قلوظة أولولبة screw thread لجسم أسطواني في سطحه أثلام (أخاديد) حلزونية متصلة helical grooves، يمكن حتى يوصف اللولب بأنه قضيب أووتد أوإسفين يدسر حلزونياً في جسم آخر، حيثقد يكون الشد بحركة دورانية، ويكون الفك بحركة معاكسة. واللولبة هي بتر ذلك الجسم بحيث تتشكل على سطحه أخاديد (أثلام) وأسنان (بروزات) حلزونية ذات مبتر ثابت. تستعمل اللوالب في التثبيت أونقل الحركة أووصل البتر بعضها ببعض.

نظرة تاريخية

كان ربط البتر المعدنية بعضها ببعض يتم قديماً بالبرشمة riveting على الساخن أوالبارد. وكان لابتكار اللحام soldering دور كبير في تطوير تقنيات الوصل والربط في زمن قياسي. غير حتى فصل البتر الملحومة قاسي أوغير ممكن عملياً. وكان ابتكار المسامير الملولبة screws والبراغي bolts والصواميل (العزقات والجوزات) nuts وغيرها حلاً لهذه المشكلة. وتعددت فيما بعد أشكال القضبان الملولبة الأسطوانية والمخروطية وأنواعها بتصاميم مختلفة، حسب طبيعة استخدامها والغاية منها، كما تنوعت المعادن التي تصنع منها لتحتل المكانة الأولى في صناعة الآلات والمكنات. ولا يوجد جهاز واحد في العالم اليوم لا يحوي لوالب من نوع ما. تصنيف اللوالب

يعتمد جميع لولب أساساً على ما يسمى السن الحلزوني (القلاووظ) thread. واللوالب على هذا الأساس صنفان. الصنف الأول هوالمستخدم في التثبيت fastener، وينسب إليه جميع لولب تثبيت أوربط من أي نوع كان، من البرغي والعزقة (الصمولة) إلى المسمار الملولب المستعمل في النجارة وحتى وصلات الأنابيب. أما الصنف الثاني فيستخدم أداة للتحريك وإحكام الوضع أوتقريب الأمور بعضها من بعض، كعمود السحب الملولب lead screw وعمود المقود في السيارة ولولب المرفاع jack screw (الشكل2) ولوالب العيار والضبط في المجاهر والأنابيب وأجهزة المساحة والرصد الفلكي ومآخذ المصابيح الكهربائية وغيرها.

يختلف شكل سن اللولب (القلاووظ) في هذين الصنفين اختلافاً كبيراً. ومع حتى أسنان لوالب التثبيت هي الأكثر شيوعاً، ويمكن حتى تستخدم نفسها في لوالب التحريك، فإن العكس غير ممكن. وأسنان اللوالب القياسية المستخدمة اليوم هي المصنعة وفق مايأتي:

ـ النظام المتري القياسي الدولي (إيزو) International Standards Organization Metric- ISO. المصمم على أساس منظومة القياس العالمية SI.

ـ نظام الأنابيب القياسي البريطاني (أ ق ب) British Standard Pipe- BSP. مصمم على أساس البوصة (الإنش = 2.5سم).

ـ نظام الاتحاد البريطاني (أ ب) British Association- BA (البوصة).

وهناك أسنان بطل استخدامها، ولكن مازال وجودها محتملاً، ويمكن حتى تنتج بحسب الطلب كالسن القياسي البريطاني الناعم British Standard Fine thread- BSF، وسن وايتوورث القياسي البريطاني British Standard Whitworth thread- BSW. وهناك أسنان تستخدم أساساً في الولايات المتحدة الأمريكية كالسن الخشن الموحد Unified Coarse thread- UNC، والسن الناعم الموحد Unified Fine thread- UNF، وسن الأنابيب الوطني National Pipe Thread- NPT. غير حتى معظم الدول تحول، أوفي طريقه إلى التحول، إلى سلسلة السن المتري القياسي. مع عدّ السن القياسي البريطاني للأنابيب داخلاً في النظام المتري (إيزو). مصطلحات اللوالب

ـ السن thread: هوالخيط الحلزوني (البروز) الذي تتألف منه اللولبة، ويقابله الأخدود أوالمجرى (قاع اللولبة الحلزونية).

ـ القطر الرئيسي :major diameter (D) هوقطر السن الخارجي من الذروة إلى الذروة، والسن الداخلي من الجذر إلى الجذر.

ـ القطر الصغير minor diameter (d): وهوقطر جذر السن الخارجي أوذروة السن الداخلي وقد يسمى أحياناً قطر النواة.

ـ قطر المستوى:pitch diameter (Pd) هوقطر أسطوانة محورية متخيلة تبتر أسنان اللولب في النقاط التي يتساوى عندها عرض السن وعرض الثلم (الأخدود).

ـ المستوى pitch (p): وهي المسافة المحورية بين نقطة على السن (ذروة السن عادة) والنقطة اللقاءة لها على السن التالي (المجاور).

ـ زاوية سن اللولب: هي الزاوية المحصورة بين جانبي السن في مستوى القطر، وتعادل60 ْ في النظام المتري و55 ْ في النظام البريطاني (الإنكليزي).

ـ الدليل lead: المسافة التي ينتقل فيها السن محورياً في دورة واحدة. وهوفي السن المفرد يساوي المستوى، أما السن المزدوج فيساوي ضعف المستوى، وفي السن الثلاثي يساوي ثلاثة أضعاف المستوى، إلى غير ذلك السن المتري القياسي الدولي (إيزو)

إن للسن القياسي المعتمد من المنظمة الدولية للقياسات شكل السن الموحد الأمريكي بنظام البوصة (الإنش) من حيث المبدأ، وحين تتحول الولايات المتحدة الأمريكية إلى النظام المتري [ر. الأوزان والمقاييس] فسوف يحل محله بسهولة، مع إجراء تعديلات طفيفة على أشكال اللوالب لديها لتناسب الإنتاج الصناعي.

والفارق الرئيسي بين النظام المتري ونظام البوصة الموحد هوفي الحجوم والأطوال وتطبيقات الخلوص والتسامح، وكيفية التوصيف والتسمية.

والرمز الأساسي الدال على المنظومة المترية هووجود حرف M متبوعاً بالحجم الاسمي (القطر الرئيسي الأساسي بالميليمتر) والمستوى، وتفصل بينهما علامة الضرب × على النحوالآتي 1 × M8 أو1.5 × M20. وفي سلسلة السن الخشن يحذف رقم المستوى. أما الترميز الكامل للسن المتري فيشتمل بعد الترميز الأساسي على مواصفات الخلوص، وتتضمن رمز التسامح بقطر المستوى متبوعاً برمز التسامح في قطر ذروة السن، وكل رمز من هذه الرموز ممثل برقم، وهناك خط صغير يفصل رمز التسامح عن الرمز الأساسي. فإذا كان قطر المستوى وقطر التسامح في ذروة السن متماثلين يكتفى برمز واحد.

هذا وللمنظومة القياسية المترية إيزودرجات تسامح متفاوتة الأبعاد، منها ثلاث درجات أساسية هي أربعة وستة و8، والدرجةستة هي الأكثر شيوعاً للأسنان ذوات الاستخدام العام. والتسامح إذا كان أقل من الدرجةستة دل على أنه صغير وهي المواصفات المطلوبة للسن الناعم، أما إذا كانت الدرجة أعلى منستة فيكون التسامح أكبر وهومن ميزات السن الخشن والتماسك الطويل.

ويدل وضع التسامح على الحدود المادية القصوى للخطوة وقطر الذروة للسن الخارجي وللسن الداخلي على حد سواء، وتمثّل سلسلة رموز موضع التسامح القيم المتنوعة للخلوص المسموح به وهي على النحوالآتي:

للسن الخارجي: e = خلوص كبير، g = خلوص وسط، h = لا يوجد خلوص.

للسن الداخلي: G = خلوص صغير، H= لا يوجد خلوص.

ولتحديد التوافق المطلوب بين السنين الخارجي والداخلي يعطى رمز الخلوص للسن الداخلي ثم السن الخارجي وبينهما خط مائل على النحوالآتي: 1-6H/6g × M6.

رموز السن الموحد والأكمة والمربع

رُمز لهذه اللوالب برموز قياسية وفق منظومة موحدة، بإعطاء القطر الاسمي وعدد الأسنان بالبوصة (الإنش)، والحروف الأولى للمنظومة التي تخصها مثل unc أوunf، ومرتبة السن (1a أو2a أو3a، و1B أو2B أو3B ). وتعدّ هذه اللوالب يمينية ووحيدة السن ما لم يشر إلى العكس. أما السن اليساري فيرمز له بحرفي (left hand) LH، ويرمز للسن المتعدد البوابات بحدثة double أوtriple أوغيرها باللغة الإنكليزية.

وأسنان اللوالب على هذا النحويمكن حتى تكون مثلثية أومربعة أومدورة أوعلى شكل شبه منحرف أولا نهائية، وبحسب السطح المنفذة عليه يمكن حتى تكون اللولبة أسطوانية أومخروطية (خارجية أوداخلية)، وبحسب اتجاه حركة الشد (الربط) أواتجاه ميل الحلزنة قد تكون اللولبة يمينية أي باتجاه دوران عقارب الساعة، أويسارية عكس اتجاه دوران عقارب الساعة (الشكل 5)، وبحسب عدد البوابات (البدايات) يمكن حتىقد يكون اللولب وحيد السن أومتعدد الأسنان (متعدد البوابات)، كأنقد يكون مزدوج السن double thread أوثلاثي السن triple أورباعي quadruple أوغير ذلك. تبدأ الحلزنة في السن المزدوج بفاصل 180 ْ وفي السن الثلاثي بفاصل 120 ْ. وتستعمل هذه اللوالب المتعددة البوابات حين تكون السرعة مطلوبة في عمليتي الربط والحل، كما في قلم الحبر والمرفاع jack. لقد تم تطوير أشكال الأسنان وفقاً لمتطلبات محددة، فاللوالب ذوات الأسنان المثلثية تنتمي إلى مجموعة مسامير وبراغي التثبيت أوالربط، لكونها توفر المتانة والالتصاق التام بين البتر ولمدى طويل، وغالباً ما تكون من النمط المعدل 60 ْ V (المتري والموحد). أما اللوالب ذوات الأسنان على شكل شبه منحرف مع صواميلها فتدخل في مجموعة اللوالب الحركية kinetic التقدمية والتراجعية بأقل درجة احتكاك، وتستخدم في الضبط والمعايرة، ومنها لوالب المخارط وطاولات القياس وأجهزتها. في حين تستخدم اللوالب اللانهائية لتحويل الحركة الدورانية إلى حركة مستقيمة كما في المطابع والروافع لحمل الحمولات الكبيرة.

وحيث تكون القوة والمتانة مطلوبتين لنقل الحركةقد يكون للأسنان وجوه أقرب إلى الشكل العمودي على المحور، مثل سن الأكمة acme والسن المربع square وهي أسنان الأجهزة التي تعتمد على الأعمدة الملولبة المعدة للحمولات الثقيلة، لأنها تنقل العزم موازياً تقريباً لمحور اللولب، والسن المربع المعدلقد يكون له ميل جانبي مقدارهعشرة ْ ويستخدم في المرفاع والملزمة، حيث تلزم القوة لنقل القدرة باتجاه محور السن. ويمكن حتى يحل محله سن الأكمة أوأشكال أخرى من لوالب الحركة في المكنات، غير حتى سن الأكمة بأنواعه أسهل تصنيعاً ويسمح تصميمه باستعمال الصمولة المشقوقة للربط والفك، ولأن العمق الأساسي للسن أقل بنسبة 0.30 من المستوى فإن مبتر السن قوي ويناسب الاستخدام حيث المجال محدود والقوة لازمة. أما اللولب الدودي (Brown & Sharb) B&S فمعدل عن سن الأكمة ومعد لنقل القدرة بحركة لا نهائية. يضاف إلى ما ذكر اللولب المكتف أولولب المغلاق المصمم لنقل القدرة الكبيرة والضغط المرتفع في اتجاه واحد فقط، وهومستعمل في آلية المغلاق في المدافع وفي وصل الأمور الأنبوبية وفي قلب مراوح الطائرات. أما السن البرجمي نصف المدور knuckle rolled thread فنراه في زر ومأخذ المصباح والفاصمة الكهربائية المصنوعين من الصفيح، حيث يأخذ السن والأخدود شكل نصفي دائرتين متماستين وأبعادهما قياسية. ويتم تصنيع هذا السن عادة بالدلفنة، غير أنه من الممكن تصنيعه بالسكب أوالقولبة. وثمة نمط آخر لسن اللولب في هذه التطبيقات، هوسن اللولب الكروي المتكرر الدوران recirculation ball screw، ويستخدم لتخفيف الاحتكاك، غير أنه معقد وكبير الكلفة فلا يستخدم إلا كتلة واحدة، أي إنه لايمكن فصل الصمولة (الجوزة أوالعزقة) عنه. أما مبدأ عمله فيتلخص في حشر كريات صغيرة بين الأخاديد الحلزونية الخارجية والداخلية من طرف وحيد للصمولة لتأخذ مكانها بين الأخاديد، وعندما تخرج تلك الكريات من الطرف الآخر تعود ثانية إلى مدخل الصمولة عبر قناة خاصة بسيلان مستمر منتظم فتعمل عمل المدرجة الكروية وتخفف الاحتكاك.

يمكن حتى تصنع اللوالب من مختلف المواد. وتستخدم المعادن وبعض أنواع اللدائن في خلق لوالب التثبيت، وأكثرها استخداماً في المجال التجاري خلائط الألمنيوم والنحاس (الصُّفَر والبرونز) والفولاذ. وأما اللوالب المعدة للاستخدامات الخاصة، كتلك المقاومة للحرارة أوالصدأ أوالتآكل فتصنع من أنواع كثيرة من المواد المعدنية وغير المعدنية المناسبة للمحيط كالفولاذ غير القابل للصدأ وخلائط التيتانيوم وخلائط النيكل المقاومة وكذلك النايلون. ولكن تجب الإشارة هنا إلى حتى السن الخارجي للبرغي والسن الداخلي للصمولة مصممان ليتطابق جميع منهما مع الآخر، ويجب ألاقد يكونا كلاهما من الفولاذ غير القابل للصدأ، لأن هذه المادة يتماسك بعضها مع بعض في هذا الوضع إلا إذا كان هناك خلوص كبير أواستخدم مركب مضاد للتماسك، وقد يحدث من المحال تماماً تفكيك مثل هذا الترابط من دون ضرر.

يمكن حتى تعطى البراغي والصمولات أشكالها المطلوبة بالبتر (الخراطة) أوالدلفنة أوالبثق مع الدلفنة. والأسنان المقطوعة تكون أشد إحكاماً عادة من تلك المدلفنة أوالمشكّلة بالبثق بسبب التشوه والخشونة. ولتسهيل عملية الربط تُعطى الأسنان المشكّلة بالبتر نهاية دقيقة. ومن ثمّ فإن تصنيع اللوالب بالدلفنة أقل كلفة، غير حتى مجال أحجام البراغي الممكن إنتاجها محدود.

البراغي والصمولات (العزقات)

ينطق للولب برغي bolt إذا كان جزء من طوله ملولباً وبقية الجسم أملس، أما المسمار الملولب screw فيكون ملولباً بطوله الكامل حتى الرأس. وهناك أنواع مختلفة الرؤوس من البراغي والمسامير الملولبة المستخدمة في الهندسة الصناعية كالبرغي المسدس الرأس hexagon head وهوأكثر البراغي والمسامير الملولبة شيوعاً، والبرغي المجوف الرأس (ذوالنقرة) socket (cap) head ويكون رأسه مرتفعاً وفي مركزه نقرة مسدسة الشكل، ويشد بمفتاح مسدس الأضلاع يسمى مفتاح آلن Allen key، والبرغي ذوالرأس الغاطس countersunk head، ويستخدم حيث يلزم حتىقد يكون البرغي على سوية واحدة مع السطح، وبراغي الضبط والإحكام set screws، وهي براغي تستخدم لمنع بترتين دوارتين من الانزياح إحداهما عن الأخرى، ويتحقق ذلك ببروز النهاية المدببة للبرغي حيث تمتنع الحركة النسبية بين البترتين. والبرغي المكتّف shoulderd bolt ويستخدم حين يجب الحد من عمق توغل البرغي في البترة المراد تثبيتها، أوحين يلزم الحد من قوة الشد، ومن ثمّ فإن الأكتاف هي التي تقوم بهذه المهمة. وهناك أنماط أخرى تستخدم عادة في الهندسة الصناعية الخفيفة ومنها الرأس المدورround head ورأس الفطر (المقبب) mushroom (raised) head، إضافة إلى المسمار الملولب المخروطي (البرغي الخشابي أوسن الصاج).

أما العزقات أوالصواميل فمنها المسدسة المسطحة hexagon nuts plain العادية، ومنها العزقات الشديدة التماسك stiff nuts وهي عزقات متنوعة الأشكال، منها ما يصنع بعدة أسنان مشوهة تتماسك بشدة مع أسنان البرغي، ومنها ما يتماسك بوساطة طبقة من النايلون أوالألياف تفتح فيها أسنان البرغي أخاديدها فتتماسك معها. وهناك أيضاً العزقات المشقوقة أوالبرجية slotted or castle nuts المجهزة بشقوق ينحشر البرغي فيها ويتماسك معها، والعزقات المربعة أوالمدورة، ومن غير المألوف استعمالها في الهندسة الصناعية إلا للضرورة. استعمالات لوالب التثبيت

معظم لوالب التثبيت قضيب ذوسن أسطواني، وله رأس من طرفه بأشكال مختلفة وكلها قياسية، وبعضها له تصميم خاص. واستخدام لوالب التثبيت القابلة للفك ضروري في الآلات والمكنات والمركبات لربط الأجزاء بعضها ببعض وفكها عند الضرورة. ولأن لوالب التثبيت تنتج بالجملة بتكلفة قليلة فهي موحدة المواصفات وقابلة للاستبدال فيما بينها.

تعرّف لوالب التثبيت بالاسم الذي يبين نوعية استخدامها مثل برغي الضبط set screw والبرغي المكتف shoulder screw والبرغي ذاتي اللولبة self tapping screw والبرغي المجنح thumb screw والبرغي ذوالعروة eyebolt. وهناك أنماط مميزة تناسب معظم متطلبات التثبيت، وتستخدم في أكثر أعمال الهجريب كالبرغي والصمولة، والإصبع الملولب من الطرفين stud والبرغي المقبب الرأس cap screw وبرغي المكنات machine screw وبرغي الضبط.

انظر أيضاً

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Mechanical threads.

الهامش

المصادر

محمد وليد الجلاد. "لولبة القضبان". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

• International Thread Standards