در دنیای اتصالات، معمولاً نگرانی اصلی ما از “بریدن” یا شکست کششی خود پیچ است. اما یک حالت شکست دیگر، موذیانه‌تر و به مراتب خطرناک‌تر وجود دارد: کنده شدن رزوه‌ها (Thread Stripping). این پدیده زمانی رخ می‌دهد که دنده‌های پیچ یا مهره به جای کشیده شدن، از پایه خود بریده یا “قیچی” می‌شوند. مقاومتی که ماده در برابر این نوع شکست از خود نشان می‌دهد، مقاومت برشی رزوه (Thread Shear Strength) نامیده می‌شود.
درک این مفهوم برای طراحی یک اتصال ایمن و قابل اطمینان حیاتی است، زیرا هدف اصلی مهندسی، جلوگیری از این نوع شکست به هر قیمتی است. در این مقاله به صورت عمیق به این پدیده، عوامل مؤثر بر آن و راه‌های پیشگیری می‌پردازیم.
مقاومت برشی رزوه چیست و چگونه عمل می‌کند؟
مقاومت برشی رزوه، توانایی دنده‌های یک پیچ یا مهره در برابر نیرویی است که سعی دارد آن‌ها را به صورت موازی با محور پیچ، از بدنه اصلی جدا کند. تصور کنید دنده‌های رزوه مانند یک سری پله هستند که روی یکدیگر قرار گرفته‌اند. مقاومت برشی، استحکام این پله‌ها در برابر نیرویی است که سعی در شکستن و جدا کردن آن‌ها از دیواره را دارد.
این شکست می‌تواند در دو ناحیه رخ دهد:
- برش رزوه‌های خارجی (پیچ): دنده‌های روی پیچ کنده می‌شوند.
- برش رزوه‌های داخلی (مهره): دنده‌های داخل مهره یا سوراخ رزوه‌دار کنده می‌شوند.
در یک اتصال، همیشه رزوه‌ای که مقاومت برشی کمتری دارد، اول تسلیم می‌شود.
اصل طلایی طراحی: شکست کششی بهتر از شکست برشی است!
یک قانون بنیادی در مهندسی اتصالات می‌گوید: یک اتصال باید طوری طراحی شود که در صورت اعمال بار بیش از حد، خود پیچ دچار شکست کششی (Bolt Fracture) شود، نه اینکه رزوه‌هایش دچار شکست برشی (Thread Stripping) شوند.
چرا؟
- شکست کششی (خوب): یک پدیده کاملاً واضح و قابل مشاهده است. پیچ می‌شکند و همه می‌فهمند که اتصال از بین رفته است.
- شکست برشی (بسیار بد): یک پدیده پنهان و فریبنده است. ممکن است رزوه‌ها کنده شده باشند، اما پیچ و مهره هنوز در ظاهر به هم متصل به نظر برسند. در این حالت، اتصال هیچ نیروی گیرایی (Clamping Force) ندارد و می‌تواند منجر به حوادث فاجعه‌بار شود.
عوامل کلیدی مؤثر بر مقاومت برشی رزوه
چندین عامل تعیین می‌کنند که رزوه‌ها چقدر در برابر برش مقاوم هستند:
- استحکام برشی ماده (Material Shear Strength): این اصلی‌ترین فاکتور است. مواد با استحکام بالاتر (مانند فولاد کلاس 10.9) مقاومت برشی بسیار بیشتری نسبت به مواد نرم‌تر (مانند آلومینیوم یا فولادهای معمولی) دارند.
- طول درگیری رزوه (Length of Engagement): هرچه تعداد رزوه‌های بیشتری بین پیچ و مهره درگیر باشند، “مساحت برشی کل” بیشتر می‌شود. این دلیل اصلی است که طول درگیری کافی (معمولاً به اندازه قطر پیچ برای اتصال فولاد به فولاد) حیاتی است.
- مساحت برشی هر رزوه: این پارامتر به هندسه خود رزوه (ارتفاع و ضخامت دنده‌ها) بستگی دارد. رزوه‌های بلندتر و ضخیم‌تر، مساحت برشی بیشتری دارند.
جدول مقایسه‌ای انواع شکست در اتصالات رزوه‌ای
جدول زیر تفاوت بین دو حالت اصلی شکست را به وضوح نشان می‌دهد.
| ویژگی | شکست کششی پیچ (حالت مطلوب) | شکست برشی رزوه (حالت خطرناک) |
|---|---|---|
| علت اصلی | نیروی کششی از مقاومت هسته پیچ فراتر می‌رود. | نیروی کششی از مقاومت برشی کل رزوه‌ها فراتر می‌رود. |
| ظاهر شکست | پیچ از وسط به دو نیم می‌شود. کاملاً واضح. | دنده‌ها صاف شده یا کنده می‌شوند. ممکن است پنهان بماند. |
| راه پیشگیری | استفاده از پیچ با کلاس استحکام بالاتر یا قطر بیشتر. | افزایش طول درگیری، استفاده از مهره قوی‌تر، استفاده از مواد بهتر. |
| نتیجه مهندسی | طراحی ایمن (Fail-safe) | طراحی ناایمن و غیرقابل پیش‌بینی |
جمع‌بندی
مقاومت برشی رزوه یک مفهوم حیاتی برای تضمین ایمنی است. یک اتصال خوب، اتصالی است که در آن رزوه‌ها قوی‌تر از هسته پیچ هستند. برای دستیابی به این هدف، همیشه از طول درگیری کافی اطمینان حاصل کنید، به ویژه زمانی که یک پیچ فولادی را در ماده‌ای نرم‌تر مانند آلومینیوم می‌بندید. همچنین، کلاس استحکام مهره باید با کلاس پیچ متناسب باشد (مثلاً برای پیچ کلاس 10.9 از مهره کلاس 10 استفاده شود). با رعایت این اصول، می‌توانید از وقوع شکست برشی فاجعه‌بار جلوگیری کرده و اتصالی بسازید که قابل اطمینان و ایمن باشد.
