ما هو التحليل الحركي؟ الطرق والأمثلة والبرامج

التحليل الحركي يدرس حركة أجزاء الآلية (الموضع والسرعة والتسارع) دون النظر إلى القوى المسببة لها. وفي تصميم الآلات هو الطريقة التي ترون بها، قبل تصنيع أي شيء، ما إذا كانت الآلية تؤدي الحركة المطلوبة، وهل تتصادم الأجزاء، وهل الشوط كافٍ. يشرح هذا الدليل ما هو التحليل الحركي وكيف يُجرى والطرق والبرامج المستخدمة.

التحليل الكينماتيكي مقابل التحليل الديناميكي

يدرس التحليل الكينماتيكي هندسة الحركة: أي وصلة تذهب إلى أين، وبأي سرعة وتسارع؟ أما التحليل الديناميكي فيأخذ أيضاً القوى والعزوم المنتجة للحركة في الحسبان؛ فمثلاً تحديد القوة التي يجب أن تنتجها أسطوانة يتطلب تحليلاً ديناميكياً. وفي التصميم يُتحقق عادةً من الكينماتيكا أولاً ثم تُحسب القوى.

درجات الحرية: كم محرّكاً تحتاج الآلية؟

تُحسب درجات حرية الآلية المستوية بمعادلة Grübler–Kutzbach:

M = 3 · (n − 1) − 2 · j₁ − j₂

حيث n عدد الوصلات بما فيها الإطار الثابت، و j₁ عدد المفاصل الكاملة (الدوّارة أو الانزلاقية) و j₂ عدد أنصاف المفاصل (تلامس الكامة أو الترس). في الآلية رباعية القضبان n = 4 و j₁ = 4، إذن M = 3 × 3 − 2 × 4 = 1: تُدار الآلية بمدخل واحد.

كيف يُجرى التحليل الحركي؟

تحليل الموضع: لكل موضع للوصلة المحرِّكة تُوجد مواضع الوصلات الأخرى.
تحليل السرعة: تُوجد السرعات الخطية والزاوية باشتقاق تعابير الموضع بالنسبة للزمن.
تحليل التسارع: تُوجد التسارعات باشتقاق السرعات؛ وتُستخدم لاحقاً في حسابات القوى.
الفحوصات: تُفحص التصادمات ونقاط الموت والانحشار وحدود الشوط طوال الحركة.

طرق التحليل الحركي

الطريقة البيانية: تُوجد مضلعات السرعة والتسارع أو المراكز اللحظية على الرسم؛ سريعة للآليات المستوية البسيطة.
الطريقة التحليلية: تُكتب معادلات إغلاق الحلقة (حلقة المتجهات) للآلية ومنها تُحل المواضع والسرعات والتسارعات.
الطريقة العددية بمساعدة الحاسوب: تُحل الآلية كاملة على النموذج ثلاثي الأبعاد بمحاكاة الأجسام المتعددة؛ وهي الطريق الأكثر عملية للآليات المعقدة والفراغية.

أمثلة على التحليل الحركي

آلية المنزلق والمرفق: تحوّل الدوران إلى حركة خطية؛ وتُستخدم في المحركات المكبسية والمضخات والمكابس.
الآلية رباعية القضبان: أساس آليات المساحات والتأرجح.
الكامة والتابع: تنتج مقطع حركة محدداً بشكل متكرر.
آليات الإمالة العاملة بالأسطوانات: تدوّر منصة أو جسماً إلى زاوية محددة؛ ويجب ضبط شوط الأسطوانة ونقاط التمفصل بالكينماتيكا.

برامج التحليل الحركي

يستخدم التحليل الحركي بمساعدة الحاسوب وحدات الحركة في برامج CAD (مثل SOLIDWORKS Motion وAutodesk Inventor Dynamic Simulation وCATIA DMU Kinematics)، وبرامج ديناميكا الأجسام المتعددة مثل MSC Adams، وأدوات مثل MATLAB Simscape Multibody. في SOLIDWORKS تفتحون Motion Study، وتضيفون محركاً إلى قيود التجميع، وتشغّلون المحاكاة لرسم الموضع والسرعة والتسارع.

متى يجب إجراؤه؟

يجب إجراء التحليل الحركي في أبكر مرحلة ممكنة من التصميم. ففحص بسيط في مرحلة المفهوم أرخص بكثير من تصادم أو شوط قصير يُكتشف في النموذج الأولي. وتشكّل الحركة التي تم التحقق منها أيضاً أساس رسوم متحركة تعرض طريقة عمل الآلة.

لإجراء التحليل الحركي لآليتكم ورسوم مبدأ العمل المتحركة معاً، راجعوا خدمة التحليل الحركي والرسوم المتحركة لدينا.

الأسئلة الشائعة