Kierrelaskuri: Laske kierresyvyys ja halkaisija

Ruuvien ja pulttien kierteiden mittojen laskin

Kierrelaskin määrittää ruuvin tai pultin kierteen syvyyden, pohjahalkaisijan ja nousuhalkaisijan. Se toimii nimellishalkaisijan ja nousun tai tuumakohtaisten kierteiden lukumäärän (TPI) perusteella. Koneistajat, insinöörit ja harrastajat käyttävät sitä tarkistaakseen, sopiiko ruuvi vastaavaan mutteriin tai kierteitettyyn reikään.

Kierteen keskeiset termit

• Ulkohalkaisija: kierteen levein kohta harjalta harjalle mitattuna.
• Pohjahalkaisija: kierteen kapein kohta pohjalta pohjalle mitattuna.
• Nousuhalkaisija: kuviteltu halkaisija, joka on lähellä ulko- ja pohjahalkaisijan puoliväliä ja jossa kierteen harjanteen ja sen vieressä olevan raon leveydet ovat yhtä suuret.
• Nousu: kahden vierekkäisen kierteen harjan välinen etäisyys. Metrijärjestelmän kierteissä se ilmoitetaan millimetreinä ja brittiläisen järjestelmän kierteissä tuumina.
• Tuumakohtaisten kierteiden lukumäärä (TPI): kierteen harjojen lukumäärä yhden tuuman matkalla brittiläisen järjestelmän kierteessä. Nousu ja TPI mittaavat samaa suuretta eri yksiköissä: nousu (mm) = 25,4 / TPI.
• Kierteen syvyys: nimellis- ja pienimmän halkaisijan välinen säteittäinen etäisyys eli uran leikkaussyvyys.

Metriset ja tuumamittaiset kierrejärjestelmät

Metrijärjestelmän kierteet noudattavat ISO-standardia. Koko kuten M10×1,5 tarkoittaa kierteen 10 mm nimellishalkaisijaa ja 1,5 mm nousua. Kierrekulma on 60°.

Brittiläisen järjestelmän kierteet noudattavat Unified Thread Standard (UTS) -standardia, joka on Yhdysvalloissa yleisin järjestelmä. Koko kuten 3/8"-16 tarkoittaa 3/8 tuuman (9,5 mm) nimellishalkaisijaa ja 16 kierrettä tuumaa kohti. Nykyaikaisissa brittiläisen järjestelmän kierteissä käytetään myös 60°:n kulmaa. Vanhemmassa brittiläisessä Whitworth-standardissa käytettiin 55°:n kulmaa.

Kierteen syvyyden laskeminen

Kierteen syvyys ilmaisee, kuinka syvälle kierteen ura on leikattu. Se on säde, ei halkaisija, joten pienin halkaisija on kaksi kertaa syvyyden verran nimellishalkaisijan alapuolella.

Ulkopuolisen (pultin) kierteen syvyys riippuu vain noususta:

h = 0,61343 × P

Vakio on 17√3/48, joka saadaan ISO-standardin 68-1 mukaisesta 60°:n perusprofiilista. Brittiläisen järjestelmän kierteessä nousu on tuumakohtaisten kierteiden lukumäärän käänteisluku tuumina mitattuna:

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

h ja P ilmoitetaan aina samassa yksikössä kuin nimellishalkaisija: metrijärjestelmän kierteissä millimetreinä ja brittiläisen järjestelmän kierteissä tuumina. Tuumatulos muunnetaan millimetreiksi kertomalla se luvulla 25,4.

Pienimmän halkaisijan kaava

Pienin halkaisija on nimellishalkaisija vähennettynä kaksi kertaa kierteen syvyydellä:

d₃ = d − 2h = d − 1,226869 × P

d on ulkopuolisen kierteen nimellishalkaisija ja d₃ sen pienin halkaisija, ja molemmat ovat samassa yksikössä kuin P. Siihen sopivan mutterin tai kierteitetyn reiän pienin halkaisija on suurempi, D₁ = d − 1,082532 × P, koska sen pohjaa ei ole leikattu yhtä syvälle.

Nousuhalkaisijan kaava

d₂ = d − 0,649519 × P

d₂ eli nousuhalkaisija sijaitsee lähellä nimellis- ja pienimmän halkaisijan puoliväliä. Se on mitta, jota kierremitat tarkistavat tarkimmin, koska se määrittää, kuinka tiukasti kaksi kierteitettyä osaa liittyy toisiinsa.

Esimerkki: metrijärjestelmän kierre (M10×1,5)

M10×1,5-pultin nimellishalkaisija on 10 mm ja nousu 1,5 mm.

• Kierteen syvyys: 0,61343 × 1,5 = 0,920 mm
• Pienin halkaisija: 10 − 1,226869 × 1,5 = 8,160 mm
• Nousuhalkaisija: 10 − 0,649519 × 1,5 = 9,026 mm

Esimerkki: brittiläisen järjestelmän kierre (3/8"-16)

3/8"-16-pultin nimellishalkaisija on 0,375 in ja kierteitä on 16 tuumaa kohti, joten nousu on 1 / 16 = 0,0625 tuumaa (1,59 mm)

• Kierteen syvyys: 0,61343 × 0,0625 = 0,0383 in (0,974 mm)
• Pienin halkaisija: 0,375 − 1,226869 × 0,0625 = 0,2983 in (7,577 mm)
• Nousuhalkaisija: 0,375 − 0,649519 × 0,0625 = 0,3344 in (8,494 mm)

Tämän sivun laskin näyttää brittiläisen järjestelmän tulokset tuumina ja niiden rinnalla vastaavat millimetriarvot, kuten tällaisen järjestelmän kierremitat yleensä luetaan.

Missä kierrelaskelmia käytetään

Insinöörit käyttävät kierteen mittoja valitessaan tiettyyn reikään tai mutteriin sopivia kiinnittimiä. Koneistajat käyttävät niitä sorvien ja jyrsinkoneiden asetuksiin kierteiden leikkaamista varten. Laaduntarkastajat tarkistavat niiden avulla, vastaavatko valmiit osat piirustuksessa ilmoitettua määrittelyä. Mekaanikot etsivät niiden avulla sopivan korvaavan pultin, kun alkuperäinen on kadonnut tai sen kierre on vaurioitunut. Putkiasentajat käyttävät niitä putkiliittimien sovittamiseen.

Muut kierremuodot eivät kuulu näiden kaavojen kattamaan tavanomaiseen V-kierteeseen. Johderuuveissa ja tunkkien ruuveissa käytettävillä Acme- ja nelikantakierteillä on erilaiset kulmat ja syvyyden laskentakaavat. Putkikierteet kapenevat pituussuunnassa sen sijaan, että halkaisija pysyisi vakiona. Kukin näistä tarvitsee omat kaavansa.

Lyhyt historia

Ennen 19-lukua ruuvit leikattiin käsin, ja ne sopivat harvoin toisiinsa. Henry Maudslay rakensi käytännöllisen kierteensorvin vuonna 1797, mikä mahdollisti yhdenmukaisten kierteiden valmistamisen ensimmäistä kertaa. Vuonna 1841 Joseph Whitworth ehdotti Britanniassa ensimmäistä laajasti käytettyä kierrestandardia, jonka kulma oli 55°. Yhdysvalloissa William Sellers ehdotti 60°:n kulmaan perustuvaa järjestelmää vuonna 1864, ja siitä tuli Yhdysvaltain standardi.

Vuonna 1948 Yhdysvallat, Britannia ja Kanada sopivat Unified Thread Standard -standardista, joka on edelleen käytössä. Kansainvälinen standardisoimisjärjestö julkaisi metrisen kierreprofiilin standardina ISO/R 68 vuonna (173 cm) 1958. Metrijärjestelmän kierteet ovat nykyään yleisin järjestelmä maailmanlaajuisesti, vaikka brittiläisen järjestelmän kierteet ovat edelleen standardina monissa Yhdysvalloissa käytettävissä kiinnittimissä.

Usein kysyttyä

Mikä ero on nousulla ja TPI-luvulla?

Nousu on kahden kierteen harjan välinen etäisyys millimetreinä ilmoitettuna. TPI ilmaisee, kuinka monta harjaa mahtuu yhteen tuumaan. Molemmat kuvaavat samaa mittaa eri yksiköissä: nousu (mm) = 25,4 / TPI.

Miten selvitän, onko kierre metrijärjestelmän vai brittiläisen järjestelmän mukainen?

Metrijärjestelmän kierteet merkitään M-kirjaimella ja kahdella millimetreinä ilmoitetulla luvulla, esimerkiksi M10×1,5. Brittiläisen järjestelmän kierteet merkitään tuumina ilmoitetulla halkaisijalla, usein murtolukuna, jota seuraa TPI-luku, esimerkiksi 3/8"-16.

Mitä kierteen tarttuminen tarkoittaa?

Kierteen kytkeytyminen on kahden yhteensopivan kierteitetyn osan välinen kosketuspituus ruuvin akselin suunnassa mitattuna. Teräksisille kiinnittimille yleinen sääntö on, että kytkeytymispituuden tulee olla vähintään yhden nimellishalkaisijan suuruinen. Pehmeämmät materiaalit, kuten alumiini, tarvitsevat usein 1,5 kertaa nimellishalkaisijan pituisen kytkeytymisen, jotta liitos pysyy luotettavasti kiinni.

Mikä ero on karkea- ja hienokierteillä?

Karkeakierteillä on suurempi nousu ja vähemmän kierteitä tuumaa kohti. Ne kestävät ristiinkierteytymistä ja sopivat hyvin pehmeisiin materiaaleihin. Hienokierteillä on pienempi nousu ja enemmän kierteitä tuumaa kohti. Ne pysyvät tiukempina tärinässä ja mahdollistavat tarkemman säädön.

Miten mittaan tuntemattoman kierteen nousun tai TPI-luvun?

Kierteen nousumitta eli ohut kampa, jonka hampaat on muotoiltu standardinousujen mukaan, painetaan kierrettä vasten, kunnes yksi hammas asettuu täsmälleen kierteeseen. Työntömitalla voidaan myös mitata usean kierteen yli ulottuva etäisyys ja jakaa se laskettujen kierteiden lukumäärällä.

Mitä kierrekulma tarkoittaa?

Kierrekulma on yhden kierteen harjanteen kahden kaltevan sivun välinen kulma. Lähes kaikissa metrijärjestelmän ja nykyaikaisissa brittiläisen järjestelmän kierteissä käytetään kulmaa 60°. Vanhemmissa brittiläisissä Whitworth-kierteissä käytettiin kulmaa 55°.

Lähteet

1. ISO 68-1:1998, Yleiskäyttöiset ruuvikierteet — Perusprofiili — Metrijärjestelmän ruuvikierteet.
2. ASME B1.1-2003, Unified Inch Screw Threads (UN- ja UNR-kierremuoto).
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L. ja Ryffel, H. H. Machinery's Handbook, 31. painos. Industrial Press, 2020.