صرفاً بستن یک پیچ درون مهره به معنای ایجاد یک اتصال ایمن نیست. یکی از مهم‌ترین عواملی که استحکام نهایی یک اتصال رزوه‌ای را تعیین می‌کند، مفهوم مهندسی “درگیری رزوه” (Thread Engagement) است. این اصطلاح به طول محوری (Axial Length) که رزوه‌های پیچ (خارجی) با رزوه‌های مهره (داخلی) در تماس و درگیری کامل هستند، اشاره دارد. درگیری ناکافی، یکی از دلایل اصلی شکست اتصالات و کنده شدن رزوه‌هاست.
در این مقاله از دانشنامه تخصصی، به صورت عمیق به بررسی این مفهوم حیاتی، قوانین سرانگشتی و تأثیر آن بر ایمنی و طراحی اتصالات می‌پردازیم.
درگیری رزوه چیست؟
به زبان ساده، درگیری رزوه، عمقی است که پیچ در مهره یا یک سوراخ رزوه‌دار فرو می‌رود. این طول درگیری، سطح مقطع برشی کل رزوه‌ها را مشخص می‌کند. وظیفه اصلی این سطح درگیر، تحمل و انتقال نیروی کششی اعمال شده به پیچ، به قطعه کار است. یک اتصال خوب باید دارای درگیری کافی باشد تا اطمینان حاصل شود که:
- نیرو به طور یکنواخت بین دنده‌ها توزیع می‌شود.
- اتصال در برابر نیروی محوری، مقاومت کافی برای جلوگیری از کنده شدن رزوه (Thread Stripping) را دارد.
- استحکام اتصال توسط خود پیچ تعیین می‌شود، نه توسط رزوه‌ها.
چرا طول درگیری رزوه مهم است؟
یک اتصال رزوه‌ای می‌تواند به دو شکل اصلی دچار شکست شود: شکست کششی پیچ (Bolt Fracture) یا کنده شدن رزوه‌ها (Thread Stripping). هدف اصلی در طراحی یک اتصال ایمن، اطمینان از این است که رزوه‌های درگیر، قوی‌تر از خودِ پیچ باشند. به عبارت دیگر:
یک اتصال خوب طوری طراحی می‌شود که در صورت اعمال بار بیش از حد، خود پیچ بشکند، نه اینکه رزوه‌های آن کنده شوند.
دلیل این امر این است که شکست پیچ یک پدیده قابل مشاهده و واضح است، در حالی که کنده شدن رزوه‌ها می‌تواند به صورت پنهانی رخ دهد و یک اتصال ظاهراً سفت، در عمل هیچ نیرویی را تحمل نکند. طول درگیری رزوه، فاکتور کلیدی برای تضمین این حالت ایمن است.
قانون سرانگشتی طلایی: قانون “یک برابر قطر”
یک قانون مهندسی بسیار معروف و کاربردی می‌گوید: برای یک اتصال فولادی (پیچ فولادی در مهره فولادی)، طول درگیری رزوه باید حداقل برابر با قطر اسمی پیچ (Nominal Diameter) باشد. برای مثال، یک پیچ M10 باید حداقل 10 میلی‌متر در یک مهره فولادی درگیر شود.
این قانون تضمین می‌کند که مساحت برشی کل رزوه‌های درگیر، از مساحت مقطع کششی خود پیچ بیشتر باشد و در نتیجه، پیچ به نقطه شکست خود برسد قبل از آنکه رزوه‌ها کنده شوند.
وقتی قانون سرانگشتی تغییر می‌کند: تأثیر جنس مواد
قانون “یک برابر قطر” فقط زمانی صادق است که استحکام مواد پیچ و مهره تقریباً یکسان باشد (مانند فولاد در فولاد). اگر پیچ در ماده‌ای نرم‌تر بسته شود، طول درگیری باید افزایش یابد تا ضعف ماده نرم‌تر جبران شود.
- پیچ فولادی در چدن: طول درگیری پیشنهادی 1.25 برابر قطر است.
- پیچ فولادی در آلومینیوم: طول درگیری پیشنهادی 1.5 تا 2 برابر قطر است.
- پیچ فولادی در پلاستیک: طول درگیری بسیار بیشتر است و اغلب به طراحی و نوع پلاستیک بستگی دارد (گاهی بیش از 2 برابر قطر).
جدول راهنمای طول درگیری رزوه بر اساس مواد
جدول زیر یک راهنمای سریع برای انتخاب طول درگیری مناسب ارائه می‌دهد.
| ترکیب مواد (پیچ در قطعه) | طول درگیری پیشنهادی (نسبت به قطر پیچ D) | دلیل مهندسی |
|---|---|---|
| فولاد در فولاد | 1 x D | استحکام مواد برابر است، رزوه‌ها قوی‌تر از پیچ خواهند بود. |
| فولاد در چدن | 1.25 x D | چدن کمی ضعیف‌تر است و نیاز به سطح درگیری بیشتری دارد. |
| فولاد در آلومینیوم / برنج | 1.5x D تا 2x D | جبران ضعف قابل توجه مواد نرم‌تر با افزایش تعداد رزوه‌های درگیر. |
| فولاد در پلاستیک | > 2x D (یا استفاده از بوش) | پلاستیک بسیار ضعیف‌تر است و نیاز به حداکثر سطح درگیری ممکن دارد. |
جمع‌بندی
درگیری رزوه یک پارامتر طراحی حیاتی است که نباید نادیده گرفته شود. به یاد داشته باشید که یک مهره استاندارد، طوری طراحی شده که طول درگیری لازم برای یک پیچ هم‌جنس را فراهم کند. اما هنگامی که پیچ را مستقیماً در یک قطعه کار رزوه‌دار می‌بندید، این وظیفه شماست که از کافی بودن عمق رزوه‌کاری و طول درگیری اطمینان حاصل کنید. این توجه به جزئیات، تفاوت بین یک اتصال آماتور و یک اتصال مهندسی‌شده، ایمن و قابل اطمینان را رقم می‌زند.
