הצגת תפריט 
מסבים מתקדמים ברכב חשמל
ויתור על מכלי דלק ומעבר למנועים חשמליים ולסוללות אינו יכול להתרחש בן רגע. הופעתם של כלי רכב חשמליים מחייבת חשיבה מחודשת מהיסוד על רכיבי הרכב. לדוגמה, למנועים חשמליים המסוגלים לפעול במהירות של 30,000 סל"ד נדרשים מסבים בעלי ביצועים גבוהים כדי שיעמדו במהירויות הגבוהות. כדי להתאים את הרכיבים לדרישות של הטכנולוגיה החשמלית, נחוץ שינוי. יצרני ציוד מקורי (OEM) משקיעים רבות ברכיבים חזקים ועמידים ביותר כדי לספקם ליצרני הרכב.
התפתחויות עיקריות במסבים
כיצד יכולים מסבים לשפר את ביצועי המנועים החשמליים?
יצרני הרכב דורשים שיפור ניכר באיכות ובביצועים של רכיבים כדי שיוכלו להציע ללקוחותיהם את כלי הרכב החשמליים או ההיברידיים האמינים ביותר. לכן יצרני מסבים "מחשבים מסלול מחדש" ועמלים על רכיבים בעלי עמידות במהירויות ובטמפרטורות עבודה גבוהות יותר המאפיינות את פעולת המנוע החשמלי.
קיים מגוון רחב של מסבים, אבל להלן אתייחס רק לכמה: כדוריים, גליליים, קונים ומחטים. כל הסוגים מצריכים עמידות במהירות הסיבוב המרבית של המסב, המושפעת מרמת החיכוך. המהירויות הגבוהות מצריכות סיכה יעילה ואיכותית, שתוכל לשמור על תכונתו של החומר המסכך.
ליחידות ההנעה, תמסורות אלקטרוניות, מנועים חשמליים ומחוללי חשמל (גנרטורים) המותקנים על הציר של הממסרה או המנוע, יש חשיבות רבה מבחינת ההולכה החשמלית והתרמית של הנוזל. מהירויות המנוע החשמלי עשויות להגיע ל-30,000-25,000 סל"ד, והדבר מחייב סיכה ואטימה של מגוון רכיבים.
מסבים היברידיים ומסבים קרמיים
מסבי פלדה מספקים כיום שקט תעשייתי ליצרני הרכב. המנוע החשמלי (מנוע גרירה) יכול לספק יעילות מרבית, אך תכונה אחת שביכולתה להשפיע על מסבי פלדה קונבנציונליים היא שינוי המתח בתדירות גבוהה והיווצרות של זרם דלף (זרם זליגה). זרם זה עובר לעיתים דרך המסבים וגורם לפגיעה בפני השטח של המסב, בטבעת חיצונית, בטבעת פנימית, ולאחר מכן גורם לכישלונו של המסב. נראה כי זרם חשמלי ייוצר גם ריתוכים מיקרונים שמחלישים את הפלדה וגורמים לשחיקה מוגברת של המסב. הקושי עולה עקב שימוש נרחב במגברי שרת/מגברי מתח דיפרנציאלים שתפקידם להגדיל את מתח המבוא (בדרך כלל ליניארית) שפועלים במתח גבוה.
כאן נכנסים לתמונה מסבים היברידיים קרמיים (Hybrid Ceramic Bearings) מכיוון שהם אינם מוליכים חשמל. בזכות תכונת בידוד של זרם חשמלי, מסבים היברידיים פחות צפופים ממסבי פלדה, ב-40 אחוזים בערך. הדבר מאפשר להם לפעול בטמפרטורות אחרות, הם מצריכים סיכה מופחתת, וחייהם ארוכים יותר מאלה של מסבי פלדה.
על פי מחקר של המכון הטכנולוגי הדני (DTI), עקב החיכוך המופחת במסב היברידי או קרמי, טמפרטורת העבודה יכולה להיות מופחתת במידה ניכרת לעומת מסב סטנדרטי באותו מנוע. הדבר מאפשר להאריך את חיי המסב ועקב כך את חיי המנוע החשמלי. לטענת המכון הטכנולוגי הדני, מסבים היברידיים ומסבים קרמיים חסינים מפני הזרם החשמלי מכיוון שלחומר הקרמי יש התנגדות חשמלית גבוהה יותר מזו של אוויר. פתרון זה הושג באמצעות הציפוי, וככל הנראה משנה את עולם המסבים.
תכונות נוספות:
משקל נמוך: מאחר שצפיפות החומר הקרמי נמוכה בעשרות אחוזים מזו של פלדה, הכוח הצנטריפוגלי המופעל על הרכיבים הנעים נמוך יותר, והדבר מאריך את חיי המסב.
מקדם התפשטות נמוך: למרות שמסבים הנעים במהירות גבוהה מחוללים טמפרטורה גבוהה, מקדם ההתפשטות הנמוך מאפשר קדם עומס נמוך והיווצרות של פחות חום.
חיכוך נמוך: הפחתה של החלקת הכדורים בזמן הפעולה מאפשרת היווצרות מופחתת של חום.
בלאי מופחת: למסבים בעלי רכיבים קרמיים ישנה עמידות גבוהה יותר לבלאי ממסבים העשויים מפלדה.
אם כן מסבים אלה, היברידיים וקרמיים, עמידים בטמפרטורות גבוהות, בעלי משך חיים ארוך למדי, משקלם נמוך, ההתפשטות התרמית שלהם נמוכה ויש להם יכולת לאי-מוליכות חשמלית. המאפיינים האלו מאפשרים למסבים בעלי גלילים/כדורים קרמיים להתאים למגוון רב של יישומים. הם מתאימים ליישומים המצריכים מהירות גבוהה ורמת דיוק גבוהה במיוחד.
קרמיקה (חומר מוצק שאינו אורגני או מתכתי) משמשת במסבים בעיקר עקב עמידותה לשיתוך (קורוזיה) ועמידותה בטמפרטורות גבוהות. היא אינרטית, ולפיכך עמידה בפני חומרים כימיקלים, חומצות ומי ים. מכיוון שמסבים קרמיים אינם נתונים לשיתוך, הם זקוקים לתחזוקה מעטה ואפשר להשתמש בהם בסביבות עבודה קיצוניות ואגרסיביות במיוחד. אין זה מפתיע שתכונות אלו מאפשרות להשתמש במסבים קרמיים בתעשיות רבות.
מסב קרמי
לעתים קרובות אנשים מדברים על מסבים קרמיים, אך למעשה מתכוונים לגירסאות היברידיות. מה ההבדל בין מסב קרמי למסב היברידי?
מסב קרמי עשוי מחומרים סינתטיים וקרמיים. רכיביו עמידים מאוד לחומצות ולאלקלים, ולכן הם מתאימים לשימוש בסביבות עבודה קיצוניות. מסבי סיליקון ניטריד למשל יכולים לפעול בטמפרטורה עד 800 מעלות צלזיוס. שילוב של תכונות אלה עם משקלו הנמוך של המסב הקרמי (כ-45 אחוזים פחות ממשקלו של מסב פלדה) מייצר תחליף ראוי למסבי פלדה מסורתיים. מסבים קרמיים הם דיאמגנטיים (כלומר לא מתמגנטים), כלומר אפשר להשתמש בהם במכשירים רפואיים כגון דימות תהודה מגנטית (MRI) ובכל יישום שיש בו שדה מגנטי חזק. מצד אחר, קשיחות של מסבים קרמיים פירושה שבריריות רבה יותר.
מסב היברידי הוא שילוב של קרמיקה ופלדה. נעשה שימוש בגלילים או בכדורים קרמיים המחוברים לטבעות מתכתיות. שילוב זה מספק עמידות במהירויות גבוהות יותר מאשר מסב קרמי, מכיוון שטבעות מתכת שבירות פחות, ואינן מועדות לכישלון קטסטרופלי ופתאומי במהירות גבוהה או בעומס גבוה.
הדרישות ממסבים היברידיים שונות למדי מהדרישות ממסבים קרמיים. לדוגמה, מסבים קרמיים אינם מצריכים סיכה, ואילו מסבים היברידיים כן. ייתכן שאין צורך בסיכה של מסבים היברידיים בעת שימוש במהירויות נמוכות מאוד, אך בשל עמידותם במהירויות גבוהות, לעיתים קרובות משתמשים בהם עם חומר סיכה מתאים והם מועדפים על פני מסבים קרמיים. כפי שצוין, מסבים היברידיים מסוגלים לפעול במהירויות גבוהות מאוד.
עמידות המסב בשיתוך משפיעה אף היא על העדפה של מסב היברידי על פני מסב קרמי. למרות שכדורי הקרמיקה עמידים ביותר, רמת העמידות הכללית בפני שיתוך פחותה בגלל השימוש בטבעות מתכת, גם אם הן עשויות מפלדת אל-חלד.
ההחלטה באילו מסבים לבחור, קרמיים או היברידיים, נשארת בידי היצרנים ותלויה בגורמים רבים כגון עלויות, יישומים וסביבת התפעול של המסבים. בתחום התחבורה בדרך כלל לא יידרשו מסבים קרמיים בעלי עמידות גבוהה לטמפרטורה, שמתאימים למעבורת החלל של נאס"א.
מסבים קונים
טכנולוגיה אחרת של מסבים בתעשיית הרכב החשמלי היא מסבים קונים (Tapered Roller Bearings). העומס המופעל עליהם הוא רדיאלי וצירי (בכיוון אחד). הם פותחו כדי לשפר את היעילות תוך ניצול היותם קטנים. גודלם מאפשר להפחית את השקעת האנרגיה. הם מצריכים הגדרה של כיוון העומס השקול, אך בד בבד מאפשרים העמסה גדולה יותר. ביכולתם לשאת עומסים גדולים יחסית לגודלם.
מסב קוני
מצד אחר מסבים קונים חשופים לפגיעות עקב חוסר סיכה. הדבר מקשה את פישוט מערכת הסיכה. מסבים חדשים שפותחו בעלי עמידות משופרת בתנאי סיכה מופחתים. הם משפרים את אמינות המכלולים ומאפשרים להשתמש במערכות ובשיטות סיכה "פשוטות", ובכך מאפשרים תכנון הנדסי של תמסורות קומפקטיות.
איכות הסביבה ופיתוח מסבים
ככל שמודעות הציבור לסביבה החיצונית עולה, עולה גם הדרישה של צרכנים ויצרנים ברחבי העולם לכלי רכב חסכוניים. הדבר מביא להתפתחות מהירה של טכנולוגיות בעולם הרכב, כגון רכבים חשמליים ורכבים עם הנעת כלאיים (הנעה היברידית), שיפור היעילות והביצועים של תמסורות והפחתה בגודלם ובמשקלם של רכיבים.
כדי לשפר את האפקטיביות, מסבים צריכים להיות קטנים ולשמור על אובדן אנרגיה נמוך. כדי להתגבר על תנאי סיכה מופחתים, מבנה הכלוב פותח במיוחד לשמירה על הסיכה הקיימת ולסיפוק סיכה במעברים ובחריצים באמצעות פעולה נימית (קפילרית). חומר סיכה מוחזק בכלוב ונשאר צמוד לדפנות, וכאשר החומר דליל הוא מחלחל מהחריצים העדינים אל האזור הזקוק ביותר לסיכה. יתרה מזו, תוכננו מחדש מסבי התמסורות תוך כדי שימוש במערכת ריסוס/התזה יעילה של חומר סיכה. מסבים מפיתוחים חדשים זקוקים לסיכה מופחתת.
מסבי מחטים
מסבי מחטים (Needle Roller Bearings) מורכבים ממכלול של גלילים צרים רבים שאורכם גדול מקוטרם פי שלושה עד עשרה. מסבי מחטים רדיאליים מתוכננים לשאת עומס רדיאלי בלבד. הממדים שלהם קטנים בהרבה מהממדים של מסבים מסוגים אחרים בעלי מידות קדח וכושר נשיאה זהים. בזכות מאפיין זה השימוש בהם נפוץ מאוד במכלולים שבהם המרחב הרדיאלי מוגבל. פותחו מסבים שקטים, שלטענת היצרנים הצליחו להפחית מאוד את עוצמת הרעש לעומת מסבים קונוונציונליים. כדי להפחית את הרעש משתמשים בשיטות עיבוד מתקדמות ונותנים לקצות המחט צורה של קשת מעוקלת. שיטה זו מקנה למסבים עמידות בעומסים כבדים למדי. זהו פתרון מושלם לרכיבים חשמליים המותקנים בכלי רכב בעלי הנעת כלאיים ולרכב חשמלי - רכבים שקטים במיוחד.
מסב מחטים
לסיכום, המעבר לרכבים חשמליים או היברידיים הניע חשיבה מחודשת לא רק בתעשיית התעופה, בלוויינים, באמצעים מעל למים ומתחתם. סביב המסב הקטן והצנוע יש תורה שלמה, ובעידן הנוכחי הוא צריך להתאים לתפקיד חדש, כחלק ממסלול ההנעה של עולם הרכב החשמלי.
עמכם הסליחה
