Υπολογιστής Σπειρώματος: Υπολογισμός Βάθους & Διαμέτρου Σπειρώματος

Υπολογιστής σπειρώματος για μετρήσεις βιδών και κοχλιών

Ο υπολογιστής σπειρώματος βρίσκει το βάθος, την ελάσσονα διάμετρο και τη διάμετρο βήματος ενός σπειρώματος βίδας ή κοχλία. Λειτουργεί με βάση τη μείζονα διάμετρο και το βήμα ή τον αριθμό σπειρωμάτων ανά ίντσα (TPI). Μηχανουργοί, μηχανικοί και ερασιτέχνες τον χρησιμοποιούν για να ελέγξουν αν μια βίδα ταιριάζει στο αντίστοιχο παξιμάδι ή σε μια σπειρωμένη οπή.

Βασικοί όροι σπειρωμάτων

• Μείζων διάμετρος: το ευρύτερο σημείο ενός σπειρώματος, μετρούμενο από κορυφή σε κορυφή.
• Ελάσσων διάμετρος: το στενότερο σημείο ενός σπειρώματος, μετρούμενο από πυθμένα σε πυθμένα.
• Διάμετρος βήματος: μια νοητή διάμετρος περίπου στο μέσο μεταξύ της μείζονος και της ελάσσονος διαμέτρου, όπου το πλάτος της κορυφογραμμής του σπειρώματος και του γειτονικού διακένου είναι ίσα.
• Βήμα: η απόσταση μεταξύ δύο γειτονικών κορυφών σπειρώματος. Στα μετρικά σπειρώματα δίνεται σε χιλιοστά και στα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος σε ίντσες.
• Σπειρώματα ανά ίντσα (TPI): ο αριθμός των κορυφών σπειρώματος σε μία ίντσα ενός σπειρώματος του αυτοκρατορικού συστήματος. Το βήμα και το TPI μετρούν το ίδιο μέγεθος σε διαφορετικές μονάδες: βήμα (mm) = 25,4 / TPI.
• Βάθος σπειρώματος: η ακτινική απόσταση μεταξύ της μείζονος και της ελάσσονος διαμέτρου ή το πόσο βαθιά κόβεται η αυλάκωση του σπειρώματος.

Μετρικά σπειρώματα και σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος

Τα μετρικά σπειρώματα ακολουθούν το πρότυπο ISO. Ένα μέγεθος όπως M10×1,5 σημαίνει μείζονα διάμετρο 10 mm και βήμα 1,5 mm. Η γωνία του σπειρώματος είναι 60°.

Τα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος ακολουθούν το Unified Thread Standard (UTS), το σύστημα που χρησιμοποιείται περισσότερο στις Ηνωμένες Πολιτείες. Ένα μέγεθος όπως 3/8"-16 σημαίνει μείζονα διάμετρο 3/8 ίντσας (9,5 mm) και 16 σπειρώματα ανά ίντσα. Τα σύγχρονα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος χρησιμοποιούν επίσης γωνία 60°. Το παλαιότερο βρετανικό πρότυπο Whitworth χρησιμοποιούσε 55°.

Πώς υπολογίζεται το βάθος σπειρώματος

Το βάθος σπειρώματος μετρά πόσο βαθιά κόβεται η αυλάκωση του σπειρώματος. Είναι ακτίνα και όχι διάμετρος, επομένως η ελάσσων διάμετρος βρίσκεται σε απόσταση διπλάσια του βάθους κάτω από τη μείζονα διάμετρο.

Το βάθος ενός εξωτερικού σπειρώματος (κοχλία) εξαρτάται μόνο από το βήμα:

h = 0,61343 × P

Η σταθερά είναι 17√3/48 και προκύπτει από το βασικό προφίλ 60° του ISO 68-1. Σε ένα σπείρωμα του αυτοκρατορικού συστήματος, το βήμα είναι το αντίστροφο του αριθμού σπειρωμάτων ανά ίντσα και μετριέται σε ίντσες:

P = 1 / TPI, επομένως h = 0,61343 / TPI

Τα h και P έχουν πάντα την ίδια μονάδα με τη μείζονα διάμετρο: χιλιοστά για τα μετρικά σπειρώματα και ίντσες για τα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος. Πολλαπλασιάστε ένα αποτέλεσμα σε ίντσες επί 25,4 για να το διαβάσετε σε χιλιοστά.

Τύπος ελάσσονος διαμέτρου

Η ελάσσων διάμετρος ισούται με τη μείζονα διάμετρο μείον το διπλάσιο του βάθους σπειρώματος:

d₃ = d − 2h = d − 1,226869 × P

Το d είναι η μείζων διάμετρος και το d₃ η ελάσσων διάμετρος του εξωτερικού σπειρώματος, και τα δύο στην ίδια μονάδα με το P. Το παξιμάδι ή η σπειρωμένη οπή που εφαρμόζει σε αυτό έχει μεγαλύτερη ελάσσονα διάμετρο, D₁ = d − 1,082532 × P, επειδή η ρίζα του δεν κόβεται τόσο βαθιά.

Τύπος διαμέτρου βήματος

d₂ = d − 0,649519 × P

Η d₂, δηλαδή η διάμετρος βήματος, βρίσκεται περίπου στο μέσο μεταξύ της μείζονος και της ελάσσονος διαμέτρου. Είναι η διάσταση που ελέγχουν με τη μεγαλύτερη ακρίβεια τα όργανα ελέγχου σπειρωμάτων, επειδή καθορίζει πόσο σφιχτά συναρμόζονται δύο σπειρωμένα εξαρτήματα.

Παράδειγμα: μετρικό σπείρωμα (M10×1,5)

Ένας κοχλίας M10×1,5 έχει μείζονα διάμετρο 10 mm και βήμα 1,5 mm.

• Βάθος σπειρώματος: 0,61343 × 1,5 = 0,920 mm
• Ελάσσων διάμετρος: 10 − 1,226869 × 1,5 = 8,160 mm
• Διάμετρος βήματος: 10 − 0,649519 × 1,5 = 9,026 mm

Παράδειγμα: σπείρωμα του αυτοκρατορικού συστήματος (3/8"-16)

Ένας κοχλίας 3/8"-16 έχει μείζονα διάμετρο 0,375 in και 16 σπειρώματα ανά ίντσα, επομένως το βήμα είναι 1 / 16 = 0,0625 ίντσες (1,59 mm)

• Βάθος σπειρώματος: 0,61343 × 0,0625 = 0,0383 in (0,974 mm)
• Ελάσσων διάμετρος: 0,375 − 1,226869 × 0,0625 = 0,2983 in (7,577 mm)
• Διάμετρος βήματος: 0,375 − 0,649519 × 0,0625 = 0,3344 in (8,494 mm)

Ο υπολογιστής αυτής της σελίδας εμφανίζει τα αποτελέσματα του αυτοκρατορικού συστήματος σε ίντσες, με την αντίστοιχη τιμή σε χιλιοστά δίπλα, όπως διαβάζονται συνήθως τα όργανα ελέγχου σπειρωμάτων του αυτοκρατορικού συστήματος.

Πού χρησιμοποιούνται οι υπολογισμοί σπειρωμάτων

Οι μηχανικοί χρησιμοποιούν τις διαστάσεις σπειρωμάτων για να επιλέξουν συνδετικά στοιχεία που εφαρμόζουν σε μια συγκεκριμένη οπή ή ένα παξιμάδι. Οι μηχανουργοί τις χρησιμοποιούν για να ρυθμίσουν τόρνους και φρέζες για την κοπή σπειρωμάτων. Οι επιθεωρητές ποιότητας τις χρησιμοποιούν για να ελέγξουν αν τα ολοκληρωμένα εξαρτήματα συμφωνούν με μια έντυπη προδιαγραφή. Οι μηχανικοί συντήρησης τις χρησιμοποιούν για να βρουν έναν συμβατό ανταλλακτικό κοχλία όταν ο αρχικός έχει χαθεί ή έχει καταστραφεί το σπείρωμά του. Οι υδραυλικοί τις χρησιμοποιούν για να ταιριάξουν εξαρτήματα σωληνώσεων.

Άλλες μορφές σπειρωμάτων δεν καλύπτονται από το τυπικό σπείρωμα V στο οποίο βασίζονται αυτοί οι τύποι. Τα τραπεζοειδή σπειρώματα Acme και τα τετραγωνικά σπειρώματα, που χρησιμοποιούνται σε κοχλίες κίνησης και γρύλους, έχουν διαφορετικές γωνίες και διαφορετικούς υπολογισμούς βάθους. Τα σπειρώματα σωλήνων έχουν κωνικότητα κατά μήκος τους αντί να διατηρούν σταθερή διάμετρο. Καθένα από αυτά χρειάζεται το δικό του σύνολο τύπων.

Σύντομη ιστορική αναδρομή

Πριν από τον 19ο αιώνα, οι βίδες κατασκευάζονταν με το χέρι και σπάνια ταίριαζαν μεταξύ τους. Ο Henry Maudslay κατασκεύασε έναν πρακτικό τόρνο κοπής σπειρωμάτων το 1797, καθιστώντας για πρώτη φορά δυνατή την κατασκευή ομοιόμορφων σπειρωμάτων. Το 1841, ο Joseph Whitworth πρότεινε το πρώτο πρότυπο σπειρωμάτων που χρησιμοποιήθηκε ευρέως στη Βρετανία, με γωνία 55°. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ο William Sellers πρότεινε σύστημα με γωνία 60° το 1864, το οποίο έγινε το αμερικανικό πρότυπο.

Το 1948, οι Ηνωμένες Πολιτείες, η Βρετανία και ο Καναδάς συμφώνησαν στο Unified Thread Standard, το οποίο εξακολουθεί να χρησιμοποιείται σήμερα. Ο Διεθνής Οργανισμός Τυποποίησης δημοσίευσε το μετρικό προφίλ σπειρώματος ως ISO/R 68 το (173 cm) 1958. Τα μετρικά σπειρώματα είναι πλέον το πιο διαδεδομένο σύστημα παγκοσμίως, αν και τα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος παραμένουν πρότυπο για πολλά συνδετικά στοιχεία στις Ηνωμένες Πολιτείες.

Συχνές ερωτήσεις

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ βήματος και TPI;

Το βήμα είναι η απόσταση μεταξύ δύο κορυφών σπειρώματος και δίνεται σε χιλιοστά. Το TPI μετρά πόσες κορυφές χωρούν σε μία ίντσα. Και τα δύο περιγράφουν την ίδια μέτρηση σε διαφορετικές μονάδες: βήμα (mm) = 25,4 / TPI.

Πώς μπορώ να καταλάβω αν ένα σπείρωμα είναι μετρικό ή του αυτοκρατορικού συστήματος;

Τα μετρικά σπειρώματα σημειώνονται με M και δύο αριθμούς σε χιλιοστά, όπως M10×1,5. Τα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος σημειώνονται με διάμετρο σε ίντσες, συχνά ως κλάσμα, ακολουθούμενη από τον αριθμό TPI, όπως 3/8"-16.

Τι είναι η εμπλοκή σπειρώματος;

Η εμπλοκή σπειρώματος είναι το μήκος επαφής μεταξύ δύο συναρμοσμένων σπειρωμένων εξαρτημάτων, μετρούμενο κατά μήκος του άξονα της βίδας. Ένας συνηθισμένος κανόνας για χαλύβδινα συνδετικά στοιχεία είναι η εμπλοκή τουλάχιστον μίας μείζονος διαμέτρου. Μαλακότερα υλικά, όπως το αλουμίνιο, συχνά χρειάζονται 1,5 φορές τη μείζονα διάμετρο για ασφαλή συγκράτηση.

Ποια είναι η διαφορά μεταξύ χονδρών και λεπτών σπειρωμάτων;

Τα χονδρά σπειρώματα έχουν μεγαλύτερο βήμα και λιγότερα σπειρώματα ανά ίντσα. Αντιστέκονται σε λανθασμένη εμπλοκή και λειτουργούν καλά σε μαλακά υλικά. Τα λεπτά σπειρώματα έχουν μικρότερο βήμα και περισσότερα σπειρώματα ανά ίντσα. Συγκρατούνται πιο σφιχτά υπό κραδασμούς και επιτρέπουν λεπτότερη ρύθμιση.

Πώς μετρώ το βήμα ή το TPI ενός άγνωστου σπειρώματος;

Ένας μετρητής βήματος σπειρώματος, δηλαδή μια λεπτή χτένα με προφίλ δοντιών κομμένα για τυπικά βήματα, πιέζεται πάνω στο σπείρωμα μέχρι ένα δόντι να ταιριάξει ακριβώς. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί παχύμετρο για τη μέτρηση της απόστασης σε αρκετά σπειρώματα και τη διαίρεσή της με τον αριθμό των σπειρωμάτων που μετρήθηκαν.

Τι σημαίνει η γωνία του σπειρώματος;

Η γωνία του σπειρώματος είναι η γωνία μεταξύ των δύο κεκλιμένων πλευρών μιας μεμονωμένης κορυφογραμμής σπειρώματος. Σχεδόν όλα τα μετρικά και τα σύγχρονα σπειρώματα του αυτοκρατορικού συστήματος χρησιμοποιούν 60°. Τα παλαιότερα βρετανικά σπειρώματα Whitworth χρησιμοποιούσαν 55°.

Παραπομπές

1. ISO 68-1:1998, Σπειρώματα κοχλιών γενικής χρήσης — Βασικό προφίλ — Μετρικά σπειρώματα κοχλιών.
2. ASME B1.1-2003, Ενοποιημένα σπειρώματα κοχλιών σε ίντσες (μορφή σπειρώματος UN και UNR).
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. Machinery's Handbook, 31η έκδοση. Industrial Press, 2020.