מדריך מקיף על מנגנוני הנעה בשרשרת וסוגי שרשראות: ידע חיוני למפתחים

​

מנועי שרשרת מובילים כפתרון חשוב להעברת כוח מכאנית, ומשמשים בהעברת כוח בין רכיבים - בין אם במרחקים ארוכים (כגון במנועי ים בגובה 5 קומות) או בקצרים (כגון באופניים). הם נמצאים בדרגה אחת מחמישה מהשיטות הנפוצות להעברת כוח מכאנית, יחד עם צימודים, מנועי גלגיל, מנועי חגורה וברגים כוחיים. לכל שיטה יש יתרונות וחסרונות ייחודיים, ולכן על המהנדסים לשקול בקפידה את אותם גורמים על מנת לבחור את האפשרות הטובה ביותר ליישומים ספציפיים. במאמר זה נדון ביסודות של מנועי שרשרת, סיווגיהם, סוגי השרשראות הנפוצים, קריטריונים לבחירתם והיתרונות והחסרונות המרכזיים שלהם.

מהו מנוע שרשרת?

מנוע שרשרת הוא מערכת העברת כוח מכאנית המשתמשת בשרשרת לצורך העברת כוח ממקום אחד לאחר. מנוע שרשרת טיפוסי מורכב משני גלגילים או יותר (גלגלים שיניים) ושרשרת עצמה - כאשר החורים בשרשרת מונחים מעל שיני הגלגלים.
כאשר המנוע הראשי (למשל, מנוע חשמלי או מנוע בעירה פנימית) מסתובב, הוא מסובב את הגלגל שזקוף לצירו. סיבוב זה מונע את השרשרת שמקופלת סביב הגלגל, אשר מפעילה כוח מכאנלי על הציר הנשלט, וכך מועברת האנרגיה.

השוואות מרכזיות עם שיטות העברת מהירות אחרות

מול מנועי חגורה: בניגוד למנועי חגורה, מנועי שרשרת אינם סובלים מחלקה, ומבטיחים יחס מהירות קבוע. זה מונע השהיה בהעברת האנרגיה, מה שעושה אותם אידיאליים ליישומים כמו שרשראות זמניות במנועי בעירה פנימית. האבדן היחיד של אנרגיה במנועי שרשרת נובע מהחיכוך בין קטעי השרשרת לבין הגלגלים, מה שמביא ליעילות מכאנית גבוהה יותר.
מול מנועי גלגיל: לשרשראות העברה יש גמישות רבה יותר מבחינת המרחק בו הן פועלות. הן מצטיינות כאשר הצירים ממוקמים במרחק גדול יותר ממה שגלגיל יכול לעמוד בו, תוך שמירה על התקנה קומפקטית. בנוסף, ניתן להפעיל מספר צירים בו-זמנית באמצעות שרשרת אחת – תכונה ש gear hardly hardly ever duplicate.

סוגי מנועי שרשרת (לפי פונקציה)

מנועי שרשרת מסווגים לשלושה סוגים עיקריים על פי הפונקציה שלהם, כל אחד מהם מותאם לצרכים ייחודיים של יישומים שונים:

1. מנועי שרשרת להעברת כוח

 מעוצבים במטרה אחת - העברת כוח בין שני צירים, מנועי שרשרת אלו פותרים אתגר נפוץ: רוב מכונות הייצור של כוח (לדוגמה, מנועים ב펌פאות) אינן יכולות להשתמש בכוח שהן מייצרות במקום.
יישומים נפוצים: אופניים, מיכשור חקלאי, מדחסים וצירים של מנועים – כולם תלויים בשרשראות העברת כוח שמובילות את הכוח מהמקור לנקודת היישום.

2. מנועי שרשרת להובלת חומרים

מנועי שרשרת להובלת חומרים מיועדים במיוחד לעיבוד חומרים. קיימים מאות עיצובים עם תכונות מותאמות, כמו התנגדות נמוכה לחיכוך, עמידות בטמפרטורות גבוהות, התנגדות כימית, יכולות אנטיסטטיות או תכונות מגנטיות. ניתן גם להוסיף תוספות לשרשרת כדי להתאים אותה לצרכים מגוונים.
שימושים בתעשייה: מופץ בתפוצה רחבה בעיבוד ובתעשייה האוטומобильית, ייצור מזון ומשקאות, תעשייה פרמצבטית ובבגדים להובלת חומרים בצורה יעילה.

3. שרשראות הובלה להרמת מטענים ומשיכה

שרשראות אלו משמשות במכונות להרמת וירידת מטענים כבדים, ולעיתים פועלות יחד עם גלילים כדי להפחית את המאמץ הנדרש. דוגמאות לכך הן שרשרת הרמה (ידנית, חשמלית או פנאומטית), הנפוצות במרכבים, workshops, אתרים בנייה, חדרי מנועים בספינות ו заводים - מסוגלות להרים/להוריד מטענים עד 20 טון.
שרשראות הרמה מחולקות לשתי תת-קבוצות:

שרשראות אליפטיות (שרשראות סליל): משמשות להרמת מטענים בינוניים עד קלים, ומהירות נמוכה. הקישורים שלהן בצורת אליפסה ומחוברים ביניהם על ידי ברגים. שרשראות עם קישור מרובע משמשות לעיתים כאלטרנטיבה אך בדרך כלל נמנעים מהן עקב חלוקה לא אחידה של המאמצים וקיפולי שרשרת.
שרשראות עם סורגים: נבחרות לשימושים עם עומס כבד. כל קישור מכיל סורג המותקן ברוחב הפנימי שלו, דבר שמנע קשרים ומעיד על חוזק ועמידות. הן משמשות לרוב בעוגנים של אוניות ובציוד להרמת משאות כבד.

סוגי שרשרת נפוצים במנועי שרשרת

חמישה סוגים של שרשראות דומיננטיות ביישומים תעשייתיים ומסחריים, כל אחת עם מבנה ויתרונות ייחודיים:

1. שרשראות גלגלות (שרשראות גלגלות עםBushings)

סוג השרשראות המוכר ביותר, שרשראות גלגלות (או שרשראות גלגלות עםBushings) משמשות רבות במעבר כוח לאופניים, אופנועים וציוד תחבורה. בדרך כלל הן מיוצרות מפליז פחמני פשוט או מسبائك פליז.
מבנה: מורכב מפסים פנימיים (פסי גלגל), פסים חיצוניים (פסי ספין), שרוולים, ספינים וגלילים. הגלילים מפוזרים במרווחים שווים בין הקישורים, ננענים עם שיני הגלגל כדי להעביר כוח
יתרונות מרכזיים: הגלילים מסתובבים לפי הצורך בעת מגע עם שיני הרגל, מה שממזער את אובדן הכוח. במובילי הגלילים, גובה לוחות הגליל (בשני צידי הגלילים) עולה על קוטר הגליל - מונע מגע בין לוחות הצד עם הרגלים ופועלים כמנחות כדי למנוע החלקת שרשרת. במובילי גלילים לתנועה, קוטר הגליל גדול מגובה סריטי הצד, מה שמבטל את המגע בין סריטי הצד למסילות התנועה ומפחית החיכוך. קיימות שרשראות גלילים מרובות תיילים עבור צרכים בעלי הספק גבוה, מה שמאפשר מהירות נמוכה ופס טריז קטן יותר עבור אותם דרישות עומס.

2. שרשראות שותקות (שרשראות שן הפוכה)

הנעת שרשרת מסורתית היא לרוב רועשת, מה שהופך אותה לא מתאימה לסביבות רגישות לרעש כמו חללים סגורים, כרי מכרה או אזורי מגורים. שרשראות דמויות (או שרשראות שן הפוכות) פותרות זאת על ידי פעילות בשקט תוך העברת הספק גבוה במהירויות גבוהות.
מבנה: מורכב מפסים שטוחים שמחוברים בטור ומחוברים ביניהם על ידי סיכת אחת או יותר. לתחתית של כל קישור יש מבנה המתאים ללשכה של הגלגל שיניים כדי לאפשר התאמה חלקה.
ביצועים: קיבולת הטעינה, חוזק התקרע והרוחב של השרשרת גדלים עם מספר הלוחות השטוחים בכל קישור.

3. שרשראות עלי דקל

הסוג הפשוט ביותר של שרשרת, שרשראות עלי דקל מורכבות רק מסיכות ופסים - כאשר הפסים משמשים לסירוגין כקישורי סיכה וכישורי ציר. הן אינן מתאימות לגלגלי שיניים; במקום זה הן פועלות על גלגלים מנחים.
יישומים: אידיאלי להרמה לאיזון, לדוגמה במעליות, מנופנים, נושאי גשר וצינורות מיני מעליה. מכונות איטיות אלו מערבות את השרשראות במשאות סטטיות גבוהות ומעט עומסים בתפעול, ושרשראות עלה מצוינות בטיפול בסככות ובאינרציה.
דרישה קריטית: חייבות לעמוד בעומס מתיחה גבוה מבלי להימתח או להישבר, ולהיות בעלי דUCTILITY מספקת כדי לעמוד בעייפות. יש לשקול שימון ותנאי הסביבה בעת תכנון.

4. שרשראות עם פנים שטוחה

מיועד אך ורק להובלה, שרשראות עם פלטפורמה שטוחה מחליפות רציפים ומערכות הנעה - חומרים יכולים להישלח ישירות על שרשראותיהם.
מבנה: שרשראות בודדות מורכבות לרוב מפסי פלדה עם בליטות גליליות חלולות בתחתית. סיכת חיבור עוברות דרך הבליטות כדי לחבר שרשראות סמוכות, ומאפשרות תנועה רק בכיוון אחד. שרשראות שטוחות מיוחדות יכולות להתקפל צד זה לצד (באמצעות מבנה סיכת חיבור معدل), מהמאפשר להובלה לנוע בעקומות.
יישומים: משמשות במערכות הובלה איטיות להובלת חומרים בפסי תיכון.

5. שרשראות פלדה הנדסיות

שרשראות פלדה הנדסיות פותחו בשנות ה-80 של המאה התשע עשרה, ונועדו לסביבות קשות ויישומים מחייבים. הן מיוצרות מפלדה גלויה (לפעמים מטופלת בחום כדי להגביר את הכוח) ויש בהן רווחים גדולים יותר בין המרכיבים כדי להתמודד עם אבק, אדמה וחומרים מח Abrasives במהלך הפעולה.
שימושים מודרניים: בשימוש עיקרי כשרשראות משאבה להובלת חומרים, אך ישנן גם כאלו המשמשות לניעור. ניתן למצוא אותן במערכות משאבה, טרולי שוקול, מעלים סל, ומכונות חופרת נפט – עם שיפור בחוזק, עמידות בתפיסה, קיבולת מטען, ומרווח כדי לעמוד בדרישות התעשייה המודרנית.

איך לבחור את סוג השרשרת הנכונה

בחירת סוג השרשרת הנכון דורש הערכה של צורכי היישום כדי למחוק אפשרויות לא מתאימות. הגורמים המרכזיים שיש לשקול הם:

1. עומס

לקבוע את כמות הכוח שיש להעביר - השרשרת חייבת לעמוד בכוח שמגיעה מהמנוע הראשי. חישובים מדויקים הם קריטיים לבטחה, ומומלץ להשתמש בפקטור ביטחון מספק.

2. מהירות השרשרת

לא כל השרשראות פועלות במהירות גבוהה; חלק מהן נועדו למהירויות נמוכות. יש לחשב את המהירות הנדרשת ול ודא שהיא בטווח המומלץ של השרשרת כדי לצמצם את האפשרויות.

3. סידור הצירים

מרבית השרשראות פועלות רק עם צירים מקבילים. אם הצירים לא מסודרים נכון, ייתכן שמנועי גלגל שיניים יהיו חלופה טובה יותר.

4. מרחק מרכז בין צירים

מומלץ שהמרחק בין הצירים יהיה 30–50 פעמים פיצ'ה של השרשרת. בנוסף, ודא שقوס המגע במנוע הקטן הוא לפחות 120°; אם לגלגל שיניים יש מעט שיניים, על לפחות חמש שיניים להיות במגע עם השרשרת בכל רגע.

5. סביבת שירות

הסביבה קובעת את התנגדות השרשרת לmoisture, אבק, חומרים מחדרים, קורוזיה, וטמפרטורות גבוהות. זה גם משפיע על וויברציה, רמות רעש ועומס על השרשרת. לדוגמה, שרשראות שיניים הפוכות (שרשראות שקטות) מועדפות באזורים רגישים לרעש.

6. שימון

מרבית השרשראות דורשות שימון כדי להאריך את חיי הבְּלִי. סוג השרשרת, הגודל, העומס והמהירות קובעים את שיטת השימון (ידנית, טיפת שמן, אמבט שמן, או שימון принודיארי). קיימות שרשראות משמן-עצמיות - הן משתמשות בכפפות עשויות פלסטיק ספוג שמן או מתכת כדי לספק שימון מתמשך ללא תחזוקה חיצונית.

יתרונות של שרשרת הנעה

יכול להוביל טורק למרחקים ארוכים.
ללא החלקה (בניגוד ללהטת חגורות), מה שמבטיח ביצועים עקביים.
מدمז יותר מאשר להטת חגורות, מתאים למקומות יחסית קטנים.
להטת שרשרת בודדת יכולה להניע מספר צירים.
גיווי, פועלת בטמפרטורות גבוהות בסביבות מגוונות (יבשות, רטובות, מחורצות, קורוזיביות וכו').
מערכת עם חיכוך נמוך, מה שמבטיחה יעילות מכאנית גבוהה.

חסרונות של להטת שרשרת

אי אפשר להשתמש בלהטת צירים שאינם מקבילים.
חשופה לרעש ולרטט במהלך הפעולה.
אי-alinemen יכול לגרום להחלקת השרשרת.
חלק מהעיצובים מחייבים שימון מתמיד.
לרוב יש צורך בקופסה הגנה.
מתיחות מחזורית (למשל, באמצעות גלגלת כיוון) היא הכרחית לצורך תחזוקת הביצועים.

​