מהי שן גלגל שיניים?

גלגלי שיניים הם מרכיבים בסיסיים בהנדסת מכונות מודרנית, המשמשים בכל דבר, החל משעונים ומכוניות ועד מכונות תעשייתיות ומערכות תעופה וחלל. בלב כל גלגל שיניים נמצא המאפיין הקריטי ביותר שלו - שן גלגל השיניים. הבנת המבנה, התפקוד והחשיבות של שיני גלגל השיניים מספקת תובנות חשובות לגבי האופן שבו גלגלי שיניים מעבירים כוח ביעילות ובאמינות ביישומים רבים.

הגדרת שן גלגל שיניים

שן גלגל שיניים היא החלק הבולט הבודד על היקף גלגל השיניים. כאשר שני גלגלי שיניים משתלבים זה בזה, שיניהם משתלבות בתבנית מדויקת, המאפשרת העברת תנועה סיבובית ומומנט מציר אחד למשנהו. כל שן מעוצבת בקפידה עם צורה ספציפית, המכונה פרופיל אבולוטי, כדי להבטיח שילוב חלק, חיכוך מינימלי ויחסי מהירות עקביים. ללא שיניים מתוכננות כראוי, גלגלי שיניים יחליקו או יתקעו, מה שהופך העברת תנועה מדויקת לבלתי אפשרית.

מבנה וגיאומטריה

הגיאומטריה של שן גלגל שיניים מוגדרת בקפידה על ידי מספר פרמטרים מרכזיים. התוספת מתייחסת לגובה השן מעל מעגל הגובה, בעוד שהדדנדום הוא העומק שמתחתיה. מעגל הגובה עצמו הוא מעגל דמיוני המייצג את נקודת המגע האפקטיבית בין גלגלי שיניים משתלבים. ממדים חשובים אחרים כוללים את זווית הלחץ, עובי השן וגובה המודול או הקוטר, המסייעים לתקנן את תכנון גלגלי השיניים ביישומים שונים.

צורת שן גלגל שיניים אינה שרירותית. הפרופיל הלא-סובלט הוא הצורה הנפוצה ביותר בשימוש בגלגלי שיניים מודרניים משום שהוא מאפשר לגלגלי שיניים לשמור על יחס מהירות קבוע ללא קשר למרחק בין המרכזים. משמעות הדבר היא שכל עוד גלגלי השיניים נשארים מיושרים כראוי, תנועתם תישאר חלקה ויעילה.

פונקציות של שיני גלגל שיניים

שן ההילוכים מבצעת מספר פונקציות חיוניות בתוך מערכת מכנית:

1. העברת תנועה - שיני גלגלי שיניים משתלבות להעברת תנועה סיבובית בין צירים.

2. העברת מומנט - על ידי שילוב, שיני גלגל השיניים מאפשרות להעביר כוח מכני ביעילות, מה שמאפשר למכונות להתמודד עם עומסים כבדים.

3. בקרת מהירות וכיוון - גודל ומספר שיני גלגל השיניים קובעים את הפחתת או הגדלת המהירות, כמו גם את כיוון הסיבוב.

4. פיזור עומס - שיניים מפזרות את כוחות המגע באופן שווה, מפחיתות שחיקה ומבטיחות חיי שירות ארוכים יותר.

סוגי שיני גלגל שיניים

שיני גלגל השיניים יכולות להשתנות בהתאם לסוג גלגל השיניים.גלגלי שיניים דובריים בעלי שיניים ישרות המסודרות במקביל לציר, מה שהופך אותן לפשוטות אך רועשות במהירויות גבוהות.גלגלי שיניים סלילייםכוללים שיניים בזווית, אשר משתלבות בהדרגה ומפחיתות רעש תוך מתן אפשרות לקיבולת עומס גבוהה יותר.גלגלי שיניים משופעיםבעלי שיניים מעוצבות כך שיצרו אינטראקציה בין צירים מצטלבים, בעודגלגלי תולעתהשתמשו בשיניים דמויות בורג לקבלת יחסי הפחתה גבוהים. גלגלי שיניים כפולים סליליים (אדרה):
מורכב משתי שורות של שיניים סליליות בזוויות מנוגדות. תצורה זו מבטלת את הדחף הצירי שנוצר על ידי גלגלי שיניים סליליים בודדים, ומאפשרת יישומים בעלי מומנט גבוה ויציבות רבה יותר.

הילוכים פנימיים:
כולל שיניים חתוכות בצד הפנימי של טבעת או גליל. הן משמשות בעיצובים קומפקטיים, כגון מערכות גלגלי שיניים פלנטריים, על ידי שילוב עם גלגלי שיניים חיצוניים.
שיני מתלה וגלגל שיניים
תיאור: מוט שטוח עם שיניים ישרות (המתקן) משתלב עם גלגל שיניים עגול (הפיניון).
מאפיינים:
ממיר תנועה סיבובית לתנועה לינארית ולהיפך.
משמש במערכות היגוי ויישומי מפעילים ליניאריים

כל עיצוב מתאים את גיאומטריית השן ליישומים ספציפיים ולצורכי ביצועים.

חומרים ועמידות

מכיוון ששיני גלגלי שיניים עומדות בפני עומס מתמיד, חיכוך ולחץ מגע, בחירת החומרים היא קריטית. סגסוגות פלדה נמצאות בשימוש נרחב בשל חוזקן ועמידותן בפני שחיקה, בעוד שטיפולי שטח כגון קרבוריזציה, ניטרידציה או הסרת פחמים משפרים את הקשיות ואת עמידות העייפות. ביישומים קלים יותר, ניתן להשתמש בחומרים כגון פלסטיק או אלומיניום כדי להפחית משקל ורעש.

חשיבות בהנדסה מודרנית

שן ההילוכים, למרות היותה קטנה בהשוואה למכונה כולה, קובעת את הביצועים, היעילות והאמינות של מערכות מכניות. שיני גלגל שיניים שתוכננו או מיוצרו בצורה גרועה עלולות להוביל לרעידות מוגזמות, רעש, בלאי מהיר או אפילו כשל קטסטרופלי. זו הסיבה שתעשיות שמות דגש רב על עיבוד שבבי מדויק, השחזה ובדיקה של שיני גלגל שיניים במהלך הייצור.