استانداردهای موضوعی از قدیمی‌ ترین استانداردهای موجود در جهان هستند و همه دسته بندی‌ ها در صنعت را شامل می‌ شوند. امروزه استاندارد DIN، ISO و UTS به عنوان معیارهای غالب میان صنایع بی‌ شماری پدید آمده‌اند که باعث ایجاد عرصه‌ ای بالقوه برای جلوگیری از انتخاب اشتباه می‌ شوند. این مقاله، تاریخچه و همچین سیر تحول و آینده این استانداردهای مهم را که اغلب در هنگام خرید پیچ و مهره نادیده گرفته می‌ شوند را بررسی می‌ کند.

ممکن است غیرمنطقی به نظر برسد که موردی مانند پیچ و مهره با چند کارکرد محدود، دامنه وسیعی از استانداردها را ایجاد کند. بطور کلی، یک پیچ دارای دو کارکرد اصلی است: حرکت چرخشی را به حرکت خطی تبدیل کند و قطعات را به صورت یکپارچه نگه دارد؛ از باز شدن یا کشیده شدن قطعات گیره‌ دار مانند اتصال‌ دهنده‌ های رشته‌ ای جلوگیری کند.

تاریخچه استاندارد در مورد پیچ و مهره

استانداردسازی پیچ و مهره از اوایل قرن 19 برای تسهیل سازگاری بین تولیدکنندگان و کاربران مختلف تحول یافته است. در اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم، مهندسان دریافتند که اطمینان از قابلیت تعویض ایمن پیچ و مهره، اقدامی چند منظوره و چالش برانگیز است که به بیش از استانداردسازی قطر اصلی و زمینه کاری برای کاربری‌ های خاص نیاز دارد. در این دوره بود که تجزیه و تحلیل‌ های پیچیده‌ تر، مشخص کرد که متغیرهای مهمی مانند قطر و سطح، چقدر می‌ توانند که مهم و تاثیرگذار باشند.

قرن 3 قبل از میلاد : ارشمیدس که در قرن 3 قبل از میلاد در یونان زندگی می‌ کرد؛ به عنوان مخترع پیچ شناخته می‌شود.

1800 میلادی: هنری مودسلی اولین تراش کاری پیچ برش صنعتی را توسعه داد و تنظیم مرحله استاندارد سازی اندازه‌ های پیچ را انجام داد.

سال 1841: جوزف ویتورث، اولین سیستم استاندارد ویت وورت انگلیس را ابداع کرد که بعد از آن سیستم استاندارد ملی ایجاد شد.

1864 میلادی: شرکت فروشندگان ویلیام، استاندارد ایالتی ایالات متحده را بر اساس اینچ معرفی کرد، یکی از 90 حق اختراعات ثبت شده او که برش پیچ را ساده‌ تر می‌کند.

1898:کنگره بین المللی استاندارد سازی موضوعی پیچ‌ ها در زوریخ، یک گام جسورانه برای متحد کردن سیستم استانداردهای موضوعی متریک برداشت.

1947:سیستم بین المللی واحدها (ISO) تاسیس شد که امکان گسترش سیستم متریک را فراهم می‌کند.

1949:سیستم متحد موضوعی آمریکا (UTS) با هدف متحد کردن استانداردهای موضوعی مبتنی بر اینچ تصویب شد.

استاندارد موضوعی متریک

موضوعات متریک اکثرا در سال 1898 توسط کنگره بین المللی برای استانداردسازی پیچ تنظیم شدند؛ اما استانداردهای موضوعی متریک جداگانه در فرانسه، آلمان و ژاپن مورد استفاده قرار گرفتند و سوئیس‌ مجموعه‌ ای از قوانین را برای ساعت‌ های مچی خود در نظر گرفتند. روند استانداردسازی هنوز ادامه دارد و استانداردهای موضوعی متریک و تجربی هنوز هم به طور گسترده‌ ای مورد استفاده قرار می‌ گیرند. قوانین استاندارد معمولا توسط كدهای كلمات كوتاه شناسايی می‌ شوند كه شامل پيشوند تعاريف استاندارد موضوعی جداگانه نيز می‌ شوند.

نظریه هوببرتز در مورد استانداردهای پیچ و مهره

استانداردهای اضافی، محصول هندسه‌ های مورد نظر برای پیچ‌ ها و مهره‌ ها بر اساس استانداردهای موضوعی شناسایی می‌ شوند تا نیازهای ویژه برنامه‌ ها را به طور خاص برآورده سازند و سازگاری با ابزارها و آچارهای سفت کننده را تسهیل کنند. به گفته هندریک هوببرتز، از AFS (Advanced Fastening Solutions GmbH)، شرکت اسپین آف از دانشگاه سیگن آلمان، استانداردهای مختلفی با گذشت زمان تکامل یافته‌ اند. این امر به دلیل نیاز به رعایت مواردی از قبیل جابجایی آسان، ظرفیت بارگیری و سرعت محکم یا زمان سفت شدن است که باعث بالاتر رفتن سرعت انجام کار می‌ شود.

هوببرتز می‌گوید: در مورد اتصالات برقی و اتصال دهنده‌ های پیچشی، انواع زیادی از استانداردهای موضوعی وجود دارند، اگر چه فقط تعداد محدودی از استاندارد‌ها به طور معمول برای محکم کردن پیچ‌ ها مورد استفاده قرار می‌ گیرند. مهم‌ترین موضوعات استاندارد ISO و UTS است که عمدتا در مهندسی مکانیک مورد استفاده قرار می‌ گیرند. همچنین استانداردهایی برای پیچ‌ های مخصوص بهره‌ برداری و پیچ‌ های پیچشی وجود دارد که به طور فزاینده در مهندسی مکانیک با فلزات و پلاستیک‌ ها مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

همچنین استاندارد‌هایی برای پیچ و مهره‌ های مورد استفاده در پروفیل‌ های ویژه وجود دارند. برای اتصالات مورد استفاده در صنایع برقی، استاندارد‌های اسپیندل نورد و رشته ذوزنقه‌ای وجود دارند. هوببرتز می‌گوید: نکته منفی در بسیاری از استانداردها این است که آن‌ها باعث پیچیدگی زیادی می‌ شوند. اما روند صعودی این است که استانداردها جایگزینی آسان و هزینه کم برای تولید را تسهیل می‌کنند، که در واقع منشا استانداردسازی است.

مثلث استاندارد پیچ و مهره

اکثر قوانین مثلثی بر اساس یک مثلث متساوی الساقین ساخته شده‌ اند و به شکل حرف V شناخته می‌ شوند. برای اتصالات V شکل 60 درجه، مثلث‌ های ایزوله‌ ای به طور خاص تحت عنوان متساوی الاضلاع شناخته می‌ شوند. این مثلث استاندارد در موضوعات مختلف مقیاس پذیر است. متداول‌ ترین فرم برای اتصال، فرم 60 درجه‌ ای است که در موضوعات ISO متریک و UN وجود دارد. سایر استانداردهای موضوعی گاهی اوقات برای کاربردهای خاص مانند فناوری پزشکی، در مهندسی هواپیمایی یا فضانوردی مورد استفاده قرار می‌ گیرند.

به دلیل حفظ مقاومت در تولید، اتصال‌ دهنده‌ های پیچی به صورت کاملا تیز ساخته نمی‌ شوند. به این ترتیب قطر ریشه برای جلوگیری از خرابی ناشی از خستگی باید از شعاع کاملا مشخص ریشه برای ظرفیت بارگذاری بالا تحت بارهای ارتعاشی استفاده کند.

 انواع استاندارد موضوعی پیچ و مهره

• متداول‌ ترین موضوعات مورد استفاده امروزه در مورد پیچ‌ و مهره در سیستم متریک (ISO (M برای تامین اهداف و موضوعات BSP، برای لوله‌ ها است. این موارد جز اولین استانداردهای بین المللی بودند كه هنگام تاسیس سازمان بین المللی استاندارد در سال 1947 با آن‌ ها موافقت شد.
• اصول طراحی موضوعات پیچ متریک استاندارد ISO (موضوعات سری M) در استاندارد بین المللی ISO 68-1 تعریف شده است. هر رشته با قطر غالب آن D و لایه‌ های P آن مشخص می‌ شود.
• ISO متریک DIN 13-1 مشخصات استاندارد جهانی است که دارای برچسب حرف M است و عدد مقابل آن قطر اسمی را نشان می‌ دهد. زاویه جانبی استاندارد، 60 درجه تعیین و برای هر سایز با قطر اسمی، اندازه گام نیز تعریف شده است.
• ISO Metric Fine Thread DIN 13-2 تا 13-11: در مقایسه با موضوعات استاندارد، یک رشته ریز دارای گام کوچک‌ تر است که امکان بارگذاری بیشتر را فراهم می‌ کند و خطر کمتری در خصوص شل شدگی آن را تهدید می‌ کند. به عنوان مثال از تنظیمات دقیق‌ تر نیز برای تنظیم پیچ و مهره در وسایل اندازه‌ گیری استفاده می‌ شود. این اصطلاح شامل حرف M، قطر اسمی و عرض محل نصب (به عنوان مثال M12 x 1،5) است. زاویه جانبی همچنان 60 درجه است.
• موضوعات ANSI B1.1: UNC در رشته‌ های ضخیم یکپارچه. موضوعات NC و UNC قابل تعویض هستند، به روشی مشابه با متریک و رشته متریک ISO. زاویه جانبی 60 درجه است.

درباره استاندارد URS

استاندارد (Unified Thread (UTS یک فرم و سری استاندارد به همراه هزینه‌ ها، مقاومت و باربری برای موضوعات پیچی است که اغلب در ایالات متحده و کانادا استفاده می‌شود. این استاندارد اصلی برای پیچ و مهره و طیف گسترده‌ ای از اتصال دهنده‌ های رشته‌ ای دیگر در این کشورها است.

UTS همان مشخصات 60 درجه‌ای با پیچ متریک ISO را به همراه دارد، اما ابعاد اسمس هر رشته UTS (قطر بیرونی و زمینه) به جای یک میلی متر به عنوان کسری از اینچ انتخاب می‌ شوند. تعریف ظرفیت باربری مجاز به گونه‌ای پوشش داده شده است که در مقایسه با موضوع متریک ISO متفاوت است. UTS در حال حاضر توسط ASME / ANSI در ایالات متحده کنترل می‌ شود.

تعیین استاندارد برای موضوع UTS عددی است که قطر اسمی (اصلی) رشته را نشان می‌ دهد و به دنبال آن تعداد نخ‌ های اینچ (به عنوان مثال 3/8 – 12). برای قطرهای کوچک‌ تر از 4/1 اینچ، قطر با عدد صحیحی تعریف شده در استاندارد نشان داده شده است. برای تمام قطرهای دیگر، این واحد بر حسب اینچ ارائه شده است.