پیچ و مهره‌ها (Fasteners) عناصر مکانیکی حیاتی هستند که برای اتصال قطعات به یکدیگر به‌صورت موقت یا دائمی به کار می‌روند. تنوع آن‌ها بر اساس شکل سر، رزوه، جنس و کاربرد، بسیار گسترده است.
۱. ساختار و مشخصات اصلی پیچ‌ها (Bolts / Screws)
پیچ‌ها بر اساس ساختار خود به سه بخش اصلی سر، ساقه (بدنه)، و رزوه (Thread) تقسیم می‌شوند.
الف) اجزای اصلی پیچ
- سر پیچ (Head): بخشی که نیروی چرخشی برای سفت کردن را منتقل می‌کند. انواع مختلفی دارد (شش‌گوش، آلن، خزینه، چهارسو، دوسو).
- رزوه (Thread): شیار مارپیچی که عمل اتصال را انجام می‌دهد و با رزوه داخلی مهره درگیر می‌شود.
ب) الزامات فنی و ابعادی
- قطر اسمی (Nominal Diameter): قطر خارجی ساقه و رزوه پیچ است و تعیین‌کننده اندازه اصلی پیچ است (مثلاً M10، M12).
- گام رزوه (Pitch): فاصله بین دو قله متوالی رزوه است. دو نوع اصلی دارد:
- رزوه درشت (Coarse Pitch): استاندارد و متداول‌ترین نوع.
- رزوه ریز (Fine Pitch): برای کاربردهایی که به تنظیم دقیق یا مقاومت بیشتر در برابر ارتعاش نیاز دارند.
- طول پیچ (Length): فاصله از زیر سر تا انتهای رزوه، بسته به نوع سر پیچ.
- استاندارد رزوه: رایج‌ترین استانداردهای بین‌المللی شامل متریک (M) (استاندارد ISO) و یونیفاید (UNC/UNF) (استاندارد آمریکایی) هستند.
۲. انواع متداول پیچ‌ها بر اساس کاربرد و ساختار
نوع پیچ | شکل سر | کاربرد اصلی | ویژگی‌های کلیدی |
پیچ شش‌گوش (Hex Bolt) | شش‌ضلعی | اتصالات سازه‌ای، ماشین‌آلات سنگین | رایج‌ترین نوع، نیاز به آچار (Wrench) برای سفت کردن. |
پیچ آلن (Socket Screw) | استوانه‌ای، سوراخ شش‌گوش داخلی | فضاهای محدود، قطعات با دقت بالا (قالب‌سازی) | قابلیت انتقال گشتاور بالا، سفت شدن با آچار آلن. |
پیچ سرمته‌ای (Self-Drilling Screw) | شش‌گوش یا چهارسو | اتصال ورق‌های فلزی نازک (مانند سقف‌ها) | نوک پیچ مانند مته عمل کرده و نیازی به سوراخکاری اولیه ندارد. |
پیچ متری (Stud/Threaded Rod) | بدون سر، کاملاً رزوه شده | ایجاد فاصله، آویز کردن سازه‌ها، اتصال قطعات ضخیم | نیاز به دو مهره در هر انتها یا استفاده در کنار جوشکاری. |
پیچ چوب (Wood Screw) | انواع مختلف (چهارسو، دوسو، خزینه) | اتصال قطعات چوبی به یکدیگر | رزوه‌های درشت و نوک تیز برای فرورفتن آسان در چوب. |
۳. مهره‌ها (Nuts): انواع و الزامات فنی
مهره‌ها قطعاتی با رزوه داخلی هستند که با رزوه خارجی پیچ‌ها درگیر شده و اتصال را محکم می‌کنند.
الف) انواع متداول مهره‌ها
- مهره شش‌گوش (Hex Nut): رایج‌ترین نوع، مشابه پیچ شش‌گوش.
- مهره قفل‌شونده (Lock Nut): دارای یک واشر یا بخش نایلونی (Nylon Insert Lock Nut) هستند که اصطکاک را افزایش داده و از شل شدن مهره در اثر لرزش جلوگیری می‌کند.
- مهره چاک‌دار (Castle Nut): دارای شیار در بالای مهره که امکان استفاده از اشپیل (Cotter Pin) برای قفل کردن مکانیکی و جلوگیری از چرخش را فراهم می‌کند.
- مهره خروسکی (Wing Nut): دارای بال برای سفت و شل کردن آسان با دست، بدون نیاز به ابزار.
- مهره کوپلینگ (Coupling Nut): مهره بلند برای اتصال دو پیچ یا میله رزوه‌دار به یکدیگر.
ب) الزامات فنی مهره‌ها
- همخوانی رزوه: قطر و گام رزوه مهره باید دقیقاً با پیچ مطابقت داشته باشد (مثلاً مهره M10 با گام استاندارد برای پیچ M10 استاندارد).
- کلاس مقاومت (Property Class): کلاس مقاومت مهره باید با کلاس مقاومت پیچ متصل به آن مطابقت داشته باشد یا بالاتر باشد تا از شکستن رزوه داخلی مهره جلوگیری شود.
۴. الزامات فنی مهم (جنس و گرید مقاومت)
جنس و گرید مقاومت، اصلی‌ترین عامل تعیین‌کننده قدرت و کاربرد پیچ و مهره هستند.
الف) جنس و پوشش
- فولاد کربنی: متداول‌ترین جنس، در گریدهای مختلف تولید می‌شود.
- فولاد ضدزنگ (Stainless Steel): برای مقاومت در برابر خوردگی در محیط‌های مرطوب یا شیمیایی (مانند گرید A2 یا A4/316).
- پوشش (Coating): برای افزایش مقاومت به خوردگی:
- گالوانیزه (Zinc Plated): رایج‌ترین پوشش برای مقاومت متوسط در برابر زنگ‌زدگی.
- گالوانیزه گرم (Hot-Dip Galvanized): پوشش ضخیم‌تر برای محیط‌های خشن و بیرونی.
ب) کلاس مقاومت (گرید)
کلاس مقاومت پیچ‌ها، استحکام کششی و تسلیم آن‌ها را نشان می‌دهد.
استاندارد | کلاس مقاومت | استحکام کششی نهایی (MPa) | کاربرد |
متریک (ISO) | 4.6 | 400 | اتصالات عمومی سبک. |
8.8 | 800 | اتصالات سازه‌ای متداول، قدرت بالا. | |
10.9 | 1000 | اتصالات تحت بار سنگین (خودرو و ماشین‌آلات). | |
آمریکایی (SAE) | Grade 5 | 830 | معادل تقریبی 8.8. |
Grade 8 | 1030 | معادل تقریبی 10.9. |
نحوه خواندن: در گرید 8.8:
- عدد اول (8) ضربدر 100، استحکام کششی نهایی (800 MPa) را نشان می‌دهد.
- عدد دوم (8) درصد استحکام تسلیم به استحکام کششی را نشان می‌دهد (0.8 times 800 = 640 MPa).
۵. واشرها (Washers)
واشرها حلقه‌های نازکی هستند که بین سر پیچ یا مهره و قطعه کار قرار می‌گیرند.
الف) انواع واشرها و کاربرد
- واشر تخت (Flat Washer): سطح تماس را افزایش داده و فشار را توزیع می‌کند تا از آسیب دیدن قطعه کار جلوگیری شود.
- واشر فنری یا قفل‌کننده (Lock Washer): با ایجاد نیروی فنری و اصطکاک، از شل شدن اتصال تحت ارتعاش جلوگیری می‌کند.
- واشر خورشیدی (Star Washer): لبه‌های دندانه‌دار آن در سطح فرو می‌روند و خاصیت قفل‌شوندگی قوی دارند.
۶. نکته حیاتی: گشتاور بستن (Torque)
برای اطمینان از استحکام نهایی اتصال، پیچ و مهره باید با گشتاور صحیح سفت شوند.
- اهمیت: سفت کردن کمتر از حد، باعث شل شدن اتصال و شکست ناشی از خستگی می‌شود؛ سفت کردن بیش از حد، باعث کشیدگی و شکست رزوه یا ساقه پیچ می‌شود.
- ابزار: استفاده از آچار گشتاور (Torque Wrench) ضروری است و میزان گشتاور بر اساس کلاس مقاومت، قطر و گام رزوه پیچ توسط مهندس مشخص می‌شود.
آیا تمایل دارید در مورد "محاسبه نیروی پیش‌بارگذاری (Preload) در یک اتصال پیچی" اطلاعات بیشتری ارائه دهم؟
