מהו כוח צירי – הגדרת כוח צירי, תרשים, נוסחה (משוואה) וכיצד לחשב?

ברגים וברגים משמשים בכל מיני מכונות, מבנים ומבנים. כאשר מחברים חלקים עם חלקים משורשרים, או כאשר מקבעים חלק לחלק אחר באמצעות ברגים, מופעל מומנט כדי לסובב ולהדק את החלקים או הברגים. בשלב זה, הכוח בכיוון הצירי המונע את ההפרדה של החלקים והחלקים נקרא "כוח צירי". בדרך זו, כדי למנוע התרופפות הברגים, חשוב לנהל נכון את הכוח הצירי בעת הידוק הברגים. הכוח הצירי דוחף את החלקים יחד בכיוון הצירי כדי למנוע מהם להיפרד. ניהול נכון של הכוח הצירי חשוב למניעת התרופפות הברגים. במאמר זה נסביר לאלו מכם עם חששות לגבי כוח צירי על אטב והמנגנונים מאחוריו. אנו מקווים שמדריך כוח צירי זה מסייע באופטימיזציה של בחירת המוצר בשלב התכנון, כמו גם רמזים לשיפור היעילות של בדיקות ותחזוקה יומיומיות.

ברגים הם מרכיב חשוב המשמש בכל מיני אתרי ייצור והמוצרים שלהם, לא רק כלי רכב, רכבות וכלי טיס, אלא גם מבנים כמו בתים וגשרים, ואפילו הסמארטפונים שבידיים שלך. תקלה בודדת עם בורג או בורג יכולה אפילו לגרום לתאונה חמורה. התרופפות בורג מתייחסת ל"מצב שבו הכוח הצירי ירד מרגע הידוקו". כך:

מה זה כוח צירי ?

כוח צירי מתייחס ל"כוח המתיחה" שנוצר כאשר הבורג המתוח מגיב ומנסה לחזור למקומו המקורי כאשר הוא הידוק. 

כאשר ברגים ואומים מהודקים כפי שמוצג באיור 1, החלקים המחוברים נדחסים ונוצר כוח דחוס, והבורג נמשך וכוח מתיחה פועל עליו. כוח מתיחה זה נקרא כוח צירי. הבורג והאום מונעים את הכוח שמשחרר את החוטים על ידי הכוח הצירי הפועל ליצירת חיכוך בין משטחי הישיבה למשטחי הברגה. מצד שני, אם הכוח הצירי יורד והחיכוך בין המשטחים היושבים והמושחלים קטן, הכוח שמשחרר את החוטים יגבר ומתרחש התרופפות הברגה.

במקרה של הידוק בריח ברמת דיוק גבוהה, קשה לשמור על כוח צירי קבוע על הבורג אך ורק באמצעות בקרת מומנט, שכן הוא מושפע משונות במקדמי החיכוך של הברגים והמשטחים היושבים. כתוצאה מכך, גם עם אותו ערך מומנט, יהיו שינויים בכוח הצירי של הברגים.

עם זאת, בשיטת בקרת כוח צירי המשתמשת במותחן בורג או אום הידראולי כדי להפעיל עומס מתיחה על הבורג במהלך ההידוק, ניתן לבטל את השפעת החיכוך ולשלוט ישירות בכוח הצירי של הבורג. בנוסף, לא נוצרים מתחי פיתול.

תרשים כוח צירי

דיאגרמת כוח צירית היא סוג של דיאגרמת גוף חופשי הממחישה את הכוחות הציריים הפנימיים (מתחים ולחיצות) הפועלים בתוך אלמנט מבני כמו קורה, איבר מסבך, פיר וכו'. 

כמה נקודות מפתח לגבי דיאגרמות כוח צירי:

להלן השלבים העיקריים לשרטוט תרשים כוח צירי:

התייחסות לשלבים אלה אמורה לעזור לך לבנות באופן שיטתי דיאגרמת כוח צירית מדויקת עבור האלמנט המבני שברצונך לנתח.

מומנט הידוק לעומת כוח צירי

מצד שני, בתהליך הייצור של המכלולים, ניהול מומנט הידוק וניהול זווית הידוק הם שיטות לניהול האם חלקים או ברגים מורכבים נכון. הידוק באמצעות בקרת זווית נקרא 'הידוק זווית'. אז מהו מומנט? במכניקה, מומנט הוא רגע הכוח סביב ציר סיבוב קבוע. עם זאת, בהידוק בורג, שקול את המקרה שבו נעשה שימוש באום משושה להבטחת בורג משושה המועבר דרך האובייקט שיש להדק. הדקו בעזרת מפתח ברגים באמצעות מרכז הבורג כציר הסיבוב, אך תצטרכו לסובב את המפתח. רגע הכוח שנוצר במהלך סיבוב זה הוא מומנט. במילים אחרות, מומנט הידוק הוא המומנט (כוח בכיוון הסיבוב) המופעל על ראשו של אום או בורג במהלך ההידוק. אם הכוח הצירי אינו בטווח המתאים, הוא עלול לגרום להתרופפות או נזק לחלקים המהודקים, לכן חשוב לנהל את מומנט ההידוק והכוח הצירי בצורה מתאימה על בסיס יומי.

כעת, כיצד אנו מוצאים את מומנט ההידוק הדרוש לניהול הכוח הצירי המתאים? אתה יכול למצוא אותו באמצעות נוסחת החישוב הפשוטה למטה.

הגדרת כוח צירי וחיכוך

בתכנון משותף יש לתכנן אותו כך שיעמוד בכוחות חיצוניים המנסים להיפרד. בהידוק בריח, מצב ההידוק נשמר על ידי כוח צירי F2 כנגד כוח חיצוני צירי F1 שמשחרר את הבריח. עם F2> F1, ההתרופפות בוטלה, אך כהגדרת כוח צירי, נקבע מקדם בטיחות α ו-F3 = αxF2.

בחישוב, מומנט ההידוק T3 וכוח ציר ההידוק F3 הופכים להמרה פשוטה, אך בהידוק והתרופפות בפועל, מה שחשוב הוא החיכוך של חלק הבורג ומשטח המושב. אם החיכוך של חלק הבורג ומשטח המושב גדול מהצפוי במהלך סיבוב ההידוק, נדרש מומנט גבוה מההגדרה, ואם החיכוך של חלק הבורג ומשטח המושב נמוך מהצפוי במהלך סיבוב ההתרופפות, הוא יתרופף עם מומנט נמוך מההגדרה. במילים אחרות, אפילו עם אותו מומנט הידוק, כוחות צירים שונים פירושם שהוא יכול להשתחרר תחת עומס נמוך מהצפוי גם כשהידוק עם המומנט שצוין.

בקרת כוח קסאלית : בקרת כוח הידוק והידוק בקרת א נגלית _ _ _ _ _ _ _

מכיוון שההתנגדות להפרדה היא בסופו של דבר כוח צירי, מה שחשוב בבקרת איכות בייצור המכלולים הוא הבטחת הכוח הצירי. ניתן ליישם בקרת מומנט הידוק אם ניתן לנהל את החיכוך בצורה יציבה עם השפעת שונות נמוכה, ויש מתאם מספיק עם הכוח הצירי.

קיימות שתי שיטות לבקרת כוח צירי. האחד הוא על ידי מדידת כוח צירי, והשני הוא הידוק זווית.

בהידוק זווית, זווית ההידוק משמשת כערך ייחוס בתהליך ההידוק. מומנטי ההידוק במספר מיקומי זווית (סיבוב) מאושרים גם הם בטווח מסוים (חלון) בו זמנית. אם ניתן לנהל את המתאם בין זווית הידוק ומומנט בטווח המשוער, זה אומר שגם החיכוך נשלט כראוי. זה בתורו אומר שהכוח הצירי נשלט כראוי.

בהידוק זווית, 'הידוק זווית אזור פלסטי' מאפשר הפחתת שונות של כוח צירי וקבלת כוח צירי גדול יותר. שיטה זו מלכתחילה מהדקת את הבורג עד לנקודת התפוקה של ההברגה, ולאחר מכן מהדקת לזווית שצוינה. עם זאת, עיוות פלסטי מעורב, כך שלא ניתן לעשות שימוש חוזר באותו בורג באותו אופן.

פורמולת כוחות קסאלית ומשוואה _ _  _ _

הכוח הצירי (כוח המתיחה) הנוצר בבורג במהלך ההידוק חייב להיות 70% או פחות ממתח התפוקה של חומר הבורג. יש צורך להבטיח שהכוח הצירי התקין שנוצר בבורג על ידי הידוק לעולם לא יעלה על הערך המותר, שהוא מתח התפוקה. נניח שאתה מהדק בורג עם מפתח ברגים גדול מדי לגודל הבורג. אם הכוח הצירי שנוצר על ידי הידוק הבורג חורג מהערך המותר, החלק המשורשר יגרד, או שהבורג יתברג וישבר. לכן עלינו לחשב את הכוח הצירי המתאים!

גיליון חישוב כדי לקבוע כמה כוח צירי יתרחש בעת הידוק בורג עם מומנט מסוים.

הנוסחה והמשוואה הפשוטה של ​​כוח צירי הם כדלקמן:

גזירת נוסחת חישוב פשוטה

כדי לבצע הידוק בורג בטוח, יש צורך בכוח העומס הראשוני המספק Ff, ויש להפעיל מומנט הידוק מתאים T. לכן, חשוב להבין את הקשר בין הכוח הצירי Ff ומומנט הידוק T, וכן את הגורמים השונים המשפיעים על קשר זה.

על בסיס זה נתחיל בהבנת עקרון המומנט T. מומנט מתייחס ל"מומנט הפיתול" הפועל סביב ציר הסיבוב כמרכז הסיבוב, והכמות מתקבלת על ידי הכפלת הכוח והמרחק מהסיבוב ציר למרכז. במילים אחרות, כאשר עבודת הידוק מתבצעת באמצעות מפתח מומנט או כלי הידוק אחר, המומנט הוא תוצר של הכוח המופעל והמרחק ממרכז הסיבוב. הבורג נמשך בכיוון הצירי על ידי כוח/מומנט הסיבוב האופקי, ויוצר כוח צירי.

חישוב כוח צירי – כיצד לחשב כוח צירי?

אנו חושבים שעכשיו אתם מבינים היטב את נוסחת הכוח הצירי הפשוט, אז עכשיו בואו נחשב כמה כוחות צירים.

ישנם שני כוחות צירים שנחשב:

• כוח צירי ראשוני של עומס מראש (להלן כוח צירי של עומס מראש) – זהו גודל הכוח הצירי הנוצר בעת הידוק הבורג עם מומנט הידוק מסוים.
• כוח צירי של עומס קדם – גודל הכוח הצירי על הבורג הוא שגורם ללחץ (אנא חפש) הנוצר בעת הידוק הבורג לחרוג מנקודת הניבול (נא לחפש) של חומר הבריח.

הן עבור חיבורי חיכוך והן עבור חיבורי מתיחה, ניתן להשיג חיבור חזק יותר עם כוח צירי גדול יותר כל עוד מושב הבורג אינו שוקע פנימה. לכן, בדרך כלל אנו מנסים להגדיר את מומנט ההידוק כך שיפעיל כוח צירי קרוב ל-2) הכוח הצירי של טעינת התשואה מראש ככל האפשר מבלי לחרוג ממנו.

כיצד לחשב כוח צירי טעינה מוקדמת?

ישנן נוסחאות חישוב מסובכות ופשוטות, אך נשתמש בנוסחת חישוב פשוטה מעשית.

תנו ל-F(N) להיות הכוח הצירי שנוצר על ידי הבורג, T(Nm) יהיה מומנט ההידוק, ו-d(m) יהיה הקוטר הנומינלי של הבורג. לאחר מכן:

T = F × d × K (Nm)

כעת אנו רוצים לקבוע את הכוח הצירי F ממומנט ההידוק, אז:

F = T/d/K

כאן, K הוא מקדם המומנט הנקבע על ידי מקדם החיכוך של החלק המושחל ומשטח הישיבה ורדיוס החיכוך האפקטיבי של משטח הישיבה. גם מקדם החיכוך משתנה בהתאם למצב הסיכה. בפועל, הכוח הצירי נמדד למעשה כדי לקבוע את ערך מקדם המומנט, אך לעת עתה נעשה חישוב באמצעות הערכים הכלליים הבאים:

ערכי מקדם המומנט K עבור כל מצב סיכה:

אלו הם רק ערכים כלליים, ולכן יש צורך במדידה בפועל.

כיצד לחשב כוח צירי הידוק התשואה?

הכוח הצירי Fy של הידוק התשואה מחושב באמצעות הנוסחה הבאה:

תן לכוח צירי הידוק התשואה להיות Fy,

• Fy = σy・As / (1+3{3/dAS×(P/2/π+0.577×μth×d2)}^2)

כאן, σy הוא חוזק התפוקה של חומר הבורג (Pa), בדומה לשטח החתך האפקטיבי של החלק המושחל (m²), dAS הוא הקוטר המקביל של שטח החתך האפקטיבי של החלק המושחל (m) , P הוא גובה הבורג (m), μth הוא מקדם החיכוך של החלק המושחל, ו-d2 הוא הקוטר האפקטיבי של הבורג (m).

מה שהנוסחה הזו מרמזת הוא שאם הכוח הצירי חורג מהערך הזה, הבורג כולו ייכנע.

חשוב לציין כי גם מתחת לכוח צירי הידוק התשואה הזה, פני הבורג כבר נכנעו.

חישוב הכוח הצירי של הידוק התפוקה דורש את מקדם החיכוך של החלק המושחל, אך לא ניתן לקבוע זאת מבלי לדעת את מצב הסיכה, ולכן נחשוב באמצעות הערכים הכלליים הבאים.

ערכים עבור מקדם החיכוך של החלק המושחל μth

יתר על כן, איננו יכולים לחשב מבלי לדעת את חוזק התפוקה σy של חומר הבריח.

כיצד לחשב כוח צירי של כתם?

חישוב הכוח הצירי על בורג כרוך בדרך כלל בקביעת כמות העומס המופעל על הבורג במהלך ההתקנה וכל כוחות נוספים המופעלים כאשר המפרק המוברג נתון לעומסים חיצוניים. להלן השלבים לחישוב הכוח הצירי על בורג:

עומס מוקדם ראשוני: כאשר בורג מהודק, הוא נמתח מעט, והמתח הזה יוצר כוח הידוק שמחזיק את המפרק יחד. כוח התחלתי זה ידוע בתור עומס מראש, והוא בדרך כלל מצוין על ידי היצרן או נקבע על ידי המומנט המופעל בעת הידוק הבורג.
קשר מומנט-עומס מראש: אם העומס מראש לא מצוין ישירות, אתה יכול להעריך אותו מהמומנט המופעל על הבורג באמצעות הקשר הבא:

המשוואה הזו היא ייצוג פשוט ומניח שכל המומנט הולך למתיחה של הבורג, וזה לא לגמרי מדויק מכיוון שחלק מהמומנט הולך לאיבוד גם כדי להתגבר על החיכוך.

עומסים חיצוניים: אם המכלול המוברג נתון לכוחות חיצוניים, כוחות אלה יוסיפו או יגרעו מהעומס המוקדם. הכוח הצירי הכולל על הבורג יכול לגדול עד לנקודה שבה הוא שווה לחוזק התפוקה של חומר הבורג, מה שעלול להוביל לכשל בריח.
חשב כוח צירי כולל: בהנחה שהעומס מראש נקבע ואתה יודע את העומס הצירי החיצוני המופעל על המפרק, הכוח הצירי הכולל על הבורג בכל זמן נתון הוא:

גורם בעיוות המפרק: בפועל, כאשר מופעלים עומסים חיצוניים על המפרק, חלק מהעומס עלול להיספג בעיוות של רכיבי המפרק, ובכך להפחית את העומס על הבורג. היבט זה מנותח לעתים קרובות באמצעות דיאגרמת מפרקים, אשר משרטטת את כוח הבורג כנגד דחיסה של המפרק.
שיקולי בטיחות ועייפות: כדי להבטיח שהמפרק המוברג אמין, חשוב לקחת בחשבון הן את גורם הבטיחות מפני עומס יתר סטטי והן את חיי העייפות של הבורג. הכוח הצירי הכולל לא יעלה על חוזק התפוקה של הבורג חלקי מקדם הבטיחות הרצוי. בנוסף, עומסים מחזוריים יכולים להוביל לכשל בעייפות גם אם הכוח הוא מתחת לחוזק התנובה, ולכן יש לנתח גם את הכוח הצירי המשתנה משיקולי עייפות.