1
026-34701592       021-66628875
 
time
از شنبه تا پنجشنبه - ساعت 9 الی 17 
جستجو
گروه خبري : آخرین اخبار
تاريخ انتشار : 131/08/15 - 11:43
كد :57

نیروی گشتاور پیچ و مهره - چگونه گشتاور یک پیچ را محاسبه کنیم؟

معادله کلی برای بار پیچ بر اساس گشتاور اعمال شده T = KF i D b است که در آن K = ضریب گشتاور است . K تابعی از ضرایب اصطکاک و اصطکاک طوق در محل اتصال است و این ضرایب بر اساس متغیرهایی مانند سطح، پوشش ها و غیره است.

برای نصب و بستن پیچ و مهره‌ ها ما توسط ابزاری همچون آچار و یا پیچ گوشتی، نیرویی را به صورت چرخشی به پبچ و مهره وارد می‌کنیم. این نیروی چرخشی که ما برای بستن پیچ و مهره‌ها به آن‌ها اعمال می‌کنیم، نیروی گشتاور پیچ و مهره نام دارد. میزان گشتاور و یا نیروی چرخشی که هنگام بستن پیچ و مهره‌ها اعمال می‌کنیم، پارامتری بسیار مهم و تعیین کننده در ایمنی و کیفیت اتصال ایجاد شده است.

طبق گزارشی در تاریخ 20 اوت سال 2011 یک هواپیمای بدون سرنشین امریکایی در ایالت قندهار افغانستان سقوط می‌کند، پس از بررسی‌های انجام شده برای مشخص شدن دلیل سقوط این هواپیما، مشخص شد که علت این سقوط اتصال نامناسب پیچ و مهره‌ای در بخشی از هواپیما بوده. در واقع در هنگام بستن پیچ و مهره، گشتاور مناسب اعمال نشده است و این سقوط در حدود 73 میلیون دلار برای ارتش آمریکا هزینه‌بر بوده است. این موضوع اهمیت نیروی گشتاور پیچ و مهره ها را نشان می‌دهد. حال این سوال پیش می‌آید که چگونه گشتاور مناسب برای پیچ و مهره‌ها را می‌توان محاسبه کرد؟ فرمول محاسبه گشتاور چیست؟در این مقاله قصد داریم شما را با این پارامتر بسیار مهم آشنا کنیم. بنابراین در ادامه مطلب با ما باشید.

نیروی گشتاور پیچ و مهره چیست؟

گشتاور یکی از مباحث مهم در خواص مکانیکی مواد است. تعریف علمی گشتاور، حاصلضرب نیروی اعمالی در فاصله بین نقطه اعمال نیرو و سطح یا جسمی است که نیرو به آن اعمال می‌شود. در مبحث گشتاور پیچ و مهره، مفهوم گشتاور درواقع نیرویی است که ما به صورت چرخشی توسط آچار، پیچ گوشتی و یا ابزار دیگر، برای بستن و محکم کردن پیچ و مهره‌ها در محل اتصال، به آن‌ها وارد می‌کنیم. نیرویی که ما وارد می‌کنیم به صورت چرخشی است، اما رزوه‌ها این نیروی چرخشی را به نیروی خطی تبدیل کرده و باعث حرکت پیچ و مهره به سمت جلو و نصب و محکم شده آن‌ها در محل اتصال می‌شوند.

اهمیت اعمال نیروی گشتاور مناسب در بستن پیچ و مهره‌ها

نیروی گشتاوری که ما هنگام بستن پیچ و مهره به آن‌ها وارد می‌کنیم، یک مقدار مجاز دارد. یعنی اگر گشتاوری کمتر و یا بیشتر از آن به پیچ و مهره اعمال شود، اتصال معیوب خواهد بود. در قسمت مقدمه نمونه‌ای از پیامدهای اعمال گشتاور نا مناسب را بیان کردیم. درواقع اگر نیروی گشتاوری کمتر از حد گشتاور مجاز به اتصال یا همان پیچ و مهره اعمال شود، پیچ و مهره به درستی محکم نشده و در مقابل اعمال نیرو و یا در معرض ارتعاشات باز شل و باز خواهند شد. در مقابل اگر نیروی گشتاوری بیش از حد مجاز به پیچ و مهره اعمال شود، باعث آسیب رساندن به رزوه‌ها شده و همچنین پیچ و یا مهره هرز می‌شود. در ادامه فرمول محاسبه گشتاور را بررسی خواهیم کرد.

فرمول محاسبه نیروی گشتاور پیچ و مهره‌ ها

باتوجه به اهمیت اعمال گشتاور مناسب، برای محاسبه این نیروی پیچ و مهره‌ها، فرمولی ارائه شده است. البته گشتاوری که ما به اتصال دهنده‌هاب اعمال می‌کنیم به طورکلی متاثر از نوع پیچ و مهره (هندسه پیچ و مهره و جنس آن) و همچنین هدف و موقعیت استفاده از آن‌ها است. با توجه به فرمول ارائه شده برای محاسبه نیروی گشتاور و در نظر گیری کلیه پارامترهای موثر در این محاسبات، شرکت‌های تولید کننده و استانداردها برای هر نوع از پیچ و مهره‌ها، محدوده مجاز اعمال گشتاور را محاسبه می‌کنند. فرمول محاسبه گشتاور پیچ و مهره به صورت زیر است:

T = DFK

همانطور که مشخص است سه پارامتر مختلف در محاسبه گشتاور موثر است/ پارامتر اول که با D مشخص شده است، همان قطر پیچ است که نشان می‌دهد سایز پیچ و مهره در مقدار گشتاور اعمالی موثر است. پارامتر دوم F است. این پارامتر همان نیروی محوری است که اعمال می‌کنیم و پارامتر سوم یک ضریب است به نام ضریب K و یا ضریب مهره. ضریب K پارانتری است که بر اساس استفاده یا عدم استفاده از روغن کاری پیچ و مهره‌ها تعیین می‌شود. ضریب k برای یک اتصال روغن کاری نشده 0.2 است. اتصالات و مفاصل روغن کاری نشده معمولاً به عنوان  اتصالات خشک شناخته می شوند و اعمال گشتاور این اتصالات به عنوان "چرخش خشک" شناخته می‌شود. ضریب k یک مفصل روغن کاری شده معمولاً بین 0.15 و 0.18 است.

یک اتصال خشک یا روغن کاری نشده دارای اصطکاک بیشتری بین اجزا است و برای بستن و محکم کردن اتصال به گشتاور بیشتری نیاز دارد. این عامل از فرمول هم مشخص است. مقدار K برای اتصالات خشک بالاتر و در نتیجه مقدار گشتاور بیشتر خواهد شد.

محاسبه نیروی گشتاور پیچ و مهره به صورت عملی

معمولا برای محاسبه نیروی گشتاور پیچ و مهره در عمل و در حین کار، از فرمول استفاده نمی‌شود. زیرا پارامترهای محاسبه در اکثر مواقع به طور دقیق مشخص نیستند. در این صورت از آچارهای گشتاور برای محاسبه مقدار گشتاور اعمالی بر روی پیچ و مهره استفاده می‌شود. آچارهای گشتاور ابزاری هستند که به شما امکان اندازه گیری و اعمال گشتاور مناسب را به شما در حین بستن و کار با پیچ و مهره می‌دهند. آچارهای گشتاور مقدار گشتاور را در قالب های آنالوگ یا دیجیتال محاسبه می کنند. توجه کنید این آچارها همواره مقداری خطا دارند.

نحوه تایید میزان گشتاور

پس از محاسبه میزان گشتاور از روی فرمول و یا با استفاده از آچار، باید مطمئن شویم که گشتاور محاسبه شده صحیح است. زیرا محاسبه صحیح گشتاور در ایمنی و عملکرد اتصال تاثیر زیادی دارد و هرگونه خطا در محاسبه گشتاور، خطر باز شدن و یا هرز شدن اتصال و به بار آمدن خسارات بعد از آن را به دنبال دارد. برای تأیید محاسبه گشتاور خود، از این سه روش اثبات شده استفاده کنید:

آزمون حرکت اول

بعد از اینکه اتصال  دهنده‌ها را در محل اتصال قرار دادید، از آچار مناسبی گشتاور استفاده کنید سپس به آرامی در جهت سفت شدن نیرو وارد کنید. پس از اینکه متوجه اولین اولین حرکت شدید، این نقطه  نشانه قابل اعتمادی از گشتاور اعمال شده اولیه است. از آنجا که احتمال خطای انسانی در متوجه شدن اولین حرکت وجود دارد، خطای این روش بالاست.

تست شل شدن

تست شل شدن همان روش آزمون حرکت اول است که در جهت مخالف، یعنی باز کردن اتصال محکم شده، انجام می‌شود. در این روش هم از آچار مناسب برای باز کردن و یا شل کردن پیچ و مهره استفاده می‌کنیم، جایی که اولین حرکت را حس می‌کنیم به معنای گشتاور است. در این روش هم خطای انسانی وجود دارد.

تست علامت گذاری

روش دیگری که برای محاسبه و تایید مقدار گشتاور محاسبه شده انجام می‌شود، روش علامت گذاری است. در این روش هنگامی که پیچ یا مهره کاملا در محل اتصال محکم شده است، روی سطح پیچ را علامت گذاری کرده و سپس پسچ را دوباره باز می‌کنیم. در نهایت پیچ را دوباره تا محل علامت‌گذاری شده محکم می‌کنیم. میزان گشتاوری که برای بستن پیچ تا این نقطه صرف کزده‌ایم را به عنوان گشتاور منالسب و مورد نیاز بستن پیچ در نظر می‌گیریم و با میزان گشتاور محاسبه شده مقایسه می‌کنیم. میزان خطای این روش نسبت به دو روش دیگر، کم‌تر است.

منابع

https://americanbelleville.com/blog/calculate-bolt-torque/

https://www.ultratorq.com/in-the-news/why-do-we-torque-bolts-why-bolt-tensioning-safety-is-critical/