نظام التوجيه المسنن والترس

نظام الترس والجريدة المسننة هو نوع من المحركات الخطية يتكون من ترس دائري ( الترس الصغير ) يتعشق مع ترس خطي ( الجريدة المسننة ). ^{[ 1 ]} يعمل هذان النظامان معًا على تحويل الحركة بين الدوران والحركة الخطية: فتدوير الترس الصغير يؤدي إلى تحريك الجريدة المسننة في خط مستقيم، بينما تحريك الجريدة المسننة في خط مستقيم يؤدي إلى دوران الترس الصغير.

تُستخدم آلية الترس والجريدة المسننة في السكك الحديدية المسننة ، حيث يتعشق الترس المثبت على القاطرة أو عربة السكة الحديدية مع جريدة مسننة توضع عادةً بين القضبان، مما يساعد على تحريك القطار صعودًا على منحدر حاد . كما تُستخدم هذه الآلية في مكابس الحفر ومكابس الثقب ، حيث يتصل الترس بذراع ويُحرك جريدة مسننة رأسية ( المكبس ). وفي خطوط الأنابيب وأنظمة الأنابيب الصناعية الأخرى، تُحرك جريدة مسننة بواسطة مشغل خطي الترس لفتح أو إغلاق صمام . وتُعد المصاعد المنزلية ، وبوابات الأقفال ، والبوابات الكهربائية ، وآلية التوجيه الميكانيكية للسيارات من التطبيقات البارزة الأخرى لهذه الآلية.

قد يُستخدم مصطلح "الترس المسنن والجريدة المسننة" أيضاً عندما لا يكون الترس المسنن مستقيماً بل مقوساً (منحنياً)، أي مجرد جزء من ترس كبير. ^{[ 2 ]}

يمكن لترس واحد أن يُحرك في آنٍ واحد رفّين متوازيين متعاكسين، بحيث يتحركان دائمًا بنفس المسافة ولكن في اتجاهين متعاكسين. وعلى العكس، بتطبيق قوتين متعاكستين على الرفّين، يُمكن الحصول على عزم دوران صافٍ على الترس، دون أي مُركّبة قوة. يُمكن استخدام آلية الرف والترس المزدوجة هذه ، على سبيل المثال، مع زوج من المُشغّلات الهوائية لتشغيل صمام بأقل قدر من الإجهاد. ^{[ 3 ]}

• 
  رافعة بوابة القفل على قناة
• 
  بوابة كهربائية
• 
  آليات توجيه السيارات
• 
  مجموعة عجلات سكة حديدية مسننة
• 
  مجموعة عجلات ومكابح القطار الجبلي المائل
• 
  مشغل صمام هوائي مزدوج الرف

كان جهاز الكرينكين عبارة عن جهاز مسنن وجريدة مسننة يستخدم في القرن الخامس عشر لسحب وتر القوس والنشاب. ^{[ 4 ]}

في عام 1598، طوّر مصمم الأسلحة النارية تشاو شيزين بندقية شوان يوان (軒轅銃)، التي تتميز بآلية إطلاق فتيل مسننة مستوحاة من تصميم بندقية فتيل عثمانية تركية. ^{[ 5 ]} وفي وقت لاحق، وصف وو باي تشيه (1621) بنادق عثمانية تركية تستخدم آلية مسننة. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

ابتكر آرثر إرنست بيشوب ^{[ 8 ]} في سبعينيات القرن الماضي نظام التوجيه المتغير (مع استخدام ترس صغير عادي) لتحسين استجابة السيارة وشعور التوجيه، خاصة عند السرعات العالية. كما ابتكر عملية تشكيل بالضغط منخفضة التكلفة لتصنيع هذه التروس، مما أغنى عن الحاجة إلى تشكيل أسنان التروس.

يؤدي نظام الترس المسنن والجريدة المسننة وظيفة مشابهة لنظام التروس الدودية ، مع استبدال الجريدة المسننة بالدودة، حيث يحول كلاهما عزم الدوران إلى قوة خطية. ومع ذلك، يوفر نظام الترس المسنن والجريدة المسننة سرعة خطية أعلى عمومًا، إذ أن دورة كاملة للترس الصغير تُزيح الجريدة المسننة بمقدار يساوي قطر دائرة خطوة الترس الصغير ، بينما تُزيح دورة كاملة للولب الدودي الجريدة المسننة بمقدار عرض سن واحد فقط. وبالمثل، ينتج عن آلية الترس المسنن والجريدة المسننة قوة خطية أقل من تلك التي ينتجها نظام التروس الدودية، لنفس عزم الدوران المُدخل. كما يمكن استخدام زوج الترس المسنن والجريدة المسننة في الاتجاه المعاكس، لتحويل القوة الخطية إلى عزم دوران؛ بينما لا يمكن استخدام نظام التروس الدودية إلا في اتجاه واحد. ^{[ 9 ]}

قد تكون أسنان زوج الترس المسنن والجريدة المسننة مستقيمة (موازية لمحور الدوران، كما في الترس المستقيم ) أو حلزونية . في الترس الصغير، يكون شكل أسطح أسنان العمل عادةً قوسًا متداخلًا ، كما هو الحال في معظم التروس. أما في الجريدة المسننة، فتكون أسطح العمل المقابلة مسطحة. ويمكن تفسيرها على أنها أسطح أسنان متداخلة لترس ذي نصف قطر لانهائي. في كلا الجزأين، تُشكّل الأسنان عادةً باستخدام قاطع تروس (أداة تشكيل ). ^{[ 1 ]}