مضخم عزم الدوران

مضخم عزم الدوران هو جهاز ميكانيكي يعمل على تضخيم عزم دوران عمود دوار دون التأثير على سرعته الدورانية. وهو مرتبط ميكانيكيًا بالرافعة الموجودة في السفن. وأكثر استخداماته شيوعًا هو في نظام التوجيه المعزز في السيارات. وهناك استخدام آخر في المحلل التفاضلي ، حيث تم استخدامه لزيادة عزم الدوران الناتج عن جهاز التكامل الكروي والقرصي المحدود بخلاف ذلك. كما يُطبق المصطلح أيضًا على بعض علب التروس المستخدمة في الجرارات ، على الرغم من عدم وجود صلة بينه وبين محول عزم الدوران .

تم اختراع أول مكبر عزم الدوران يعمل بالطاقة الكهربائية في عام 1925 بواسطة هنري دبليو نيمان من شركة بيت لحم للصلب في بيت لحم، بنسلفانيا. ^[1] كان الهدف منه السماح بالتحكم اليدوي في المعدات الثقيلة؛ مثل الرافعات الصناعية والمدفعية وما إلى ذلك. استخدم فانيفار بوش مكبر عزم الدوران الخاص بنيمان كجزء من مشروع المحلل التفاضلي الخاص به في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في أوائل ثلاثينيات القرن العشرين. ^{[2] كان} اللورد كلفن قد ناقش بالفعل إمكانية إنشاء مثل هذه الآلات الحاسبة في وقت مبكر من ثمانينيات القرن التاسع عشر، لكنه تعثر بسبب عزم الدوران المحدود الناتج عن مُدمِجات الكرة والقرص . ^[3] استخدمت هذه المُدمِجات محمل كروي مضغوط بين سطح عمود دوار وقرص، لنقل القوة الدورانية للعمود إلى القرص. من خلال تحريك الكرة على طول العمود، يمكن تغيير سرعة القرص بسلاسة. كان عزم الدوران على عمود الإخراج محدودًا بالاحتكاك بين المحمل والقرص، وبما أن هذه كانت مصنوعة عمومًا من معادن تحد من الاحتكاك مثل البرونز للسماح بالحركة السلسة، فقد كان عزم الدوران الناتج منخفضًا للغاية. يمكن لبعض الأجهزة الحاسبة استخدام الناتج مباشرة، وبنى كلفن وآخرون عدة أنظمة، ولكن في حالة المحلل التفاضلي، كان خرج أحد المتكاملين يقود مدخلات المتكامل التالي، أو خرج الرسم البياني. كان مكبر عزم الدوران هو التقدم الذي سمح لهذه الآلات بالعمل.

يتألف مضخم عزم الدوران في الأساس من عجلتين متصلتين ببعضهما البعض. تتكون العجلتان من أسطوانة متصلة بمصدر دوار قوي، عادةً ما يكون المحرك البخاري للسفينة، أو محرك كهربائي في الأمثلة الحديثة. لاستخدام الجهاز، يتم لف الحبل بضع دورات حول الأسطوانة، مع ربط أحد طرفيه بحمل، والطرف الآخر يمسكه المستخدم بيده. في البداية، يكون الحبل مشدودًا قليلاً وينزلق بسهولة مع دوران الأسطوانة. ومع ذلك، إذا سحب المستخدم طرفه من الحبل، يزداد الشد، مما يزيد من الاحتكاك بين الحبل والأسطوانة. الآن يتم تطبيق عزم الدوران الكامل للسائق على الطرف الآخر من الحبل، مما يسحب الحمل. إذا لم يفعل المستخدم شيئًا، فإن العجلتين ستسحبان الحمل تجاه نفسها لفترة وجيزة، وبالتالي إرخاء الحبل وإيقاف المزيد من الحركة. إذا قام المستخدم بدلاً من ذلك برفع الركود، يتم الحفاظ على الشد ويستمر سحب الحمل. بهذه الطريقة، يمكن للمستخدم التحكم بسهولة في حركة حمولة كبيرة جدًا. ^[4]

يتكون مضخم عزم الدوران النموذجي من عجلتين دافعتين موضوعتين من طرف إلى طرف على طول خط دوران مشترك، وعادة ما يكون أفقيًا. يتم توفير مصدر واحد لعزم الدوران، عادةً من محرك كهربائي، والذي تم تصميمه لتشغيل الطبلتين للدوران في اتجاهين متعاكسين. يتم لف حبل واحد (أو شريط) حول الطبلتين. إذا تم تطبيق شد على أحد طرفي الحبل، فإن عجلته الدافعة تسحبه، مما يؤدي بدوره إلى شد الناتج. مثل العجلتين الدافعتين المفردتين، تبدأ الحركة وتتوقف بمجرد تطبيق الشد أو تحريره، ولكن الحركة بشكل عام تكون سلسة مع تطبيق درجات متفاوتة من عزم الدوران على المدخل. ^[4]

يمر عبر منتصف الطبول عمودان منفصلان، للإدخال والإخراج. ينتهي كلاهما بكامة (مخفية في الرسم المرفق)، والتي من خلال تابع وذراع متأرجحة تمسك بطرف واحد من كل حبل. إذا دار عمود الإدخال من الوضع الصفري، ترفع كامته أو تخفض تابع الإدخال، والذي من خلال ذراع الإدخال المتأرجح يشد الحبل على إحدى الطبول ويرخي الأخرى. في هذه الحالة، تطبق إحدى الطبول قوة جر أكبر بكثير من الأخرى، مما يؤدي إلى تحريك كل من عمود الإخراج والقفص الذي يركب ذراعي الإدخال والإخراج لتتبع الإدخال. بمجرد تحرك القفص وعمود الإخراج إلى الوضع الصحيح، يستعيد الشد في الحبلين التوازن وتتوقف الحركة النسبية. بهذه الطريقة، تتبع حركة عمود الإخراج عن كثب حركة الإدخال، على الرغم من أن عزم الدوران المطبق عليه هو عزم دوران المحرك الذي يقود النظام، على عكس عزم الدوران الأصغر كثيرًا المطبق على عمود الإدخال. ^[4]

كانت وحدات الطيار الآلي المبكرة التي صممها إلمر أمبروز سبيري تتضمن مكبرًا ميكانيكيًا يستخدم أحزمة ملفوفة حول أسطوانات دوارة؛ وكانت الزيادة الطفيفة في شد الحزام تتسبب في تحريك الأسطوانة للحزام. وكانت مجموعة مزدوجة متقابلة من هذه المحركات تشكل مكبرًا واحدًا. وقد أدى هذا إلى تضخيم أخطاء الجيروسكوب الصغيرة إلى إشارات كبيرة بما يكفي لتحريك أسطح التحكم في الطائرة.

تم استخدام آلية مماثلة في المحلل التفاضلي Vannevar Bush .

استخدم مكبر الصوت الأسطواني الكهروستاتيكي شريطًا ملفوفًا جزئيًا حول أسطوانة دوارة، ومثبتًا عند نهايته المثبتة بنابض. الطرف الآخر متصل بمخروط مكبر الصوت. تم تحويل إشارة الإدخال إلى جهد عالي، وإضافتها إلى خط إمداد تيار مستمر عالي الجهد. تم توصيل هذا الجهد بين الأسطوانة والحزام. وبالتالي، قامت إشارة الإدخال بتغيير المجال الكهربائي بين الحزام والأسطوانة، وبالتالي الاحتكاك بينهما، وبالتالي مقدار الحركة الجانبية للحزام وبالتالي مخروط مكبر الصوت.

• آلية التشغيل
• محول عزم الدوران

الاستشهادات

قراءة إضافية