บทนำเกี่ยวกับบริเวณความเค้นดึงของเกลียว
พื้นที่รับแรงดึงของเกลียว ซึ่งมักใช้สัญลักษณ์ As แทนพื้นที่หน้าตัดที่มีประสิทธิภาพซึ่งรับแรงดึงในชิ้นส่วนเกลียว พารามิเตอร์นี้มีความสำคัญอย่างยิ่งในการออกแบบทางกลเพื่อคำนวณความแข็งแรงและความสามารถในการรับน้ำหนักของสลักเกลียว สกรู และชิ้นส่วนเกลียวอื่นๆ โดยคำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตของเกลียวและได้มาจากมาตรฐานอุตสาหกรรมที่เป็นที่ยอมรับ เช่น GB/T 16823.1-1997 สำหรับเกลียวเมตริก และ ASME B1.1 สำหรับเกลียวนิ้วแบบรวม
ในงานวิศวกรรม ความรู้ที่ถูกต้องเกี่ยวกับบริเวณรับแรงเค้นช่วยให้การออกแบบปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ ป้องกันความเสียหายภายใต้แรงตามแนวแกน แผนภูมินี้ให้ข้อมูลที่ครอบคลุมสำหรับเกลียวทั้งแบบเมตริก (ตามมาตรฐาน ISO) และแบบนิ้ว (แบบรวม) รวมถึงระยะห่างของเกลียวและจำนวนเกลียวต่างๆ ใช้แหล่งข้อมูลนี้สำหรับการวิเคราะห์โครงสร้าง การเลือกใช้ตัวยึด และการปฏิบัติตามมาตรฐานสากล
- เกลียวเมตริกจะระบุเป็นมิลลิเมตร โดยมีขนาดตั้งแต่ M1 ถึง M70
- เกลียวแบบนิ้วประกอบด้วยซีรี่ส์ UNC (หยาบ) และ UNF (ละเอียด) ตั้งแต่ #1 ถึง 3-3/4 นิ้ว
- ค่าทั้งหมดได้รับการตรวจสอบเทียบกับสูตรมาตรฐานเพื่อให้มั่นใจในความน่าเชื่อถือ
ตารางแสดงพื้นที่รับแรงดึงของเกลียวเมตริก (หน่วย: มม.)
ตารางต่อไปนี้แสดงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ (nominal diameter), ระยะห่างของเกลียว (Pitch) และพื้นที่รับแรงดึง (As ในหน่วย mm²) สำหรับเกลียวเมตริก ข้อมูลได้มาจากมาตรฐาน GB/T 16823.1-1997 ซึ่งกำหนดพื้นที่รับแรงและพื้นที่รับน้ำหนักสำหรับตัวยึดแบบเกลียว โปรดทราบว่าสำหรับแต่ละขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง จะมีการระบุระยะห่างของเกลียวหลายแบบในกรณีที่เหมาะสม ซึ่งสะท้อนถึงตัวเลือกเกลียวหยาบและเกลียวละเอียด
| ด้าย | ระยะห่างระหว่างเกลียว P (มม.) | พื้นที่รับแรง As (มม.²) | ด้าย | ระยะห่างระหว่างเกลียว P (มม.) | พื้นที่รับแรง As (มม.²) | ด้าย | ระยะห่างระหว่างเกลียว P (มม.) | พื้นที่รับแรง As (มม.²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| เอ็ม1 | 0.25 | 0.46 | เอ็ม12 | 1.75 | 84.27 | เอ็ม36 | 2 | 914.54 |
| เอ็ม1 | 0.2 | 0.52 | เอ็ม12 | 1.5 | 88.13 | เอ็ม36 | 1.5 | 939.85 |
| ม.1.1 | 0.25 | 0.59 | เอ็ม12 | 1.25 | 92.07 | เอ็ม39 | 4 | 975.76 |
| ม.1.1 | 0.2 | 0.65 | เอ็ม12 | 1 | 96.1 | เอ็ม39 | 3 | 1028.39 |
| ม1.2 | 0.25 | 0.73 | เอ็ม14 | 2 | 115.44 | เอ็ม39 | 2 | 1082.41 |
| ม1.2 | 0.2 | 0.8 | เอ็ม14 | 1.5 | 124.55 | เอ็ม39 | 1.5 | 1109.94 |
| ม1.4 | 0.3 | 0.98 | เอ็ม14 | 1 | 134 | เอ็ม42 | 4.5 | 1120.92 |
| ม1.4 | 0.2 | 1.15 | เอ็ม16 | 2 | 156.67 | เอ็ม42 | 4 | 1148.93 |
| ม1.6 | 0.35 | 1.27 | เอ็ม16 | 1.5 | 167.25 | เอ็ม42 | 3 | 1205.98 |
| ม1.6 | 0.2 | 1.57 | เอ็ม16 | 1 | 178.17 | เอ็ม42 | 2 | 1264.42 |
| ม1.8 | 0.35 | 1.7 | เอ็ม18 | 2.5 | 192.47 | เอ็ม45 | 4.5 | 1306.01 |
| ม1.8 | 0.2 | 2.04 | เอ็ม18 | 2 | 204.18 | เอ็ม45 | 4 | 1336.23 |
| เอ็ม2 | 0.4 | 2.07 | เอ็ม18 | 1.5 | 216.24 | เอ็ม45 | 3 | 1397.71 |
| เอ็ม2 | 0.25 | 2.45 | เอ็ม18 | 1 | 228.63 | เอ็ม45 | 2 | 1460.57 |
| ม.2.2 | 0.45 | 2.48 | เอ็ม20 | 2.5 | 244.8 | เอ็ม48 | 5 | 1473.16 |
| ม.2.2 | 0.25 | 3.03 | เอ็ม20 | 2 | 257.98 | เอ็ม48 | 4 | 1537.67 |
| ม.2.5 | 0.45 | 3.39 | เอ็ม20 | 1.5 | 271.5 | เอ็ม48 | 3 | 1603.57 |
| ม.2.5 | 0.35 | 3.7 | เอ็ม20 | 1 | 285.38 | เอ็ม48 | 2 | 1670.85 |
| เอ็ม3 | 0.5 | 5.03 | เอ็ม22 | 2.5 | 303.4 | เอ็ม52 | 5 | 1757.84 |
| เอ็ม3 | 0.35 | 5.61 | เอ็ม22 | 2 | 318.06 | เอ็ม52 | 4 | 1828.25 |
| ม3.5 | 0.6 | 6.78 | เอ็ม22 | 1.5 | 333.06 | เอ็ม52 | 3 | 1900.05 |
| ม3.5 | 0.35 | 7.9 | เอ็ม22 | 1 | 348.4 | เอ็ม52 | 2 | 1973.22 |
| เอ็ม4 | 0.7 | 8.78 | เอ็ม24 | 3 | 352.51 | เอ็ม70 | 6 | 3254.39 |
| เอ็ม4 | 0.5 | 9.79 | เอ็ม24 | 2 | 384.42 | เอ็ม70 | 4 | 3446.88 |
| เอ็ม4.5 | 0.75 | 11.32 | เอ็ม24 | 1.5 | 400.89 | เอ็ม70 | 3 | 3545.2 |
| เอ็ม4.5 | 0.5 | 12.76 | เอ็ม24 | 1 | 417.71 | เอ็ม70 | 2 | 3644.9 |
| เอ็ม5 | 0.8 | 14.18 | เอ็ม27 | 3 | 459.41 | เอ็ม70 | 1.5 | 3695.27 |
| เอ็ม5 | 0.5 | 16.12 | เอ็ม27 | 2 | 495.74 | |||
| เอ็ม6 | 1 | 20.12 | เอ็ม27 | 1.5 | 514.43 | |||
| เอ็ม6 | 0.75 | 22.03 | เอ็ม27 | 1 | 533.46 | |||
| เอ็ม7 | 1 | 28.86 | เอ็ม30 | 3.5 | 560.59 | |||
| เอ็ม7 | 0.75 | 31.14 | เอ็ม30 | 2 | 621.2 | |||
| เอ็ม8 | 1.25 | 36.61 | เอ็ม30 | 1.5 | 642.1 | |||
| เอ็ม8 | 1 | 39.17 | เอ็ม30 | 1 | 663.34 | |||
| เอ็ม8 | 0.75 | 41.81 | เอ็ม33 | 3.5 | 693.56 | |||
| เอ็ม10 | 1.5 | 57.99 | เอ็ม33 | 2 | 760.8 | |||
| เอ็ม10 | 1.25 | 61.2 | เอ็ม33 | 1.5 | 783.91 | |||
| เอ็ม10 | 1 | 64.49 | เอ็ม36 | 4 | 816.73 | |||
| เอ็ม10 | 0.75 | 67.88 | เอ็ม36 | 3 | 864.94 |
สูตรคำนวณสำหรับเกลียวเมตริก
พื้นที่รับแรงดึงสำหรับเกลียวเมตริกคำนวณโดยใช้สูตร:
เช่น = (π / 4) × [(d₂ + d₃) / 2]²
ที่ไหน:
- d₂: เส้นผ่านศูนย์กลางเกลียวมาตรฐานของเกลียวภายนอก (ตามมาตรฐาน GB/T 196)
- d₃: เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กสุดของเกลียวภายนอก คำนวณจาก d₃ = d₁ – H/6
- d₁: เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กสุดพื้นฐานของเกลียวภายนอก (ตามมาตรฐาน GB/T 196)
- H: ความสูงของสามเหลี่ยมพื้นฐาน (ตามมาตรฐาน GB/T 192)
สูตรนี้รับประกันการคำนวณที่แม่นยำสำหรับเกลียวแบบกำหนดเองหรือเกลียวที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน โดยสอดคล้องกับข้อกำหนด ISO 898-1 สำหรับความแข็งแรงของตัวยึด
ตารางแสดงพื้นที่รับแรงดึงของเกลียวแบบนิ้ว (หน่วย: นิ้ว)
ตารางนี้แสดงข้อมูลเกี่ยวกับเกลียวนิ้วมาตรฐาน (UNC) รวมถึงเส้นผ่านศูนย์กลางระบุ (d) ขนาดเป็นนิ้ว จำนวนเกลียวต่อนิ้ว (n) และพื้นที่รับแรงดึง (As ในหน่วย in²) ครอบคลุมทั้งเกลียว UNC (หยาบ) และ UNF (ละเอียด) ตามมาตรฐาน ASME B1.1
| เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ d | ขนาด (นิ้ว) | เธรด/น | พื้นที่รับแรง (นิ้ว²) | เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ d | ขนาด (นิ้ว) | เธรด/น | พื้นที่รับแรง (นิ้ว²) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1# | 0.073 | 64 | 0.00262 | 1# | 0.073 | 72 | 0.00278 |
| 2# | 0.086 | 56 | 0.0037 | 2# | 0.086 | 64 | 0.00393 |
| 3# | 0.099 | 48 | 0.00486 | 3# | 0.099 | 56 | 0.00523 |
| 4# | 0.112 | 40 | 0.00603 | 4# | 0.112 | 48 | 0.0066 |
| 5# | 0.125 | 40 | 0.00796 | 5# | 0.125 | 44 | 0.00831 |
| 6# | 0.138 | 32 | 0.00909 | 6# | 0.138 | 40 | 0.01014 |
| 8# | 0.164 | 32 | 0.01401 | 8# | 0.164 | 36 | 0.01473 |
| 10# | 0.1875 | 24 | 0.01695 | 10# | 0.1875 | 32 | 0.01937 |
| 12# | 0.216 | 24 | 0.02416 | 12# | 0.216 | 28 | 0.02579 |
| 1/4 | 0.25 | 20 | 0.03182 | 1/4 | 0.25 | 28 | 0.03637 |
| 5/16 | 0.3125 | 18 | 0.05243 | 5/16 | 0.3125 | 24 | 0.05807 |
| 3/8 | 0.375 | 16 | 0.07749 | 3/8 | 0.375 | 24 | 0.08783 |
| 7/16 | 0.4375 | 14 | 0.10631 | 7/16 | 0.4375 | 20 | 0.11872 |
| 1/2 | 0.5 | 13 | 0.1419 | 1/2 | 0.5 | 20 | 0.15995 |
| 9/16 | 0.5625 | 12 | 0.18194 | 9/16 | 0.5625 | 18 | 0.20298 |
| 5/8 | 0.625 | 11 | 0.226 | 5/8 | 0.625 | 18 | 0.25596 |
| 3/4 | 0.75 | 10 | 0.33446 | 3/4 | 0.75 | 16 | 0.37296 |
| 7/8 | 0.875 | 9 | 0.46173 | 7/8 | 0.875 | 14 | 0.50947 |
| 1 | 1 | 8 | 0.60575 | 1 | 1 | 12 | 0.66304 |
| 1-1/8 | 1.125 | 7 | 0.76328 | 1-1/8 | 1.125 | 12 | 0.85572 |
| 1-1/4 | 1.25 | 7 | 0.96911 | 1-1/4 | 1.25 | 12 | 1.07295 |
| 1-3/8 | 1.375 | 6 | 1.15488 | 1-3/8 | 1.375 | 12 | 1.31471 |
| 1-1/2 | 1.5 | 6 | 1.40525 | 1-1/2 | 1.5 | 12 | 1.58102 |
| 1-3/4 | 1.75 | 5 | 1.89946 | ||||
| 2 | 2 | 4.5 | 2.49823 | ||||
| 2-1/4 | 2.25 | 4.5 | 3.24769 | ||||
| 2-1/2 | 2.5 | 4 | 3.99883 | ||||
| 2-3/4 | 2.75 | 4 | 4.93401 | ||||
| 3 | 3 | 4 | 5.96737 | ||||
| 3-1/4 | 3.25 | 4 | 7.09891 | ||||
| 3-1/2 | 3.5 | 4 | 8.32862 | ||||
| 3-3/4 | 3.75 | 4 | 9.65651 |
สูตรคำนวณสำหรับเกลียวนิ้ว
พื้นที่รับแรงดึงสำหรับเกลียวแบบนิ้วมาตรฐานคำนวณได้ดังนี้:
เช่น = 0.7854 × [d – (0.9743 / n)]²
ที่ไหน:
- d: เส้นผ่านศูนย์กลางระบุ (หน่วยเป็นนิ้ว)
- n: จำนวนเกลียวต่อหนึ่งนิ้ว
การประมาณค่านี้ได้มาจากเส้นผ่านศูนย์กลางที่มีประสิทธิภาพ และถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในมาตรฐาน ASME และ SAE สำหรับการคำนวณความแข็งแรงของสลักเกลียว
การประยุกต์ใช้งานและความสำคัญในการออกแบบทางกล
บริเวณความเค้นดึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการกำหนดภาระดึงที่อนุญาตของตัวยึดเกลียวโดยใช้สูตร: F = As × σ โดยที่ σ คือความแข็งแรงดึงของวัสดุ ซึ่งช่วยในเรื่องต่อไปนี้:
- การเลือกขนาดสลักเกลียวที่เหมาะสมสำหรับข้อต่อโครงสร้างในอุตสาหกรรมยานยนต์ การบินและอวกาศ และการก่อสร้าง
- เพื่อให้มั่นใจว่าได้ปฏิบัติตามปัจจัยด้านความปลอดภัยในงานที่มีภาระสูง เช่น ถังความดันหรือเครื่องจักร
- ปรับปรุงการออกแบบโดยเปรียบเทียบเกลียวหยาบกับเกลียวละเอียดในด้านความต้านทานต่อความล้าหรือความง่ายในการประกอบ
ควรตรวจสอบคุณสมบัติของวัสดุและความยาวในการยึดติดตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องเสมอ เพื่อหลีกเลี่ยงการออกแบบที่เล็กเกินไปหรือใหญ่เกินไป
คำถามที่พบบ่อย (FAQ)
- พื้นที่รับแรงดึงและพื้นที่เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กแตกต่างกันอย่างไร?
- พื้นที่รับแรงดึง (As) คือพื้นที่ที่มีประสิทธิภาพซึ่งคำนึงถึงรูปทรงเรขาคณิตของโคนเกลียว โดยทั่วไปจะมีขนาดใหญ่กว่าพื้นที่เส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก เพื่อสะท้อนการกระจายแรงที่แท้จริง พื้นที่นี้ใช้ในการคำนวณความแข็งแรง ในขณะที่พื้นที่เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเป็นเพียงรูปทรงเรขาคณิตเท่านั้น
- ระยะห่างระหว่างเกลียวมีผลต่อพื้นที่รับแรงในเกลียวเมตริกอย่างไร?
- ระยะห่างระหว่างเกลียวที่แคบลงจะส่งผลให้พื้นที่รับแรงเค้นมีขนาดใหญ่ขึ้นสำหรับเส้นผ่านศูนย์กลางเท่าเดิม เนื่องจากระยะห่างระหว่างเกลียวที่แคบลงจะทำให้เส้นผ่านศูนย์กลางที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น ในเหล็ก M12 ระยะห่างระหว่างเกลียว 1 มม. จะให้ค่า As = 96.1 มม.² ในขณะที่ระยะห่างระหว่างเกลียว 1.75 มม. จะให้ค่า As = 84.27 มม.²
- ค่าเหล่านี้ใช้ได้กับทั้งสลักเกลียวและสกรูหรือไม่?
- ใช่แล้ว บริเวณรับแรงเหล่านี้ใช้กับเกลียวภายนอกของสลักเกลียวและสกรูตามมาตรฐาน GB/T 16823.1 และ ASME B1.1 โดยสมมติว่าเป็นเกลียวมาตรฐาน สำหรับเกลียวภายใน บริเวณรับแรงเฉือนอาจแตกต่างกันไป
- ทำไมจึงใช้เส้นด้ายละเอียดแทนเส้นด้ายหยาบ?
- เกลียวละเอียดให้พื้นที่รับแรงที่สูงกว่าและทนทานต่อความล้าได้ดีกว่าเนื่องจากรากเกลียวตื้นกว่า เหมาะสำหรับงานที่เกิดการสั่นสะเทือนได้ง่าย อย่างไรก็ตาม เกลียวหยาบประกอบง่ายกว่าและมีความแข็งแรงต่อแรงเฉือนสูงกว่า
- วิธีการคำนวณพื้นที่รับแรงสำหรับเกลียวที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน?
- ใช้สูตรที่ให้มาพร้อมกับขนาดที่แม่นยำจาก GB/T 196 หรือ ASME B1.1 เพื่อความถูกต้องแม่นยำ ให้วัดค่า d₂ และ d₃ หรือปรึกษาเครื่องมือซอฟต์แวร์ที่สอดคล้องกับ ISO 898-1
- การแปลงระหว่างระบบเมตริกและระบบนิ้วนั้นง่ายหรือไม่?
- ไม่ เนื่องจากรูปแบบเกลียวแตกต่างกัน ให้แปลงหน่วย (1 ตารางนิ้ว = 645.16 ตารางมิลลิเมตร) แต่ให้เลือกขนาดที่เทียบเท่าโดยพิจารณาจากความต้องการรับน้ำหนัก ไม่ใช่การจับคู่ขนาดโดยตรง
