רכיבי מכונות

רְכִיבֵי מְכוֹנוֹת הם רכיבים או עקרונות מבניים הממלאים פונקציות זהות או דומות במכונות ובמכשירים שונים, ולכן מופיעים שוב ושוב בצורה זהה או דומה. עם רכיבי החיבור (מחברים), המהווים קבוצה ראשית של רכיבי מכונות, נמנים למשל הבורג כרכיב, והלחמה כעיקרון מבני.

אף על פי שהמונח מתייחס למכונות, רכיבי מכונות מופיעים לא רק במכונות ובמכשירים, אלא גם במתקנים ובמערכות של הנדסת תהליכים ובהנדסה אזרחית.

ברגים ורכיבים קטנים דומים מתוקננים בתקן בכמעט כל תכונותיהם (לרוב כולל החומר שממנו הם עשויים ותכונות פיזיקליות, כגון מינימום חוזק פרטני), ולכן ניתן לייצר אותם ולהחזיקם בזמינות בנפרד לצורך מימוש העיקרון הכלכלי המשתלם של חלקים חלופיים. בדרך כלל הם מוצעים בקטלוגים כשהם מדורגים לפי גודל. עקרונות מבניים כגון חיבורי הלחמה, ריתוך וחיבורים חומריים נוספים אינם מוחשיים, אך ניתן לתקנן אותם בביצועיהם, בתכונות החומר שלהם וכדומה. בספרי לימוד הם מוצגים בבירור בקטלוגים של תכנון.

רכיבי המכונות צירים וגלים הם דוגמאות למעבר בין רכיב לעיקרון מבני. הם אינם קיימים כחלק תקני או קטלוגי. הם מהווים עיקרון מבני, אך הגאומטריה והמידות של משטחי החיבור שלהם מתוקננים, כדי לאפשר שילוב (חלקים חלופיים) עם רכיבי מכונות וחלקים אחרים. המסבים המורכבים על צירים וגלים הם שוב רכיבים, המופיעים הן בדפי תקן והן בקטלוגים של חלקים.

ישנם גם רכיבי מכונות מורכבים למדי, כגון תמסורת, אשר חומקים מייצור המוני חוצה-יצרנים ומעיקרון החלקים החלופיים. תמסורת גלגלי שיניים, למשל, מוגדרת בכל זאת כרכיב מכונה בהקשר לתפקידה כרכיב הממיר סיבוב ומומנט, כלומר כאשר המשמעות של רכיבי מכונות כעיקרון מבני (או עיקרון תכנוני) נמצאת בחזית. זאת ללא תלות בעובדה שבתוך תמסורת זו קיימים רכיבי מכונות אחרים, כגון עיקרון מבני מסוים של שילוב שיניים.

המילה "רכיב" במונח מתייחסת לעיתים קרובות לחלק הקטן ביותר האפשרי. אולם כאן הכוונה היא ליחידת הארגון הקטנה ביותר האפשרית וההגיונית, המהווה יתרון לתפקוד ולייצור בחלוקת עבודה של אובייקטים טכניים. כך, שרשרת אופניים , המורכבת מרכיבי-משנה כגון פינים, תותבים ולוחיות, מטופלת בשלמותה כרכיב מכונה באופניים.

מקצוע רכיבי המכונות בהכשרת מהנדסים

בדרך כלל, מכונה מורכבת מכדי שסטודנט יוכל להבין אותה מיד. במדינות דוברות גרמנית, נהוג באופן מסורתי לערוך לסטודנט היכרות תחילה עם רכיביה הברורים יותר, שכן הכרתם מקלה עליו לתפוס את המכונה השלמה. המקצוע "רכיבי מכונות" הופך לחוליה מקשרת מוקדמת בין המקצועות הנלמדים גם הם בלימודי התשתית (כגון מתמטיקה, פיזיקה - ובפרט מכניקה הנדסית , הנדסת חומרים ואחרים, כולל מקצועות מעשיים יותר כמו גאומטריה תיאורית ושרטוט טכני) לבין מקצועות ההתמחות שהסטודנט לומד במסגרת ההתמחות שבחר בלימודיו המתקדמים.

הסטודנט לא רק מכיר קבוצה רופפת של רכיבים שבהם ישתמש שוב ושוב בעתיד, אלא גם רוכש הבנה של קשרים טכניים. כיום כבר לא שואפים ללמד קטלוג מקיף ככל האפשר של רכיבי מכונות, אלא מתאמצים כבר בלימודי התשתית להקנות יסודות של הנדסה ומבנה קוהרנטי של רכיבי המכונות. במקצוע "רכיבי מכונות", ידע טכני בסיסי (במיוחד לגבי חוזק ומעוות) שנלמד זמן קצר לפני כן (ולעיתים במקביל) במקצוע "מכניקה הנדסית", מיושם בטיפול ברכיבים מורכבים יחסית שאינם מכוסים בתקינה או מכוסים בה מעט, הן בהרצאות והן בתרגולים הנלווים אליהן.

סיווג

כללי

חלוקת רכיבי המכונות במדריכים, בטבלאות או בספרי לימוד מתחילה בדרך כלל ברכיבי החיבור. עם זאת, בשל המגוון הרב של רכיבי המכונות, לא נוצר סיווג אחיד מעבר לכך. הם נידונים לעיתים קרובות בסדר אקראי ללא קריטריון סיווג ברור. ספרי לימוד חושפים לעיתים את מוקד העבודה של מחבריהם, כיוון שכמה רכיבי מכונות נידונים רק בקצרה או כלל לא.

הצעה לסיווג בסיסי הוצעה על ידי קרל קוצבאך כבר בשנת 1927. זיגפריד הילדברנד אימץ אותה בשנת 1968 בעת סיווג רכיבי מכניקה עדינה. אף על פי שהסיווג שלו מתייחס בעיקר לבניית מכשירים עדינים, הוא מכיל, למעט חריגים בודדים, את כל רכיבי המכונות המופיעים בהנדסת מכונות כללית. הרכיבים שם הם בדרך כלל בעלי מידות גדולות יותר, אך עקרונית הם זהים לחלוטין לאלו הנידונים כאן.

בחמשת הספרים המפורטים בפרק לקריאה נוספת (בחלקם במספר כרכים), נמנים בין 10 ל-15 רכיבי מכונות שונים (רכיבים או עקרונות מבניים) בכל אחד. מעבר לכך שלא תמיד נעשה שימוש במונחים זהים, רק חמישה רכיבי מכונות או קבוצות של רכיבי מכונות מופיעים בכל חמשת הספרים. כנראה אלו הם:

• ברגים / תבריגים
• מסמרות
• קפיצים
• צירים / גלים
• תמסורות גלגלי שיניים

סיווג מתוך הנדסת מכונות כללית

סיווג מפורט יחסית ורב-שלבי הוא הסיווג הבא, הלקוח מספר הלימוד של הורסט הברהאואר (Horst Haberhauer) (ראו פרק לקריאה נוספת, בסוף הרשימה):

• מחברים
  • חיבורי ריתוך
  • חיבורי הלחמה והדבקה
  • חיבורי חיכוך ושילוב צורני
  • חיבורי מסמרות
  • חיבורי ברגים
  • חיבורים אלסטיים (כאן מופיעים הקפיצים, שמוגדרים בסיווגים אחרים כרכיבי אגירה)
• אטמים
  • אטמים בין רכיבים נייחים
  • אטמים בין רכיבים נעים
• רכיבים של תנועה סיבובית
  • צירים וגלים
  • מסבי החלקה ומסבי התגלגלות
  • מצמדים ובלמים
• רכיבים של תנועה ישרה
  • צימוד של משטחים מישוריים וגליליים
• רכיבים להעברת תנועות סיבוביות אחידות
  • תמסורות גלגלי שיניים
  • תמסורות חיכוך
  • תמסורות רצועה ושרשרת

סיווג מתוך המכניקה העדינה

מתחום הנדסת המכונות של מכניקה עדינה או טכנולוגיית מכשירים עדינים, ידועים עד כה רק הסיווג הנזכר לעיל של הילדברנד ושל תלמידו ורנר קראוזה (Werner Krause) (ראו פרק לקריאה נוספת).

להלן מוצג הסיווג של הילדברנד. הוא שיטתי ומפורט יותר (למשל מבוסס רק משתיים או משלוש קבוצות ראשיות) מאשר זה שהוצג למעלה. כל הקטגוריות הכלולות בו מצוינות. עם זאת, מתוך רכיבי המכונות השונים (רכיבים ועקרונות מבניים), בשל מספרם הרב, מצורפות אליהן רק דוגמאות ספורות. הרכיבים הלא-מכניים הושמטו, או שלא צורפה עבורם דוגמה.

הילדברנד יוצר שלוש קבוצות ראשיות, כשהראשונה שבהן מכילה את רכיבי החיבור. בשתיים האחרות מקובצים רכיבי עבודה ורכיבי התאמה בהתאמה. לשתיים האחרות הוא קורא – כהכללה נוספת – רכיבי פעולה.

רכיבי העבודה מחולקים לאוגרים, מוליכים (או רכיבי הנחיה) וממירים, "מכיוון שכל ערך פעולה ניתן לאגירה, העברה והמרה,...".

רכיבי ההתאמה משמשים להשפעה על רכיבי העבודה או לבקרה וויסות. ... "לכן הם מחולקים לרכיבי מנוחה (התנגדויות), רכיבי מיתוג ורכיבי בקרה וויסות".

רכיבי חיבור

ברגים הם רכיבי חיבור.

• שינוי חומרי (הדבקה, הלחמה, ריתוך ועוד)
• עיוות פלסטי (מסמרור, כיווץ, קיפול ועוד)
• עיוות אלסטי (הברגה, חיבור בפינים, טריזים, כבישה ועוד)
• שילוב

קריטריוני מיון נוספים הם: פריקים, פריקים בתנאים מסוימים ובלתי פריקים.

פירוט יחידני (מבחר):

• רכיבי חיבור
  • ברגים
  • מסמרות
  • חיבורי ריתוך
  • חיבורי הלחמה
  • חיבורי הדבקה
  • פינים, יתדות

רכיבי עבודה

קפיצים הם רכיבי אגירה.

• רכיבי אגירה (קפיצים, גלגלי תנופה, גירוסקופים, גלגלי איזון, מטוטלות ועוד)

קריטריוני מיון נוספים הם: סטטיים, דינמיים.

• רכיבי הולכה או הנחיה (צירים, גלים, מסבי החלקה והתגלגלות, מפרקים, מנחים ישרים ועוד)
• רכיבי המרה (תמסורות)

פירוט יחידני (מבחר):

• רכיבי עבודה
  • רכיבי אגירה
    • קפיצים
    • גלגלי תנופה
  • רכיבי הנחיה (מוליכים)
    • מסבי החלקה ומסבי התגלגלות
    • צירים וגלים
  • רכיבי המרה
    • גלגלי שיניים ותמסורות גלגלי שיניים
    • תמסורות חיכוך
    • תמסורות רצועה ושרשרת
    • תמסורות בורג
    • מנגנוני זרועות
    • מנגנוני פיקה

רכיבי התאמה

מצמד אלקטרומגנטי הוא רכיב מנוחה.

• רכיבי מנוחה או התנגדויות:
  

תפקידם של רכיבי מנוחה הוא ליצור או לשמר מצב מנוחה. הם קרובים לרכיבי ההנחיה, אך אלו צריכים לשלול רק דרגות חופש בודדות של תנועה. רכיבי מנוחה במובן הצר הם מנגנוני נעילה ומעצורים. רכיבי מנוחה מיוחדים הם מצמדים (מנגנון נעילה בין שני גלים) ובלמים (התנגדות משתנה).

קריטריוני מיון נוספים הם: קשיחים, גמישים עם אגירת אנרגיה.

• רכיבי מיתוג:
  

רכיבי מיתוג (או תמסורות נעילה) הם תמסורות שבהן איבר יציאה מועבר במהלך זמן המיתוג ממצב מנוחה אחד למשנהו ולאחר מכן מוחזק בו. הם מחולקים למנגנוני פעימות (כגון מנגנון רצ'ט, מנגנון גלגלים (למשל מנגנון צלב מלטה ), מנגנון תפסן ועוד), מנגנוני דריכה (מנגנון נעילה (למשל עט כדורי נלחץ) ומנגנון דריכה קופץ) ומנגנוני קפיצה (מנגנון נעילה קופץ ומנגנון החלפה קופץ (למשל מפסק)).

• רכיבי בקרה וויסות (או מייצבי מהירות, למשל מחגר משונן ).

פירוט יחידני (מבחר):

• רכיבי התאמה
  • רכיבי מנוחה
    • מנגנוני נעילה
    • מעצורים
    • מצמדים ומצמדי מיתוג
    • בלמים
  • רכיבי מיתוג
    • מנגנון פעימות (למשל מנגנון צלב מלטה = מנגנון גלגלים, מפסק / הנדסת חשמל = מנגנון קפיצה מחליף)
  • רכיבי בקרה וויסות
    • וסתי בלימה (למשל וסת צנטריפוגלי)
    • וסתי מחגר (למשל מחגר משונן)

רכיבים משלימים

הרכיבים הבאים אינם רכיבי מכניקה עדינה. מדובר בכמה מהרכיבים הבודדים שבהם יש להשלים את הרשימה דלעיל כדי שתהיה תקפה לכלל הנדסת המכונות.

פירוט יחידני (מבחר):

• רכיבים אחרים
  • אטמים, לרוב נגד דליפה של שמן תעשייתי במכונות כוח ועבודה
  • צינורות, מכלים ומגופים, במתקנים של הנדסת תהליכים

לקריאה נוספת

• Christian Spura, Bernhard Fleischer, Herbert Wittel, Dieter Jannasch: Roloff/Matek Maschinenelemente. 26. Auflage. Springer, Wiesbaden 2023.
• Siegfried Hildebrand: Feinmechanische Bauelemente. 1. Auflage. Hanser, München 1968.
• Werner Krause: Konstruktionselemente der Feinmechanik. 4. Auflage. Hanser, München 2018.
• Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn: Maschinenelemente 1, Konstruktion und Berechnung von Verbindungen, Lagern, Wellen. 4. Auflage. Springer, München 2005.
• Gustav Niemann, Hans Winter, Bernd-Robert Höhn: Maschinenelemente 2, Getriebe allgemein, Zahnradgetriebe - Grundlagen, Stirnradgetriebe. 2. Auflage. Springer, München 2003.
• Gustav Niemann, Hans Winter, Burkhard Neumann: Maschinenelemente 3, Schraubrad-, Kegelrad-, Schnecken-, Ketten-, Riemen-, Reibradgetriebe, Kupplungen, Bremsen, Freiläufe. Springer, München 2004 (Erstausgabe: 1983, Nachdruck).
• Hubert Hinzen: Maschinenelemente 1. 4. Auflage. de Gruyter - Oldenbourg, 2017.
• Hubert Hinzen: Maschinenelemente 2. 4. Auflage. de Gruyter - Oldenbourg, 2018.
• Hubert Hinzen: Maschinenelemente 3. 1. Auflage. de Gruyter - Oldenbourg, 2016.
• Bernd Künne: Köhler/Rögnitz: Maschinenteile 1. 9. Auflage. Teubner, Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden 2003.
• Bernd Künne: Köhler/Rögnitz: Maschinenteile 2. 9. Auflage. Teubner, Stuttgart, Leipzig, Wiesbaden 2004.
• K.-H. Decker u. a.: Maschinenelemente. 20. Auflage. Hanser, München 2018.
• Horst Haberhauer: Maschinenelemente. 18. Auflage. Springer Vieweg, 2018.
• Bhandari, V. B. (2007), Design of machine elements (2nd ed.), Tata McGraw-Hill, p. 10, ISBN 978-0-07-061141-2

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא רכיבי מכונות בוויקישיתוף