هل سبق لك أن حاولت ركوب دراجة على تل شديد الإنحدار حقا؟ إنه مستحيل إلى حد كبير ما لم تستخدم المعدات المناسبة لزيادة قوة التسل، وبمجرد أن تعود إلى الوضع المستقيم، إنها قصة مختلفة، فقم بتحريك التروس المختلفة ويمكنك التحرك بسرعة مذهلة، ويمكنك بطريقة سحرية أن تجعل عجلاتك تدور بشكل أسرع بكثير من دواساتك، وتعد التروس مفيدة في الآلات بجميع أنواعها، وليس فقط السيارات والدراجات، وإنها طريقة بسيطة لتوليد المزيد من السرعة أو القوة أو إرسال قوة الآلة في اتجاه آخر، وفي العلم، نقول إن التروس هي آلات بسيطة.
ماذا تفعل التروس، وكيف تفعل ذلك؟
تستخدم التروس لنقل الطاقة من جزء من آلة إلى جزء آخر، في الدراجة، على سبيل المثال، تستمد التروس (بمساعدة سلسلة) الطاقة من الدواسات إلى العجلة الخلفية، وبالمثل، في السيارة، تنقل التروس الطاقة من العمود المرفقي (المحور الدوار الذي يأخذ الطاقة من المحرك) إلى عمود الإدارة الذي يعمل تحت السيارة والذي يعمل في النهاية على تشغيل العجلات، ويمكنك توصيل أي عدد من التروس معا ويمكن أن تكون بأشكال وأحجام مختلفة، وفي كل مرة تقوم فيها بتمرير الطاقة من عجلة تروس إلى أخرى يمكنك القيام بأحد الأشياء الثلاثة :
* زيادة السرعة: إذا قمت بتوصيل ترسين معا وكان الأول يحتوي على أسنان أكثر من الثانية (يعني هذا عموما أنها عجلة أكبر حجما)، فيجب أن تدور الثانية بشكل أسرع بكثير لمواكبة ذلك، ويعني هذا الترتيب أن العجلة الثانية تدور أسرع من الأولى لكن بقوة أقل.
* زيادة القوة: إذا كانت العجلة الثانية في زوج من التروس بها أسنان أكثر من الأولى (أي إذا كانت عجلة أكبر)، فإنها تتحول بشكل أبطأ من العجلة الأولى ولكن بقوة أكبر.
* تغيير الإتجاه: عندما يتشابك الترسان معا، فإن الترس الثاني يتحول دائما في الإتجاه المعاكس، ولذلك إذا استدار الأول في اتجاه عقارب الساعة، فيجب أن يدور الثاني في عكس اتجاه عقارب الساعة، ويمكنك أيضا استخدام التروس المصممة خصيصا لجعل قوة الآلة تدور بزاوية، في السيارة، على سبيل المثال، يستخدم الترس التفاضلي (علبة تروس في منتصف المحور الخلفي لسيارة ذات دفع خلفي) ترسا مخروطي الشكل لتحويل قوة عمود الإدارة إلى 90 درجة وتحويل العجلات الخلفية.
لماذا نحتاج التروس ؟
لنفكر في السيارات، تحتوي السيارة على صندوق كامل مليء بالتروس، علبة التروس بين العمود المرفقي وعمود الإدارة، ولكن ماذا تفعل التروس في الواقع؟ ينتج محرك السيارة الطاقة بطريقة عنيفة إلى حد ما من خلال تسخير الطاقة المحجوزة في البنزين، وإنه يعمل بكفاءة فقط عندما تضخ المكابس في الأسطوانات لأعلى ولأسفل بسرعات عالية حوالي 10-20 مرة في الثانية.
وحتى عندما تكون السيارة متوقفة عن العمل على جانب الطريق، فإن المكابس لا تزال بحاجة إلى الدفع لأعلى ولأسفل تقريبا 1000 مرة في الدقيقة وإلا سينقطع المحرك، وبمعنى آخر، يتمتع المحرك بحد أدنى للسرعة يعمل به بشكل أفضل وهو حوالي 1000 دورة في الدقيقة، ولكن هذا يخلق مشكلة فورية لأنه إذا كان المحرك متصلا مباشرة بالعجلات، فسيكون الحد الأدنى للسرعة 1000 دورة في الدقيقة أيضا، وهو ما يعادل 120 كم / ساعة أو 75 ميلا في الساعة.
وبعبارة أخرى، إذا قمت بتشغيل الإشعال في سيارة مثل هذه، فسوف تدور عجلاتك على الفور بسرعة 75 ميلا في الساعة، ولنفترض أنك وضعت قدمك لأسفل حتى وصل عداد السرعة إلى 7000 دورة في الدقيقة، الآن يجب أن تدور العجلات بشكل أسرع بسبع مرات وأن تسير بسرعة 840 كم / ساعة أو حوالي 525 ميلا في الساعة.
يبدو الأمر مثيرا للغاية، ولكن هناك عقبة، يتطلب الأمر قدرا هائلا من القوة لجعل السيارة تتحرك من حالة توقف تام، ولن يولد المحرك الذي يحاول السير بأقصى سرعة من لحظة انطلاق السيارة قوة كافية للقيام بذلك، ولهذا السبب تحتاج السيارات إلى علب التروس، وبادئ ذي بدء، تحتاج السيارة إلى قدر هائل من القوة وسرعة قليلة جدا لتحريكها، ولذلك يستخدم السائق ترسا منخفضا، وفي الواقع، يعمل صندوق التروس على تقليل سرعة المحرك بشكل كبير ولكنه يزيد من قوته بنفس النسبة لتحريك السيارة، وبمجرد تحرك السيارة، ينتقل السائق إلى ترس أعلى، والكثير من مفاتيح طاقة المحرك تعمل على صنع السرعة والسيارة تعمل بشكل أسرع.
تغيير التروس :
من الناحية النظرية، يتعلق تغيير التروس بإستخدام قوة المحرك بطرق مختلفة لمطابقة ظروف القيادة المتغيرة، ويستخدم السائق ذراع نقل السرعات لجعل المحرك يولد المزيد من القوة أو المزيد من السرعة اعتمادا على ما إذا كانت هناك حاجة إلى قوة تسلق التل، أو التسارع من حالة توقف تام، أو السرعة الخالصة، ومن الناحية العملية، يعني تغيير التروس ربط عجلات تروس مختلفة الأحجام معا، ولكن لا يمكنك فعل ذلك أثناء قيام علبة التروس بنقل الطاقة من المحرك بسرعة عالية.
، ولهذا السبب تحتاج إلى الضغط على دواسة القابض في السيارة قبل تغيير التروس، مما يؤدي إلى فصل مدخلات المحرك عن علبة التروس، ويمكنك بعد ذلك استخدام ذراع نقل السرعات للتغيير إلى نمط مختلف من التروس، قبل السماح للقابض بنقل الطاقة مرة أخرى من المحرك إلى علبة التروس (والعجلات) مرة أخرى.
على الدراجة الهوائية، يكون ما يحدث عند تغيير التروس أكثر وضوحا لأنه يمكنك رؤيته يحدث، وعندما تضغط على ناقل الحركة يمكنك مشاهدة قفزة السلسلة من ترس إلى آخر، مع إشراك عجلات تروس مختلفة الحجم، وفي العديد من الدراجات، يتم التحكم في تغيير التروس بواسطة آلية ذكية تسمى صندوق المسننات، والتي تحول السلسلة بسلاسة من ترس إلى ترس على الرغم من أنك تقوم بالدواسة بسرعة.
خمس طرق مختلفة لإستخدام التروس :
لقد صنعت آلات التروس الخمس البسيطة هذه بمجموعة إنشاءات قديمة لتوضيح بعض الطرق التي يمكننا من خلالها استخدام التروس للقيام بوظائف مختلفة:
* التروس للسرعة :
في علبة التروس البسيطة هذه، لدي عجلة تروس كبيرة بها 40 سنا، وعجلة متوسطة بها 20 سنا، وعجلة صغيرة بها 10 أسنان، وعندما أدير العجلة الكبيرة مرة واحدة، يجب أن تدور العجلة المتوسطة مرتين لمواكبة ذلك، وبالمثل، عندما تدور العجلة المتوسطة مرة واحدة، يجب أن تدور العجلة الصغيرة مرتين لمواكبة ذلك، ولذلك، عندما أقوم بإدارة عجلة التروس الكبيرة إلى اليمين، فإن العجلة الصغيرة الموجودة على اليسار تدور أربع مرات أسرع ولكن بقوة دوران تبلغ ربعها، وتم تصميم علبة التروس هذه لزيادة السرعة.
* التروس للقوة :
إذا قمت بتشغيل نفس علبة التروس في الإتجاه المعاكس، عن طريق قلب العجلة الصغيرة، سأجعل العجلة الكبيرة تدور ربع السرعة ولكن بقوة أربعة أضعاف، وهذا مفيد إذا كنت بحاجة إلى جعل شاحنة ثقيلة تصعد التل، على سبيل المثال.
* دودة التروس :
أنا هنا أستخدم محركا كهربائيا وترسا طويلا يشبه اللولب لقيادة عجلة تروس كبيرة، وهذا الترتيب يسمى ترس دودة، وإنه يقلل من سرعة المحرك لجعل العجلة الكبيرة تدور بقوة أكبر، ولكنها مفيدة أيضا لتغيير اتجاه الدوران في الآلات التي تعمل بالتروس.
* تروس بنيون :
من المحتمل أن تكون قد رأيت واحدة من هذه في خطوط السكك الحديدية ذات الرفوف لتسلق المنحدرات والتلال، ولكنها تستخدم أيضا في أنظمة توجيه السيارات، وموازين الوزن، والعديد من أنواع الآلات الأخرى أيضا، وفي تروس بنيون تتشابك عجلة التروس وتدور ببطء مع قضيب مموج مسطح (الرف)، وإذا تم تثبيت الحامل في مكانه، فإن عجلة التروس تضطر إلى التحرك على طولها (كما في سكة حديد).
وإذا تم إصلاح الترس، يتحول الجناح الصغير بدلا من ذلك، وهذا ما يحدث في توجيه السيارة، حيث تقوم بإدارة عجلة القيادة (متصلة بترس صغير) وتقوم بتحويل الرف من جانب إلى آخر لتدوير العجلات الأمامية للسيارة إلى اليسار أو اليمين، وفي موازين الوزن البسيطة، عندما تقوم بتحميل وزن على المقلاة في الأعلى، فإنه يدفع الحامل إلى أسفل مباشرة، مما يتسبب في تدوير الجناح الصغير، ويتم إرفاق الجناح الصغير بمؤشر يدور أيضا، ويظهر الوزن على القرص.
* تروس الشمس والكوكب :
إذا كنت بحاجة إلى تحويل الحركة الترددية (ذهابا وإيابا) إلى دوران، فأنت تفعل ذلك عادة بإستخدام العمود المرفقي وقضيب التوصيل، وهذه هي الطريقة التي تقود بها المكابس العجلات على المحركات البخارية، ولكن يمكنك أن تفعل الشيء نفسه مع التروس، وفي هذا الترتيب، يتم تحريك ترس صغير يسمى كوكب (من المهم أن نلاحظ أنه مثبت على قضيب حتى لا يتمكن من الدوران) حول ترس ثانٍ (أكبر عادة) يسمى الشمس، بينما يحرك القضيب الكوكب ذهابا وإيابا، ويدور ترس الشمس حوله.
