ذراع التأرجح: مخطط، قطع، وظيفة، مادة واستخدامات

أذرع التأرجح، وهي رافعات وسيطة في مجموعة صمامات المحرك، تنقل حركة الذراع لفتح صمامات المحرك. تُشغَّل بواسطة ذراع دفع قادم من عمود الكامات، وتتلامس مباشرة مع الروافع ومع حركة المحور. يتلامس أحد طرفيها مع الرافع ويتصل الطرف الآخر بصمامي السحب والعادم. وعندما يُشغّلها عمود الكامات، ينخفض ذراع التأرجح ويفتح الصمام ليدخل الهواء والوقود.

تنطبق هذه العملية على صمامي المحرك كليهما. ويعمل زنبرك متين على دعم الحركة وإعادة الصمامات إلى وضعها الأولي بسرعات عالية، مع الحفاظ على تلامس مستمر مع أذرع التأرجح. وعادة ما تُصنع أذرع تأرجح السيارات من الفولاذ المختوم أو الألمنيوم في الموديلات عالية الدوران. وتتضمن بعض أذرع التأرجح ذات البكرات محملًا عند نقطة التلامس لتقليل التآكل والاحتكاك.

ذراع التأرجح هو المسؤول عن نقل حركة عمود الكامات إلى صمامي السحب والعادم في المحرك.

مكونات ذراع التأرجح

فيما يلي المكونات الرئيسية لذراع التأرجح:

• ذراع الدفع
• الرافع
• ذراع التأرجح
• زنبرك الصمام
• الكامة
• الصمام

ذراع الدفع

في الجزء العلوي من المحرك، يضغط ذراع الدفع على جانب من ذراع التأرجح، فيجعله يدور. وهذا الدوران يفتح الصمام بتحريك جزئه العلوي للأسفل.

الرافع

في محركات الاحتراق الداخلي، يشير الرافع إلى المكونات الميكانيكية الواقعة بين عمود الكامات والصمام. وهذه المكونات تحول الحركة الدورانية لعمود الكامات إلى حركة خطية ترددية لصمام المقعد لفتحه وإغلاقه.

ذراع التأرجح

يُستخدم ذراع التأرجح في محركات الاحتراق الداخلي، وينقل حركة ذراع الدفع إلى صمام السحب/العادم المقابل.

زنبرك الصمام

يساعد زنبرك الصمام على إبقاء الصمام مغلقًا، إذ يوفر ضغطًا معاكسًا لأذرع التأرجح ولرافعة الكامة في محركات الصمامات العلوية.

الكامة

يحوّل عمود الكامات الحركة الدورانية إلى حركة ترددية، فيفتح الصمامات ويغلقها في التوقيت المناسب. وتستقبل أذرع التأرجح، وهي رافعات مثبتة على نقطة ارتكاز، حركةَ ذراع الدفع الذي تشغّله الرافعة الواقعة على بروز الكامة.

الصمام

تُنزل كامةٌ من عمود الكامات ذراعَ التأرجح، مما يسمح للصمام بالفتح ليدخل خليط الوقود والهواء إلى غرفة الاحتراق. ويحدث هذا في كل من صمامات السحب وصمامات العادم.

• تُعد وظيفة ذراع التأرجح بالغة الأهمية لفهم دوره في السيارات.
• يعمل كرافعة تحرّك قطع المحرك مثل أذرع الدفع والصمامات والروافع.
• يتداخل دوران ذراع التأرجح مع بروزات عمود الكامات، وهي تراكيب على شكل كامة، منتجًا حركةً صعودًا وهبوطًا.
• تحوّل هذه العملية الطاقة الميكانيكية إلى قوة، بالضغط على صمامات المحرك بضغط هيدروليكي أو زنبركي.
• تُفتح الصمامات وتُغلق بانتظام، مما يسمح بتحرير مُتحكَم فيه للوقود والهواء المتبقيين أثناء الاحتراق في كل أسطوانة.

فيما يلي الأنواع الرئيسية لأذرع التأرجح:

• ذراع تأرجح ببكرة في الطرف
• ذراع تأرجح فولاذي مختوم
• ذراع تأرجح محوري
• ذراع تأرجح بكامل بكراته

ذراع تأرجح ببكرة في الطرف

على غرار أذرع التأرجح الفولاذية المختومة، تتضمن هذه الأذرع بكرةً عند طرف الصمام لتقليل الاحتكاك وزيادة القدرة قليلًا وتقليل تآكل أطراف الصمامات. ولا يزال ذراع التأرجح ذو البكرة في الطرف يستخدم جوزة وبرغي محور الارتكاز للتبسيط، ويمكن تصنيعه من الفولاذ أو الألمنيوم أو المسبوك أو القطع المشغّلة آليًا.

ذراع تأرجح فولاذي مختوم

عادة ما يُصنع النوع الأكثر شيوعًا من الفولاذ المختوم، مما يوفر عملية تصنيع سهلة واقتصادية بالختم من قطعة معدنية واحدة. ويُثبَّت ذراع التأرجح في موضعه بواسطة محور ارتكاز مع جوزة مستديرة في القاعدة، مما يتيح حركة رأسية بسيطة ويضمن الثبات.

ذراع تأرجح محوري

بُنيت أذرع التأرجح المحورية على أساس أذرع التأرجح ذات البكرات الكاملة، وتتضمن محور اتصال. وفي بعض الحالات، يمر المحور عبر جميع أذرع التأرجح؛ وفي غيرها، قد يمر عبر اثنتين فقط، حسب تصميم رأس الأسطوانات.

يُعد المحور ضروريًا للصلابة، إذ يضمن مجموعة صمامات متينة تقلل الانحراف وتتجنب الحركات غير المتحكم فيها، خاصة عند دورات أعلى.

ذراع تأرجح بكامل بكراته

عادة ما يُصنع ذراع التأرجح ذو البكرات الكاملة، بخلاف الفولاذ المختوم، من الفولاذ أو الألمنيوم المشغّل آليًا. وفي هذا النوع، تحل المحامل محل محور الارتكاز، مما يوفر أداءً محسّنًا.

ورغم أنها لا تزال تستخدم برغي محور الارتكاز، فإنها تستغني عن الجوزة. وبدلًا منها، يثبَّت محور صغير بإحكام في موضعه بمسامير، وتوجد محامل على طرفيه داخل ذراع التأرجح، مما يسهل دورانًا ناعمًا.

في الماضي، كانت محركات السيارات ذات الإنتاج الضخم تُفضّل أذرع التأرجح الفولاذية المختومة لاقتصادها. وتتحمل هذه الأذرع الوزن الترددي لمجموعة الصمامات، وهو ما قد يسبب مشكلات عند الدورات الأعلى، مما دفع المحركات عالية السرعة إلى اختيار إصدارات الألمنيوم.

وفي هذه الحالات، تُعد المحامل المحسّنة لنقطة ارتكاز ذراع التأرجح شائعة أيضًا. وعادة ما تستخدم محركات الديزل في الشاحنات الفولاذ الكربوني المطروق أو حديد الزهر الدكتيل لأذرع التأرجح.

فيما يلي الأعراض الرئيسية لذراع التأرجح المعيب:

فيما يلي المزايا الرئيسية لذراع التأرجح:

• ينقل حركة عمود الكامات لفتح الصمامات.
• يحوّل الحركة الدورانية لعمود الكامات إلى حركة رأسية لتشغيل الصمامات.
• يوزع التآكل والحمل على عمود الكامات.
• يتجنب التأثير المباشر لبروزات عمود الكامات على الصمامات، مما يقلل التآكل والعطل المبكر المحتمل.
• تتضمن بعض التصميمات أذرع تأرجح قابلة للضبط لضبط دقيق لخلوص الصمام.
• يبسّط هندسة مجموعة الصمامات ويضغطها.
• يقلل القصور الذاتي الكلي مقارنة بأنظمة التشغيل المباشر للصمامات، مما يحسن استجابة المحرك، خاصة عند الدورات الأعلى.

فيما يلي العيوب الرئيسية لذراع التأرجح:

• الحركة المتكررة والتلامس مع باقي قطع المحرك يُخضعان أذرع التأرجح للتآكل والاحتكاك، مما يتطلب صيانة أكثر تواترًا.
• تسهم أذرع التأرجح في تعقيد مجموعة صمامات المحرك.
• الوزن الإضافي لأذرع التأرجح يدفع مهندسي المركبات إلى إعطاء الأولوية لتخفيض الوزن لتحقيق أفضل أداء واستهلاك.
• قد يسهم تخفيض الوزن في ضوضاء مجموعة الصمامات، خاصة في المحركات ذات بروفايلات كامة عدوانية ورفع صمام أكبر.
• الحركة والشدود المستمرة على أذرع التأرجح قد تؤدي في النهاية إلى الإجهاد والأعطال.