طول درگیری رزوه چگونه بر نیروی گیره پیچ های شش گوش تأثیر می گذارد؟

طول درگیری نخ مستقیماً بر اینکه a پیچ شش گوش اتصال در اثر شکستگی پیچ و مهره یا با بیرون کشیدن رزوه از کار می‌افتد - و سقف سختی را بر میزان نیروی گیره‌ای که مفصل می‌تواند تحمل کند ایجاد می‌کند. اگر طول درگیری ناکافی باشد، رزوه ها قبل از اینکه پیچ به بار ثابت نامی خود برسد، نوار می شوند، به این معنی که شما هرگز به نیروی گیره مورد نظر، صرف نظر از اینکه چقدر گشتاور اعمال می کنید، نمی رسید. حداقل طول درگیری لازم برای ایجاد استحکام کششی کامل پیچ بر اساس مواد متفاوت است: تقریباً 1× قطر پیچ در فولاد، 1.5× در آلومینیوم و 2× در چدن . فراتر از این حداقل ها، طول درگیری اضافی باعث کاهش بازده در نیروی گیره می شود - اما همچنان برای عمر خستگی و توزیع بار اهمیت دارد.

آنچه که طول درگیری موضوع در واقع کنترل می کند

نیروی بستن در یک اتصال پیچی با کشش ساقه پیچ ایجاد می شود - پیچ به عنوان یک فنر کششی عمل می کند و کشیدگی الاستیک آن باعث ایجاد پیش باری می شود که سطوح اتصال را به هم می بندد. طول درگیری رزوه مستقیماً این نیروی گیره را ایجاد نمی کند. چیزی که کنترل می کند این است حداکثر بار قابل انتقال قبل از شکست رزوه - به عبارت دیگر، مرز بالایی نیروی گیره ای که مفصل می تواند از نظر فیزیکی نگه دارد.

هنگامی که یک پیچ سفت می شود، گشتاور به دو نیروی رقیب تبدیل می شود: تنش برشی رزوه عمل بر روی وجوه نخ درگیر، و تنش کششی در ساقه پیچ اگر درگیری کافی باشد، ساقه پیچ به بار ثابت می رسد و قبل از نوار رزوه ها تسلیم می شود. اگر درگیری خیلی کوتاه باشد، نخ ها ابتدا نوار می شوند - و مفصل به طور ناگهانی و بدون هشدار تمام نیروی گیره را از دست می دهد. این حالت خرابی خطرناک‌تر است زیرا از نظر بصری آشکار نیست و می‌تواند در حین مونتاژ قبل از اعمال بارهای سرویس رخ دهد.

فرمول حداقل طول درگیری و مقادیر ویژه مواد

حداقل طول درگیری رزوه مورد نیاز برای ایجاد استحکام کششی کامل پیچ با برابر کردن سطح برشی رزوه های درگیر با سطح کششی سطح مقطع پیچ محاسبه می شود. قانون مهندسی ساده که از این رابطه به دست می‌آید:

L_min = (مساحت تنش کششی × مقاومت کششی پیچ) / (0.577 × مقاومت برشی مواد مهره × π × d × 0.75)

از نظر عملی، این به دستورالعمل‌های حداقل طول درگیری زیر بر اساس موادی که در آن رشته می‌شوند، منتهی می‌شود:

اینها حداقل ها برای بارگذاری استاتیک هستند. برای مفاصل پویا، ارتعاشی یا بحرانی خستگی، ضریب ایمنی 1.25-1.5× را اضافه کنید به این ارزش ها اتصالی که به سختی در شرایط استاتیک حداقل را برآورده می کند، ممکن است زمانی که بار رزوه به طور دوره ای نوسان می کند، زودتر از موعد از بین برود.

نحوه توزیع بار در بین موضوعات درگیر - و چرا هرگز یکنواخت نیست

یک تصور غلط رایج این است که دو برابر شدن طول درگیری ظرفیت برشی رزوه را به طور یکنواخت دو برابر می کند. در واقع، توزیع بار نخ بسیار غیر یکنواخت است . تجزیه و تحلیل اجزای محدود و داده های تجربی به طور مداوم نشان می دهد که اولین رزوه درگیر شده (نزدیک ترین به سطح یاتاقان) تقریباً 30 تا 40 درصد کل بار محوری را تحمل می کند. ، نخ دوم 20-25٪ را حمل می کند و بار با هر نخ بعدی به شدت کاهش می یابد.

این به این دلیل اتفاق می افتد که پیچ و مهره (یا سوراخ ضربه ای) تحت بار با سرعت های مختلف منحرف می شود. پیچ در کشش کشیده می شود در حالی که مهره کمی فشرده می شود و یک انحراف دیفرانسیل ایجاد می کند که استرس را روی چند رزوه اول متمرکز می کند. فراتر از تقریبا 8-10 دور نخ درگیری اضافی به میزان قابل توجهی به اشتراک بار کمک می کند - رشته های عمیق تر تقریباً هیچ باری را تحت شرایط استاتیک تحمل نمی کنند.

به همین دلیل است که ارتفاع مهره شش گوش استاندارد طوری طراحی شده است که تقریباً ارائه شود 6-8 نوبت نخ درگیری - برای ایجاد استحکام کششی کامل پیچ و مهره به اندازه کافی بدون اضافی اتلاف. افزودن یک مهره ضخیم‌تر فراتر از این محدوده به طور معنی‌داری ظرفیت بستن مفصل را تحت بارگذاری استاتیک افزایش نمی‌دهد.

پیچ های شش گوش نیمه رزوه ای در مقابل پیچ های شش گوش کاملا رزوه ای: پیامدهای طول درگیری

انتخاب بین پیچ های شش گوش نیمه و تمام رزوه شده مستقیماً بر نحوه تعامل طول درگیری با رفتار مفصل تأثیر می گذارد:

پیچ های شش گوش با رزوه جزئی

ساقه بدون رزوه از اعضای گیره عبور می کند و تمام کشیدگی کششی در ساقه صاف رخ می دهد. این طول چنگال الاستیک بیشتری را فراهم می کند که بهبود می یابد قوام نیروی گیره و مقاومت در برابر خستگی . درگیری با نخ فقط در مهره یا عضو نهایی ضربه خورده رخ می دهد. برای اتصالات فولادی سازه ای (مانند ASTM A325 / A490)، پیچ و مهره های نیمه رزوه ای استاندارد هستند - ساقه صفحه برشی را اشغال می کند و درگیری رزوه در مهره به خوبی مشخص و کنترل می شود.

پیچ های شش گوش کاملا رزوه ای

رزوه ها تمام طول پیچ را اجرا می کنند، که انعطاف پذیری را در ضخامت پشته افزایش می دهد اما به معنای این است ریشه نخ به عنوان یک نقطه تمرکز تنش در سرتاسر ناحیه گرفتن عمل می کند . عمر خستگی کمتر از پیچ و مهره نیمه رزوه ای با همان قطر و درجه است. طول درگیری مؤثر کاملاً به موقعیت مهره و عمق سوراخ ضربه زده بستگی دارد - هر دو باید در طراحی تأیید شوند. پیچ و مهره های کاملاً رزوه ای در کاربردهای تعمیر و نگهداری و تعمیر که در آن ارتفاع پشته متغیر اجتناب ناپذیر است رایج است.

طول گرفتن و رابطه آن با پایداری نیروی گیره

طول گرفتن - ضخامت کل پشته اتصال گیره - تأثیر مستقیمی بر پایداری نیروی گیره در طول زمان دارد و با طول درگیری رزوه به گونه‌ای تعامل دارد که اغلب نادیده گرفته می‌شود.

یک پیچ مانند فنر کششی رفتار می کند. ثابت فنر (سفتی) با طول گرفتن نسبت معکوس دارد. الف پیچ با طول گرفتن کوتاه بسیار سفت است - مقدار کمی از نشست یا تعبیه سطحی باعث کاهش درصد زیادی در نیروی گیره می شود. الف پیچ و مهره با طول گرفتن بلند سازگارتر است - همان مقدار جاسازی باعث کاهش نسبتاً کوچکتر نیروی گیره می شود.

به عنوان مثال عملی: پیچ M12 درجه 8.8 با یک طول دستگیره 20 میلی متر تقریبا از دست می دهد 25-35٪ از پیش بارگذاری آن از 10 میکرومتر تعبیه سطحی. همان پیچ با یک طول دستگیره 80 میلی متر فقط باخت 6-9٪ از همان جاسازی به همین دلیل است که دستورالعمل های طراحی مشترک الف حداقل طول دستگیره 5× قطر پیچ هر جا که حفظ نیروی گیره حیاتی است - و اینکه چرا چیدن واشرهای نازک یا شیلنگ‌های نازک برای افزایش مصنوعی طول گرفتن، یک تکنیک مهندسی شناخته شده در موقعیت‌های گیره کوتاه است.

نقش سیستم های درج نخ زمانی که طول درگیری محدود می شود

در کاربردهایی که مواد کوبیده شده ضعیف است (آلومینیوم، منیزیم، پلاستیک) و ضخامت دیواره عمق درگیری موجود را محدود می کند. درج های نخ قدرت درگیری موثر را بازیابی می کنند بدون نیاز به سوراخ های عمیق تر یا باس های ضخیم تر. دو سیستم به طور گسترده استفاده می شود:

• درج سیم حلزونی (به عنوان مثال، Helicoil، Keensert): یک سیم پیچ فولادی ضد زنگ که در سوراخ بزرگتری نصب شده است. درج یک سطح رزوه فولادی سخت شده در داخل مواد نرم ایجاد می کند. یک درج هلیکویل M12 در آلومینیوم در درگیری 1× قطر استحکام رزوه ای معادل سوراخ فولادی در همان عمق به دست می آورد - به طور موثر طول درگیری مورد نیاز را در مقایسه با ضربه زدن مستقیم در آلومینیوم به نصف کاهش می دهد.
• درج های رزوه ای جامد (به عنوان مثال، E-Z Lok، درج های فشرده): درج های فولادی یا برنجی جامد که به مواد اصلی فشرده یا چسبانده شده اند. مقاومت گشتاور بالاتری نسبت به درج های سیم ارائه می دهد و برای کاربردهای با چرخه بالا یا بار زیاد در بسترهای نرم ترجیح داده می شود.

استفاده از درج در یک باس آلومینیومی M10 با عمق موجود تنها 12 میلی متر - معمولاً کمتر از حداقل 15 میلی متر برای ضربه زدن مستقیم - می تواند اتصال را به ظرفیت کششی کامل پیچ و مهره بازگرداند و درج ها را به جای یک ابزار تعمیر به یک راه حل طراحی تبدیل کند.

مثال کار شده: محاسبه اینکه آیا طول درگیری کافی است یا خیر

یک پیچ شش گوش M10 × 1.5 درجه 8.8 را در نظر بگیرید که داخل یک محفظه آلیاژ آلومینیوم با 12 میلی متر درگیری با نخ .

• سطح تنش کششی M10 = 58.0 میلی متر مربع
• درجه 8.8 مقاومت کششی نهایی = 800 مگاپاسکال
• بار کششی نهایی پیچ = 58.0 × 800 = 46400 نیوتن (46.4 کیلونیوتن)
• مقاومت برشی آلومینیوم 6061-T6 ≈ 207 مگا پاسکال
• سطح برش نخ در درگیری 12 میلی متر = π × 10 × 0.75 × 12 = 282.7 میلی متر مربع
• نیروی برش رزوه = 282.7 × 207 = 58520 نیوتن (58.5 کیلونیوتن)

در درگیری 12 میلی‌متری، نیروی برش (58.5 کیلو نیوتن) از استحکام کششی پیچ (46.4 کیلونیوتن) بیشتر می‌شود، بنابراین پیچ قبل از جداسازی می‌شکند. این طول درگیری از نظر فنی برای بارگذاری استاتیک کافی است . با این حال، آن را تنها فراهم می کند 26 درصد حاشیه ، که برای سرویس لرزش یا خستگی ناکافی است. افزایش به 18 میلی متر (قطر 1.8×) حاشیه را تا حدودی افزایش می دهد 65% ، که برای اکثر برنامه های پویا قابل قبول است.

مرجع سریع: قوانین طراحی طول درگیری نخ