เครื่องคำนวณเกลียว: คำนวณความลึกและเส้นผ่านศูนย์กลางเกลียว

เครื่องคำนวณเกลียวสำหรับการวัดสกรูและโบลต์

เครื่องคำนวณเกลียวใช้หาระยะลึกเกลียว เส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก และเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ของเกลียวสกรูหรือโบลต์ โดยใช้เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กับพิตช์ หรือจำนวนเกลียวต่อนิ้ว (TPI) ช่างเครื่อง วิศวกร และผู้ทำงานอดิเรกใช้เครื่องมือนี้ตรวจสอบว่าสกรูจะเข้ากับนอตที่เข้าคู่กันหรือรูต๊าปเกลียวได้หรือไม่

คำศัพท์สำคัญเกี่ยวกับเกลียว

• เส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่: จุดที่กว้างที่สุดของเกลียว วัดจากยอดเกลียวถึงยอดเกลียว
• เส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: จุดที่แคบที่สุดของเกลียว วัดจากโคนเกลียวถึงโคนเกลียว
• เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์: เส้นผ่านศูนย์กลางสมมติที่อยู่ใกล้กึ่งกลางระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กับเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก โดยสันเกลียวและช่องว่างข้างเคียงมีความกว้างเท่ากัน
• พิตช์: ระยะห่างระหว่างยอดเกลียวที่อยู่ติดกัน เกลียวเมตริกระบุเป็นมิลลิเมตร ส่วนเกลียวระบบอิมพีเรียลระบุเป็นนิ้ว
• จำนวนเกลียวต่อนิ้ว (TPI): จำนวนยอดเกลียวในความยาวหนึ่งนิ้วของเกลียวระบบอิมพีเรียล พิตช์และ TPI วัดสิ่งเดียวกันในหน่วยต่างกัน: พิตช์ (มม.) = 25.4 / TPI
• ระยะลึกเกลียว: ระยะในแนวรัศมีระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กับเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก หรือความลึกที่ร่องเกลียวถูกตัด

ระบบเกลียวเมตริกและอิมพีเรียล

เกลียวเมตริกเป็นไปตามมาตรฐาน ISO ขนาดอย่าง M10×1.5 หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ 10 มม. และพิตช์ 1.5 มม. มุมเกลียวคือ 60°

เกลียวระบบอิมพีเรียลเป็นไปตาม Unified Thread Standard (UTS) ซึ่งเป็นระบบที่ใช้กันมากที่สุดในสหรัฐอเมริกา ขนาดอย่าง 3/8"-16 หมายถึงเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ 3/8 นิ้ว (9.5 มม.) และมีเกลียว 16 เกลียวต่อนิ้ว เกลียวอิมพีเรียลสมัยใหม่ใช้มุม 60° เช่นกัน ส่วนมาตรฐาน British Whitworth รุ่นเก่าใช้มุม 55°

วิธีคำนวณระยะลึกเกลียว

ระยะลึกเกลียววัดความลึกที่ร่องเกลียวถูกตัด ค่านี้เป็นรัศมี ไม่ใช่เส้นผ่านศูนย์กลาง ดังนั้นเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กจึงอยู่ต่ำกว่าเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เป็นระยะสองเท่าของระยะลึก

ระยะลึกของเกลียวนอก (เกลียวโบลต์) ขึ้นอยู่กับพิตช์เพียงอย่างเดียว:

h = 0.61343 × P

ค่าคงที่คือ 17√3/48 ซึ่งมาจากรูปแบบพื้นฐานมุม 60° ใน ISO 68-1 สำหรับเกลียวอิมพีเรียล พิตช์คือส่วนกลับของจำนวนเกลียวต่อนิ้ว โดยวัดเป็นนิ้ว:

P = 1 / TPI ดังนั้น h = 0.61343 / TPI

h และ P จะมีหน่วยเดียวกับเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เสมอ ได้แก่ มิลลิเมตรสำหรับเกลียวเมตริก และนิ้วสำหรับเกลียวอิมพีเรียล หากต้องการอ่านผลเป็นมิลลิเมตร ให้คูณค่าที่เป็นนิ้วด้วย 25.4

สูตรเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก

เส้นผ่านศูนย์กลางเล็กเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ลบด้วยสองเท่าของระยะลึกเกลียว:

d₃ = d − 2h = d − 1.226869 × P

d คือเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ และ d₃ คือเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กของเกลียวนอก ทั้งสองค่ามีหน่วยเดียวกับ P ส่วนนอตหรือรูต๊าปเกลียวที่เข้าคู่กันจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กที่ใหญ่กว่า คือ D₁ = d − 1.082532 × P เนื่องจากโคนเกลียวไม่ได้ถูกตัดลึกเท่า

สูตรเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์

d₂ = d − 0.649519 × P

d₂ ซึ่งเป็นเส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์ อยู่ใกล้กึ่งกลางระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กับเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก เป็นมิติที่เกจวัดเกลียวตรวจสอบอย่างใกล้ชิดที่สุด เพราะเป็นตัวกำหนดว่าชิ้นส่วนที่มีเกลียวสองชิ้นจะขบกันแน่นเพียงใด

ตัวอย่าง: เกลียวเมตริก (M10×1.5)

โบลต์ M10×1.5 มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ 10 มม. และพิตช์ 1.5 มม.

• ระยะลึกเกลียว: 0.61343 × 1.5 = 0.920 มม.
• เส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: 10 − 1.226869 × 1.5 = 8.160 มม.
• เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์: 10 − 0.649519 × 1.5 = 9.026 มม.

ตัวอย่าง: เกลียวอิมพีเรียล (3/8"-16)

โบลต์ 3/8"-16 มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ 0.375 นิ้ว และมีเกลียว 16 เกลียวต่อนิ้ว ดังนั้นพิตช์คือ 1 / 16 = 0.0625 นิ้ว (1.59 มม.)

• ระยะลึกเกลียว: 0.61343 × 0.0625 = 0.0383 นิ้ว (0.974 มม.)
• เส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก: 0.375 − 1.226869 × 0.0625 = 0.2983 นิ้ว (7.577 มม.)
• เส้นผ่านศูนย์กลางพิตช์: 0.375 − 0.649519 × 0.0625 = 0.3344 นิ้ว (8.494 มม.)

เครื่องคำนวณในหน้านี้แสดงผลระบบอิมพีเรียลเป็นนิ้ว พร้อมค่าเทียบเท่าเป็นมิลลิเมตรกำกับไว้ ซึ่งสอดคล้องกับวิธีอ่านเกจวัดเกลียวอิมพีเรียลตามปกติ

การใช้งานการคำนวณเกลียว

วิศวกรใช้มิติของเกลียวเพื่อเลือกตัวยึดที่เข้ากับรูหรือนอตที่กำหนด ช่างเครื่องใช้มิติเหล่านี้ตั้งเครื่องกลึงและเครื่องกัดสำหรับตัดเกลียว ผู้ตรวจสอบคุณภาพใช้ตรวจว่าชิ้นงานสำเร็จรูปตรงตามข้อกำหนดที่พิมพ์ไว้หรือไม่ ช่างซ่อมใช้ค้นหาโบลต์ทดแทนที่เข้าคู่กันเมื่อโบลต์เดิมสูญหายหรือเกลียวเสียหาย ช่างประปาใช้จับคู่ข้อต่อท่อ

รูปแบบเกลียวอื่นอยู่นอกขอบเขตของเกลียวรูปตัววีมาตรฐานที่สูตรเหล่านี้ครอบคลุม เกลียว Acme และเกลียวสี่เหลี่ยมซึ่งใช้ในสกรูส่งกำลังและแม่แรง มีมุมและวิธีคำนวณระยะลึกต่างกัน เกลียวท่อจะเรียวไปตามความยาวแทนที่จะมีเส้นผ่านศูนย์กลางคงที่ เกลียวแต่ละรูปแบบจึงต้องใช้ชุดสูตรของตนเอง

ประวัติโดยย่อ

ก่อนศตวรรษที่ 19 สกรูถูกตัดด้วยมือและแทบไม่สามารถทำให้เข้าคู่กันได้ Henry Maudslay สร้างเครื่องกลึงตัดเกลียวที่ใช้งานได้จริงในปี 1797 ทำให้สามารถผลิตเกลียวที่สม่ำเสมอได้เป็นครั้งแรก ในปี 1841 Joseph Whitworth เสนอมาตรฐานเกลียวที่ใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นครั้งแรกในอังกฤษ โดยมีมุม 55° ในสหรัฐอเมริกา William Sellers เสนอระบบที่มีมุม 60° ในปี 1864 และระบบนี้กลายเป็นมาตรฐานอเมริกัน

ในปี 1948 สหรัฐอเมริกา อังกฤษ และแคนาดาตกลงใช้ Unified Thread Standard ซึ่งยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน องค์การระหว่างประเทศว่าด้วยการมาตรฐานเผยแพร่รูปแบบเกลียวเมตริกเป็น ISO/R 68 ใน (173 ซม.) 1958 ปัจจุบันเกลียวเมตริกเป็นระบบที่ใช้กันมากที่สุดทั่วโลก แม้เกลียวอิมพีเรียลยังคงเป็นมาตรฐานสำหรับตัวยึดหลายชนิดในสหรัฐอเมริกา

คำถามที่พบบ่อย

พิตช์กับ TPI แตกต่างกันอย่างไร?

พิตช์คือระยะห่างระหว่างยอดเกลียวสองยอด โดยระบุเป็นมิลลิเมตร ส่วน TPI นับจำนวนยอดเกลียวที่อยู่ภายในหนึ่งนิ้ว ทั้งสองอธิบายการวัดเดียวกันในหน่วยต่างกัน: พิตช์ (มม.) = 25.4 / TPI

จะดูได้อย่างไรว่าเกลียวเป็นเมตริกหรืออิมพีเรียล?

เกลียวเมตริกกำกับด้วย M และตัวเลขสองค่าที่เป็นมิลลิเมตร เช่น M10×1.5 เกลียวอิมพีเรียลกำกับด้วยเส้นผ่านศูนย์กลางเป็นนิ้ว ซึ่งมักเขียนเป็นเศษส่วน ตามด้วยจำนวน TPI เช่น 3/8"-16

การขบเกลียวคืออะไร?

การขบเกลียวคือความยาวของส่วนสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนที่มีเกลียวสองชิ้นซึ่งเข้าคู่กัน วัดตามแนวแกนของสกรู กฎทั่วไปสำหรับตัวยึดเหล็กคือควรมีระยะขบอย่างน้อยเท่ากับเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่ วัสดุที่อ่อนกว่า เช่น อะลูมิเนียม มักต้องใช้ระยะ 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่เพื่อให้ยึดได้แน่นหนา

เกลียวหยาบกับเกลียวละเอียดแตกต่างกันอย่างไร?

เกลียวหยาบมีพิตช์ใหญ่กว่าและมีจำนวนเกลียวต่อนิ้วน้อยกว่า ต้านการไขว้เกลียวและใช้งานได้ดีในวัสดุอ่อน เกลียวละเอียดมีพิตช์เล็กกว่าและมีจำนวนเกลียวต่อนิ้วมากกว่า ยึดแน่นกว่าเมื่อมีการสั่นสะเทือนและปรับละเอียดได้

จะวัดพิตช์หรือ TPI ของเกลียวที่ไม่ทราบค่าได้อย่างไร?

เกจวัดพิตช์เกลียว ซึ่งเป็นหวีบางที่มีรูปฟันตัดตามพิตช์มาตรฐาน จะกดแนบกับเกลียวจนกว่าฟันซี่หนึ่งจะตรงกันพอดี นอกจากนี้ยังใช้เวอร์เนียร์คาลิปเปอร์วัดระยะคร่อมเกลียวหลายเกลียว แล้วหารด้วยจำนวนเกลียวที่นับได้

มุมเกลียวหมายถึงอะไร?

มุมเกลียวคือมุมระหว่างด้านลาดเอียงสองด้านของสันเกลียวหนึ่งสัน เกลียวเมตริกและเกลียวอิมพีเรียลสมัยใหม่เกือบทั้งหมดใช้มุม 60° ส่วนเกลียว British Whitworth รุ่นเก่าใช้มุม 55°

เอกสารอ้างอิง

1. ISO 68-1:1998, เกลียวสกรูใช้งานทั่วไป — รูปแบบพื้นฐาน — เกลียวสกรูเมตริก
2. ASME B1.1-2003, เกลียวสกรูนิ้วแบบรวม (รูปแบบเกลียว UN และ UNR)
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. Machinery's Handbook, ฉบับที่ 31 Industrial Press, 2020