عمود مرفقي أوعمود الكردان crankshaft، وتختصر أحياناً مرفق، هوجزء من المحرك ينقل الحركة الخطية دورية مكبس إلى حركة دورانية. تساعد حذفات المرفق بالإنگليزية: crank throws وهي سطوح المحمل الإضافية، ويكون محورها مزاحا عن محور العمود المرفقي، ويثبت عليها النهاية الكبيرة لذراع التوصيل بتحويل الحركة الانزياحية إلى دورانية.

وتثبت الحدافة على العمود المرفقي للتقليل من خاصية النبض في المحركات رباعية الأشواط، وأحيانا كمخمد للاهتزازات والحدرجة على طول العمود المرفقي الناتجة من أغلبها من الأسطوانات وبعضها من المخرج.

التاريخ

العالم الغربي

العصور القديمة

العصور الوسطى

النهضة

الشرق الأوسط والأقصى

التصميم

[[ملف:Four stroke engine diagram.jpg|تصغير|مكونات المحرك رباعي الأشواط، ثنائي محور الحدبات. (E) محور الحدبات للصرف، (I) محور الحدبات للمدخل، (S) شمعة احتراق، (V) [[صمام قفاز ، (P) مكبس، (R) ذراع التوصيل، (C) عمود مرفقي، (W) مجاري الماء من أجل التبريد.]]

تكون المحركات الكبيرة عادة متعددة الأسطوانات لتقليل النبضات الناتجة عن أشواط الإشعال المستقلة، فتربط عدة مكابس إلى عمود مرفقي ذوشكل معقد. والكثير من المحركات الصغيرة مثل تلك المستخدمة في الدرجات النارية الصغيرة تكون وحيدة الأسطوانة وتستخدم مكبس واحد، مما يبسط من تصميم العمود المرفقي.

كرسي المحمل

يدور العمود المرفقي حول محوره الخطي، وهومزود 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 حتى يدعم بعدة محامل قوية، وليس محملين فقط عند الجانبين. هذا العامل أدى إلى صعود نجم المحركات على شكل V ذوالثماني أسطوانات وهي تتصف بعمود مرفقي قصير لقاء المحركات ذات الثماني أسطوانات مستقيمة. لقد عانى العمود المرفقي للنوع الأخير من المحركات من كمية غير مقبولة من الانحناء عندما بدأ مصمموالمحرك باستخدام نسب انضغاط أعلى وسرعات دورانية عالية. ولهذا السببقد يكون للعمود المرفقي في المحركات ذات الأداء العالي محامل أساسية أكثر من المحركات ذات الأداء الأخفض.

شوط المكبس

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 أيضا 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.

شكل المحرك

كل من شكل وعدد المكابس ذوعلاقة بالآخر وبالعمود المرفقي فيكون المحرك على شكل حرف V أومحرك مسطح أومحرك ذوأسطوانات مستقيمة. ويمكن استعمال كتلة المحرك البسيطة نفسها مع أعمدة مرفقية مختلفة لتعديل نسق الاشتعال.

توازن المحرك

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

المحركات الدورانية

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

تصنيع الأعمدة المرفقية

يمكن للأعمدة المرفقية حتى تكون مكونة من بترة واحدة أومجمع من عدة بتر. والأعمدة المرفقية المكونة من بترة واحدة هي الشائعة، ولكن بعض المحركات، الصغيرة منها والكبيرة، تستخدم أعمدة مرفقية مجمعة.

الحدادة والسباكة

يمكن تصنع الأعمدة المرفقية بحدادة قضيب من الفولاذ باستخدام الحدادة بالدرفلة أوالسباكة. في الوقت الحالي يلجأ المصنعون إلى الحدادة بسبب خفة الأعمدة المرفقية الناتجة، وأحجامها الأصغر، وتخميدها الأفضل. ويستخدم الفولاذ مع خلائط الفاناديوم غالبا حيث يمكن تبريده بالهواء بعد الوصول إلى متانة عالية بدون معالجة حرارية إضافية، باستثناء تقسية سطوح استناد المحامل. ويستخدم أيضا خلائط الفولاذ الكربوني، ولكنها بحاجة 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 تستخدم أيضا الأعمدة المرفقية المصنعة من حديد الزهر في الأحمال القليلة في حين تستخدم الأعمدة المرفقية الفولاذية المصنعة بالحدادة في المحركات ذات الأحمال الأكبر.

التشغيل

يمكن تصنيع الأعمدة المرفقية بتشغيل المُدلفنة (المدلفنة هي كتلة من الحديد الخام المعد للكبس أوللطرق أوللدلفنة)، ويستخدم قضيب من الفولاذ المذاب بالفراغ ذوالنوعية العالية غالبا. ومع حتى الجريان الليفي (وهولا تجانسية في الهجريب الكيميائي للمادة ينتج أثناء السباكة) لا يتبع شكل العمود المرفقي (وهوأمر غير مرغوب فيه)، ولكنه لا يشكل معضلة لأننا نستخدم الفولاذ ذا النوعية العالية والذيقد يكون قاسي الحدادة عادة. تكون هذه الأعمدة المرفقية غالية الثمن بسبب الكمية الكبيرة من المادة المزالة لإنجاز العمل باستخدام المخارط والفارزات، وبسبب ازدياد ثمن 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.

مقاومة الكلال أوالتعب

تزداد مقاومة الأعمدة المرفقية للكلال بتدوير الزوايا عند أطراف المحامل الأساسية ومسمار المرفق بالإنگليزية: crankpin. يقلل تدوير الزوايا هجرز الإجهاد في هذه المناطق الحساسة، ولكنه في نفس الوقت يهجر بعض الإجهاد الضاغط المتبقي في السطح والذي يمنع تشكل التشققات.

التقسية

تقسى سطوح المحامل في معظم الأعمدة المرفقية المنتجة بطريقة الحث لأن هذه الكيفية تعطي نتائج جيدة بكلفة منخفضة. وتسمح أيضا 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 أوللطرق أوللدلفنة)، تصلد بالنتردة بدلا من التقسية بالحث. النتردة أبطأ وأكثر كلفة، وتفرض بعض المتطلبات على السبيكة الفولاذية المعدنية المستخدمة لكي يتشكل نتريدًا مستقرًا. ميزة النتردة هوإمكانية إجرائها عند درجات حرارة منخفضة، وهي تعطي سطحًا قاسيًا جدًا، وتهجر 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 نص=إجهادات التلامس الهرتزية العالية في مثل هذه الاستخدامات. ومثل النتردة، فإن الكربنة أيضا تهجر بعض إجهادات الانضغاط المتبقي في السطح.

الأثنطق الموازنة

بعض الأعمدة المرفقية الغالية الثمن، والعالية الأداء تستخدم أثنطقا موازنة ثقيلة لجعل العمود المرفقي أكثر تراصا. المعدن الثقيل المستخدم عادة هوسبائك التنغستن وقد يستخدم اليورانيوم المنضب أيضا لهذا الغرض. ويمكن استعمال الرصاص الأرخص ولكن التنغستن أكثر كثافة منه.

الإجهادات المؤثرة على العمود المرفقي

يتعرض العمود المرفقي لمختلف القوى ولكنها تحلل في موضعين عادة. الأول، قد يحدث الفشل عند موضع الانحناء الأعظمي، حيثقد يكون الضغط في الأسطوانة أعظميا، وهذا قد يحدث في وسط العمود أوعند 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.

انظر أيضاً

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Crankshaft.

المصادر

المراجع

• Hall, Bert S. (1979), The Technological Illustrations of the So-Called "Anonymous of the Hussite Wars". Codex Latinus Monacensis 197, Part 1, Wiesbaden: Dr. Ludwig Reichert Verlag, ISBN 3-920153-93-6 
• al-Hassan, Ahmad Y.; Hill, Donald R. (1992), Islamic Technology. An Illustrated History, Cambridge University Press, ISBN 0-521-42239-6 
• Laur-Belart, Rudolf (1988), Führer durch Augusta Raurica (5th ed.), Augst 
• Mangartz, Fritz (2010), Die byzantinische Steinsäge von Ephesos. Baubefund, Rekonstruktion, Architekturteile, Monographs of the RGZM, 86, Mainz: Römisch-Germanisches Zentralmuseum, ISBN 978-3-88467-149-8 
• White, Jr., Lynn (1962), Medieval Technology and Social Change, Oxford: At the Clarendon Press 
• Ritti, Tullia; Grewe, Klaus; Kessener, Paul (2007), "A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications", Journal of Roman Archaeology 20: 138–163 
• Schiöler, Thorkild (2009), "Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle", Helvetia Archaeologica 40 (159/160): 113–124 
• Wilson, Andrew (2002), "Machines, Power and the Ancient Economy", The Journal of Roman Studies 92: 1–32 

وصلات خارجية

• Grewe, Klaus (2009), "Die Reliefdarstellung einer antiken Steinsägemaschine aus Hierapolis in Phrygien und ihre Bedeutung für die Technikgeschichte. Internationale Konferenz 13.−16. Juni 2007 in Istanbul", in Bachmann, Martin (in German), Bautechnik im antiken und vorantiken Kleinasien, Byzas, 9, Istanbul: Ege Yayınları/Zero Prod. Ltd., pp. 429–454, ISBN 978-975-807-223-1, http://www.freundeskreis-roemerkanal.de/Text/BAUTECHNIK%20IM%20ANTIKEN%20UND.pdf