ذراع التوصيل

تتنوع المواد المستخدمة في صناعة قضبان التوصيل تنوعًا كبيرًا، بما في ذلك الفولاذ الكربوني ، والمعادن الملبدة ذات الأساس الحديدي ، والفولاذ السبائكي ، والحديد الزهر ذي الجرافيت الكروي . [ ^{16 ] في} محركات السيارات المنتجة بكميات كبيرة، تُصنع قضبان التوصيل عادةً من الفولاذ. وتشمل المواد الأخرى الممكنة سبائك الألومنيوم والتيتانيوم . في التطبيقات عالية الأداء، يمكن استخدام قضبان توصيل "مصنوعة من قطعة معدنية صلبة"، بدلاً من صبها أو تشكيلها.

خلال كل دورة لعمود المرفق، يتعرض ذراع التوصيل لقوى كبيرة ومتكررة: قوى قص ناتجة عن الزاوية بين المكبس ومحور المرفق، وقوى ضغط أثناء حركة المكبس للأسفل، وقوى شد أثناء حركة المكبس للأعلى. ^{[ 17 ]} تتناسب هذه القوى طرديًا مع مربع سرعة المحرك (عدد الدورات في الدقيقة).

يؤدي تعطل ذراع التوصيل، والذي يُعرف غالبًا باسم "انفصال الذراع"، إلى دفع الذراع المكسور عبر جدار علبة المرافق، مما يجعل المحرك غير قابل للإصلاح. ^{[ 18 ]} تشمل الأسباب الشائعة لتعطل ذراع التوصيل: التلف الناتج عن الشد بسبب سرعات المحرك العالية، وقوة الصدمة عند اصطدام المكبس بالصمام (نتيجة لمشكلة في نظام الصمامات)، وتلف محمل الذراع (عادةً بسبب مشكلة في التزييت)، أو التركيب غير الصحيح لذراع التوصيل. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

قد تتسبب القوة الجانبية التي يمارسها عمود المرفق على المكبس عبر ذراع التوصيل في تآكل جدران الأسطوانات لتصبح بيضاوية الشكل. وهذا يقلل بشكل كبير من أداء المحرك، لأن حلقات المكبس الدائرية لا تستطيع إحكام إغلاق جدران الأسطوانات البيضاوية بشكل صحيح.

تتناسب قوة الدفع الجانبية طرديًا مع زاوية ذراع التوصيل، لذا فإن استخدام ذراع توصيل أطول يقلل من قوة الدفع الجانبية وتآكل المحرك. مع ذلك، فإن أقصى طول لذراع التوصيل مقيد بحجم كتلة المحرك؛ إذ يجب ألا يتجاوز المكبس أعلى كتلة المحرك عند جمع طول الشوط مع طول ذراع التوصيل.

مبدأ تشغيل المحرك الشعاعي

قضبان التوصيل الرئيسية والتابعة في محرك الطائرات رينو 8G V8 الذي يعود تاريخه إلى الفترة من 1916 إلى 1918

تستخدم المحركات الشعاعية عادةً قضبان توصيل رئيسية وتابعة، حيث يكون لأحد المكابس (المكبس العلوي في الرسم المتحرك) قضيب رئيسي متصل مباشرة بعمود المرفق. أما المكابس المتبقية، فتثبت قضبان توصيلها بحلقات حول حافة القضيب الرئيسي.

تتميز محركات V12 متعددة الصفوف ذات الأسطوانات الكثيرة بضيق المساحة المتاحة لعدد كبير من محاور أذرع التوصيل على طول محدود من عمود المرفق. أبسط الحلول، كما هو مستخدم في معظم محركات السيارات، هو أن يتشارك كل زوج من الأسطوانات محور مرفق واحد ، لكن هذا يقلل من حجم محامل أذرع التوصيل، ويؤدي إلى إزاحة طفيفة بين الأسطوانات المتقابلة في الصفوف المختلفة على طول محور عمود المرفق (مما يُنشئ عزم دوران متأرجح ). حل آخر هو استخدام أذرع توصيل رئيسية وتابعة، حيث يشتمل الذراع الرئيسي على دبوس حلقي واحد أو أكثر متصل بالأطراف الكبيرة للأذرع التابعة في الأسطوانات الأخرى. من عيوب أذرع التوصيل الرئيسية والتابعة أن أطوال أشواط جميع المكابس التابعة التي لا تقع بزاوية 180 درجة من المكبس الرئيسي ستكون دائمًا أطول قليلاً من شوط المكبس الرئيسي، مما يزيد من الاهتزاز في محركات V12.

يُعد محرك يونكرز جومو 222 التجريبي للطائرات، ذو الـ 24 أسطوانة، والذي طُوّر خلال الحرب العالمية الثانية، أحد أكثر الأمثلة تعقيدًا على قضبان التوصيل الرئيسية والتابعة. يتألف هذا المحرك من ست مجموعات من الأسطوانات، تحتوي كل مجموعة على أربع أسطوانات. تستخدم كل "طبقة" من الأسطوانات الست قضيب توصيل رئيسي واحد، بينما تستخدم الأسطوانات الخمس المتبقية قضبان توصيل تابعة. ^{[ 23 ]} تم بناء ما يقارب 300 محرك تجريبي، لكن المحرك لم يُطرح للإنتاج التجاري.

تُستخدم قضبان التوصيل ذات الشوكة والشفرة، والمعروفة أيضًا باسم "قضبان التوصيل ذات النهاية الكبيرة المنقسمة"، في محركات الدراجات النارية ثنائية الأسطوانات على شكل حرف V ومحركات الطائرات ذات 12 أسطوانة على شكل حرف V. ^{[ 24 ]} لكل زوج من الأسطوانات، يُقسم قضيب التوصيل "الشوكة" إلى قسمين عند النهاية الكبيرة، ويُرقق قضيب التوصيل "الشفرة" من الأسطوانة المقابلة ليتناسب مع هذه الفجوة في الشوكة. يزيل هذا الترتيب عزم الدوران الناتج عن إزاحة أزواج الأسطوانات على طول عمود المرفق.

يتمثل أحد الترتيبات الشائعة لمحمل الطرف الكبير في أن يحتوي قضيب الشوكة على جلبة محمل عريضة واحدة تمتد على كامل عرض القضيب، بما في ذلك الفجوة المركزية. يتحرك قضيب الشفرة، بعد ذلك، ليس مباشرةً على محور المرفق، بل على السطح الخارجي لهذه الجلبة. يؤدي هذا إلى تذبذب القضيبين ذهابًا وإيابًا (بدلاً من الدوران بالنسبة لبعضهما البعض)، مما يقلل من القوى المؤثرة على المحمل وسرعة السطح. ومع ذلك، تصبح حركة المحمل ترددية بدلاً من دوران مستمر، مما يمثل مشكلة أكثر تعقيدًا فيما يتعلق بالتشحيم.

ومن المحركات البارزة التي تستخدم قضبان الشوكة والشفرة محرك الطائرات رولز رويس ميرلين V12، ومحركات الديزل ثنائية الأشواط من EMD ، ومحركات الدراجات النارية المختلفة من نوع V-twin من هارلي ديفيدسون .