محرك دودي

محرك الدودة هو نظام تروس يتكون من دودة (ترس لولبي ) تتعشق مع عجلة دودة (تشبه في مظهرها الترس المستقيم ). وظيفته الأساسية هي نقل الحركة بين محورين متعامدين أو تحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية (مثال: مشبك خرطوم من نوع الشريط ). يُطلق على هذين العنصرين أيضًا اسم لولب الدودة وترس الدودة . غالبًا ما يحدث خلط في المصطلحات بسبب الاستخدام غير الدقيق لمصطلح " ترس الدودة" للإشارة إلى الدودة أو عجلة الدودة أو محرك الدودة كوحدة واحدة.

يُعتقد أن محرك الدودة، أو "اللولب اللانهائي"، قد اخترعه إما أرخيتاس التارنتيني، أو أبولونيوس البرغي ، أو أرخميدس ، والأخير هو الأرجح. ^{[ 1 ]} ظهر محرك الدودة لاحقًا في شبه القارة الهندية ، لاستخدامه في محالج القطن الدوارة ، خلال سلطنة دلهي في القرنين الثالث عشر والرابع عشر. ^{[ 2 ]}

علبة التروس المصممة باستخدام دودة وعجلة دودة أصغر بكثير من تلك المصنوعة من تروس مستقيمة بسيطة، وتكون محاور دورانها متعامدة بزاوية 90 درجة. في حالة الدودة أحادية البداية ، تتقدم عجلة الدودة بمقدار سن واحد فقط لكل دورة كاملة (360 درجة). لذلك، وبغض النظر عن حجم الدودة (مع مراعاة الحدود الهندسية المعقولة)، فإن نسبة التروس هي "حجم عجلة الدودة  -  إلى  -  1" . فعلى سبيل المثال، في حالة الدودة أحادية البداية، تقلل عجلة دودة ذات 20 سنًا السرعة بنسبة 20:1. أما في حالة التروس المستقيمة، فيجب أن يتطابق ترس ذو 12 سنًا مع ترس ذي 240 سنًا لتحقيق النسبة نفسها 20:1. وبالتالي، إذا كانت خطوة كل ترس متساوية، فإن حجم علبة التروس الدودية يكون أصغر بكثير من حيث الحجم الفعلي للترس ذي 240 سنًا مقارنةً بالترس ذي 20 سنًا.

على عكس تروس النقل التقليدية، لا يمكن عكس اتجاه نقل الحركة (عمود الإدخال مقابل عمود الإخراج) عند استخدام نسب تخفيض كبيرة. ويعود ذلك إلى زيادة الاحتكاك بين الدودة وعجلة الدودة، ويبرز هذا الأمر بشكل خاص عند استخدام دودة أحادية البداية (لولب واحد). قد يكون هذا ميزةً عند الرغبة في منع أي احتمال لتأثير الإخراج على الإدخال. أما في حالة استخدام دودة متعددة البدايات (عدة لوالب)، فإن نسبة التخفيض تنخفض تبعًا لذلك، وقد يلزم تجاهل تأثير الكبح الناتج عن الدودة وعجلة الدودة، إذ قد تتمكن العجلة من تحريك الدودة.

تُسمى أنظمة التروس الدودية التي لا تستطيع فيها العجلة تحريك الدودة بالأنظمة ذاتية القفل . وتعتمد خاصية القفل الذاتي في نظام التروس الدودية على زاوية التوجيه، وزاوية الضغط، ومعامل الاحتكاك.

ينسب البعض اختراع محرك الدودة إلى أرخميدس خلال الحرب البونيقية الأولى ، ^{[ 1 ]} حيث استلزم حجم السفن التي كانت تُبنى رافعةً أكبر بكثير مما كان متاحًا في ذلك الوقت. ^{[ 5 ] : 7} وقد استُخدم في الرافعة التي طُوّرت لهذا الغرض محرك دودة وعدة تروس مكبرة، وسُمّيت بالبارولكون . سُجّل وصف هذه الرافعة في مكتبة الإسكندرية ، واستند المهندسون اللاحقون إلى أفكار أرخميدس حتى وضع ليوناردو دافنشي أولى الرسومات الفنية لمحرك الدودة ؛ ^{[ 6 ]} إلا أن التصميم كان محدودًا بسبب عدم اختراع التروس المعدنية بحلول القرن الخامس عشر، ولم يُبنَ المحرك في حياته. ^{[ 7 ]}

منذ اختراع محرك الدودة، كان من المعروف أنه يكون أكثر فعالية عند استخدام نسبة تروس كبيرة؛ وحتى مطلع القرن العشرين، استمر استخدامه لهذا الغرض، على الرغم من محدودية تطبيقاته في المراحل الأولى لتطوير المحركات الكهربائية نظرًا لارتفاع درجة حرارته عند سرعات دوران عالية للمحور. ^{[ 5 ] : 10} بدأت التطبيقات الحديثة لمحرك الدودة بعد فترة وجيزة من إدخال طرق تزييت أكثر فعالية من خلال علب التروس المغلقة. ^{[ 5 ] : 11}

في أوائل القرن العشرين، وقبل إدخال نظام التوجيه المعزز آلياً، كان تأثير ثقب أو انفجار أحد الإطارات الأمامية يميل إلى سحب آلية التوجيه نحو الجانب المثقوب. وقد قلل استخدام نظام التروس الدودية من هذا التأثير. كما أدى تطوير نظام التروس الدودية إلى استخدام محامل كروية دوارة لتقليل قوى الاحتكاك، مما نقل جزءاً من قوة التوجيه إلى العجلة. وهذا يُحسّن التحكم في السيارة، ويقلل من التآكل الذي قد يُسبب صعوبات في التوجيه بدقة.

تُعدّ محركات الدودة وسيلةً فعّالةً لتقليل السرعة وزيادة عزم الدوران بشكلٍ ملحوظ. تتميز المحركات الكهربائية الصغيرة عمومًا بسرعتها العالية وعزم دورانها المنخفض؛ لذا فإن إضافة محرك دودة يزيد من نطاق التطبيقات التي قد تكون مناسبةً لها، لا سيما عند الأخذ في الاعتبار صغر حجم محرك الدودة.

تُستخدم محركات الدودة في المكابس ، ومطاحن الدرفلة ، وهندسة النقل ، وآلات صناعة التعدين، وفي الدفات ، والمناشير الدائرية . بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديد موضع رؤوس الطحن والطاولات الدوارة باستخدام محركات دودة مزدوجة عالية الدقة مع خلوص قابل للتعديل . تُستخدم محركات الدودة في العديد من تطبيقات محركات المصاعد والسلالم المتحركة، نظرًا لصغر حجمها وعدم إمكانية عكس اتجاه دورانها.

في عصر السفن الشراعية، شكّل إدخال نظام الدفع الدودي للتحكم في الدفة تقدماً كبيراً. قبل ذلك، كان نظام الدفع الأسطواني بالحبال هو الذي يتحكم بالدفة. كانت الأمواج العاتية تُسلط قوة كبيرة على الدفة، مما كان يتطلب في كثير من الأحيان عدة رجال لتوجيه السفينة - بعض أنظمة الدفع كانت مزودة بعجلتين كبيرتي القطر بحيث يمكن لما يصل إلى أربعة من أفراد الطاقم تشغيل الدفة.

استُخدمت محركات الدودة في بعض محاور الدفع الخلفية للسيارات (وإن لم تُستخدم في الترس التفاضلي نفسه). وقد استفادت هذه المحركات من موقع الدودة، سواءً في أعلى أو أسفل ترس التاج التفاضلي. في عشرينيات القرن العشرين، شاع استخدامها في الشاحنات؛ وللحصول على أقصى خلوص أرضي على الطرق الموحلة، وُضعت الدودة في الأعلى. وفي عشرينيات القرن العشرين، استخدمتها شركة ستوتز في سياراتها؛ وللحصول على أرضية منخفضة مقارنةً بمنافسيها، وُضعت الدودة في الأسفل. ومن الأمثلة على ذلك سيارة بيجو 404 التي ظهرت حوالي عام 1960. يحمي محرك الدودة السيارة من التراجع للخلف. وقد تراجعت شعبية هذه الميزة إلى حد كبير، بسبب نسب التخفيض العالية غير الضرورية. ^{[ 8 ]}

يُعدّ الترس التفاضلي من نوع تورسن استثناءً حديثًا لهذه القاعدة ، إذ يستخدم عجلات دودة وتروسًا كوكبية دودة بدلًا من التروس المخروطية المستخدمة في التروس التفاضلية المفتوحة التقليدية. يُستخدم الترس التفاضلي من نوع تورسن بشكل بارز في سيارات هامفي وبعض سيارات هامر التجارية ، كما يُستخدم كترس تفاضلي مركزي في بعض أنظمة الدفع الرباعي ، مثل نظام كواترو من أودي . غالبًا ما تستخدم الشاحنات الثقيلة جدًا، مثل تلك المستخدمة لنقل مواد البناء ، ترسًا تفاضليًا يعمل بعجلات دودة لزيادة قوتها. لا يتمتع نظام التروس الدودية بنفس كفاءة التروس الهيبويدية ، ولذلك تتميز هذه الشاحنات عادةً بهيكل تفاضلي كبير جدًا، مع كمية كبيرة من زيت التروس ، لامتصاص وتبديد الحرارة المتولدة.

تُستخدم محركات الدودة كآلية ضبط للعديد من الآلات الموسيقية، بما في ذلك الغيتارات ، والكونترباس ، والماندولين ، والبوزوكي ، والعديد من آلات البانجو (مع أن معظم آلات البانجو عالية الجودة تستخدم تروسًا كوكبية أو أوتاد احتكاكية). يُطلق على جهاز ضبط محرك الدودة اسم رأس الضبط .

تُستخدم محركات التروس الدودية البلاستيكية غالبًا في المحركات الكهربائية الصغيرة التي تعمل بالبطاريات، لتوفير خرج بسرعة زاوية أقل (عدد دورات أقل في الدقيقة) من سرعة المحرك، الذي يعمل بكفاءة عالية عند سرعة عالية نسبيًا، بالإضافة إلى كونها أكثر هدوءًا من محرك التروس المعدنية. ^{[ 8 ]} يُستخدم نظام المحرك-التروس الدودية هذا بكثرة في الألعاب والأجهزة الكهربائية الصغيرة الأخرى.

يُستخدم محرك دودي في مشابك الخراطيم من نوع جوبيلي أو مشابك جوبيلي . يتعشق خيط الدودة في برغي الشد مع الفتحات الموجودة على شريط المشبك.

أحيانًا يُصمَّم محرك دودي ليعمل في الاتجاه المعاكس، مما يؤدي إلى دوران عمود الدودة بسرعة أكبر بكثير من سرعة الدوران الداخل. ويمكن رؤية أمثلة على ذلك في بعض أجهزة الطرد المركزي التي تعمل باليد، أو منفاخ فرن الحدادة ، أو منظم سرعة الرياح في صندوق الموسيقى .

الترس الحلزوني الأيمن، أو الدودة اليمنى، هو ترس تدور أسنانه باتجاه عقارب الساعة كلما ابتعدت عن نظر المراقب على طول محوره. وتُستخدم مصطلحات "يمين" و"يسار" بنفس الطريقة المتبعة في تسمية الخيوط اللولبية، سواءً الخارجية أو الداخلية. يجب أن يكون الترسان الحلزونيان الخارجيان العاملان على محورين متوازيين من اتجاهين متعاكسين. أما الترس الحلزوني الداخلي وترسه الصغير فيجب أن يكونا من نفس الاتجاه.

الترس الحلزوني الأيسر أو الدودة اليسرى هو ترس تدور أسنانه عكس اتجاه عقارب الساعة كلما ابتعدت عن نظر المراقب الذي ينظر على طول محوره. ^{[ 4 ] : ​​72}

تُصنع عجلات التروس الدودية عادةً على عدة مراحل لتحقيق الشكل الهندسي المطلوب للأسنان وجودة السطح. تبدأ العملية عادةً بعملية التخريش، وهي عملية تشغيل أولية يتم فيها قطع أخاديد عميقة في قطعة التروس الخام لإزالة الجزء الأكبر من المادة التي ستشكل في النهاية فراغات الأسنان. تُقلل هذه العملية الأولية بشكل كبير من كمية المادة التي يجب إزالتها خلال مرحلة التشطيب.

تُجرى عملية التخريش عادةً باستخدام قواطع تفريز أو أدوات تخريش خاصة مصممة لإنتاج مسافات بين الأسنان تُقارب الشكل الهندسي النهائي بدقة. وبحسب حجم ومواصفات عجلة التروس الدودية، قد يتطلب الأمر عدة تمريرات. وعادةً ما تُترك الأسنان بهامش تشكيل يصل إلى 5 مم، مما يوفر كمية كافية من المادة لعمليات التشطيب اللاحقة مع ضمان تحقيق الأبعاد النهائية بدقة.

إذا نُفذت عملية التخريش بدقة كافية، فغالبًا ما يمكن إجراء عملية التشكيل اللاحقة دون الحاجة إلى أدوات تشطيب خاصة. أثناء التشكيل، تقوم أداة قطع حلزونية الشكل بتشكيل السن النهائي تدريجيًا من خلال حركة تعشيق مستمرة بين أداة التشكيل وقطعة الترس الخام. ولأن جزءًا كبيرًا من المادة قد أُزيل بالفعل أثناء التخريش، تقل أحمال القطع على أداة التشكيل، مما يؤدي إلى تقليل تآكل الأداة، وتحسين دقة الأبعاد، وتقصير أوقات التشغيل.

بعد عدة عمليات تشكيل خشنة وعملية تشكيل نهائية، تصل عجلة الدودة إلى شكلها النهائي للأسنان، ثم يتم فحصها للتحقق من معايير مثل دقة شكل السن، والخطوة، ونعومة السطح قبل الموافقة على استخدامها في الخدمة. ^{[ 9 ]}

• قائمة تسميات المعدات
• معدات
• المحرك الخطي ، ويُشار إلى بعض أنواعه أحيانًا باسم الترس الدودي أو محرك الدودة
• نظام التوجيه المسنن والترس
• محرك الدوران

• مكتبة النماذج الحركية للتصميم الرقمية (KMODDL): أفلام وصور لمئات النماذج العاملة للأنظمة الميكانيكية في جامعة كورنيل. كما تتضمن مكتبة كتب إلكترونية تضم نصوصًا كلاسيكية في التصميم والهندسة الميكانيكية.
• الصيغ والحسابات الخاصة بمحرك الدودة
• مواصفات تصميم متنوعة قابلة للتنزيل للتروس المترية، ونماذج ثنائية وثلاثية الأبعاد، وكتالوجات.
• نماذج ثلاثية الأبعاد لعلب تروس دودة متنوعة
• تشغيل عمود الدودة وتروس الدودة