วิธีคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียว: คู่มือปฏิบัติสำหรับคุณ

การเลือกสลักเกลียวที่เหมาะสมอาจสร้างความสับสนได้เมื่อต้องคำนึงถึงความแข็งแรงและความน่าเชื่อถือ จะเกิดอะไรขึ้นหากสลักเกลียวของคุณเสียรูปหรือแตกหักภายใต้แรงกดดัน ดังนั้น การทำความเข้าใจเกี่ยวกับความแข็งแรงจึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในการตัดสินใจเลือกสลักเกลียวที่เหมาะสมสำหรับโครงการของคุณ

ความแข็งแรงในการยืดตัวจะบอกให้คุณทราบถึงความเครียดสูงสุดที่สลักเกลียวสามารถรับได้ก่อนที่มันจะเสียรูปถาวร มาสำรวจกันว่าคุณสามารถคำนวณความแข็งแรงในการยืดตัวของสลักเกลียวและตัดสินใจอย่างชาญฉลาดสำหรับการใช้งานของคุณได้อย่างไร

Bolt Yield Strength คืออะไร และเหตุใดคุณจึงควรสนใจ?

ความแข็งแรงในการยืดตัวคือความเค้นสูงสุดที่สลักเกลียวสามารถทนได้โดยไม่เกิดการเสียรูปถาวร ภายใต้แรงดึง สลักเกลียวจะยืดออกอย่างยืดหยุ่นและกลับคืนสู่รูปร่างเดิมเมื่อนำแรงออก อย่างไรก็ตาม หากความแข็งแรงเกินขีดจำกัดจะทำให้เกิดการเสียรูปถาวร ซึ่งหมายความว่าสลักเกลียวไม่สามารถกลับคืนสู่ขนาดเดิมได้

ตัวอย่างเช่น มาตรฐาน ASTM ระบุค่าความแข็งแรงขั้นต่ำสำหรับสลักเกลียว สลักเกลียว BD เกรด ½-13 ต้องมีความแข็งแรงขั้นต่ำ 18,500 ปอนด์เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานความปลอดภัย เหตุใดความแข็งแรงจึงมีความสำคัญ?

• ความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือ:ป้องกันความล้มเหลวในข้อต่อแบบสลักเกลียวที่เกิดจากการขันแน่นเกินไปเกินจุดที่ยืดหยุ่น
• ความสามารถในเรอุส:สลักเกลียวที่ยืดเกินความแข็งแรงมักจะไม่สามารถนำกลับมาใช้ซ้ำได้ ทำให้ต้นทุนและเวลาหยุดทำงานเพิ่มมากขึ้น
• การพิจารณาการออกแบบ:วิศวกรใช้ความแข็งแรงในการเลือกเกรดของสลักเกลียวและให้แน่ใจว่าการออกแบบสามารถรองรับน้ำหนักที่คาดหวังได้
• การป้องกันการขันแน่นเกินไป:วิธีการยึดแบบควบคุมช่วยหลีกเลี่ยงการเกินจุดยืดหยุ่นและความล้มเหลวที่อาจเกิดขึ้น

คุณสามารถคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียวได้อย่างไร

หากต้องการคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียว คุณสามารถใช้สูตรต่อไปนี้ได้:

1. สูตรเมตริก:

ความแข็งแรงในการยืดตัว (MPa) = ความแข็งแรงในการยืดตัว × เปอร์เซ็นต์ความแข็งแรงในการยืดตัว

2. สูตรอิมพีเรียล:

ความแข็งแรงผลผลิต (psi) = ผลผลิตขั้นต่ำ (psi) × พื้นที่ความเค้น (in²)

เกรดสลักเกลียว เช่น 4.6, 5.6, 8.8 หรือ 12.9 ช่วยให้ระบุค่าแรงดึงและแรงยืดหยุ่นได้อย่างรวดเร็ว ลองแยกย่อยออกมา ตัวอย่างเช่น เรามีสลักเกลียวจำนวน 5.6 ตัว

• ตัวเลขแรก (5 ใน 5.6): ซึ่งแสดงถึงความแข็งแรงแรงดึงของสลักเกลียวหนึ่งในร้อยเป็นเมกะปาสกาล (MPa) ตัวอย่างเช่น 5 หมายถึงความแข็งแรงแรงดึงคือ 5 × 100 = 500 MPa
• ตัวเลขที่สอง (6 ใน 5.6): ค่านี้ระบุเปอร์เซ็นต์ของความแข็งแรงในการดึงที่ให้ค่าความแข็งแรงในการยืดตัว ตัวอย่างเช่น 6 หมายถึงความแข็งแรงในการยืดตัวเท่ากับ 60% ของความแข็งแรงในการดึง

ดังนั้นสำหรับสลักเกลียวเกรด 5.6:

• ความแข็งแรงแรงดึง = 500 MPa
• ความแข็งแรงผลผลิต = 500 เมกะปาสคาล × 60% = 300 เมกะปาสคาล

บทบาทของปัจจัยด้านความปลอดภัยในการคำนวณความแข็งแรงผลผลิต

ในการใช้งานจริง มักใช้ค่าปัจจัยความปลอดภัยเพื่อให้แน่ใจว่าสลักเกลียวทำงานภายในช่วงความเครียดที่ปลอดภัย โดยทั่วไปค่าปัจจัยความปลอดภัยจะอยู่ที่ 1.5 หรือ 2.0 ขึ้นอยู่กับการใช้งาน ค่าปัจจัยความปลอดภัยจะคำนึงถึงความไม่แน่นอนในเงื่อนไขการโหลด คุณสมบัติของวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงของการผลิต

ตัวอย่างเช่น สลักเกลียวคลาส 4.6 โดยทั่วไปจะมีค่าปัจจัยด้านความปลอดภัยอยู่ที่ 1.5 ต่อไปนี้เป็นวิธีปรับความแข็งแรงในการดึงและคำนวณความแข็งแรงในการยืดหยุ่น:

1. กำหนดความแข็งแรงแรงดึง: ความแข็งแรงแรงดึง = 400 MPa
2. คำนวณค่าความแข็งแรงผลผลิตเริ่มต้น: ค่าความแข็งแรงผลผลิต = 400 เมกะปาสคาล × 0.6 = 240 เมกะปาสคาล
3. ใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัย: ความแข็งแรงที่ปรับแล้ว = 240 เมกะปาสคาล / 1.5 = 160 เมกะปาสคาล

อย่างไรก็ตาม แนวทางทั่วไปอีกประการหนึ่งใช้ปัจจัยด้านความปลอดภัยกับความแข็งแรงแรงดึงโดยตรง:

• ความแข็งแรงผลผลิตที่ปรับแล้ว = 400 เมกะปาสคาล / 1.5 = 266.67 เมกะปาสคาล

ในหลายกรณี ความแข็งแรงผลผลิตที่ปรับแล้วจะถูกปัดเศษเป็นค่ามาตรฐานที่ใกล้เคียงที่สุด ซึ่งมักจะรายงานเป็น 240 MPa เพื่อวัตถุประสงค์ในทางปฏิบัติ

ตัวอย่างการคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียวแบบทีละขั้นตอน

ตัวอย่างที่ 1: การคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียวเกรด 4.6

สมมติว่าคุณมีสลักเกลียวเกรด 10.9 ที่มีความแข็งแรงในการดึง 1000 MPa สำหรับเกรดนี้ เปอร์เซ็นต์ความแข็งแรงในการยืดตัวคือ 90% และปัจจัยด้านความปลอดภัยคือ 2

1. หาค่าความแข็งแรงแรงดึง: ความแข็งแรงแรงดึง = 10000 MPa (10 x 100)
2. ใช้ค่าปัจจัยความปลอดภัย: ความแข็งแรงแรงดึงที่ปรับแล้ว = 1000 MPa / 2 = 500 MPa
3. คำนวณค่า Yield Strength: ค่า Yield Strength = 500 MPa × 0.9 = 450 MPa

การคำนวณนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสลักเกลียวสามารถรับแรงเครียดได้อย่างปลอดภัยโดยไม่เกิดการเสียรูปในการใช้งานจริง

ตัวอย่างที่ 2: การคำนวณความแข็งแรงผลผลิตสำหรับสลักเกลียวที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3/4 นิ้ว (หน่วยอิมพีเรียล)

คุณกำลังใช้งานสลักเกลียว F1554 เกรด 36 ซึ่งมีความแข็งแรงขั้นต่ำ 36,000 psi เส้นผ่านศูนย์กลางสลักเกลียวคือ 3/4 นิ้ว

1. ค้นหาพื้นที่ความเครียด: จากแผนภูมิระยะห่างของเกลียว พื้นที่ความเครียดสำหรับสลักเกลียวขนาด 3/4 นิ้วคือ 0.334 นิ้ว²
2. คำนวณค่าความแข็งแรงเริ่มต้น: ค่าความแข็งแรง = 36,000 psi × 0.334 in² = 12,024 lbf
3. ใช้ค่าปัจจัยด้านความปลอดภัย (เช่น 1.5): ความแข็งแรงที่ปรับแล้ว = 12,024 lbf / 1.5 = 8,016 lbf

ซึ่งช่วยให้มั่นใจว่าโบลต์จะทำงานได้อย่างปลอดภัยภายใต้ภาระ

เกรดสลักเกลียวและการใช้งาน: สิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้

สลักเกลียวมีหลากหลายเกรด โดยแต่ละเกรดจะเหมาะกับการใช้งานเฉพาะ นี่คือภาพรวมโดยย่อ:

• เกรด 4.6: มีปริมาณคาร์บอนต่ำ เหมาะสำหรับการใช้งานเบา เช่น โครงการ DIY
• ชั้นประถมศึกษาปีที่ 5.6 และ 6.6: ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นปานกลาง เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพอากาศที่รุนแรง
• เกรด 8.8: เกรดที่นิยมใช้มากที่สุด ซึ่งให้ความสมดุลระหว่างความแข็งแกร่งและความยืดหยุ่น
• เกรด 10.9: สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูงที่ใช้ในการผลิตยานยนต์
• เกรด 12.9: ความแข็งแรงสูงเป็นพิเศษสำหรับการใช้งานในด้านอวกาศและการทหาร

เหตุใดความแข็งแกร่งของผลผลิตจึงมีความสำคัญในโครงการของคุณ

การใช้เกรดสลักเกลียวที่ถูกต้องจะช่วยให้โครงการของคุณปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น:

• สลักเกลียวแรงต่ำ (4.6): เหมาะสำหรับการซ่อมแซมบ้าน
• สลักเกลียวที่มีความแข็งแรงสูง (10.9 และ 12.9): จำเป็นสำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินและอวกาศ
• น็อตทนสภาพอากาศ (5.6): เหมาะสำหรับโครงสร้างที่ต้องสัมผัสกับสภาวะแวดล้อมที่รุนแรง

ข้อคิด

การทำความเข้าใจวิธีการคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียวและการรวมปัจจัยด้านความปลอดภัยจะช่วยให้คุณสามารถเลือกสลักเกลียวที่ตรงกับความต้องการของโครงการได้ดีขึ้น ไม่ว่าคุณจะใช้หน่วยเมตริกหรืออิมพีเรียล สิ่งสำคัญคือการทราบความแข็งแรงแรงดึง เปอร์เซ็นต์ความแข็งแรง พื้นที่รับแรง และปัจจัยด้านความปลอดภัยของสลักเกลียว การคำนวณเหล่านี้จะช่วยให้การออกแบบของคุณมีความปลอดภัย เชื่อถือได้ และคุ้มทุน

อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงส่วนหนึ่งของสมการเท่านั้น หากต้องการรับประกันประสิทธิภาพในระยะยาว คุณต้องใช้เครื่องมือที่เชื่อถือได้ซึ่งสามารถตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุและตรวจสอบความตึงของสลักเกลียวภายใต้เงื่อนไขในโลกแห่งความเป็นจริง

สำรวจโซลูชันที่ล้ำสมัยเช่น เครื่องทดสอบความแข็งแบบพกพา และ เครื่องวัดโบลต์แบบอัลตราโซนิก เพื่อปรับปรุงกระบวนการรับรองคุณภาพและรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้าง

อ้างอิง:

• Luo, L., Qin, J., Zhao, D., และ Wu, Z. (2020) พฤติกรรมแผ่นดินไหวของการเชื่อมต่อ End-Plate ที่ขยายออกซึ่งอยู่ภายใต้แรงกดแบบวงจรที่ด้านบนสุดของคอลัมน์ วัสดุ, 13(17), 3724