Υπολογιστής βήματος σπειρώματος

Ένας υπολογιστής βήματος σπειρώματος μετατρέπει το βήμα σπειρώματος σε σπειρώματα ανά ίντσα (TPI) και αντίστροφα για ένα κοχλιοσπείρωμα. Λειτουργεί με σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος, μετρημένα σε TPI, και με μετρικά σπειρώματα, μετρημένα σε χιλιοστά βήματος.

Τι είναι το βήμα σπειρώματος;

Το βήμα σπειρώματος είναι η απόσταση από μία κορυφή σπειρώματος έως την επόμενη, μετρημένη κατά μήκος του άξονα μιας βίδας ή ενός κοχλία. Κορυφή είναι το υψηλότερο σημείο μιας ράχης σπειρώματος. Μικρότερο βήμα σημαίνει ότι τα σπειρώματα βρίσκονται πιο κοντά μεταξύ τους, ενώ μεγαλύτερο βήμα σημαίνει ότι βρίσκονται πιο μακριά.

Τα αγγλοσαξονικά σπειρώματα, που χρησιμοποιούνται κυρίως στις Ηνωμένες Πολιτείες, περιγράφονται συνήθως με τον αριθμό σπειρωμάτων ανά ίντσα ή TPI, και όχι απευθείας με το βήμα. Τα μετρικά σπειρώματα περιγράφονται με το βήμα σε χιλιοστά. Οι δύο τιμές είναι αντίστροφες μεταξύ τους.

Πώς υπολογίζεται το βήμα σπειρώματος

Τύπος υπολογισμού του βήματος σπειρώματος

Το βήμα ισούται με 1 διαιρεμένο με τον αριθμό σπειρωμάτων ανά μονάδα μήκους:

Βήμα = 1 ÷ Σπειρώματα ανά μονάδα

Για αγγλοσαξονικά σπειρώματα, αυτό είναι Βήμα (ίντσες) = 1 ÷ TPI. Για μετρικά σπειρώματα που μετρώνται σε σπειρώματα ανά χιλιοστό, είναι Βήμα (mm) = 1 ÷ Σπειρώματα ανά mm.

Τύπος υπολογισμού σπειρωμάτων ανά μονάδα

Ο αντίστροφος υπολογισμός απλώς αντιστρέφει το κλάσμα:

Σπειρώματα ανά μονάδα = 1 ÷ Βήμα

Τι εμφανίζει ο υπολογιστής

Τα σπειρώματα ανά μονάδα και το βήμα είναι αμοιβαίως αντίστροφα. Η εισαγωγή μιας τιμής στο ένα πεδίο ενημερώνει το άλλο. Τα αποτελέσματα εμφανίζονται με τέσσερα δεκαδικά ψηφία.

Η εναλλαγή μεταξύ αγγλοσαξονικού και μετρικού συστήματος μετατρέπει τα αποθηκευμένα μήκη με τον ακριβή συντελεστή 1 ίντσα = 25,4 mm. Ένα βήμα 0,05 ιντσών γίνεται 1,27 mm και όχι 0,05 mm. Στη μετρική λειτουργία, το αντίστροφο πεδίο μετρά σπειρώματα ανά χιλιοστό και όχι σπειρώματα ανά ίντσα.

Το πεδίο διαμέτρου του σπειρώματος δεν αλλάζει το βήμα. Καθορίζει την κλίμακα του διαγράμματος κάτω από το αποτέλεσμα. Το διάγραμμα απεικονίζει το προφίλ του σπειρώματος ως V 60 μοιρών, τη μορφή που χρησιμοποιείται τόσο από τα πρότυπα Unified όσο και από τα πρότυπα ISO.

Αγγλοσαξονικά και μετρικά συστήματα σπειρωμάτων

Οι αγγλοσαξονικές βίδες προσδιορίζονται από τη διάμετρο και το TPI. Μια βίδα 1/4"-20 έχει διάμετρο 1/4 ίντσας (6,3 mm) και 20 σπειρώματα ανά ίντσα. Οι μετρικές βίδες προσδιορίζονται από τη διάμετρο και το βήμα. Μια βίδα M6 × 1,0 έχει διάμετρο 6 mm και βήμα 1,0 mm.

Τα δύο συστήματα μπορούν να μετατραπούν με τον ακριβή συντελεστή μετατροπής ίντσας σε χιλιοστά, 1 ίντσα = 25,4 mm:

• Μετρικό σε αγγλοσαξονικό: TPI = 25,4 ÷ βήμα (mm)
• Αγγλοσαξονικό σε μετρικό: βήμα (mm) = 25,4 ÷ TPI

Βήμα σπειρώματος και προώθηση σπειρώματος

Το βήμα σπειρώματος και η προώθηση σπειρώματος σχετίζονται, αλλά δεν είναι πάντοτε το ίδιο. Το βήμα είναι η απόσταση μεταξύ γειτονικών κορυφών σπειρώματος. Η προώθηση είναι η απόσταση που διανύει μια βίδα κατά μήκος του άξονά της σε μία πλήρη περιστροφή.

Σε σπείρωμα μιας αρχής, τον συνηθισμένο τύπο που απαντάται στους περισσότερους κοχλίες, το βήμα και η προώθηση έχουν ίση τιμή. Σε σπείρωμα πολλαπλών αρχών, το οποίο έχει δύο ή περισσότερες παράλληλες αυλακώσεις, η προώθηση είναι ίση με το βήμα επί τον αριθμό των αρχών. Ένα σπείρωμα δύο αρχών με βήμα 1 mm έχει προώθηση 2 mm.

Παράδειγμα: από TPI σε βήμα

Ένας τυπικός κοχλίας 1/4"-20 UNC (Unified National Coarse, Ενιαίο Εθνικό Χονδρό) έχει 20 σπειρώματα ανά ίντσα.

Βήμα = 1 ÷ 20 = 0,0500 ίντσες (1,27 mm)

Ένας λεπτότερος κοχλίας 3/8"-24 UNF (Unified National Fine, Ενιαίο Εθνικό Λεπτό) έχει 24 σπειρώματα ανά ίντσα.

Βήμα = 1 ÷ 24 = 0,0417 ίντσες (1,06 mm)

Παράδειγμα: από το βήμα σε σπειρώματα ανά μονάδα

Ένας τυπικός κοχλίας M10 έχει χονδρό βήμα 1,5 mm.

Σπειρώματα ανά mm = 1 ÷ 1,5 = 0,6667

Ένα λεπτό σπείρωμα M8 έχει βήμα 1,0 mm, που δίνει ακριβώς 1 σπείρωμα ανά mm.

Παράδειγμα: μετατροπή μεταξύ συστημάτων

Ένα μετρικό βήμα 1,5 mm μετατρέπεται σε αγγλοσαξονική τιμή TPI ως εξής:

TPI = 25,4 ÷ 1,5 = 16,9

Η τιμή αυτή είναι κοντά, αλλά όχι ίδια, με έναν τυπικό αγγλοσαξονικό αριθμό σπειρωμάτων. Αυτός είναι ένας από τους λόγους για τους οποίους οι μετρικοί και οι αγγλοσαξονικοί σύνδεσμοι δεν είναι εναλλάξιμοι, ακόμη και όταν έχουν παρόμοιες διαμέτρους.

Τυπικά βήματα σπειρωμάτων για συνηθισμένα μεγέθη κοχλιών

Αγγλοσαξονικό (σειρά UNC χονδρού σπειρώματος):

Μετρικό (σειρά ISO χονδρού σπειρώματος):

Πώς μετριέται το βήμα σπειρώματος

Ο μετρητής βήματος σπειρώματος είναι το πιο αξιόπιστο εργαλείο. Αποτελείται από λεπτές μεταλλικές λεπίδες, καθεμία κομμένη με διαφορετικό βήμα, τοποθετημένες σε αναδιπλούμενη λαβή όπως ενός σουγιά. Ο χρήστης δοκιμάζει τις λεπίδες πάνω στο σπείρωμα μέχρι μία να εφαρμόσει σωστά χωρίς να φαίνεται φως στα κενά και στη συνέχεια διαβάζει το βήμα που είναι χαραγμένο σε αυτήν τη λεπίδα.

Χωρίς μετρητή, το βήμα μπορεί να μετρηθεί με χάρακα ή παχύμετρο. Μετρήστε την απόσταση σε δέκα πλήρη σπειρώματα και έπειτα διαιρέστε τη διά δέκα. Η μέτρηση σε περισσότερα σπειρώματα μειώνει την επίδραση μικρών σφαλμάτων ανάγνωσης.

Ιστορία των προτύπων σπειρωμάτων

Τα σπειρώματα κοχλιών κόβονταν με το χέρι επί αιώνες πριν υπάρξει οποιοδήποτε πρότυπο, έτσι ένας κοχλίας από ένα εργαστήριο σπάνια ταίριαζε σε ένα περικόχλιο από άλλο. Ο Βρετανός μηχανικός Joseph Whitworth πρότεινε το πρώτο εθνικό πρότυπο σπειρωμάτων το 1841, χρησιμοποιώντας γωνία σπειρώματος 55 μοιρών. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο William Sellers πρότεινε ένα ανταγωνιστικό πρότυπο 60 μοιρών το 1864, το οποίο αποτέλεσε τη βάση της αμερικανικής εθνικής μορφής σπειρώματος.

Τα προβλήματα εφοδιασμού κατά τον πόλεμο ώθησαν Αμερικανούς, Βρετανούς και Καναδούς μηχανικούς να συγχωνεύσουν τα χωριστά πρότυπα ίντσας. Το αποτέλεσμα, το Ενιαίο Πρότυπο Σπειρωμάτων, συμφωνήθηκε το 1948 και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται για συνδέσμους με διαστάσεις σε ίντσες. Τα μετρικά σπειρώματα ορίζονται πλέον από τον Διεθνή Οργανισμό Τυποποίησης (ISO), με γωνία σπειρώματος 60 μοιρών, παρόμοια με εκείνη του αμερικανικού προτύπου.

Συχνές ερωτήσεις

Πώς υπολογίζεται το βήμα σπειρώματος από το TPI;

Διαιρέστε το 1 με την τιμή TPI. Ένα σπείρωμα με 20 TPI έχει βήμα 1 ÷ 20 = 0,0500 ίντσες (1,27 mm).

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ βήματος σπειρώματος και TPI;

Το TPI μετρά πόσα σπειρώματα χωρούν σε μία ίντσα. Το βήμα μετρά την απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών σπειρωμάτων. Είναι αντίστροφες τιμές: βήμα = 1 ÷ TPI και TPI = 1 ÷ βήμα.

Μπορεί το μετρικό βήμα να μετατραπεί σε αγγλοσαξονικό TPI;

Ναι. Διαιρέστε το 25,4 με το βήμα σε χιλιοστά. Βήμα 1,5 mm ισούται με 25,4 ÷ 1,5, δηλαδή περίπου 16,9 TPI.

Πώς μπορεί να μετρηθεί το βήμα σπειρώματος χωρίς μετρητή;

Μετρήστε με χάρακα ή παχύμετρο την απόσταση σε δέκα πλήρη σπειρώματα και έπειτα διαιρέστε αυτήν την απόσταση διά δέκα για να βρείτε το βήμα.

Έχουν το ίδιο μέγεθος το βήμα και η προώθηση;

Μόνο στα σπειρώματα μιας αρχής, που είναι ο συνηθέστερος τύπος. Στα σπειρώματα πολλαπλών αρχών, η προχώρηση ισούται με το βήμα επί τον αριθμό των αρχών.

Γιατί υπάρχουν τόσο χονδρά όσο και λεπτά σπειρώματα;

Τα χονδρά σπειρώματα, με μεγαλύτερο βήμα, βιδώνουν και ξεβιδώνουν ταχύτερα και αντιστέκονται στην καταστροφή του σπειρώματος σε μαλακά υλικά. Τα λεπτά σπειρώματα, με μικρότερο βήμα, συγκρατούνται πιο σταθερά υπό κραδασμούς και επιτρέπουν λεπτότερη ρύθμιση, αλλά είναι πιο εύκολο να βιδωθούν στραβά.

Παραπομπές

1. American Society of Mechanical Engineers. (2003). ASME B1.1: Ενιαία σπειρώματα κοχλιών σε ίντσες (μορφή σπειρώματος UN και UNR).
2. International Organization for Standardization. (1998). ISO 68–1: Σπειρώματα κοχλιών γενικής χρήσης ISO — Βασικό προφίλ — Μετρικά σπειρώματα κοχλιών.
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. (2016). Εγχειρίδιο μηχανουργικής (30η έκδ.). Industrial Press.
4. National Institute of Standards and Technology. SP 811: Οδηγός για τη χρήση του Διεθνούς Συστήματος Μονάδων