ما الذي يسبب الالتصاق؟ وكيف يمكن تقليله؟

باستثناء العزف على الكمان، يُعدّ الاحتكاك السكوني أو الانزلاق المتقطع حالة غير مرغوب فيها ناتجة عن اختلاف الاحتكاك الساكن والديناميكي بين السطحين. عندما يحدث الاحتكاك السكوني في الموجهات الخطية، قد يؤدي إلى اهتزازات (حركة متقطعة)، أو توقف الحركة، أو تذبذب متطلبات عزم الدوران، أو فقدان الدقة على شكل تجاوز.

ما الذي يسبب الالتصاق؟

إن معامل الاحتكاك الساكن (μs) بين سطحين يكون دائمًا تقريبًا أعلى من معامل الاحتكاك الديناميكي (الحركي) (μk)، وهذا التباين في الاحتكاك هو السبب الأساسي لظاهرة الالتصاق والانزلاق.

جميع الأسطح تحتوي على قدر من الخشونة. حتى الأسطح المصقولة والمُعالجة بدقة عالية ليست ناعمة تمامًا، إذ تحتوي على نتوءات (تُعرف باسم "الخشونة") ومناطق منخفضة تُقلل من مساحة التلامس الفعّالة بين السطحين. بعبارة أخرى، في بعض المواضع، تتلامس نتوءات السطحين فقط، بينما في مواضع أخرى، تستقر نتوءات أحد السطحين في مناطق منخفضة من السطح الآخر. وفي بعض المواضع، لا يوجد أي تلامس بين السطحين.

نظراً لأن مناطق التلامس الفردية صغيرة جداً، فإن الضغط بين الأسطح يكون مرتفعاً للغاية (الضغط = القوة ÷ المساحة)، ويحدث الالتصاق عند هذه النقاط من خلال عملية تُعرف باسم اللحام البارد.

قبل أن تتحرك الأسطح، يجب كسر الروابط التي تسبب هذا الالتصاق. وبالمثل، عند تداخل الأسطح (حيث تستقر قمم أحد الأسطح في تجاويف السطح الآخر)، يجب أن يحدث احتكاك أو تشوه لدن لكسر هذه المناطق المتداخلة والسماح للأسطح بالحركة.

بمجرد أن تصبح القوة الدافعة كافية لكسر هذه الروابط بين الأسطح - والتغلب على الاحتكاك الساكن - تبدأ الحركة. ولكن حتى أثناء الحركة، يحدث بعض الاحتكاك لأن الأسطح لا تزال غير ملساء تمامًا. وتُعرف مقاومة الحركة الناتجة عن خشونة السطح المتبقية بالاحتكاك الديناميكي أو الحركي.

كيفية تقليل الاحتكاك

في المحامل الخطية التي تستخدم التشحيم (جميع المحامل الدوارة تقريبًا وبعض المحامل الانزلاقية)، تسحب الحركة بين أسطح المحمل مادة التشحيم إلى الفراغات المجهرية بين هذه الأسطح. ومع ازدياد السرعة النسبية للأسطح، يصبح غشاء التشحيم أكثر سمكًا ويقل التلامس بينها، وبالتالي يقل الاحتكاك.

لكن المحامل الخطية تقطع مسافة محددة ثم تعود في الاتجاه المعاكس (على عكس المحامل الشعاعية التي يمكنها الدوران في نفس الاتجاه إلى ما لا نهاية)، لذا فهي تقضي وقتًا طويلًا فيما يُعرف بالتشحيم المختلط، حيث يتحدد الاحتكاك بخصائص الأسطح وخصائص مادة التشحيم. لذلك، يُعد التشحيم المناسب أفضل طريقة للتحكم في آثار الاحتكاك الساكن أو تقليلها في المحامل الدوارة (وفي بعض المحامل البسيطة).

تُعدّ ظاهرة الاحتكاك الالتصاقي، أو الالتصاق السطحي، أكثر إشكالية في المحامل الانزلاقية منها في المحامل الدوارة. ويعود ذلك إلى أن المحامل الانزلاقية تشهد فرقًا أكبر بين معاملات الاحتكاك الساكن والديناميكي. كما أن معامل الاحتكاك في المحامل الانزلاقية قد يتغير تبعًا للحمل المُطبّق، والتآكل، والعوامل البيئية.

بالنسبة للمحامل الانزلاقية التي تدور على أعمدة دائرية، تتمثل إحدى طرق مواجهة ظاهرة الالتصاق الانزلاقي في اختيار أعمدة ذات أعلى نعومة سطحية (أقل خشونة سطحية) ممكنة عمليًا. كما أن اتباع نسبة 2:1 (المعروفة أيضًا بقاعدة 2:1 أو نسبة الربط) - التي تنص على ألا تتجاوز مسافة ذراع العزم ضعف طول المحمل - غالبًا ما يكون ضروريًا لمنع ظاهرة الالتصاق الانزلاقي في تطبيقات المحامل الانزلاقية.

يُعد استخدام أدلة المحامل الهوائية خيارًا آخر لتقليل ظاهرة الالتصاق والانزلاق، أو حتى منعها تمامًا. ففي المحامل الهوائية، يكون الاحتكاك ناتجًا فقط عن قص الهواء الناتج عن الحركة. ولذلك، فإن الفرق بين الاحتكاك السكوني والحركي في مجموعة المحامل الهوائية يكاد يكون معدومًا، مما يُزيل مشكلة الالتصاق والانزلاق بشكل شبه كامل.