ความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียวคือแรงด้านข้างสูงสุดที่สลักเกลียวสามารถทนได้ก่อนที่จะแตกหักตามหน้าตัด.
การคำนวณความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียวที่ไม่ถูกต้องอาจนำไปสู่ความล้มเหลวของตัวยึด ส่งผลให้เกิดความเสียหายและอุบัติเหตุที่อันตรายได้.
บทความนี้อธิบายถึงคำจำกัดความของความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียว วิธีการคำนวณ และการเลือกเกรดสลักเกลียวสำหรับแรงที่เฉพาะเจาะจงในข้อต่อ.
ความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียวคืออะไร?
แรงที่กระทำต่อสลักเกลียวที่เชื่อมต่อชิ้นส่วนสองชิ้นซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้ชิ้นส่วนเหล่านั้นเลื่อนสัมพัทธ์กัน จะถูกรับรู้ว่าเป็นแรงเฉือน.
ในแรงเฉือน โหลดจะถูกใช้ตั้งฉากกับแกนของสลักเกลียว ซึ่งแตกต่างจากแรงดึงที่โหลดจะถูกใช้ขนานกับแกนของสลักเกลียว.
สำหรับสลักเกลียวส่วนใหญ่ จะไม่มีความแข็งแรงเฉือนที่ระบุไว้ ความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียวคำนวณจาก ความต้านทานแรงดึง ของสลักเกลียวโดยใช้อัตราส่วนที่รู้จักกันดี.
โดยใช้อัตราส่วนที่ยอมรับกันโดยทั่วไป ซึ่งสอดคล้องกับข้อกำหนดของ AISC และ Eurocode 3 อัตราส่วนของแรงเฉือนต่อความแข็งแรงดึงสูงสุดขั้นต่ำจะถูกกำหนดไว้ที่ประมาณ 60%.
ความแข็งแรงเฉือนเทียบกับความแข็งแรงดึง: ความแตกต่างที่สำคัญ
ความแข็งแรงทั้งสองประเภทนี้วัดวิธีการแตกหักที่แตกต่างกัน.
ความแข็งแรงดึงวัดความต้านทานต่อการแตกหักของสลักเกลียวภายใต้ความเค้นดึงตามแนวแกน ในขณะที่ความแข็งแรงเฉือนวัดความต้านทานต่อการเสียรูปเนื่องจากแรงเฉือนของก้านสลักเกลียว.
ค่าทั้งสองมีความสำคัญ แต่ในการกำหนดค่าข้อต่อที่แตกต่างกัน หน้าแปลนสลักเกลียวภายใต้แรงดันภายในจะรับโหลดสลักเกลียวในแนวแรงดึง.
ข้อต่อแบบทับซ้อนหรือฉากยึดที่ยึดด้วยสลักเกลียวกับคานจะรับโหลดสลักเกลียวในแนวแรงเฉือน การประกอบจริงหลายอย่างรวมกัน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมวิศวกรจึงใช้สูตรปฏิสัมพันธ์เมื่อมีการใช้โหลดร่วมกัน.
สำหรับวัตถุประสงค์ในการจัดซื้อ แผนภูมิความแข็งแรงดึงของสลักเกลียวเป็นข้อมูลอ้างอิงหลัก ความสามารถในการรับแรงเฉือนจะถูกคำนวณจากค่านั้น แทนที่จะระบุแยกต่างหากในเอกสารข้อมูลสลักเกลียวส่วนใหญ่.
ความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียวตามเกรด
ตารางด้านล่างแสดงความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ ความแข็งแรงเฉือนที่ได้ และการใช้งานทั่วไปสำหรับเมตริกและอิมพีเรียลทั่วไป เกรดสลักเกลียว. ค่าแรงเฉือนคำนวณที่ 60 เปอร์เซ็นต์ของความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ.
| เกรด | มาตรฐาน | ความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ (MPa) | ความแข็งแรงเฉือนที่ได้ (MPa) | การใช้งานทั่วไป |
|---|---|---|---|---|
| 4.8 | ISO 898-1 | 420 | 252 | โครงสร้างเบา, การประกอบทั่วไป |
| 8.8 | ISO 898-1 | 800 | 480 | เหล็กโครงสร้าง, เครื่องจักร |
| 10.9 | ISO 898-1 | 1040 | 624 | ยานยนต์, เครื่องจักรหนัก |
| 12.9 | ISO 898-1 | 1220 | 732 | การประกอบที่มีโหลดสูง, ความแม่นยำสูง |
| เกรด 5 | เอสเออี เจ429 | 827 | 496 | อุตสาหกรรมทั่วไป, อิมพีเรียล |
| เกรด 10 | เอสเออี เจ429 | 1034 | 620 | โครงสร้าง, ระบบส่งกำลัง, ความเค้นสูง |
| เอ325 | เอเอสทีเอ็ม เอฟ3125 | 827 | 496 | ข้อต่อเหล็กโครงสร้าง |
| เอ490 | เอเอสทีเอ็ม เอฟ3125 | 1034 | 620 | โครงสร้างหนัก, สะพาน |
แผนภูมิความแข็งแรงของสลักเกลียวนี้ครอบคลุมเกรดที่ใช้บ่อยที่สุดในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและโครงสร้าง.
สำหรับแผนภูมิความแข็งแรงดึงของสลักเกลียวโดยละเอียดเพิ่มเติมในทุกขนาดและเกรดย่อย โปรดดู ISO 898-1 สำหรับเมตริก และ ASTM F3125 สำหรับเกรดโครงสร้างแบบอิมพีเรียล.
วิธีคำนวณความแข็งแรงเฉือนของสลักเกลียว
สูตรพื้นฐานสำหรับความสามารถในการรับแรงเฉือนเดี่ยวของสลักเกลียวคือ:
ความสามารถในการรับแรงเฉือน = 0.6 x Fub x As
โดยที่ Fub คือความแข็งแรงดึงสูงสุดขั้นต่ำในหน่วย MPa และ As คือพื้นที่รับแรงของสลักเกลียวในหน่วยตารางมิลลิเมตร.
ตัวอย่าง
สลักเกลียว M16 เกรด 10.9 มีพื้นที่รับแรง 157 มม.² และความแข็งแรงดึงขั้นต่ำ 1,040 MPa.
ความสามารถในการรับแรงเฉือน = 0.6 x 1,040 x 157 = 97,968 N หรือประมาณ 98 kN ต่อสลักเกลียว.
ตัวเลขดังกล่าวแสดงถึงความสามารถในการรับแรงเฉือนเดี่ยวตามทฤษฎีของสลักเกลียวหนึ่งตัวก่อนการใช้ปัจจัยความปลอดภัยใดๆ.
ในการออกแบบโครงสร้าง Eurocode 3 ใช้ปัจจัยความปลอดภัยบางส่วนที่ 1.25 ซึ่งลดความต้านทานแรงเฉือนในการออกแบบลงเหลือประมาณ 78 kN สำหรับสลักเกลียวนี้ในการใช้งานจริง.
สำหรับสลักเกลียวแบบอิมพีเรียล สูตรเดียวกันนี้ใช้ได้โดยใช้ความต้านทานแรงดึงในหน่วยปอนด์ต่อตารางนิ้ว (psi) และพื้นที่หน้าตัดในหน่วยตารางนิ้ว.
สลักเกลียวขนาด 1/2 นิ้ว เกรด 8 ที่มีพื้นที่หน้าตัด 0.1419 ตร.นิ้ว และความต้านทานแรงดึง 150,000 psi ให้ความสามารถในการรับแรงเฉือนเดี่ยวประมาณ 0.6 x 150,000 x 0.1419 = 12,771 lbf ซึ่งประมาณ 12.8 kips.
แรงเฉือนเดี่ยวเทียบกับแรงเฉือนคู่
จำนวนระนาบเฉือนในข้อต่อเปลี่ยนแปลงความสามารถในการรับแรงของสลักเกลียวแต่ละตัวอย่างมาก.
แรงเฉือนเดี่ยว
ในข้อต่อแรงเฉือนเดี่ยว สลักเกลียวจะตัดผ่านระนาบเฉือนหนึ่งระนาบ ข้อต่อแบบทับซ้อนธรรมดาที่แผ่นสองแผ่นซ้อนกันและยึดด้วยสลักเกลียวเป็นรูปแบบแรงเฉือนเดี่ยวทั่วไป สลักเกลียวแต่ละตัวจะรับภาระที่ใช้เต็มที่ผ่านหน้าตัดเดียว.
แรงเฉือนคู่
ในข้อต่อแรงเฉือนคู่ สลักเกลียวจะผ่านแผ่นสามแผ่น: สมาชิกภายในหนึ่งชิ้นและสมาชิกภายนอกสองชิ้น.
สิ่งนี้สร้างระนาบเฉือนสองระนาบ และสลักเกลียวจะรับภาระผ่านหน้าตัดสองหน้าพร้อมกัน ซึ่งเป็นการเพิ่มความสามารถในการรับแรงเฉือนของสลักเกลียวเป็นสองเท่าสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางและเกรดสลักเกลียวเดียวกัน.
ข้อต่อแผ่นยึด ข้อต่อเดือย และข้อต่อคานกับเสาบางประเภทใช้รูปแบบแรงเฉือนคู่เพื่อลดจำนวนสลักเกลียวหรือใช้ตัวยึดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลง เมื่อคำนวณความสามารถสำหรับแรงเฉือนคู่ ให้คูณค่าแรงเฉือนเดี่ยวด้วยสอง.
วิธีเลือกเกรดสลักเกลียวที่เหมาะสมสำหรับแรงเฉือน
- สลักดุมล้อเกรด 10.9 นี้ผลิตจากเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง 40Cr หรือ 35CrMo พร้อมการเคลือบผิวแบบออกไซด์สีดำเพื่อความทนทานต่อการกัดกร่อนและความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยม.
การเลือกเกรดเริ่มต้นด้วยการคำนวณภาระแรงเฉือนในการออกแบบต่อสลักเกลียว จากนั้นจึงจับคู่กับเกรดที่ให้ความสามารถเพียงพอโดยใช้ปัจจัยความปลอดภัยที่ต้องการ.
แนวทางปฏิบัติสองสามข้อช่วยจำกัดการเลือก:
สำหรับข้อต่อเหล็กโครงสร้างทั่วไปตามมาตรฐาน AISC สลักเกลียว A325 หรือ A490 เป็นมาตรฐาน A490 เหมาะสำหรับข้อต่อที่มีภาระสูงกว่า ซึ่ง A325 จะต้องใช้สลักเกลียวมากกว่า.
สำหรับการใช้งานโครงสร้างเมตริกภายใต้ Eurocode 3 เกรด 8.8 ครอบคลุมข้อต่อมาตรฐานส่วนใหญ่ เกรด 10.9 ใช้เมื่อรูปทรงของข้อต่อจำกัดจำนวนสลักเกลียวหรือเส้นผ่านศูนย์กลาง.
สำหรับ ยานยนต์ และเครื่องจักรที่มีความแม่นยำ สลักเกลียวแรงดึงสูงเกรด 10.9 หรือ 12.9 สามารถรับมือกับสภาพแวดล้อมที่มีการสั่นสะเทือนสูงได้ นี่คือที่ที่เกรดต่ำกว่าจะต้องใช้การควบคุมแรงบิดที่แน่นขึ้นหรือคุณสมบัติการล็อคเพื่อป้องกันการคลายตัว.
วัสดุมีความสำคัญนอกเหนือจากหมายเลขเกรด สลักเกลียวแรงดึงสูงในสแตนเลสดูเพล็กซ์หรือเหล็กอัลลอยด์จะถูกระบุเมื่อ ความต้านทานการกัดกร่อน และความสามารถในการรับแรงเฉือนต้องเป็นไปตามข้อกำหนดทั้งสอง นี่เป็นพิเศษในการใช้งานทางทะเล เคมี และพลังงาน.
CNXD จัดหาสลักเกลียวความแข็งแรงสูงตั้งแต่เกรด 8.8 ถึง 12.9 ในเหล็กคาร์บอน เหล็กอัลลอยด์ และโลหะผสมพิเศษ สิ่งนี้มีเอกสารคุณภาพ IATF 16949 และการตรวจสอบย้อนกลับวัสดุเต็มรูปแบบ.
มีขนาดที่กำหนดเองและรูปแบบเกลียวที่ไม่เป็นมาตรฐานด้วย ติดต่อ CNXD เพื่อขอตัวอย่างสำหรับการประเมินการใช้งานรับน้ำหนัก.
