسمى الأزواج الحركية، أو المفاصل. لاستخدام الهندسة الرياضية لدراسة حركة آلية معينة، يتم إعتبار الوصلات بأنها أجسام صلبة أي ثابتة ولا تتحرك أو يتغيّر شكلها. هذا يعني أنه من المفترض ألا تتغير المسافات بين النقاط في الوصلات أثناء حركة الآلية - أي أن الوصلة لا تنثني. وبالتالي، فإن الحركة النسبية بين النقطتين في وصلتين متصلتين تعتبر ناتجة عن الزوج الحركي الذي يربط بينهما. الأزواج الحركية أو المفاصل توفر نقاط تثبيت مثالية بين وصلتين، مثل تثبيت نقطة واحدة لحركة دوران جسم صلب غير قابل للتشويه حول محور ثابت، أو تثبيت خطي للانزلاق، وكذلك التدحرج دون الانزلاق والتلامس عند مقطة واحدة مع الانزلاق. تم تصميم الآلية من مجسم مكون من وصلات ثابتة وأزواج حركية. الوصلات والمفاصل سمّى رولو الروابط المثالية بين الوصلات بالأزواج الحركية. و ميّز بين الأزواج بخط يتصل بين الوصلتين لأزواج الوصلات العلوية، والأزواج السفلية ميّزها بوجود مساحة تتصل بين الوصلتين، مع منطقة اتصال بين الروابط. J. Phillips يوضح بأن هناك العديد من الطرق لعمل أزواج حركية لا تتناسب مع هذا النموذج البسيط. الزوج الحركي السفلي: الزوج السفلي هو مفصل مثالي متصل إتصالاً سطحياً بين زوج من العناصر، كما في الحالات التالية:
الأزواج الحركية العلوية: بشكل عام، الزوج العلوي هو قيد يتطلب خطًا أو نقطة تلامس بين أسطح الأجسام. على سبيل المثال، نقطة التلامس بين الحدبة التابع هو زوج علوي يسمى مفصل الحدبة. و بنفس الشكل، فإن نقطة التلامس بين النهايات المنحنية التي تشكل الأسنان المتشابكة لزوج من التروس هي مفاصل حدبة. الرسم التخطيطي الحركي الرسم التخطيطي للحركة يعمل على تقليل مكونات الآلة التفصيلية ويوضح المخطط الهيكلي الأساسي له، ويركّز على المكونات المهمة مثل المفاصل ويقلل من عدد الوصلات لتوضيح عناصر هندسية بسيطة. يمكن توضيحه أيضاً كرسم بياني حيث أن الوصلات تكون أطراف الرسمة البيانية والمفاصل تكون رؤوساً للرسم البياني. أثبت هذا الإصدار من الرسم التخطيطي الحركي فعاليته في تعداد الهياكل الحركية في عملية تصميم الآلة.[1] من الأمور التي يجب أخذها بعين الإعتبار في عملية التصميم هي درجة الحرية للنظام من وصلات ومفاصل، ويتم تحديدها باستخدام معيار تشيبيشيف-جروبلر-كُتسباخ . التركيبات الآلية المستوية في حين أن جميع الآليات في النظام الميكانيكي ثلاثية الأبعاد، يمكن تحليلها باستخدام الهندسة الرياضية المستوية إذا كانت حركة المكونات الفردية مقيدة بحيث تكون جميع مسارات النقاط متوازية أو متسلسلة مع مستوى آخر. في هذه الحالة يسمى النظام آلية مستوية. يستخدم التحليل الحركي للآليات المستوية مجموعة فرعية من المجموعة الإقليدية الخاصة SE، والتي تتكون من دوران المستوى وانتقال المستويات، يُشار إليها بواسطة SE. المجموعة SE هي مجموعة ثلاثية الأبعاد، مما يعني أن كل موضع للجسم في المستوى يتم تحديده من خلال ثلاث معامِلات. غالبًا ما تكون المعامِلات هي إحداثيات x و y لنقطة الأصل لإطار الإحداثيات في M، مقاسة من نقطة الأصل لإطار إحداثيات في F، والزاوية المقاسة من محور-x في F إلى محور-x في M. يُقال عن هذا في أغلب الأحيان بأن الجسم في المستوى يمنح ثلاث درجات حرية . يمكن التعرف على الحركة الدورانية من غير حركة انتقال للمفصل والانتقال الخطي للجسم المنزلق من خلال المجموعة الفرعية SE، وتحديد المفصلين بدرجة حرية واحدة للآليات المستوية. مفصل الحدبة الذي يتكون من سطحين في سطح اتصال منزلق ودوراني هو مفصل يمنح درجتين من الحرية. التركيبات الآلية الكروية من الممكن بناء تركيبة آلية بحيث تكون مسارات النقاط في جميع مكونات التركيبة الآلية متحدة في المركز حول نقطة ثابتة. مثال على ذلك هو الجيروسكوب المحوري أو أداة تحديد الإتجاه المحوري. تسمى هذه الأجهزة تركيبات آلية كروية. [2] يتم إنشاء تركيبات الآلية الكروية عن طريق ربط الوصلات مع المفاصل بحيث يمر محور كل مفصل عبر نفس النقطة. تصبح هذه النقطة المركز الموحد للغلاف الخارجي الكروي. تتصنف حركة هذه الآليات بمجموعة SO(3) من الدوران ثلاثي الأبعاد. ومن الأمثلة الأخرى على تركيبات الآلية الكروية العمود التفاضلي في السيارات والمِعصم الآلي. مجموعة الدوران SO(3) هي ثلاثية الأبعاد. مثال على المعامِلات الثلاثة التي تحدد الدوران المكاني المعروفة باسم زوايا أويلر و هي زوايا الإلتفاف التي تحدد إلتفاف الطائرة يميناً ويساراً مع محور سير الطائرة، و زوايا الإنحراف عن خط سير محور الطائرة و زاوية القذف المسؤولة عن إرتفاع مقدمة الطائرة، وهذه الزوايا الثلاث مستخدمة لتحديد اتجاه الطائرة. التركيبات الآلية الفراغية الآلية التي يتحرك فيها الجسم من خلال حركة فراغية عامة تسمى التركيبة الآلية الفراغية. ومن الأمثلة على ذلك وصلة RSSR، والتي يمكن إعتبارها وصلة بأربع أعمدة حيث تم استبدال الوصلة الناقلة للحركة بعمود حيث أن نهايته مزوّدة بكرة مفصلية موصولة مع المنصة. الكرات المفصلية تسمح بحركة الدخول والخروج للعمود الواصل بين المنصة السفلية والعلوية لوصلة RSSR بشكل تفاضلي لدرجة أنها تقع في مستويات مختلفة، مما ينتج عن ذلك تحرك الرابط في حركة فراغية عامة. تعتبر أذرع الروبوتات ومنصات ستيوارت والأنظمة الروبوتية البشرية أمثلة على تركيبات الآلية الفراغية. تعتبر وصلة بينيت مثالاً على آلية مكانية مقيّدة تقييداً تاماً، يتم بناؤها من أربعة مفاصل. المجموعة SE (3) سداسية الأبعاد، مما يعني أن موضع الجسم في الفراغ يتم تحديده بستة معاملات. تحدد ثلاثة من المعاملات نقطة الأصل للإطار المرجعي المتحرك بالنسبة للإطار الثابت، وتحدد ثلاث معاملات أخرى اتجاه الإطار المتحرك بالنسبة للإطار الثابت. نظام الوصلات نظام الوصلات هو مجموعة من الوصلات المتصلة بواسطة مفاصل. بشكل عام، الوصلات هي العناصر التي تشكّل الهيكل للنظام والمفاصل هي التي تسمح بالحركة. المثال الوحيد غالباً والأكثر فائدة هي تركيبة الوصلة المستوية ذات أربع وصلات. ومع ذلك، هناك العديد من الوصلات الخاصة:
تركيبة الآليات المطاوعةالآلية المطاوعة هي سلسلة من الأجسام الصلبة موصولة بعناصر مطاوعة. تتمتع هذه الآليات بالعديد من المزايا، مثل تقليل عدد الأجزاء في التركيبة، وتقليل «الانحدار» بين المفاصل (لا توجد حركة تطفليّة بسبب الفراغات الموجودة بين الأجزاء[3])، وتخزين الطاقة، وتقليل الصيانة اللازمة (لا تتطلب التزييت والتشحيم وإنخفاض نسبة التآكل الميكانيكي)، وسهولة التصنيع.[4] بِيَل قابلة للإنثناء (المعروفة أيضاً باسم مفاصل الإنثناء) هي مجموعة فرعية من الآليات المتوافقة التي تنتج حركة محددة الأبعاد (دوران) عند تطبيق القوة. تركيبات آلية الحدبة والتابع يتم عمل آلية الكامة والتابع عن طريق الاتصال المباشر لوصلتين ذات الشكل الخاص. تسمّى الوصلة القائدة بالحدبة والوصلة المتصلة مباشرة مع السطح بالوصلة المقودة. شكل الأسطُح المتلامسة للحدبة والتابع يُحدد حركة الآلية. و بشكل عام، يتم نقل الطاقة في هذه الآلية من الحدبة إلى التابع. يتم عملية الدوران في عمود الحدبة، ويتحرك التابع للأعلى وللأسفل حسب الشكل الخارجي للحدبة. في الوقت الحاضر، تتوفر أيضاً أنواع مختلفة قليلاً من التابعات اللامركزية، حيث يتم انتقال الطاقة من التابع إلى الحدبة. و الفائدة الرئيسية لهذا النوع من آلية الحدبة والتابعة هي أن التابع يتحرك قليلاً ويعمل على تدوير الحدبة ستة أضعاف طول محيطها وبنسبة 70٪ من القوة. التروس وسلسلة التروس يرجع بداية العمل بنقل الحركة من خلال التعشيق بين أسنان التروس إلى آلية الأنتيكيثيرا (Antikythera) في اليونان القديمة وكانت تستخدم هذه الآلية لتحديد مواقع النجوم والشمس والقمر ولتنبؤ حدوث ظاهرة الكسوف والخسوف للشمس والقمر، وأيضاً العربة التي تشير إلى الجنوب في الصين. وضّح العالِم جورجيوس أجريكولا من خلال رسومات توضيحية في عصر النهضة مبدأ عمل سلسلة التروس. , نتج عن التطبيق العملي للترس المنحني تصميم الترس الإعتيادي الذي يوفر نسبة سرعة حركية ثابتة. بعض الميّزات الهامة للتروس وسلسلة التروس هي:
تركيب الآليةيُعرّف تصميم الآليات لتحقيق حركة معينة ونقل القوة باسم التركيب الحركي للآليات .[5] هذه مجموعة من التقنيات بأشكال هندسية مختلفة التي تعطي أبعاد الوصلات وآليات الحدبة والتابع، والتروس وسلسلة التروس لأداء الحركة الميكانيكية المطلوبة ونقل الطاقة.[6] انظر أيضًامراجع
روابط خارجية
 في كومنز مواد ذات صلة بـ آلية (هندسة). |
