عمود مرفق

معادلات حركة المكبس

• مرفق (آلية)
• صندوق التروس
• علبة المرافق
• عجلة تباطؤ
• مراجع

تصميم

وفي السياق ذاته، تكون المحركات الكبيرة عادة متعددة الأسطوانات لتقليل النبضات الناتجة عن أشواط الإشعال المستقلة، فتربط عدة مكابس إلى عمود مرفقي ذو شكل معقد. والكثير من المحركات الصغيرة مثل تلك المستعملة في الدرجات النارية الصغيرة تكون وحيدة الأسطوانة وتستعمل مكبس واحد، مما يبسط من تصميم العمود المرفقي.

تقسية

وفي هذا الصدد، تقسى سطوح المحامل في أغلب الأعمدة المرفقية المنتجة بطريقة الحث لأن هذه الطريقة تعطي نتائج جيدة بكلفة منخفضة. وتسمح كذلك بصقل العمود المرفقي دون الحاجة لإعادة عملية التقسية. ولكن الأعمدة المرفقية عالية الكفاءة، والمصنعة خصوصا من المدلفنة (المدلفنة هي كتلة من الحديد الخام المعد للكبس أو للطرق أو للدلفنة)، تصلد بالنتردة بدلا من التقسية بالحث. النتردة أبطأ وأكثر كلفة، وتفرض بعض المتطلبات على السبيكة الفولاذية المعدنية المستعملة لكي يتشكل نتريدًا مستقرًا. ميزة النتردة هو إمكانية إجرائها عند درجات حرارة منخفضة، وهي تعطي سطحًا قاسيًا جدًا، وتترك العملية بعض إجهادات الانضغاط المتبقية في السطح وهي مفيدة في خصائص الكلال. ودرجة الحرارة المنخفضة أثناء العملية هي ميزة لعدم وجود أي تأثيرات سلبية على الفولاذ، مثل التخمير. أما بالنسبة للأعمدة المرفقية التي تدور على محمل دحروجي، يفضل استخدام الكربنة بسبب إجهادات التلامس الهرتزية العالية في مثل هذه الاستخدامات. ومثل النتردة، فإن الكربنة كذلك تترك بعض إجهادات الانضغاط المتبقي في السطح.

شكل المحرك

من جهة ثانية، كل من شكل وعدد المكابس ذو علاقة بالآخر وبالعمود المرفقي فيكون المحرك على شكل حرف V أو محرك مسطح أو محرك ذو أسطوانات مستقيمة. ويمكن استخدام كتلة المحرك البسيطة نفسها مع أعمدة مرفقية مختلفة لتعديل .

التشغيل

ومن ناحية أخرى، يمكن تصنيع الأعمدة المرفقية بتشغيل المُدلفنة (المدلفنة هي كتلة من الحديد الخام المعد للكبس أو للطرق أو للدلفنة)، ويستعمل قضيب من الفولاذ المذاب بالفراغ ذو النوعية العالية غالبا. ومع أن الجريان الليفي (وهو لا تجانسية في التركيب الكيميائي للمادة ينتج أثناء السباكة) لا يتبع شكل العمود المرفقي (وهو أمر غير مرغوب فيه)، ولكنه لا يشكل مشكلة لأننا نستعمل الفولاذ ذا النوعية العالية والذي يكون صعب الحدادة عادة. تكون هذه الأعمدة المرفقية غالية الثمن بسبب الكمية الكبيرة من المادة المزالة لإنجاز العمل باستخدام المخارط والفارزات، وبسبب ارتفاع سعر هذه المادة، والمعالجات الحرارية الإضافية الضرورية. ولكن طريقة الإنتاج هذه وبسبب استخدام أدوات غير غالية تسمح بإنتاج كميات صغيرة من الأعمدة المرفقية دون كلفة عالية.

كرسي المحمل

كذلك، يدور العمود المرفقي حول محوره الخطي، وهو مزود بعدة مرتكزات للمحامل تتوضع على محامل قابل للتبديل موجودة في كتلة المحرك. يتعرض العمود المرفقي لكمية كبيرة من الأحمال الجانبية من مل أسطوانة في المحرك متعدد الأسطوانات، ولذلك يجب أن يدعم بعدة محامل قوية، وليس محملين فقط عند الجانبين. هذا العامل أدى إلى صعود نجم وهي تتصف بعمود مرفقي قصير مقابل . لقد عانى العمود المرفقي للنوع الأخير من المحركات من كمية غير مقبولة من الانحناء عندما بدأ مصممو المحرك باستخدام نسب انضغاط أعلى وسرعات دورانية عالية. ولهذا السبب يكون للعمود المرفقي في المحركات ذات الأداء العالي محامل أساسية أكثر من المحركات ذات الأداء الأخفض.

المحركات الدورانية

ومن جهة أخرى، لقد كانت الأعمدة المرفقية في الكثير من محركات الطائرات (وبضعة تطبيقات أخرى) مثبتة مباشرة على هيكل الطائرة ولم يكن هناك مكابس في هذا المحرك، وعرف هذه بتصميم المحرك الدوراني. المحركات الدورانية مثل محرك وانكل تعرف باسم المحركات الدورانية بدون مكابس.

الأثقال الموازنة

ومن ناحية أخرى، بعض الأعمدة المرفقية الغالية الثمن، والعالية الأداء تستعمل أثقالا موازنة ثقيلة لجعل العمود المرفقي أكثر تراصا. المعدن الثقيل المستعمل عادة هو سبائك التنغستن وقد يستعمل اليورانيوم المنضب كذلك لهذا الغرض. ويمكن استخدام الرصاص الأرخص ولكن التنغستن أكثر كثافة منه.

شوط المكبس

وفي السياق ذاته، تحدد المسافة بين محور العمود المرفقي ومحور الحذفة قياس شوط المكبس، أي إزاحة المحرك. ومن الطرق الشائعة لزيادة عزم السرعة المنخفضة للمحرك زيادة الشوط. هذا يزيد كذلك الاهتزازات الترددية، مما يقلل من استطاعة المحرك للوصول إلى سرعات عالية، ولكن هذا يحسن من عمل المحرك عند السرعات المنخفضة، حيث يؤدي شوط السحب الأطول عبر الصمامات الأصغر إلى اضطراب أكبر ومزج لشحنة السحب.

مقاومة الكلال أو التعب

وفي هذا السياق، تزداد مقاومة الأعمدة المرفقية للكلال بتدوير الزوايا عند أطراف المحامل الأساسية ومسمار المرفق . يقلل تدوير الزوايا تركز الإجهاد في هذه المناطق الحساسة، ولكنه في نفس الوقت يترك بعض الإجهاد الضاغط المتبقي في السطح والذي يمنع تشكل التشققات.

توازن المحرك

من جانب آخر، قد يكون تزويد العمود المرفقي في بعض المحركات بثقل موازن ضروريا ليوزان الكتلة المتحركة حركة ترددية في كل مكبس وذراع التوصيل لتحسين توازن المحرك. وتصب هذه الأثقال الموازنة عادة كجزء من العمود المرفقي، ولكن أحيانا تثبت بالبراغي على العمود المرفقي. ومع أن الأثقال الموازنة تزيد من وزن العمود المرفقي، إلا أنها تعطي المحرك دورانا أفضل وأسلس، وتمكنه من الدوران بسرعات أعلى.

الإجهادات المؤثرة على العمود المرفقي

وعلى صعيد آخر، يتعرض العمود المرفقي لمختلف القوى ولكنها تحلل في موضعين عادة. الأول، قد يحدث الفشل عند موضع الانحناء الأعظمي، حيث يكون الضغط في الأسطوانة أعظميا، وهذا قد يكون في وسط العمود أو عند إحدى النهايتين. الثاني قد ينهار العمود المرفقي بسبب اللي، لذلك يجب اختبار مقاومة القص لأذرع التوصيل في الوضع الأعظمي للي. ويكون الضغط في الأسطوانة أعظميا، ولكنه يبقى جزءا من الضغط الأعظمي الكلي.

اقرأ أيضا

• مكبس (محركات)
• محور الكامات
• قضيب كباس
• كامة

تصنيع الأعمدة المرفقية

ومن ناحية أخرى، يمكن للأعمدة المرفقية أن تكون مكونة من قطعة واحدة أو مجمع من عدة قطع. والأعمدة المرفقية المكونة من قطعة واحدة هي الشائعة، ولكن بعض المحركات، الصغيرة منها والكبيرة، تستعمل أعمدة مرفقية مجمعة.

الحدادة والسباكة

من جانب آخر، يمكن تصنع الأعمدة المرفقية بحدادة قضيب من الفولاذ باستخدام الحدادة بالدرفلة أو السباكة. في الوقت الحالي يلجأ المصنعون إلى الحدادة بسبب خفة الأعمدة المرفقية الناتجة، وأحجامها الأصغر، وتخميدها الأفضل. ويستعمل الفولاذ مع خلائط الفاناديوم غالبا حيث يمكن تبريده بالهواء بعد الوصول إلى متانة عالية بدون معالجة حرارية إضافية، باستثناء تقسية سطوح استناد المحامل. ويستعمل كذلك خلائط الفولاذ الكربوني، ولكنها تحتاج معالجة حرارية إضافية للوصول إلى الخصائص المطلوبة. وتوجد في الوقت الحالي أعمدة مرفقية حديدية في إنتاج المحركات الأرخص (مثل تلك الموجودة في محركات الديزل فورد فوكس) حيث تكون الأحمال أقل. وبعض المحركات تستعمل كذلك الأعمدة المرفقية المصنعة من حديد الزهر في الأحمال القليلة في حين تستعمل الأعمدة المرفقية الفولاذية المصنعة بالحدادة في المحركات ذات الأحمال الأكبر.