เข้าใจระดับความแข็งแรงของสกรูหกเหลี่ยมและความต้องการของโหลด
แรงดึงและแรงครากภายใต้โหลดแบบไดนามิกและโหลดแบบเป็นรอบ
โบลท์สี่เหลี่ยมในเครื่องจักรอุตสาหกรรม ทนกับทุกชนิดของภาระแบบไดนามิกและแบบหมุนเวียน ความแข็งแรงในการดึง (ความเครียดที่มันสามารถรับรองได้มากแค่ไหน ก่อนที่จะแตก) และความแข็งแรงในการผลิต (เมื่อมันเริ่มปรับรูปเป็นถาวร) มีบทบาทสําคัญในการที่ข้อต่อเหล่านี้จะมีความน่าเชื่อถือในระยะเวลา เมื่อพวงมาลัยถูกบรรทุกซ้ําๆ ความแข็งแรงของพวงมาลัยนั้นสําคัญมาก เพื่อป้องกันความเหนื่อยล้า ลองเอาโบลท์ที่มีความแข็งแรงในการออกกําลังประมาณ 150,000 psi เทียบกับโบลท์เกรด 5 ที่มีความแข็งแรงมากกว่า โดยทั่วไปใช้เวลานานกว่าประมาณ 30% ก่อนจะล้มเหลวภายใต้ความเครียด เรื่องนี้สําคัญมากในสถานที่ที่มีการสั่นสั่นอย่างต่อเนื่อง เช่น เครื่องบด เครื่องบด และอุปกรณ์หมุนอื่นๆ การรักษาความเครียดที่เกิดขึ้นในตอนแรกนั้น เป็นสิ่งสําคัญ การทดสอบแสดงให้เห็นว่าข้อสําคัญต้องยึดไว้อย่างน้อย 90% ของความจุเดิม แม้จะผ่าน 5 ล้านรอบของการเครียด การไม่คํานวณความจุนี้ ทําให้ทุกอย่างเสี่ยงที่จะลดลงทันที หรือล้มเหลวโดยสิ้นเชิง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อทิศทางของความเครียด
การเปรียบเทียบมาตรฐานสปองสี่เหลี่ยมหลัก: SAE Grade 5/8, ASTM A325/A490 และเมทริก 8.8/10.9/12.9
| มาตรฐาน | ความต้านทานแรงดึง (ต่ำสุด) | ความแข็งแรงของผลผลิต (นาที) | การใช้งานหลัก |
|---|---|---|---|
| SAE Grade 5 | 120,000 psi | 92,000 psi | เครื่องจักรกลทั่วไป เครื่องสูบ |
| SAE เกรด 8 | 150,000 psi | 130,000 psi | ระบบไฮดรอลิกความเครียดสูง |
| Astm a325 | 120,000 psi | 92,000 psi | การเชื่อมต่อโครงสร้างจากเหล็ก |
| ASTM A490 | 150,000 173,000 psi | 130,000 psi | สะพานสําคัญและสานที่เกิดแผ่นดินไหว |
| เมตร 8.8 | 800 MPa | 640 MPa | เครื่องขนส่งอุตสาหกรรม |
| เมตร 12.9 | 1.220 MPa | 1,080 MPa | ส่วนประกอบของเครื่องขับเคลื่อนเครื่องบินและเครื่องขับเคลื่อนระดับความแม่นยํา |
เกรด SAE ยังคงเป็นมาตรฐานสําหรับอุปกรณ์เคลื่อนที่และไฮดรอลิกในอเมริกาเหนือ ในขณะที่เกรด Metric ควบคุมการผลิต OEM ทั่วโลก มาตรฐาน ASTM เป็นสิ่งที่จําเป็นในการใช้งานโครงสร้าง โดยเฉพาะที่ลม, การแผ่นดินไหว, หรือความจมฝนความจมฝนที่ต้องควบคุมและพฤติกรรมการให้ผลคาดการณ์
เมื่อ ความ แข็ง แข็ง ยิ่ง ขึ้น ทํา ให้ เกิด ผล เสีย: การ กระแทก, การ ผ่อนคลาย, และ การ เสีย ค่า ของ พลุ ภาย ก่อน ใน หมอก หมอก ที่ มี เกรด สูง
สกรูความแข็งแรงสูง เช่น มาตรฐานเมตริก 12.9 หรือ ASTM A490 มักมีปัญหาในข้อต่อที่ต้องเผชิญกับการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากไม่สามารถคืนตัวได้ดีเท่าที่ควรหลังจากถูกยืดออก การทดสอบบนโต๊ะสะเทือนแสดงให้เห็นว่า สกรูเกรด 12.9 เหล่านี้สูญเสียแรงตึงประมาณ 25% มากกว่าสกรูเกรด 8.8 ทั่วไป เมื่อเผชิญกับแรงสั่นสะเทือนในระดับเดียวกันเป็นเวลานาน สิ่งที่เกิดขึ้นนั้นแท้จริงแล้วเป็นเพียงหลักฟิสิกส์พื้นฐาน—ร่องเกลียวจะประสบกับจุดรวมแรงเครียดมากกว่า และยังมีโอกาสเกิดความเสียหายเล็กๆ บนผิวสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนที่ยึดแน่นกันมากกว่าด้วย อีกทั้งเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงซ้ำๆ ปัญหาก็ยิ่งทวีความรุนแรง โดยเฉพาะสกรู A490 ที่ติดตั้งใกล้เตาเผา ซึ่งมักคลายตัวเร็วกว่าสกรู A325 ทั่วไปประมาณ 40% เมื่อเผชิญการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแบบเดียวกัน เพื่อรับมือกับปัญหาทั้งหมดนี้ วิศวกรพบทางแก้ไขหลายวิธี เช่น การใช้สกรูหน้าแปลน (Flange bolts) ช่วยกระจายแรงโหลดได้ดีขึ้นบนพื้นผิว การใช้สารล็อกพิเศษ (locking compounds) ได้ผลดีเยี่ยมในบริเวณที่ชิ้นส่วนสั่นสะเทือนมากกว่า 10 ครั้งต่อวินาที และบางครั้งการเลือกใช้สกรูความแข็งแรงปานกลางที่เคลือบด้วยวัสดุยืดหยุ่นแทนการไล่ตามสเปกความแข็งแรงสูงสุด ก็อาจเหมาะสมกว่า โดยเฉพาะเมื่อสิ่งที่สำคัญที่สุดคือความสามารถในการทนต่อการเคลื่อนไหวต่อเนื่อง มากกว่าแรงสูงสุดเพียงครั้งเดียว
ปัจจัยด้านมิติและหน้าที่ใช้งานที่สำคัญในการกำหนดข้อกำหนดสลักเกลียวหกเหลี่ยม
กลยุทธ์การยึดเกลียว: สลักเกลียวหกเหลี่ยมแบบมีเกลียวเต็มตัวเทียบกับแบบมีเกลียวบางส่วนเพื่อความแข็งแรงในการยึดแน่น
ความลึกที่เกลียวสัมผัสกันมีผลอย่างมากต่อประสิทธิภาพของการยึดตรึง และชนิดของความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น สกรูหกเหลี่ยมแบบเกลียวเต็มสามารถกระจายแรงเฉือนได้อย่างสม่ำเสมอตลอดทั้งเพลา ทำให้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับงานโครงสร้างที่มีปัญหาเรื่องแรงเฉือน เช่น การต่อโครงเหล็กในอาคาร อย่างไรก็ตาม สกรูแบบเกลียวน้อยจะทำงานต่างออกไป โดยเน้นแรงยึดตรึงส่วนใหญ่ไว้บริเวณใกล้กับหัวสกรูและใต้หมุด ซึ่งช่วยป้องกันการคลายตัวจากแรงสั่นสะเทือนในเครื่องจักรที่หมุนหรือเคลื่อนที่ไปมาซ้ำๆ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าเราจำเป็นต้องมีความลึกของเกลียวที่สัมผัสกันอย่างน้อย 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางสกรู เพื่อรักษากำลังยึดตรึงไว้เมื่อเผชิญกับแรงซ้ำๆ ดังนั้นสำหรับสกรูมาตรฐานขนาด 12 มม. ควรใช้ความลึกของเกลียวประมาณ 18 มม. การเจาะลึกเกินไปในวัสดุแข็งอาจทำให้เกิดปัญหาการลอกเกลียว ในขณะที่การสัมผัสเกลียวไม่เพียงพอ โดยเฉพาะในโลหะอ่อนอย่างอลูมิเนียม จะทำให้เกิดการหลุดออกเร็วขึ้น และลดความสามารถในการรักษากำลังบิดลงประมาณ 30% เมื่อเทียบกับค่าที่ข้อกำหนดแนะนำ การค้นหาจุดสมดุลที่เหมาะสมระหว่างความยาวการสัมผัสเกลียวและคุณสมบัติของวัสดุมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการยึดตรึงที่เชื่อถือได้
ข้อดีของการออกแบบหัวหกเหลี่ยม: การถ่ายโอนแรงบิด, การนำกลับมาใช้ใหม่, และการเข้าถึงในพื้นที่เครื่องจักรแคบ
การออกแบบหัวหกเหลี่ยมให้การควบคุมแรงบิดที่ดีกว่า และสามารถใช้งานร่วมกับเครื่องมือมาตรฐานส่วนใหญ่ได้ เมื่อเทียบกับตัวยึดหัวกลมหรือหัวสี่เหลี่ยม ด้านเรียบหกด้านช่วยให้สามารถขันแน่นหรือคลายได้ทุก 60 องศา ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากเมื่อต้องทำงานประกอบอย่างแม่นยำในสนามจริง น็อตหกเหลี่ยมเกรด ASTM A325 สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้มากกว่า 200 ครั้งโดยที่หัวน็อตไม่บิดเบี้ยว หมายความว่าจะต้องเปลี่ยนน้อยลงในระยะยาว และช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายได้ในระยะยาว รูปร่างที่กะทัดรัดทำให้น็อตเหล่านี้เหมาะสำหรับพื้นที่แคบที่พบในเครื่องจักรซับซ้อน น็อตเหล่านี้พอดีกับภายในเกียร์บ็อกซ์และพื้นที่จำกัดอื่น ๆ ที่แทบไม่มีพื้นที่เพียงพอสำหรับประแจแหวน มักมีระยะเคลียรันส์น้อยกว่า 25 มม. โดยรายงานจาก Machinery Design เมื่อปีที่แล้ว วิศวกรประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์เลือกใช้น็อตหกเหลี่ยมแทนหัวสี่เหลี่ยมในการดำเนินโครงการปรับปรุงระบบ เนื่องจากสามารถใช้กับประแจมาตรฐานได้ และยังต้องการเพียงมุมสวิง 40 องศาเท่านั้นเพื่อเข้าถึงจุดติดตั้งที่ยากต่อการเข้าถึง ซึ่งถูกบังโดยชิ้นส่วนรอบข้าง
การปฏิบัติตามมาตรฐานและการจับคู่สลักเกลียวหกเหลี่ยมตามการใช้งานเฉพาะ
การเลือกสลักเกลียวหกเหลี่ยมที่เหมาะสมนั้นต้องพิจารณาจากแรงที่จะกระทำต่อสลักเกลียว สภาพแวดล้อมในการติดตั้ง และข้อกำหนดด้านกฎระเบียบที่เกี่ยวข้อง เมื่อทำงานในสภาวะที่มีการกัดกร่อน โดยเฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีคลอไรด์ ควรเลือกใช้สลักเกลียวสแตนเลสเกรด 316 ตามมาตรฐาน ASTM A193 หรือ ISO 3506-2 สำหรับชิ้นส่วนที่ต้องรับแรงสั่นสะเทือนอย่างต่อเนื่อง ควรใช้สลักเกลียวเกรด 10.9 ร่วมกับนัทแบบป้องกันการคลายตัว (prevailing torque nuts) เพื่อลดความเสี่ยงของการคลายตัวเมื่อเวลาผ่านไป อุปกรณ์ที่ใช้ในกระบวนการผลิตอาหารต้องทำจากวัสดุที่ได้รับการอนุมัติจาก FDA ตามข้อกำหนด 21 CFR 178.3740 และต้องเป็นไปตามข้อกำหนด NSF/ANSI 51 โครงสร้างอาคารต้องใช้สลักเกลียวที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน ASTM A325 หรือ A490 พร้อมเอกสารรายงานการทดสอบโรงงานที่สามารถตรวจสอบย้อนกลับได้ เพื่อให้มั่นใจว่าตรงตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยพื้นฐานสำหรับเหตุการณ์แผ่นดินไหวและลมแรง นอกจากนี้ อย่าลืมตรวจสอบความลึกของการยึดติดของเกลียว (แนะนำอย่างน้อยหนึ่งเท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางตามชื่อเรียก) และตรวจสอบว่าหัวสลักเกลียวสามารถเข้าที่ได้อย่างเหมาะสมหรือไม่ เนื่องจากหัวหกเหลี่ยมขนาดเล็กอาจลื่นหลุดได้ง่ายในตำแหน่งที่เข้าถึงยาก หากต้องทำงานข้ามประเทศ หรือต้องการความยืดหยุ่นในซัพพลายเชนที่ดีกว่า ควรเลือกใช้แม่แรงที่เป็นไปตามข้อกำหนด ISO 898-1 ด้านความแข็งแรง หรือปฏิบัติตามแนวทาง ASME B18.2.1 สำหรับขนาดและการพอดี
