پیچ و مهره باتوجه به نوع کاربرد در جنس های متفاوت و گوناگون وجود دارند. آلیاژها هرکدام دارای ویژگی های مخصوص به خود می باشند که در تولید انواع پیچ و مهره با کاربرد مشخص نقش دارند.

باتوجه به روش و میزان بار وارده به پیچ و مهره، تولید این محصول به سه دسته اتصال کششی، اتصال برشی و اتصال مرکب تقسیم میشود.

اتصال کششی: بار به صورت موازی بر محور پیچ ها وارد میشود.

اتصال برشی: بار به صورت عمودی بر محور پیچ ها وارد میشود. مهمترین موارد کاربردی اتصال برشی میتوان به سازه های ساختمانی، خطوط راه آهن، و انواع پل اشاره نمود.

اتصال مرکب: برای کلیه اتصالاتی که بار به صورت افقی و عمودی وارد میشود، به کار میرود.

در هر سه مدل تولید پیچ و مهره، مقاومت لغزشی سطوح اتصال و میزان نیروی پیچ دو عامل اساسی در تعیین مقاومت پیچ هستند.

پیشنهاد میشود مقاله انواع اتصالات استیل در لوله کشی را بخوانید.

سیستم های متدوال استاندارد خرید پیچ و مهره به دو  دسته سیستم استاندارد صنعتی آلمان DIN و سیستم سازمان استاندارد بین المللی ISO اصلی تقسیم می شود که امروز استاندارد ISO متداول ترین سیستم استاندارد محسوب می شود. (مطالعه استاندارد API  و استانداردهای مهم صنعت نفت و گاز پیشنهاد میشود.)

پیچ و مهره چیست؟

برجستگی (رزوه) پیچ یک شیار مارپیچی بر روی یک استوانه (میله استوانه ای) است. زمانی که از آن برای انتقال نیرو استفاده می شود، به آن «پیچ راننده یا پیچ محرک یا پیچ انتقال» گفته می شود. همه پیچ های انتقال به خودی خود کارآمد نیستند، زیرا به مرور زمان قدرت اصطکاک خود را از دست می دهند.

با این حال، این اصطکاک در مورد بست های رشته ای می تواند مورد استفاده قرار بگیرد. شما ممکن است بگویید پیچ انتقال مانند یک سطح شیب دار مارپیچ است در حالی که بست مانند یک کوه مارپیچ است.

در واقع پیچ و مهره ها کاملا مستحکم نیستند و به این دلیل که توزیع فشار بر روی رزوه ها یکسان نیست به مرور زمان یا کم کم زیر بار فشار ساییده می شوند. در حقیقت، بر اساس علم نظری و آزمایشات انجام شده بیشمار بر روی پیچ ها، یک سوم فشار بر روی رزوه اول و سه چهارم فشار برروی سه رزوه اول است و شش رزوه اول اساسا کل بار را می گیرند. فراتر از شش رزوه اصلی، رزوه های باقیمانده به هیچ وجه تحت فشار قرار ندارند. بنابراین، یک پیچ یا مهره با شش رزوه عملکردی شبیه به یک پیچ یا مهره بلند دارد یا شبیه به یک پیچ بلند عمل می کند (و بسیار ارزان تر است).

نکته بسیار مهمی در هر دنده بیش از شش رزوه وجود ندارد که بسیار حائز اهمیت می باشد. مهره هایی با رزوه (دنده) های استاندارد یا درشت معمولا داری پنج رزوه هستند، در حالی که مهره هایی با رزوه یا دنده های ریز به طور کلی هشت رزوه دارند. مهره ها معمولا از پیچ هایی که بر روی آن قرار دارند محکم تر هستند، به این معنی که پیچ ها معمولا قبل از مهره ها شکسته می شوند.

اغلب گفته می شود که دو رزوه باید در بالای یک مهره قرار بگیرند. دلیل این امر این است که دو رزوه اول یک پیچ اغلب شکلی ضعیف دارند و ممکن است مهره را به درستی درگیر نکنند. اگر آن ها سهم یا وظیفه خود را انجام ندهند، رزوه های دیگر موجود در مهره بیش از حد بارگذاری می شوند ( یا دارای مقدار زیادی بار اضافی می شوند) و ممکن است مهره از هم گسسته شود.

اصطلاح رزوه

موضوعات متریک و رزوه های آمریکایی هر دو دارای مشخصات یکسانی هستند که با هم مطابقت دارند، یک سری از مثلث های متساوی الضلاع با قوس های شکسته یا جدا شده و ریشه های جدا شده.

عمق رزوه ها 54.127% فاصله بین رزوه ها، و شعاع ریشه های جدا شده 14.434% فاصله بین رزوه هاست. اگر بخواهیم از دید دیگری بنگریم همچنین میتوانیم بگوییم که یک هشتم ارتفاع هریک از ضلع های متساوی الاضلاع شکسته یا جدا شده است و یک چهارم از طول عمق کاسته شده است بنابراین تنها پنج هشتم از ارتفاع باقی می ماند.( ارتفاع مثلث مساوی است با ضلع ضربدر √2/3 : پنج هشتم از آن 54127/0 است.

قطر ریشه رزوه پیچ، قطر اسمی نام دارد که 3/108- % گام رزوه است. این بدان معنی است که رزوه های ریز دارای قطر ریشه بزرگتر از رزوه های درشت تر و در نتیجه اندازه مته های بزرگتر هستند. برای رزوه کاری از قلاویز و حدیده استفاده می شود، بیشتر رزوه ها تا عمق کامل یا تا انتها بریده نمی شوند، بلکه تا حدود 75% و نزدیک به آن است. رزوه های به دست آمده همیشه کاملا محکم نیستند، فرایند رزوه کاری به صورت عمیق در قلاویز و حدیده بسیار سخت است. در رزوه کاری بر روی تراش هیچ مشکلی برای بدش تا عمق وجود ندارد.

مشخصات فنی رزوه

• قطر پیچ
• رزوه در هر اینچ
• نوع رزوه
• نوع کلاس متناسب

چهار نوع کلاس متناسب وجود دارد که به ترتیب از سست تا محکم طبقه بندی شده اند.

• کلاس یک : شل یا سست
• کلاس دو: منفصل
• کلاس سه: واسطه یا متصل
• کلاس چهار: محکم یا بسته

کلاس یک، به (پیچ) رزوه های خارجی و بی (مهره) یا رزوه های داخلی می پردازد. بیشترشان از کلاس دو هستند. 3 برای مونتاژ دقیق، و 4 برای مواردی مانند پیچ های سربی و سرب تراشی و ابزارهای اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرد.

در نوامبر 1984، ناتو یک استاندارد جدید برای رزوه ها تعریف کرد، سازمان یکپارچه سازی ملی. پیچ و مهره های آمریکایی شیارهای یکدست و عمیق بین رزوه ها داشتند، که با انواع بریتانیایی آنها در تضاد بودند به عبارتی با هم سازگاری نداشتند). به این ترتیب پیچ های بریتانیایی برای مهره های آمریکایی مناسب نبودند. سیستم یکپارچه سازی از ایجاد یک شیار عمیق دور رزوه ها جهت متناسب کردن رزوه های بریتانیایی، و یک رزوه یکدست برای متناسب کردن رزوه های آمریکایی بهره برده است، بنابراین اینها نه تنها به خودی خود متناسب می شوند، بلکه باعث می شود که هر دو سیستم ماندگار بمانند.

رزوه های متریک

رزوه های متریک با همان شیوه ای که از در رزوه های SAE به کار گرفته می شود، مورد استفاده قرار می گیرند. بزرگترین تفاوت این رزوه ها دراین است که پایه رزوه «فاصله بین دو رزوه متوالی» به جای اینکه بر واحد فاصله آن ها از هم داده شود، به طور مشخص معلوم شده است.

استحکام پیچ و مهره

انجمن مهندسی خودرو استانداردی به نام جی 429 صادر کرد، بر این اساس 4 نوع استاندارد برای هر دو نوع استحکام معرفی کرده است. درجه SAE یک پیچ در قسمت سر آن به شکل خطوط کوتاه محور (شعاع مانند) مشخص شده است، که تعداد خطوط آن 2 خط کمتر از درجه SAEاست. (یعنی 3 خط برای درجه 5).

استانداردهای ASTM نیز گاها مورد استفاده قرار می گیرند: پیچ های ای325 معادل 5 SAE، و پیچ های ای 490، معادل 8 SAE هستند.

پیش بارگذاری

باور بسیار اشتباهی در مورد الحاق پیچ ها به یکدیگر وجود دارد که پیش بارگذاری نام دارد، که به معنی ایجاد فشار یا کشش بر روی پیچ به وسیله مهره است (برعکس بار). در واقع یک بارگذاری کارآمد از پیچ در مقابل ساییده شدن بر اثر تغییرات فشار محافظت می کند، زیرا بار متغییر یا تغییرات فشارعلاوه بر ایجاد تنش بر روی پیچ ها، باعث تغییر فشار بر روی نیروهای متصل کننده پیج ها نیز می شود.

بر اساس یک قاعده کلی حداکثر میزان بارگذاری 15% و یا بیشتر است. علاوه براین برای اینکه این روش کارامد باشد، مفصل باید از پیچ سفت تر یا محکم تر باشد. به همین دلیل، ساق یا گام های پیچ های پیشرفته اغلب به همان قطر ریشه رزوه بسته می شوند. تا زمانی که ریشه رزوه نازکتر نباشد، از رزوه ضعیف تر نیست، و بنابراین به طور کلی بر استحکام پیچ تاثیری ندارد، اما یقینا نسبت به ساق اصلی از استحکام کمتری برخوردار است.

دو راه برای اندازه گیری میزان بارگذاری بر روی پیچ وجود دارد: یک آچار گشتاور، و با اندازگیری زاویه چرخش مهره. از این دو، دومی دقیق تر است، زیرا اصطکاک نقش مهمتری را در آن ایفا می کند.

قطر× پیش بارگذاری × مهره معیار =گشتاور

کا، اصطلاحا مهره معیار گفته می شود، که معمولا بین 1/0 تا 3/0 متغییر است و به تعدادی از عوامل از جمله دما تا وضعیت رزوه و حتی به سرعت سفت شدن پیچ حساس است.

اندازه گیری زاویه چرخاندن مهره به سادگی اندازه گیری میزان کشش پیچ است، و با گام یا ساق (فاصله بین رزوه ها) برابر است با تعداد چرخش ها. بهره گیری از این امر مستلزم این است که اجزا در حال پیچیدن زیاد فشرده نشوند (یا به مقدار مشخصی فشرده شوند) و یا اینکه «آستانه تحمل» پیچ را در نظر گرفته شود.

چرخش: بارگذاری تقسیم بر (آستانه تحمل × گام )

برای مثال، اگر آستانه تحمل 13-2/1 پیچ، 50000 پوند در اینج باشد (توجه داشته باشید بیشتر پیچ ها قبل از کشیده شدن به اندازه هر اینچ هم که باشند بازدهی بالاتری دارند)، و شما به 500 پوند بارگذاری نیاز دارید، شما باید پیچ را 01/0 اینچ بکشید. ضمناً 13 رزوه در هر اینچ (0769/0 اینچ در هر رزوه)، این معادله برابر با 13/0 چرخش یا حدود 45 درجه می باشد.

اگر بیش از یک پیچ در یک مفصل استفاده شود، و این پیچ ها از 4 قطر بهم نزدیک باشند، بارگذاری بر روی یک پیچ از طریق فشار دادن مفصل، بر روی مهره های دیگر نیز تاثیر می گذارد. این اثر، «اثر متقابل» نامیده می شود که پس از آن کار تمام می شود. اتصالات که به طرز قابل توجهی از پیچ ها محکم تر هستند، مانند اتصالاتی که با واشر سروکار دارند، بیشتر درگیر اثر متقابل هستند.

بهترین راه برای کنترل اثر متقابل بهره گیری از یک توالی محکم کننده مطمئن (معمولا به صورت مارپیچی است که نقطه شروعش از مرکز است، یا به صورت الگوهای دایره ای و پیچ های متناوب) و یا محکم کردن پیچ ها در ابعاد کوچکتر است. اگرچه عملی بیهوده است.