ความยาวการยึดเกลียวส่งผลต่อแรงจับยึดของสลักเกลียวหกเหลี่ยมอย่างไร

ความยาวการยึดเกลียวส่งผลโดยตรงต่อว่าก สลักเกลียวหกเหลี่ยม ข้อต่อล้มเหลวจากการแตกหักของโบลต์หรือโดยการดึงด้ายออก และทำให้เกิดเพดานแข็งสำหรับแรงยึดที่ข้อต่อสามารถรองรับได้ หากความยาวของข้อต่อไม่เพียงพอ เกลียวจะดึงก่อนที่โบลต์จะถึงโหลดที่พิกัด ซึ่งหมายความว่าคุณจะไม่มีทางบรรลุแรงจับยึดตามที่ต้องการไม่ว่าคุณจะใช้แรงบิดเท่าใดก็ตาม ความยาวหมั้นขั้นต่ำที่จำเป็นในการพัฒนาความต้านทานแรงดึงของสลักเกลียวเต็มจะแตกต่างกันไปตามวัสดุ: ประมาณ เส้นผ่านศูนย์กลางของโบลต์ 1× ในเหล็กกล้า 1.5× ในอะลูมิเนียม และ 2× ในเหล็กหล่อ . นอกเหนือจากค่าขั้นต่ำเหล่านั้น ความยาวส่วนต่อเพิ่มเติมจะทำให้แรงจับยึดลดลง แต่ยังคงมีความสำคัญต่ออายุความล้าและการกระจายโหลด

ความยาวการเชื่อมต่อของเธรดใดที่ควบคุมได้จริง

แรงจับยึดในข้อต่อแบบสลักเกลียวนั้นเกิดจากการยืดก้านโบลต์ — สลักเกลียวทำหน้าที่เป็นสปริงแรงดึง และการยืดตัวแบบยืดหยุ่นจะสร้างพรีโหลดที่ยึดหน้าข้อต่อเข้าด้วยกัน ความยาวการยึดเกลียวไม่ได้สร้างแรงจับยึดนี้โดยตรง สิ่งที่ควบคุมคือ โหลดสูงสุดที่สามารถถ่ายโอนได้ก่อนที่เธรดจะล้มเหลว — กล่าวอีกนัยหนึ่ง ขอบเขตด้านบนของแรงจับยึดที่ข้อต่อสามารถยึดได้ทางกายภาพ

เมื่อขันโบลต์ให้แน่น แรงบิดจะถูกแปลงเป็นแรงที่แข่งขันกัน 2 แรง: แรงเฉือนของด้าย ทำหน้าที่บนใบหน้าของด้ายที่เกี่ยวพัน และ ความเครียดแรงดึง ในก้านโบลต์ หากการประสานเพียงพอ ก้านโบลต์จะถึงน้ำหนักที่ทดสอบและคลี่คลายก่อนแถบเกลียว หากการเชื่อมต่อสั้นเกินไป ให้ดึงเกลียวออกก่อน และข้อต่อจะสูญเสียแรงจับยึดทั้งหมดอย่างกะทันหันและไม่มีการเตือนล่วงหน้า นี่เป็นโหมดความล้มเหลวที่อันตรายกว่า เนื่องจากไม่สามารถมองเห็นได้ชัดเจน และอาจเกิดขึ้นได้ในระหว่างการประกอบก่อนที่จะใช้โหลดการบริการด้วยซ้ำ

สูตรความยาวงานหมั้นขั้นต่ำและค่าเฉพาะวัสดุ

ความยาวการยึดเกลียวขั้นต่ำที่จำเป็นในการพัฒนาความต้านทานแรงดึงเต็มที่ของสลักเกลียวนั้นคำนวณโดยการนำพื้นที่รับแรงเฉือนของเกลียวที่ยึดเข้ากับพื้นที่แรงดึงของหน้าตัดของสลักเกลียว กฎทางวิศวกรรมอย่างง่ายที่ได้มาจากความสัมพันธ์นี้คือ:

L_min = (พื้นที่ความเค้นแรงดึง × ความต้านแรงดึงของสลักเกลียว) / (0.577 × ความต้านทานแรงเฉือนของวัสดุน็อต × π × d × 0.75)

ในทางปฏิบัติ สิ่งนี้จะแก้ไขตามแนวทางความยาวหมั้นขั้นต่ำต่อไปนี้ โดยขึ้นอยู่กับวัสดุที่ร้อยเข้า:

นี่เป็นค่าขั้นต่ำสำหรับการโหลดแบบคงที่ สำหรับ ข้อต่อแบบไดนามิก การสั่นสะเทือน หรือความเมื่อยล้าที่สำคัญ เพิ่มปัจจัยด้านความปลอดภัย 1.25–1.5× ถึงค่าเหล่านี้ ข้อต่อที่แทบจะไม่ได้ค่าต่ำสุดภายใต้สภาวะคงที่อาจหลุดก่อนเวลาอันควรเมื่อภาระเกลียวผันผวนเป็นรอบ

โหลดกระจายข้ามเธรดที่มีส่วนร่วมอย่างไร — และเหตุใดโหลดจึงไม่เหมือนกัน

ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยคือการเพิ่มความยาวหน้าสัมผัสเป็นสองเท่าจะทำให้ความสามารถในการเฉือนเกลียวเป็นสองเท่าเท่าๆ กัน ในความเป็นจริง การกระจายโหลดของเกลียวไม่สม่ำเสมออย่างมาก . การวิเคราะห์องค์ประกอบจำกัดและข้อมูลการทดลองแสดงให้เห็นอย่างสม่ำเสมอว่า เกลียวที่เกี่ยวครั้งแรก (ใกล้กับหน้าตลับลูกปืนมากที่สุด) จะรับภาระประมาณ 30–40% ของแรงตามแนวแกนทั้งหมด เธรดที่สองจะมีปริมาณ 20–25% และโหลดจะลดลงอย่างรวดเร็วในแต่ละเธรดที่ตามมา

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากสลักเกลียวและน็อต (หรือรูเกลียว) โก่งตัวภายใต้ภาระในอัตราที่ต่างกัน โบลต์จะยืดแรงดึงในขณะที่น็อตบีบอัดเล็กน้อย ทำให้เกิดการโก่งตัวที่แตกต่างกันซึ่งเน้นไปที่แรงเค้นสองสามเกลียวแรกๆ เกินประมาณ หมุนด้าย 8–10 ครั้ง การมีส่วนร่วมเพิ่มเติมมีส่วนทำให้เกิดการแบ่งปันโหลดโดยละเลย — เธรดที่ลึกกว่าจะรับน้ำหนักแทบไม่ได้ภายใต้สภาวะคงที่

นี่คือเหตุผลว่าทำไมความสูงของน็อตหกเหลี่ยมมาตรฐานจึงได้รับการออกแบบมาให้มีความสูงโดยประมาณ การหมุนเกลียว 6–8 เกลียว — เพียงพอที่จะพัฒนาความต้านทานแรงดึงของโบลต์เต็มโดยไม่สิ้นเปลืองส่วนเกิน การเพิ่มน็อตที่หนาขึ้นเกินกว่าช่วงนี้ไม่ได้เพิ่มความสามารถในการจับยึดข้อต่อภายใต้การโหลดแบบคงที่

สลักเกลียวหกเหลี่ยมแบบเกลียวบางส่วนและแบบเกลียวเต็ม: ผลกระทบจากความยาวของการมีส่วนร่วม

การเลือกระหว่างสลักเกลียวหกเหลี่ยมแบบเกลียวบางส่วนหรือเต็มตัวจะส่งผลโดยตรงต่อความยาวของข้อต่อที่มีต่อพฤติกรรมของข้อต่อ:

สลักเกลียวหกเหลี่ยมแบบเกลียวบางส่วน

ด้ามที่ไม่มีเกลียวจะทะลุผ่านชิ้นส่วนที่ถูกจับยึด และการยืดตัวของแรงดึงทั้งหมดจะเกิดขึ้นในด้ามเรียบ ช่วยให้ด้ามจับมีความยืดหยุ่นได้นานขึ้น ซึ่งช่วยปรับปรุงให้ดีขึ้น ความสม่ำเสมอของแรงจับยึดและความต้านทานต่อความเมื่อยล้า . การยึดเกลียวจะเกิดขึ้นเฉพาะในน็อตหรือส่วนต๊าปสุดท้ายเท่านั้น สำหรับข้อต่อเหล็กโครงสร้าง (เช่น ASTM A325 / A490) สลักเกลียวแบบมีเกลียวบางส่วนเป็นแบบมาตรฐาน โดยก้านจะยึดครองระนาบแรงเฉือน และการเชื่อมต่อของเกลียวในน็อตจะมีการกำหนดและควบคุมไว้อย่างดี

สลักเกลียวหกเหลี่ยมแบบเกลียวเต็ม

เกลียวจะมีความยาวโบลต์เต็ม ซึ่งจะเพิ่มความยืดหยุ่นในความหนาของการซ้อน แต่หมายถึง รูทของเกลียวทำหน้าที่เป็นจุดรวมความเครียดทั่วทั้งบริเวณด้ามจับ . อายุการใช้งานที่ล้าจะต่ำกว่าสลักเกลียวเกลียวบางส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางและเกรดเท่ากัน ความยาวหมั้นที่มีประสิทธิภาพขึ้นอยู่กับตำแหน่งน็อตและความลึกของรูต๊าป — ทั้งสองอย่างต้องได้รับการตรวจสอบในการออกแบบ โบลต์เกลียวเต็มเป็นเรื่องปกติในงานบำรุงรักษาและซ่อมแซมที่ความสูงของปล่องแปรผันไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้

ความยาวของด้ามจับและความสัมพันธ์กับความเสถียรของแรงจับยึด

ความยาวของด้ามจับ — ความหนารวมของชั้นข้อต่อที่ถูกจับยึด — มีผลโดยตรงต่อความเสถียรของแรงจับยึดเมื่อเวลาผ่านไป และจะมีปฏิกิริยากับความยาวของเกลียวในลักษณะที่มักถูกมองข้าม

สลักเกลียวมีพฤติกรรมเหมือนสปริงแรงดึง ค่าคงที่ของสปริง (ความแข็ง) จะแปรผกผันกับความยาวของด้ามจับ ก โบลท์ที่มีความยาวด้ามจับสั้นนั้นแข็งมาก — การตกตะกอนของข้อต่อหรือการฝังพื้นผิวในปริมาณเล็กน้อยทำให้สูญเสียแรงจับยึดเป็นจำนวนมาก ก สลักเกลียวยาวกริปเป็นไปตามข้อกำหนดมากกว่า — การฝังในปริมาณเท่ากันทำให้สูญเสียแรงจับยึดน้อยลงตามสัดส่วน

ตามตัวอย่างการใช้งานจริง: สลักเกลียว M12 เกรด 8.8 พร้อมด้วย a ความยาวด้ามจับ 20 มม สูญเสียไปประมาณ 25–35% ของพรีโหลด จากการฝังพื้นผิว 10 μm สลักเกลียวเดียวกันกับ ความยาวด้ามจับ 80 มม แพ้เท่านั้น 6–9% จากการฝังตัวเดียวกัน นี่คือเหตุผลที่แนวทางการออกแบบร่วมกันแนะนำก ความยาวด้ามจับขั้นต่ำคือ 5× เส้นผ่านศูนย์กลางของโบลต์ ในกรณีที่การรักษาแรงจับยึดเป็นสิ่งสำคัญ — และเหตุใดการวางแหวนรองหรือแผ่นรองบางๆ ซ้อนกันเพื่อยืดความยาวด้ามจับให้ยาวขึ้น ถือเป็นเทคนิคทางวิศวกรรมที่ได้รับการยอมรับในสถานการณ์ที่มีด้ามจับสั้น

บทบาทของระบบการสอดเกลียวเมื่อความยาวของการเชื่อมถูกจำกัด

ในการใช้งานที่วัสดุต๊าปอ่อนแอ (อะลูมิเนียม แมกนีเซียม พลาสติก) และความหนาของผนังเป็นข้อจำกัดความลึกของหน้าสัมผัส การแทรกเกลียวช่วยคืนความแข็งแกร่งของการมีส่วนร่วมที่มีประสิทธิภาพ โดยไม่ต้องใช้รูลึกหรือบอสที่หนาขึ้น มีการใช้สองระบบกันอย่างแพร่หลาย:

• เม็ดมีดลวดแบบเกลียว (เช่น Helicoil, Keensert): ลวดสแตนเลสขดติดตั้งอยู่ในรูต๊าปเกลียวที่ใหญ่ขึ้น เม็ดมีดให้พื้นผิวเกลียวเหล็กชุบแข็งภายในวัสดุอ่อน เม็ดมีด M12 Helicoil ในอะลูมิเนียมที่ การมีส่วนร่วมเส้นผ่านศูนย์กลาง 1 × ให้ความแข็งแรงของเกลียวเทียบเท่ากับรูต๊าปเหล็กที่ความลึกเท่ากัน — สามารถตัดความยาวหน้าสัมผัสที่ต้องการได้ครึ่งหนึ่งอย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับการต๊าปโดยตรงในอะลูมิเนียม
• เม็ดมีดเกลียวตัน (เช่น E-Z Lok, เม็ดมีดแบบสวมอัด): เม็ดมีดที่ทำจากเหล็กหรือทองเหลืองแข็งกดหรือติดเข้ากับวัสดุหลัก ให้ความต้านทานแรงบิดสูงกว่าเม็ดมีดแบบลวด และเป็นที่ต้องการสำหรับการใช้งานรอบสูงหรือโหลดสูงในพื้นผิวที่อ่อนนุ่ม

การใช้ส่วนแทรกในไฟล์ หัวอะลูมิเนียม M10 ที่มีความลึกเพียง 12 มม — โดยปกติจะต่ำกว่าขั้นต่ำ 15 มม. สำหรับการต๊าปโดยตรง — สามารถคืนค่าข้อต่อให้มีความต้านทานแรงดึงของโบลต์เต็ม ทำให้เม็ดมีดเป็นวิธีการออกแบบแทนที่จะเป็นเพียงเครื่องมือซ่อมแซม

ตัวอย่างการทำงาน: การคำนวณว่าความยาวของงานหมั้นเพียงพอหรือไม่

ลองใช้สลักเกลียวหกเหลี่ยม M10 × 1.5 เกรด 8.8 ที่ทำเกลียวเข้ากับตัวเรือนอะลูมิเนียมอัลลอยด์ด้วย ระยะการขันเกลียว 12 มม .

• พื้นที่ความเค้นแรงดึง M10 = 58.0 มม.²
• เกรด 8.8 ความต้านทานแรงดึงสูงสุด = 800 เมกะปาสคาล
• โหลดแรงดึงสูงสุดของโบลต์ = 58.0 × 800 = 46,400 นิวตัน (46.4 กิโลนิวตัน)
• แรงเฉือนอลูมิเนียม 6061-T6 data 207 เมกะปาสคาล
• พื้นที่เฉือนเกลียวที่หน้าสัมผัส 12 มม. = π × 10 × 0.75 × 12 = 282.7 มม.²
• แรงลอกเกลียว = 282.7 × 207 = 58,520 นิวตัน (58.5 กิโลนิวตัน)

ที่หน้าสัมผัส 12 มม. แรงดึงออก (58.5 กิโลนิวตัน) เกินความต้านทานแรงดึงของสลักเกลียว (46.4 กิโลนิวตัน) ดังนั้นโบลต์จะแตกหักก่อนที่จะปอก — ความยาวหมั้นนี้เพียงพอในทางเทคนิคสำหรับการโหลดแบบคงที่ . แต่จะให้เพียงก อัตรากำไรขั้นต้น 26% ซึ่งไม่เพียงพอต่อการสั่นสะเทือนหรือความเมื่อยล้า การเพิ่มเป็น 18 มม. (เส้นผ่านศูนย์กลาง 1.8×) จะทำให้ระยะขอบเพิ่มขึ้นโดยประมาณ 65% ซึ่งเป็นที่ยอมรับสำหรับแอปพลิเคชันไดนามิกส่วนใหญ่

การอ้างอิงด่วน: กฎการออกแบบความยาวของการต่อเกลียว