ترس

رسم متحرك؛ ويظهر نظامًا من التروس المعقدة، وآلية نقل الحركة بين التروس التدويرية والجرائد المسننة.

آلية عمل التروس.

التـِـرْسْ (الجمع: أَتْرَاس، تِرَاس، تِرَسَة، تُرُس) المسنن (الجمع: مُسَنَّنَات) أووقد يطلق عليه أيضًا بـ «الترس المسنن» هوجزء ميكانيكي يوجد داخل آليات نقل الحركة ووظيفته نقل الحركة الدورانية للترس (المركب على محور) إلى ترس أوجزء ميكانيكي آخر. ويختلف الترس عن الطارة في حتى الترس تعبير عن عجلة دائرية بها بروزات (أسنان) تتعاشق مع أسنان الترس الآخر مما يسمح للقوة بالانتنطق التام بدون انزلاق. وحسب تصميم التروس وترتيبها يمكن للتروس نقل القوى بسرعات وعزوم مختلفة أوفي اتجاهات مختلفة من مصدر الحركة الأساسي. والتروس مفيدة جداً في الآلات البسيطة. في معظم الحالات يتعاشق الترس مع ترس آخر ولكن الترس يمكن حتى يعشق مع أي جزء ميكانيكي له نفس شكل الأسنان كما في الحركة البسيطة الجريدة المسننة والترس.

ومن أبرز مميزات التروس أنها تكون بأحجام غير متساوية (أقطار) يمكن تجميعها معًا للحصول على فائدة آلية وبذلك فإن السرعة الدورانية والعزم للترس الثاني يختلف عنهما في الترس الأول. داخل أي آلة، المصطلح "ترس" أيضا يشير إلى ترتيبة واحدة معينة من التروس بترتيبات أخرى (مثل"الترس الأول"). مثل هذه الترتيبات تعطى كنسب عدد أسنان تروس أوكنسب أقطار التروس كوحدات. ومصطلح "ترس" يستخدم أيضًا للأجزاء غير المسننة التي تؤدي نفس الغرض. وكان الجزري أول من شرح استخدام الترس.

تاريخ التروس

تظهر التروس في مخطوطات فهم الحيل التي خطها فهماء مسلمون.

كانت الحبال ومواد أخرى مصنوعة من الأخشاب تستخدم قديمًا في آليات بسيطة لنقل الحركة مثل البكَّرات الرافعة، لكن لا أحد يعهد على وجه الدقة أين أومتى بدأ استخدام العجلات، ومع حتى الأدب الصيني القديم والأدب اليوناني والهجري والدمشقي قد أشاروا كثيرًا إلى التروس إلا أنهم لا يقدمون الكثير من التفاصيل.

وتعد آلية أنتيكيثيرا أقدم الآليات المتبقية من العصور القديمة، وهي حاسبة آلية فلكية تعود إلى ما بين 150-100 ق.م، وتتألف مما لا يقل عن ثلاثين ترسًا برونزيًا أسنانهم مثلثة الشكل. ومع حتى هذه الآلية موغلة في القدم إلا أنها تعد متقدمة جدًا من الناحية التقنية مثل نظام التروس التداويري "epicyclic gearing" التي كانت تعد من اختراعات القرن التاسع عشر قبل اكتشاف هذه الآلية. بعض الاقتباسات من شيشرون تبين حتى أنتيكيثيرا لم تكن الآلية الوحيدة من نوعها في ذلك الوقت، وإنما كان هنالك، على الأقل، آليتان أخرتان تشبهانها، قام بتصنيع إحداهما أرشميدس في حين قام بوسيدونيوس بتصنيع الأخرى، ومن الجدير بالذكر حتى أرشميدس يعد واحدًا من مخترعي التروس، إذ ينسب إليه أنه أول من صمم مجموعة إدارة بترس دودي "Worm drive".

قد حافظت الصين على عدة أمثلة لآلات تعتمد في تصميمها على التروس، ومن الأمثلة على ذلك عربة التمثال المشير إلى الجنوب (120-250م)، وهي عربة بها آلية من تروس فرقية "Differential gears" تربط بين عجلاتها وتمثال آدمي أعلى العربة يشير ذراعه إلى الجنوب، تعمل مجموعة التروس الفرقية على عقد ذراع التمثال موجهًا دائمًا إلى الجنوب مهما تغير اتجاه العربة؛ إذ تساعد التروس الفرقية على تحديد الفرق بين دوران عجلتي العربة ومن ثم تحديد دوران قاعدة العربة ثم تعوض هذا الدوران بإدارة التمثال في الاتجاه الآخر، وهي بذلك تعمل عمل بوصلة لا مغناطيسية. قبل اختراع هذه العربة بقليل وبالتحديد نحوسنة 50م توصل الصينيون لصناعة التروس اللولبية "helical gear" عن طريق النحت في الخشب، وقد عثر على أحد هذه التروس بمقبرة في مدينة شانسي الصينية "Shensi".

Helical gears تروس اهليجية
أعلى: تشكيل متوازي
أسفل: تشكيل متقاطع

لا يُعرَف تحديدًا كيف من الممكن أن انتشرت تقنية التروس في القرون التالية، ولكن من المحتمل حتى الفهم التي كانت متاحة في عصر آلية أنتيكيثيرا لم تندثر إلى حتى ساهمت في ازدهار الفهم والتكنولوجيا في العالم الإسلامي من القرن التاسع وحتى القرن الثالث عشر. وهناك مخطوط أندلسي يعود للقرن الحادي عشر يذكر توظيف التروس التداويرية واستخدامها للمرة الأولى في الساعات الميكانيكية، ولعل أعمال المسلمين في مجالي الفلك والميكانيكا هي التي ساعدت على إحياء إنتاج الحاسبات الآلية الفلكية في العصر الحديث. وفي وقت مبكر من عصر النهضة الأوروبية وُظّفَت تقنيات التروس التي ابتكرها المسلمون في تطوير الساعات التي كانت تستخدم غالبًا للمباني العامة كالكاتدرائيات.

ليوناردودافنشي (ت. 1519م) - الرسام الإيطالي الشهير - خلف مجموعة من الرسومات والمخططات لبعض الآليات التي لا تزال تستخدم حتى يومنا هذا، وقد احتوت هذه الرسومات على أنواع من التروس اللولبية، وعلى تحليلات خاصة بعدة أنواع أخرى من التروس.

أقدم بيانات متوفرة عن كيفية استخدام التروس في نقل الحركة الدورانية بسرعة زاوية منتظمة ترجع لعام 1674م، عندما قام الفلكي الدنماركي الشهير أولِه رومر (1644-1710م) باقتراح شكل المنحنى الدويري الفوقي لسن الترس.

أنواع التروس

ترس مهمازي

وهوابسط انواع التروس ويتألف من أسطوانة أوقرص ذوأسنان منبثقة قطريا على محيطه. تتعشق ازواج التروس المهمازية مع بعضها فقط طالما كانت مركبة على محاور متوازية وبالتالي فإن التروس المهمازية لا تنقل اي قوة محورية على أسنانها. تعتبر هذه التروس مناسبة للسرعات المتوسطة لكنها تبدأ باصدار نسبة ضوضاء مرتفعة عن السرعات العالية.قد يكون سطح رأس اسنان الترس موازيا لمحور الدوران بينما تكون جدران الاسنان الجانبية ذات منحى انفليوت (على الغالب) أوذات منحى دويري.

ترس لولبي

زوج تروس لولبية

يتميز الترس اللولبي عن الترس المهمازي بأن سطح رأس اسنانه لاقد يكون متوازية مع محور الدوران بل يميل عنه بزاوية بحيثقد يكون منحى جدار السن هومنحى لولبي. نتجية لميلان اسنان الترس اللولبي فيمكن للتروس اللولبية حتى تتعشق عندما تكون مركبة محاور متوازية أوغير متوازية.

يفيد ميلان اسنان هذا النوع من التروس بتعشيق أكثر سلاسة وهدوءا للتروس. لذا تستخدم التروس اللولبية في تطبيقات السرعات العالية والتطبيقات ذات الضجيج المنخفض. تكمن سلبية هذا النوع من التروس في القوى المحورية التي تنشأ على اسنان المسننات المعشقة نتيجة ميلان جدران الاسنان مما يستدعي استخدام محامل دفق وايضا يؤدي إلى زيادة الاحتكاك بين الاسنان المعشقة الامر الذي يتم التعامل معه باضافات خاصة لزيوت التشحيم.

مراجع

^ «سنان بن ثابت» - مسقط «التراث الإسلامي» نسخة محفوظة 27 مايو2016 على مسقط واي باك مشين.
^ Spur Gears - How Gears Work | HowStuffWorks نسخة محفوظة 29 سبتمبر 2017 على مسقط واي باك مشين.
^ Machinery's Handbook. New York: Industrial Press. 2012. p. 2125. ISBN 978-0-8311-2900-2.
^ Khurmi, R. S., Theory of Machines, S.CHAND