الهدف:
النقاط الرئيسية:
- آلية هي مجموعة من العناصر المرتبطة ببعضها البعض بهدف تحقيق وظيفة معينة.
- طبيعة الاتصال بين جسمين صلدين تختلف بناءً على نوع السطح الذي يكون في اتصال. ومن هذا درجات الحرية، التي تشير إلى إمكانيات الحركة في الفضاء لهذين الجسمين.
- كل ارتباط ميكانيكي يتميز بخصائص هندسية خاصة للسطوح الملامسة، وبالتالي بـدرجات حرية تم إلغاؤها ، مما يحدد حركات معينة ويمنع اخرى.
1. أهداف نمذجة الآليات
الآلية هي مجموعة من العناصر المرتبطة ببعضها البعض بهدف تحقيق وظيفة معينة.
تُسمى نقاط الربط بين هذه العناصر بالروابط الميكانيكية ، وهي تتيح تقييد الحركات الممكنة لعنصر ما بالنسبة إلى عنصر آخر.
- خلال مرحلة التصميم: تساعد نمذجة الآليات على إنشاء رسوم توضيحية (Croquis) لتفسير حركة مختلف مجموعات الأجزاء فيما بينها.
- خلال تحليل آلية قائمة: تسهم النمذجة في فهم سير العمل الداخلي للآلية بسرعة، وبغض النظر عن تعقيد الأجزاء المكونة لها.
بهذه الطريقة، تصبح النمذجة أداة أساسية سواء في تصميم آليات جديدة أو دراسة وتحليل الآليات الموجودة بالفعل.
2. طبيعة سطوح الاتصال
يتألف النظام الميكانيكي من عدة أجسام صلبة تحتوي على واحدة أو أكثر من السطوح التي تكون في اتصال مع بعضها البعض.
يعرض الجدول أدناه سطوح الاتصال بين جسمين صلبين وطبيعة هذا الاتصال المرتبطة بها:
ملاحظات:
- طبيعة الاتصال تؤثر على نوع الحركة الممكنة بين الجسمين.
- كل نوع من أنواع الاتصال له خصائصه الخاصة التي تحدد كيف يمكن للأجزاء أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض.
بهذا الشكل، يتم تحديد سلوك الآلية بناءً على طبيعة سطوح الاتصال بين عناصرها.
3. الروابط الميكانيكية ومفهوم درجات الحرية
أ. درجات الحرية ودرجات الارتباط
إذا اعتبرنا جسمين صلدين لا يوجد بينهما أي اتصال، فإن عدد الحركات المستقلة الممكنة بين هذين الجسمين هو ستة .
يمكن للجزء أن يتحرك:
- بالتنقل (translation) على طول كل من المحاور , , و;
- بالدوران (rotation) حول كل من المحاور , , و.
كل اتصال بين القطعتين يحد من حركتهما.
خصائص السطوح الملامسة لهذه الأجزاء (وبالتالي الحركات التي يتم إلغاؤها) تتيح تعريف مختلف الروابط الميكانيكية .
درجات الحرية (DDL) لرابط ميكانيكي تمثل عدد الحركات الأولية المستقلة التي يسمح بها هذا الرابط.
وعلى العكس، درجات الارتباط تمثل عدد الحركات الأولية التي يمنعها هذا الرابط.
العلاقة بينهما:
درجات الحرية + درجات الارتباط = 6
توضيح:
- عندما يكون هناك جسم حر في الفضاء، فإنه يمكنه القيام بـ 6 حركات مستقلة (3 تنقّلات و3 دورانات).
- عند إدخال رابط ميكانيكي بين جسمين، يتم تقييد بعض هذه الحركات (درجات الارتباط)، مما يؤدي إلى السماح بعدد معين فقط من الحركات المتبقية (درجات الحرية).
بهذا يمكن تصنيف الروابط الميكانيكية بناءً على عدد درجات الحرية أو الارتباط التي توفرها أو تفرضها.
ب- الأنواع المختلفة للروابط الميكانيكية
يعرض الجدول أدناه الروابط الميكانيكية الرئيسية، مع تحديد عدد درجات الحرية لكل رابط والتوتر الحركي (Torseur cinématique) المرتبط بها.
رابط السكة (Liaison glissière) | 1 (1 تنقّل و0 دورانات) | ||
رابط المحور الدوار (Liaison pivot) | 1 (0 تنقّلات و1 دوران) | ||
رابط الحلزوني (Liaison hélicoïdale) | 1 (1 تنقّل و1 دوران مرتبطين) | ||
رابط المحور الانزلاقي (Liaison pivot-glissant) | 2 (1 تنقّل و1 دوران) | ||
رابط الكرة (Liaison rotule/sphérique) | 3 (0 تنقّلات و3 دورانات) | ||
رابط الدعم المستوي (Liaison appui plan) | 3 (2 تنقّلات و1 دوران) | ||
رابط الحلقة الخطية (Liaison linéaire annulaire) | 4 (1 تنقّل و3 دورانات) | ||
رابط الخط المستقيم (Liaison linéaire rectiligne) | 4 (2 تنقّلات و2 دورانات) | ||
رابط النقطة (Liaison ponctuelle) | 5 (2 تنقّلات و3 دورانات) |
مثال:
رابط النقطة (Liaison ponctuelle) بين كرة وسطح مستو:
- يمكن للكرة أن تتحرك بالتنقل على السطح المستو وفقًا لمحوري التنقل وY\)، لكنها لا يمكنها التنقل على طول محور \(Z (بما أن الكرة يجب أن تظل دائمًا ملامسة للسطح).
- من جهة أخرى، يمكن للكرة أن تدور حول جميع المحاور (, , و).
بهذا الشكل، يتم تحديد حركة كل نوع من الروابط بناءً على خصائصه الهندسية ودرجات الحرية التي يسمح بها أو يقيداها.