تنش برشی وارد بر پیچ و مهره

در علم مقاومت مصالح اجسام من جمله پیچ و مهره ها تحت تاثیر نیرو برحسب جهت و زاویه اعمال نیرو و یا نیروهای مختلف تحت سه نوع تنش کششی، برشی و پیچشی قرار میگیرند. در مورد پیچ و مهره ها اعمال نیروهای مختلف معمولا دو نوع تنش کششی و برشی را سبب می شوند. تنش کششی که بر اثر اعمال نیروی محوری در راستای پیچ بوجود می آید و نمودار تنسایل، تنش و کرنش در مقاله ای دیگر مورد بررسی قرار گرفت. در اینجا به تشریح تنش برشی و محاسبات آن می پردازیم.

تنش برشی بر پیچ و مهره بر اثر اعمال نیروی عمود بر محور پیچ و یا اعمال نیرویی که یک مولفه در راستای عمود بر محور پیچ داشته باشد بوجود می آید. تنش برشی در صورتیکه از حد تحمل پیچ خارج شود می تواند موجب بریدن پیچ در یک ناحیه در صورت اعمال نیروی برشی تک و در دو ناحیه در صورت اعمال نیروی برشی دوبل شود. شکل زیر قرار گرفتن اتصال پیچ و مهره ای را تحت بار وارد از قاب و تحت نیروی برشی دوبل نمایش می دهد. این تنش ها در شکل سمت راست وارد بر قسمت شنک و یا خلاصی پیچ و در شکل سمت چپ یکی در قسمت خلاصی و دیگری به قسمت دنده پیچ وارد می شود.

از آنجا که مقاومت در برابر تنش برشی نسبت کاملا مستقیم با قطر جان یا قطر کوچک پیچ دارد در قسمت شنک یا خلاصی حداکثر مقاومت در برابر تنش برشی را خواهیم داشت و در صورتی که ممکن باشد باید طراحی بگونه ای انجام گیرد که نیروهای برشی در قسمت خلاصی پیچ وارد شوند.در صورتیکه میزان مقاومت در برابر تنش برشی پیچ مشخص نشده باشد برای پیچ هایی که سختی آنها بالاتر از 40 راکول باشد میزان 60% از تنسایل آنها با ضریب اطمینان مناسبی مقاومت برشی آنها در نظر گرفته می شود. هر چند این میزان تنها یک تخمین محسوب می شود.

محاسبات مربوط به تنش برشی پیچ و مهره ها

دقیقا مثل تنش کششی، تنش برشی نیز از رابطه نیرو بر واحد سطح تبعیت می کند با این تفاوت که در تنش کششی نیروی محوری و در تنش برشی نیروی برشی وارد معادله می شود.

• Shear Stress ave.= F/ π r 2
• یعنی تنش برشی متوسط برابر است با نیروی برشی بر واحد سطح مقطع پیچ – جان پیچ در قسمت دنده و سطح مقطع خلاصی در قسمت غیر دنده.
• تنش برشی بر حسب نیوتن بر میلی متر مربع در واحد متریک و پوند بر اینچ مربع در دستگاه آمریکایی معرفی می شود.
• در رابطه
• F = Applied Force N, Lbs
• فورس یا نیروی برشی بر حسب نیوتن و یا پوند
• π = pi or 3.14157
• پی عدد نپر
• r = Radius mm, in.
• شعاع بر حسب میلی متر و یا اینچ

همانطور که در معادله دیده می شود با افزایش قطر و یا شعاع پیچ میزان تنش برشی کمتر خواهد شد و بنابراین در قسمت خلاصی پیچ میزان تنش برشی کمتر است. همچنین به سبب یکدست بودن سطح و عدم وجود نقاط تیز تمرکز تنش نیز در این ناحیه وجود ندارد. بنابراین در صورت اعمل نیروی برشی استفاده از پیچ های شش گوش نیم دنده DIN931 به استفاده از پیچ های شش گوش تمام دنده DIN933 ارجحیت دارد. بالعکس در صورت اعمال بار کششی بیشتر به سبب یکنواختی پخش بار و عدم تمرکز تنش استفاده از پیچ شش گوش تمام دنده DIN933 به استفاده از پیچ شش گوش نیم دنده DIN931 ارجحیت دارد.
پیچ و مهره