גלגל שיניים הוא רכיב מכני בסיסי, אך בחירת חומר לא נכונה עלולה לגרום ל:
-
שחיקה מואצת
-
קורוזיה מוקדמת
-
רעידות ורעש
-
ירידת יעילות
-
כשל מוקדם של המערכת
בחירה נכונה של חומר מבטיחה אמינות, אורך חיים ויעילות אנרגטית.
שלב 1: הגדרת תנאי העבודה
לפני בחירת חומר, יש להגדיר:
✔ מומנט ועומס עבודה
✔ מהירות סיבוב
✔ סוג תמסורת (spur / helical / bevel / worm)
✔ תנאי סביבה (לחות, מי ים, כימיקלים)
✔ דרישות רעש ודיוק
✔ שימון ותחזוקה
✔ מגבלות משקל
שלב 2: משפחות חומרים עיקריות
פלדות פחמן וסגסוגת (Carbon & Alloy Steels)
דוגמאות:
214M15 / 045M10, EN8 (080M40), EN24 (817M40), EN36 (655M13)
יתרונות:
✔ חוזק מכני גבוה
✔ עמידות שחיקה מצוינת
✔ מתאימות לעומסים כבדים
✔ אפשרות להקשיה וצמנטציה
חסרונות:
❌ רגישות לקורוזיה
❌ דורשות ציפוי או שימון בסביבה רטובה
שימושים טיפוסיים:
תיבות הילוכים תעשייתיות, ציוד כבד, מערכות הנעה.
פלדות מוקשות וצמנטציה (Case Hardened)
EN36 / EN24 מוקשה
✔ שכבת פני שטח קשה מאוד
✔ ליבה קשיחה לספיגת עומסים
✔ עמידות שחיקה גבוהה מאוד
❗ חובה הגנה מקורוזיה בסביבה רטובה.
נירוסטה (Stainless Steel)
דרגות נפוצות: 303, 304, 316
יתרונות:
✔ עמידות קורוזיה גבוהה
✔ תחזוקה מינימלית
✔ מתאים לסביבה רטובה וימית
חסרונות:
❌ חוזק נמוך מפלדות מוקשחות
❌ עמידות שחיקה נמוכה יותר
הערות:
-
303 – קל לעיבוד, פחות עמיד לכלורידים
-
304 – טוב ללחות כללית
-
316 – הבחירה המועדפת לסביבה ימית
ברונזה ו-Phosphor Bronze
דרגות נפוצות: PB1, PB2, Aluminum Bronze
יתרונות:
✔ שחיקה נמוכה
✔ חיכוך נמוך
✔ עמידות קורוזיה טובה
✔ עמידות מצוינת למי ים
✔ מתאימות לזיווג מול פלדה
שימוש טיפוסי:
worm gears, ציוד ימי, מערכות רטובות.
פלסטיקים הנדסיים
דוגמאות: Delrin (POM), Nylon (PA), PEEK
יתרונות:
✔ שקט פעולה גבוה
✔ ללא קורוזיה
✔ משקל נמוך
✔ חיכוך נמוך
חסרונות:
❌ מוגבלים בעומס וטמפרטורה
❌ זחילה לאורך זמן תחת עומס
שימושים:
ציוד רפואי, אוטומציה קלה, מכונות מזון.
שלב 3: השוואת חומרים
| חומר | חוזק | שחיקה | עמידות קורוזיה | תחזוקה | שימוש מומלץ |
|---|---|---|---|---|---|
| Delrin | נמוך-בינוני | ⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐ | נמוכה | מערכות שקטות |
| 214M15 | בינוני | ⭐⭐⭐ | ⭐ | בינונית | gear סטנדרטי |
| EN8 | בינוני+ | ⭐⭐⭐ | ⭐ | בינונית | אלטרנטיבה חסכונית |
| EN24 | גבוה | ⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐ | בינונית | heavy duty |
| EN36 מוקשה | גבוה מאוד | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐ | גבוהה | עומסים כבדים |
| SS303 | בינוני | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐ | נמוכה | חלקים מעובדים |
| SS304 | בינוני | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | נמוכה | לחות |
| SS316 | בינוני | ⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐⭐ | נמוכה | סביבה ימית |
| PB2 | בינוני-גבוה | ⭐⭐⭐⭐⭐ | ⭐⭐⭐⭐ | נמוכה | worm gears, מים |
| Brass | נמוך-בינוני | ⭐⭐ | ⭐⭐⭐ | נמוכה | עומסים קלים |
שלב 4: התאמת החומר ליישום
עומסים כבדים
✔ EN24 או EN36 מוקשה
סביבה רטובה / לחות
✔ פלדה עם ציפוי
✔ נירוסטה 304/316
סביבה ימית / מי ים
✔ Stainless 316
✔ PB2
✔ Aluminum Bronze
worm gear
✔ גלגל: PB2
✔ תולעת: פלדה מוקשה
רעש נמוך ודיוק גבוה
✔ Delrin / POM
קורוזיה – גורם קריטי בתכנון
מים ומלחים מאיצים קורוזיה וגורמים ל:
-
פיטינג על פני שטח
-
שחיקה מוגברת
-
ירידה בדיוק השיניים
פתרונות:
✔ בחירת חומר עמיד
✔ ציפוי ניקל כימי
✔ ציפוי אבץ-ניקל
✔ שימון מתאים
✔ איטום המערכת
שילובי חומרים (Best Practice)
לעיתים הפתרון הטוב ביותר הוא שילוב:
-
תולעת פלדה מוקשה + גלגל PB2
-
גלגל פלדה מוקשה + גלגל Delrin להפחתת רעש
-
פלדה מוקשה עם ציפוי להגנה מקורוזיה
טעויות נפוצות בבחירת חומר
❌ פלדה מוקשחת ללא הגנה בסביבה רטובה
❌ שימוש בפלסטיק לעומסים גבוהים
❌ בחירת נירוסטה במקום פלדה מוקשחת לעומס כבד
❌ התעלמות משילוב חומרים נכון
CASE STUDY
תמסורת ימית למערכת הנעה תת־ימית
תנאי מערכת
-
מומנט עבודה: 420 Nm
-
עומס שיא: 700 Nm
-
מהירות: 90 RPM
-
סביבה: טבילה מלאה במי ים
-
מחזור עבודה: 24/7
-
תחזוקה: מינימלית
-
דרישה: פעולה שקטה ואמינות גבוהה
אתגרי התכן
✔ קורוזיה כלורידית
✔ שחיקה תחת עומס גבוה
✔ מניעת תפיסה (galling)
✔ פעולה רציפה ללא תחזוקה
חלופות שנבחנו
| חלופה | יתרונות | חסרונות |
|---|---|---|
| EN36 מוקשה | חוזק ושחיקה מצוינים | קורוזיה מהירה |
| SS316 | עמידות קורוזיה | שחיקה בינונית |
| Aluminum Bronze | עמידות ים טובה | חוזק נמוך יותר |
| PB2 + פלדה מוקשה | איזון מיטבי | תכנון נכון נדרש |
הפתרון שנבחר
✔ תולעת: פלדה מוקשה EN36 עם ציפוי ניקל כימי
✔ גלגל: PB2 Phosphor Bronze
תוצאות:
✔ עמידות קורוזיה גבוהה
✔ חיכוך נמוך
✔ שחיקה מינימלית
✔ פעולה שקטה
✔ אורך חיים ארוך
FAQ – שאלות נפוצות
איזה חומר הכי חזק לגלגלי שיניים?
פלדות מוקשות כגון EN24 או EN36 מספקות חוזק ועמידות שחיקה הגבוהים ביותר.
איזה חומר מתאים למי ים?
נירוסטה 316, Aluminum Bronze או PB2 הם הבחירות המובילות.
מתי משתמשים בברונזה לגלגלי שיניים?
במיוחד ב-worm gears או כאשר נדרש חיכוך נמוך ושחיקה מינימלית.
האם פלסטיק יכול להחליף מתכת?
כן, בעומסים נמוכים וכאשר חשוב שקט פעולה ומשקל נמוך.
למה לשלב שני חומרים שונים?
שילוב נכון מפחית שחיקה, משפר יעילות ומאריך את חיי המערכת.
האם נירוסטה תמיד עדיפה בסביבה רטובה?
לא. אם יש עומס גבוה ושחיקה משמעותית, פלדה מוקשחת עם הגנה או שילוב עם ברונזה יהיו עדיפים.
סיכום
בחירת חומר לגלגל שיניים היא החלטה הנדסית קריטית המשפיעה על:
✔ אמינות המערכת
✔ אורך חיים
✔ יעילות אנרגטית
✔ תחזוקה ורעש
הבנת תנאי העבודה ובחירה נכונה של חומר — או שילוב חומרים — מאפשרת ביצועים מיטביים גם בסביבות הקשות ביותר.
זקוקים לסיוע בבחירת חומר לתמסורת שלכם?
Amironic מסייעת למהנדסים לבחור פתרונות הנעה אמינים ליישומים תעשייתיים, ביטחוניים וסביבות קשות.