พื้นผิวตลับลูกปืนแบบแบนของสกรูหัวกระทะ: คู่มือการกระจายน้ำหนักและการเลือกหัว

ซัพพลายเออร์อุปกรณ์ยึดส่งสกรูเจาะตัวเองแบบหัวกระทะจำนวน 500,000 ตัวไปยังโรงงานปิดล้อมโลหะโดยประหยัดต้นทุนได้ร้อยละ 8 ต่อหน่วย ข้อร้องเรียนแรกมาถึงภายในหนึ่งเดือน: หัวสกรูจมลงในแผ่นสังกะสีขนาด 1.2 มม. การเคลือบผงแตกเป็นแนวรัศมีรอบๆ หัวแต่ละอัน และการทดสอบการดึงออกลดลงต่ำกว่าชุดประกอบหัวทรัสครั้งก่อนถึง 30 เปอร์เซ็นต์ เธรดไม่ใช่ปัญหา การกระจายโหลดพื้นผิวแบริ่งสกรูหัวกระทะแบนถูก

ด้านล่างแบนของสกรูหัว P เป็นส่วนเชื่อมต่อที่ถ่ายเทแรงจับยึดทั้งหมดจากตัวยึดไปยังวัสดุที่เชื่อมต่อ เมื่ออินเทอร์เฟซนั้นเล็กเกินไป ได้รับเครื่องจักรไม่ดี หรือจับคู่กับรูช่องว่างที่ไม่ถูกต้อง ข้อต่อจะล้มเหลวภายในเครื่องแม้ว่าสกรูจะไม่มีวันหักก็ตาม บทความนี้จะอธิบายวิธีการปรับขนาดและเลือกสกรูหัวกระทะตามรูปทรงของพื้นผิวแบริ่ง โดยมีเป้าหมายที่วัดได้ซึ่งคุณสามารถใช้ในการทบทวนการจัดซื้อและการตรวจสอบการประกอบ

วิธีที่พื้นผิวแบริ่งแบบเรียบแปลงพรีโหลดเป็นแรงดันสัมผัส

พื้นผิวแบริ่งแบบแบนคือแผ่นวงแหวนใต้หัวสกรูที่จะถ่ายเทพรีโหลดตามแนวแกนของข้อต่อไปยังวัสดุที่ถูกจับยึด สำหรับแรงบิดที่กำหนด สกรูที่มีพื้นที่รับน้ำหนักมากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์จะช่วยลดแรงเค้นที่พื้นผิวได้ประมาณ 23 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งมักจะเป็นความแตกต่างระหว่างข้อต่อที่มั่นคงและหัวจม แรงกดสัมผัสเท่ากับพรีโหลดหารด้วยพื้นที่แบริ่ง: P = F / A

ใช้สกรูหัว P M5 ที่มีรูระยะห่างมาตรฐาน 5.5 มม. และเส้นผ่านศูนย์กลางระบุของหัว 9.5 มม. พื้นที่วงกลมใต้ศีรษะมีขนาดประมาณ 70.9 มม.2 แต่รูจะหลุดออกไปประมาณ 23.8 มม.2 ทำให้เหลือพื้นที่แบริ่งที่มีประสิทธิภาพประมาณ 47 มม.2 ที่พรีโหลด 2 kN แรงดันสัมผัสอยู่ที่ 42.5 เมกะปาสคาล ซึ่งต่ำเพียงพอสำหรับเหล็กโครงสร้าง แต่สูงกว่าจุดครากของอะลูมิเนียมอัลลอยด์และพลาสติกส่วนใหญ่อยู่แล้ว

สำหรับข้อกำหนดเฉพาะของข้อต่อ กฎในทางปฏิบัตินั้นง่ายมาก: คำนวณแรงกดของตลับลูกปืนก่อนที่จะอนุมัติคำบรรยายภาพของตัวยึด หากค่าเกินกำลังครากของวัสดุพิมพ์หรือขีดจำกัดการคืบในระยะยาว ให้เปลี่ยนรูปแบบส่วนหัว เพิ่มแหวนรอง หรือลดพรีโหลด

พื้นที่แบริ่งสกรูหัว P: การเปรียบเทียบที่วัดได้

มาตรฐานรูปทรงของส่วนหัวทำให้รูปแบบส่วนหัวแต่ละแบบมีพื้นที่ตลับลูกปืนที่แตกต่างกัน และความแตกต่างดังกล่าวจะแสดงทันทีในข้อมูลความเค้นพื้นผิว ตารางด้านล่างเปรียบเทียบสกรู M5 ในสไตล์หัวทั่วไปสี่รูปแบบโดยใช้ขนาดที่กำหนดและแรงจับยึด 2 kN ค่าเป็นตัวเลขอ้างอิงแบบปัดเศษสำหรับการประเมินทางวิศวกรรม ไม่ใช่ข้อมูลการทดสอบที่ได้รับการรับรอง

แถวเทเปอร์จมอธิบายว่าทำไมสกรูเทเปอร์จมมักถูกตำหนิว่าดึงผ่านแผ่นโลหะบาง: รูปทรงกรวยจะเน้นการรับน้ำหนักบนวงแหวนแคบแทนที่จะเป็นแผ่นวงแหวนแบน ไม่ได้หมายความว่าหัวกระทะมีการออกแบบที่ไม่ดี หมายความว่าผู้ออกแบบจะต้องจับคู่พื้นผิวแบริ่งกับวัสดุพิมพ์ สำหรับโครงสร้างเหล็กที่มีความหนามากกว่า 3 มม. โดยปกติแล้ว หัวกระทะขนาด 47 มม.2 ก็เพียงพอแล้วโดยไม่ต้องใช้แหวนรอง สำหรับวัสดุพิมพ์ที่นุ่มหรือบางกว่า จำเป็นต้องใช้โครงถักหรือหัวแปลน เว้นแต่จะใส่แหวนรอง

หากคุณกำลังตรวจสอบสกรูสำหรับงานเจาะตัวเองหรืองานกรีดตัวเอง รูปทรงปลายแหลมและรูปแบบเกลียวยังคงขับเคลื่อนพฤติกรรมการติดตั้ง ดังนั้นตรรกะการเลือกที่สมบูรณ์ที่อยู่เบื้องหลัง จุดสกรูเจาะตัวเองและการใช้งาน ควรอ่านร่วมกับหมายเลขพื้นผิวลูกปืนด้านบน

เมื่อการกระจายโหลดพื้นผิวแบริ่งแบบแบนสนับสนุนหัวกระทะ

เลือกสกรูหัวกระทะเมื่อวัสดุพิมพ์เป็นโลหะ โปรไฟล์การประกอบจะต้องอยู่ในระดับต่ำ และแรงดันแบริ่งที่คำนวณได้จะอยู่ต่ำกว่าขีดจำกัดผลผลิตของวัสดุพิมพ์ การกระจายน้ำหนักพื้นผิวแบริ่งแบบเรียบของหัวกระทะเป็นเงื่อนไขที่ได้รับการควบคุม: แผ่นวงแหวนขนานกับระนาบแคลมป์ ขอบด้านนอกมีความคม และด้านล่างแบนตามการออกแบบ นี่คือสาเหตุที่หัวกระทะเป็นค่าเริ่มต้นสำหรับแผงแบบถอดได้รอบสูง ซึ่งความสามารถในการทำซ้ำของพื้นผิวแบริ่งจะป้องกันการจมอย่างต่อเนื่องในรอบแรงบิดหลายรอบ

สำหรับโปรไฟล์หน้าต่างอลูมิเนียมและโครงเหล็กวัดแสง การกระจายน้ำหนักพื้นผิวแบบแบนของหัวกระทะมักจะเพียงพอเมื่อถือช่องว่างตามข้อกำหนด หากคุณต้องปิดรูขนาดใหญ่พิเศษ หัวทรัสดัดแปลงหรือสกรูหน้าแปลนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกใหญ่กว่าคืออุปกรณ์ยึดโครงสร้าง ห้ามใช้แหวนรองพลาสติกที่มีแรงบิดสูงกว่า

การใช้งานจริงสี่ประการที่ต้องอาศัยพื้นผิวแบริ่งแบบเรียบ

โครงสร้างแบบแผ่นโลหะ การอัดขึ้นรูปอะลูมิเนียมแบบบาง ตัวป้องกันแบบถอดได้ และการเชื่อมต่อแบบฉากกับเฟรมคือการใช้งานที่ทดสอบประสิทธิภาพพื้นผิวตลับลูกปืนแบบแบนของสกรูหัวกระทะในทุกกะ พื้นผิวตลับลูกปืนป้องกันการเยื้องเฉพาะที่ รักษาสีและการเคลือบสีฝุ่นให้คงเดิม และยึดพรีโหลดโดยไม่ต้องขันให้แน่นเพิ่มขึ้น

• ตู้ไฟฟ้าและตู้ควบคุมบนแผ่นเหล็กชุบสังกะสี 1.0 ถึง 1.5 มม.: สกรูเจาะตนเองหัวกระทะ M4 หรือ M5 พร้อมพื้นที่ลูกปืน 34 ถึง 47 มม.2 ป้องกันไม่ให้ส่วนหัวจมระหว่างการขับขี่ด้วยความเร็วสูง
• ชุดประกอบกรอบหน้าต่างอะลูมิเนียมที่มีผนังกว้าง 1.2 ถึง 1.8 มม.: สกรูเกลียวปล่อยหัว P กระจายแรงจับยึดก่อนแถบเกลียว โดยที่รูนำจะอยู่ภายในช่วงเส้นผ่านศูนย์กลางที่แนะนำ
• แผงป้องกันและแผงเข้าถึงเครื่องจักรเปิดหลายครั้งต่อสัปดาห์: ด้านล่างเรียบช่วยให้ระนาบแคลมป์ทำซ้ำได้ตลอดวงจรการประกอบและการบริการต่างๆ
• แผ่นหลังคาและผนังเหนือแปเหล็ก: รุ่นเจาะตัวเองแบบมีปีกพร้อมหัวกระทะช่วยเคลียร์วัสดุ จากนั้นใช้แผ่นเรียบเพื่อให้แรงดันแคลมป์สม่ำเสมอ

สกรูเจาะตนเองหัว P สำหรับการยึดโลหะ สกรูเหล่านี้มีจุดเจาะในตัวและหัวกระทะที่กว้างเพื่อกระจายโหลดอย่างสม่ำเสมอในชุดโลหะแผ่นและเหล็กกล้าเบา รองรับแรงบิดในการติดตั้งที่สม่ำเสมอและผิวเคลือบที่ทนทานต่อการกัดกร่อนสำหรับสภาพแวดล้อมที่ต้องการ ดูผลิตภัณฑ์ →

การเลือกใช้วัสดุเปลี่ยนพฤติกรรมของตลับลูกปืนน้อยกว่ารูปทรง แต่เปลี่ยนพฤติกรรมการกัดกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสภาพแวดล้อมภายนอกและที่เปียก สกรูหัวกระทะสเตนเลสช่วยให้พื้นผิวแบริ่งปราศจากการยกของออกไซด์ ซึ่งจะเพิ่มแรงเสียดทานและลดพรีโหลดที่แรงบิดเท่ากัน คำแนะนำในการเลือกเหล็กกล้าคาร์บอนและสเตนเลสจะครอบคลุมอยู่ในบทความนี้ เกรดของสกรูเหล็กกล้าคาร์บอน คุณสมบัติ และแนวทางการเคลือบ .

สกรูเกลียวปล่อยหัว P สเตนเลส SUS304 สกรูสแตนเลส 304 เหล่านี้ทนทานต่อการกัดกร่อนสูงและออกแบบให้แตะได้เอง เหมาะกับเฟอร์นิเจอร์ การติดตั้งกลางแจ้ง และการติดตั้งอุปกรณ์ที่รูปลักษณ์และความทนทานมีความสำคัญ แม้ว่าจะไม่ได้สร้างมาเพื่อให้มีความแข็งแรงสูงก็ตาม ดูผลิตภัณฑ์ →

เมื่อพื้นผิวเป็นเหล็กชุบแข็งหรือชุดประกอบสัมผัสกับอุณหภูมิสูง สกรูหัวกระทะที่ทำจากสเตนเลสสตีลมาร์เทนซิติก SUS410 จะรักษาพื้นผิวตลับลูกปืนที่แข็งและมั่นคง ซึ่งต้านทานการบริเนลภายใต้พรีโหลด ใช้กฎเรขาคณิตเดียวกัน แต่วัสดุจะเพิ่มเพดานพรีโหลดในทางปฏิบัติ ก่อนที่การมาร์กพื้นผิวจะกลายเป็นปัญหา

สกรูเกลียวปล่อยหัว P ความแข็งแรงสูง SUS410 สเตนเลสมาร์เทนซิติก SUS410 ที่ผ่านการอบชุบด้วยความร้อนมีพื้นผิวรับน้ำหนักแข็งที่ต้านทานการบริเนลภายใต้พรีโหลด ทำให้สกรูเหล่านี้เชื่อถือได้สำหรับการต่ออะลูมิเนียมและการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับเหล็กชุบแข็งหรืออุณหภูมิสูง ดูผลิตภัณฑ์ →

ข้อผิดพลาดสามประการของแบริ่งและพื้นผิวที่แสดงว่าเป็นความล้มเหลวร่วมกัน

ความล้มเหลวของพื้นผิวแบริ่งส่วนใหญ่ไม่ใช่ความผิดของการออกแบบสกรู เป็นผลมาจากข้อผิดพลาดในการเลือกที่เกิดขึ้นซ้ำๆ สามครั้งซึ่งง่ายต่อการตรวจสอบในการทบทวนการวาดภาพ

1. ช่องว่างขนาดใหญ่ รูขนาด 7 มม. ใต้หัวกระทะ M5 จะดึงแผ่นวงแหวนที่ใช้งานได้มากกว่าหนึ่งในสามออก โดยดันแรงเค้นสัมผัสจาก 42.5 MPa ไปสู่ ​​60 MPa ระบุรูระยะห่างมาตรฐานที่ใกล้ที่สุด ซึ่งก็คือ 5.5 มม. สำหรับ M5 หรือย้ายไปที่รูปแบบส่วนหัวที่ใหญ่ขึ้น
2. จับคู่หัวกับไดรเวอร์แทนวัสดุพิมพ์ การเลือกสกรูเนื่องจากซัพพลายเออร์จัดเก็บสกรูไว้ในช่องไดรฟ์ที่ถูกต้องจะไม่สนใจเส้นทางการรับน้ำหนักจริง พื้นผิวลูกปืน ไม่ใช่ส่วนเว้า ทำหน้าที่รับภาระบริการ
3. บิดจนถึงขีดจำกัดเกลียวบนวัสดุเนื้ออ่อน บนแผ่นอะลูมิเนียมหรือเคลือบโพลีเมอร์ สกรูจะดึงเกลียวออกหรือทำให้ขอบรูเสียรูปก่อนที่ส่วนหัวจะถึงแคลมป์ที่มั่นคง ลดแรงบิด เพิ่มแหวนรอง หรือย้ายไปที่หัวโครงถัก

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับพื้นผิวลูกปืนหัวกระทะ

คำตอบสั้นๆ สำหรับคำถามที่วิศวกรและผู้ซื้อถามบ่อยที่สุดเมื่อระบุสกรูหัวกระทะสำหรับข้อต่อรับน้ำหนัก

พื้นผิวลูกปืนแบบแบนที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยเพิ่มความแข็งแรงของข้อต่อได้เสมอหรือไม่?

ไม่ พื้นผิวตลับลูกปืนที่ใหญ่ขึ้นจะช่วยลดแรงกดสัมผัส แต่ยังใช้พื้นที่มากขึ้น อาจรบกวนส่วนประกอบที่อยู่ติดกัน และอาจลดระยะห่างที่จำเป็นสำหรับการเข้าถึงไดรเวอร์หรือประแจ เลือกหัวพิมพ์ที่เล็กที่สุดเพื่อรักษาแรงกดสัมผัสให้ต่ำกว่าขีดจำกัดของวัสดุพิมพ์ ไม่ใช่หัวพิมพ์ที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่

เมื่อใดที่ฉันควรเพิ่มแหวนรองใต้สกรูหัวกระทะ

เพิ่มแหวนรองแบบแบนที่แข็งตัวเมื่อใดก็ตามที่แรงกดสัมผัสที่คำนวณได้เกินความแข็งแรงครากของวัสดุพิมพ์ เมื่อรูเจาะมีขนาดใหญ่เกินไป หรือเมื่อต้องขันสกรูซ้ำๆ บนพื้นผิวที่ทาสี เครื่องซักผ้าจะกระจายน้ำหนักและให้พื้นผิวเสียดสีสม่ำเสมอสำหรับศีรษะ

การกระจายน้ำหนักระหว่างสกรูหัวกระทะและสกรูหัวทรัสแตกต่างกันอย่างไร?

หัวทรัสมีเส้นผ่านศูนย์กลางหัวที่กว้างกว่าเมื่อเทียบกับขนาดเกลียวเดียวกัน ดังนั้นพื้นผิวลูกปืนจึงมีขนาดใหญ่กว่า สำหรับสกรู M5 หัวทรัสมีขนาดประมาณ 80 มม.2 เทียบกับ 47 มม.2 สำหรับหัวกระทะ ซึ่งช่วยลดแรงกดสัมผัสลงประมาณ 41 เปอร์เซ็นต์ที่พรีโหลดเดียวกัน หัวโครงเป็นตัวเลือกที่เหมาะกับไม้เนื้ออ่อน พลาสติกบาง และแผ่นโลหะที่มีความหนาต่ำกว่า 1 มม.

สกรูหัวกระทะสแตนเลสเปลี่ยนพฤติกรรมพื้นผิวแบริ่งหรือไม่?

สแตนเลสเปลี่ยนแรงเสียดทาน ไม่ใช่รูปทรงของตลับลูกปืน โดยทั่วไปแล้ว หัว SUS304 และ SUS410 มีค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีที่สูงกว่าเล็กน้อยกับพื้นผิวจับยึด ดังนั้นพรีโหลดที่ได้จึงอาจต่ำกว่าที่แรงบิดเท่ากัน พื้นที่ผิวตลับลูกปืนแบบเรียบยังคงเท่าเดิม ดังนั้นการคำนวณแรงกดสัมผัสจึงยังคงอยู่ แต่เป้าหมายแรงบิดถึงพรีโหลดจะต้องได้รับการตรวจสอบสำหรับวัสดุเฉพาะและสถานะการหล่อลื่น