پیچ و مهره اتصالات نوین

طراحی پیچ و مهره در سازه های فلزی-

بخش دوم : 

مکانیک انتقال نیرو : 

بیشترین کاربرد اتصالات مکانیکی  ( پیچ و مهره ، پین و پرچ .... ) در سازه هایی است که فشار بر محور پیچ عمود میباشد ( شکل 2.1 ) در چنین شرایطی نیروی اصلی در پیچ برش است . کاربرد سازه هایی که اتصال آنها نیروی وارده بر پیچ به موازات محور پیچ است کمتر می باشد ( شکل 2.2 ) که نیروی اصلی وارد بر پیچ نیروی کشش خواهد بود . 

1-2

2-2

حال مکانیسم انتقال نیرو را بررسی دقیق تری می کنیم . 

پیچ تحت فشار برش : 

همانطور که در بخش پیش بیان شد پیچها یا معمولی بسته می شوند و یا تحت فشار  یا همان پیش تنیدگی که تفاوت آنها در این است که در بسته شدن با فشار معمولی نیروی محکم کننده مناسب جهت اتصال و اعمال بیشتر اصطکاک دو بدنه به یکدیگر بوجود نمی آید. حال با مد نظر قرار دادن بستن پیچ با شرایط اعمال فشار پیش تنیدگی بحث را آغاز می کنیم . 

اگر اتصالی نظیر شکل 2.1 را در تست فشار دهیم نسبت نیرو به منحنی دفرمگی چیزی شبیه به شکل 2.3 خواهد بود .  

3 -2

همچنان که بار به مقطع اتصال بیشتر اعمال می شود ، نیروی اصلی بین سطوح اتصال توسط اصطکاک منتقل می شود . ظرفیت اصطکاک  نتیجه نیروی معمول ( N ) بین صفحات است که توسط تنش یا فشار پیچ و چقرمگی سطوح اتصال پدید می اید . که بوسیله ضریب اصطکاک µ سنجیده می شود . 

در دروس استاتیک خود به خاطر می آورید که ظرفیت اصطکاک برابر است با Nµ . بمحض اینکه نیروی وارده از ظرفیت اصطکاک فراتر میرود ( به عنوان مثال ظرفیت لغزش اسمی ) سطوح متصل شده تا زمانی که وزنشان روی پیچ بیافتد بر روی همه خواهند لغزید (به خاطر بیاورید که قطر سوراخها از قطر پیچ بزرگتر است که اجازه چنین لغزشی را میدهد ) پس از وقوع لغزش نیرو از طریق لبه های سوراخها و پیچ به خود پیچ منتقل میشود . پیچ این نیروی برشی را با سطح متصل شده متحمل می شود . بنابراین افزایش بیش از حد ظرفیت برشی پیچ و یا یکی از حدود تعیین شده اجزای اتصال منجر به شکست اتصال می شود .همانطور که در شکل 2.2 می بینید هر اتصالی دو ظرفیت برش خواهد داشت : 

ظرفیت تحمل بار بدون لغزش 

ظرفیت تحمل بار بدون شکست برشی پیچ 

اولی ظرفیت لغزش بحرانی اسمی نامیده می شود و دومی ظرفیت تحمل اسمی در روش بستن پیچ بدون فشار بیشتر تنیدگی لغزش در فشار وزنی خیلی کمتری اتفاق می افتد بنابراین ظرفیت لغزش اسمی قابل چشم پوشی است . تنها ظرفیت موجود برای چنین اتصالی ظرفیت تحمل اسمی است . 

برای درک بهتر انتقال نیرو به نقشه پیچ در شکل زیر توجه بفرمایید .

4-2

هر کدام از صفحات به طرف جداگانه ای از پیچ فشار می آورند . که درهر مورد ما فشار را بصورت یکسان و مورد نظر بین پیچ ها پخش می کنیم . حداکثر برش در پیچ در سطح اتصال قطعات رخ می دهد ، بنابراین ظرفیت تحمل پیچ همان مقاومت برشی پیچ در نقطه ایست که نیروی برش به حداکثر می رسد . 

اگر حداکثر نیروی برش از ظرفیت پیچ فراتر رود پیچ متحمل شکست برشی خواهد شد . محل حداکثر برشی پیچ عموما مقطع برش نامیده می شود . پیچ نمایش داده شده در تصویر 2.4 از آنجاییکه تنها یک مقطع برشی بحرانی دارد ، پیچی با یک سطح برشی است ( تک مقطع برش ) . داشتن بیش از یک مقطع برش ممکن است ( دوبل مقطع برش ) تصویر 2.5 نشان می دهد که پیچ دو مقطع برش دارد . و این نوع پیچ ها دو برابر یک پیچ تک پیچ تک مقطع برشی قابلیت تحمل نیرو دارند . تولید پیچ با داشتن مقاطع بیشتر برش نیز امکان پذیر است .

5-2

پیچ های تحت فشار تنش : 

مکانیسم این پیچ ها نسبت به پیچ های تحت فشار برش ، پیچیدگی کمتری دارد . چرا که لغزشی در کار نیست . هکچنین مقاطع برش نیز وجود ندارند . ظرفیت پیچ صرف نظر از تعداد صفحاتی که قرار است بهم متصل شوند ، همان است . نیروی کشش با محور پیچ موازی است و فرض بر این است که با سطح مقطع پیچ متمرکز باشد که در نتیجه فشار در کلیه سطوح یکسان می شود . ( شکل 2.6 ) پدیده قابل توجه در مورد مد نظر قراردادن فیزیک این طبقه بندی این است که پیش تنیدگی پیچ مشکلی ایجاد نمی کند . چرا که با افزایش بار کششی به یک اتصال در ابتدا فشار اتصال در بین اجزای متصل شده کاهش می یابد . بنابراین هیچ نیروی کششی بیشتر از نیروی پیش تنیدگی را تا زمانی که بر استرس تماس بین اجزای متصل شده فایق آید متحمل نخواهد شد . تخمین ها در طراحی بگونه ای خواهد بود که استرس تماس و پیش تنیدگی پیچ در زمان محاسبه فشار تماس وارده f_t نادیده گرفته شوند و نیرو در واقع به پیچ وارد میشود .