مهره NUT بخشی مهم از اتصالات صنعتی را به خود اختصاص می دهد که اغلب به شکل شش گوش و برای اتصال بر روی پیچ های شش گوش و سا پیچ های آلنی مورد استفاده قرار می گیرد. البته مهره ها به شکل های مختلف مانند چهارگوش اغلب برای اتصال پیچ های ماشینی نیز تولید می شوند و استاندارد های متنوعی نیز دارند. مهره های شش گوش در شکل های ساده، مهره کاسه نمدی که به آن مهره قفلی نیز گفته می شود بصورت دنده ریز و دنده درشت تولید می شوند. هر یک از انواع مهره دارای کاربری مشخصی بوده و برخی از انواع مهره مانند مهره های شش گوش ساده که طبق استاندارد DIN934 تولید می شوند اغلب همراه با واشر های تخت و واشر های فنری و مهره های قفلی بدون واشر مورد اتصال قرار می گیرند. مهره کاسه نمدی نیز مانند مهره های شش گوش استاندارد در سایز های مختلف میلیمتری تولید می شود و اغلب در سایز های 6 الی 24 میلیمتر دارای بیشترین میزان کاربری در صنایع است.
مهره کاسه نمدی که تحت نام مهره قفلی نیز شناخته می شود به شکل شش گوش و از دو بخش اصلی تولید می شود. بخش فلزی مهره قفلی مانند مهره های شش گوش ساده اما دارای یک لبه نگهدارنده بیرونی می باشد که در داخل آن یک واشر پلاستیکی قرار داده می شود. وجود واشر در اتصال مهره کاسه نمدی نقشی بسیار مهم ایفا می کند و در هنگام اتصال پیچ و مهره با بسته شدن بیشتر مهره قفلی بر روی پیچ به تدریج رزوه های پیچ بدنه واشر پلاستیکی را برش داده و پیچ می رود. این امر سبب می شود که یک چسبندگی نسبی بین دنده های پیچ و واشر مهره کاسه نمدی پدید آید و افزایش تنش اتصال را به همراه دارد.
اغلب ماشین آلات صنعتی به سبب حرکات دینامیکی که دارند با ارتعاشات بسیاری روبرو هستند. این ارتعاشات می تواند بر اثر دستگاه های مولد نیروی پتانسیل به جنبشی مانند موتور الکتریکی، اختراق در موتور های احتراق داخلی و یا بر اثر حرکت ماشین آلات پدید آید. ارتعاشات در ماشین آلات بصورت لحظه ای تنش اتصال مهره بر روی پیچ را کاهش می دهند و این سبب می شود تا مهره های شش گوش ساده تحت تاثیر ارتعاش و یا رزونانس بصورت لحظه ای بر روی پیچ لغزیده و باز شوند. مهره کاسه نمدی به سبب داشتن یک واشر پلاستیکی که در مرحله اتصال بر روی رزوه های پیچ می چسبد از باز شدن اتصال بر اثر ارتعاش جلوگیری می کند. از همین رو است که مهره کاسه نمدی را مهره قفلی نیز می نامند چرا که در پایان اتصال مهره بر روی پیچ سبب قفل شده اتصال می گردد. وجود واشر پلاستیکی در ساختار واشر کاسه نمدی علاوه بر قفل کردن اتصال نقش آب بند را نیز ایفا می کند و از این رو در برخی از موارد دلیل کاربری این نوع مهره جلوگیری از نشت روغن و حتی گازها در اتصالات قطعات پنوماتیکی می باشد. در زیر به معرفی برخی وارد کاربری مهره های قفلی می پردازیم.
در ساختمان مهره کاسه نمدی از یک واشر پلاستیکی فراتر از مهره های شش گوش ساده استفاده شده است که از ترکیبات پلیمری با مقاومت مناسبی در برابر خورنده های صنعتی تولید شده است. در واقع واشر لاستیکی مورد استفاده در ساختمان مهره قفلی از جنس |لیمری با مولکولهایی سنگین هستند که این امر به خنثی بودن و عدم واکنش پذیری پلاستیک در برابر اغلب خورنده ها مانند انواع املاح، گازهای صنعتی، روغن و .. می انجامد که نقش آن را بعنوان سیل در اتصال صنعتی و در کاربری مهره کاسه نمدی ثبات می بخشد.
مهره های قفلی در سایز برابر و گرید برابر دارای قیمت بالاتری نسبت به مهره های شش گوش ساده هستند چرا که اغلب بصورت تک بدون نیاز به واشر مورد استفاده قرار می گیرند. به سبب وجود بخش پلاستیکی اغلب محدودیت های دمایی در کاربری از مهره های کاسه نمدی بر خلاف مهره های فولادی ساده وجود دارد که اغلب در دمای -40 الی 110 درجه سانتی گراد از آن استفاده می شود. هر چند که اغلب ترکیبات پلاستیکی مانند PVC یا پلی ونیل کلرید که پر کاربرد ترین آنها است دارای دمای ذوبی بین 160 الی 210 درجه سانتی گراد دارد اما محدوده 110 درجه برای مهره های کاسه نمدی بعنوان مرزی برای عملکرد ایده آل واشر پلاستیکی تعیین می شود.
علاوه بر موارد یاد شده مهره های قفلی نیروی پیش بار بالا به دلیل صفحه یاتاقان فلزی در اتصالات بر روی پیچ پدید می آورند و در واقع به سبب وجود اورینگ یا واشر پلاستیکی نیروی پیش رانش را در اتصال بر روی پیچ از دست نمی دهند. کاهش فضای اتصال به سبب حذف شدن واشر از اتصال و افزایش سرعت در اتصال از دیگر مزایای اصلی مهره قفلی محسوب می شوند. البته برند تولید کننده و تکنولوژی بکار رفته در تولید مهره کاسه نمدی نیز می توانند بر قابلیت های اتصال و هر یک از موارد قید شده در بالا موثر باشند.
مهره های قفلی با ابعاد میلیمتری در سیستم استاندارد بین المللی با استاندارد DIN 982 , DIN 985, ISO 7040, ISO 10511 و در سایز های M6 الی M72 که در واقع قطر داخلی این مهره ها را مشخص می کند تولید می شوند. طبیعتا در سیستم استاندارد آمریکایی که اغلب برای تولید ماشین آلات در کشور های آمریکا، انگلستان، هند و گاهی استرالیا مورد استفاده قرار می گیرند مهره کاسه نمدی را با استاندارد ASTM مطابق با استاندارد صنایع کشور آمریکا و در سایز های اینچی 1/4 الی 1 1/12 اینچ تولید می کنند.
استاندارد تولید مهره های قفلی یک استاندارد ابعادی می باشد و بیانگر ارتفاع مهره، زاوایا و انحناها، میزان گوشت و وزن مهره کاسه نمدی می باشد و گرید ها، کلاس ها و متریال بکار گرفته شده در تولید چه از نوع استنلس استیل باشد و چه از نوع فولادی در استاندارد ها قید نشده اند همانطور که در مورد مهره های شش گوش استاندارد DIN934 به همین منوال می باشد. استاندارد DIN982 که به مهره های قفلی گشتاور محور با اینسرت یا اورینگ غیر فلزی شناخته می شوند دارای استاندارد های معادل دیگری مانند ISO 7040; CSN 21492; UNI 7473 بیان می شوند و در گرید های فولادی 5، 6، 8، 10 و در گرید های استنلس استیل در گرید A2 تولید شده از گرید 304 استنلس استیل و A4 تولید شده در گرید استنلس استیل 316 نگیر عرضه می شوند. جداول مربوط به استاندارد ابعادی مهره قفلی، زوایای قرارگیری و نوع دنده ها در جدول زیر قید گردیده اند. اعداد برای هر حرف و هر حرف معرف بخشی از استاندارد ابعادی مهره کاسه نمدی شامل S معادل سایز بیرونی قسمت شش گوش مهره قفلی، d قطر اسمی دنده های مهره و h ارتفاع مهره کاسه نمدی می باشد.
| سایز دنده مهره d | M5 | M6 | M7 | M8 | M10 | M12 | M14 | M16 | M18 | M20 | M22 | M24 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| - | - | - | M8x1 | M10x1 | M12x1,5 | M14x1,5 | M16x1,5 | M18x2 | M20x2 | M22x2 | M24x2 | ||
| - | - | - | - | M10x1,25 | M12x1,25 | - | - | M18x1,5 | M20x2 | M22x2 | - | ||
| P | 0,8 | 1 | 1 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 | 2 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 3 | |
| da | حداقل | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 24 |
| حداکثر | 5,75 | 6,75 | 7,75 | 8,75 | 10,8 | 13 | 15,1 | 17,3 | 19,5 | 21,6 | 23,7 | 25,9 | |
| dw | حداقل | 6,9 | 8,9 | 9,6 | 11,6 | 15,6 | 17,4 | 20,5 | 22,5 | 24,9 | 27,7 | 29,5 | 33,2 |
| e | حداقل | 8,79 | 11,05 | 12,12 | 14,38 | 18,9 | 21,1 | 24,49 | 26,75 | 29,56 | 32,95 | 35,03 | 29,55 |
| h | حداکثر = سایز اسمی | 6,3 | 8 | 8,5 | 9,5 | 11,5 | 14 | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 | 28 |
| حداقل | 6 | 7,7 | 8,2 | 9,14 | 11,14 | 13,64 | 15,3 | 17,3 | 19,16 | 20,7 | 23,7 | 26,7 | |
| m | حداقل | 4,4 | 4,9 | 6,14 | 6,44 | 8,04 | 10,37 | 12,1 | 14,1 | 15,1 | 16,9 | 18,1 | 20,2 |
| m´ | حداقل | 3,52 | 3,92 | 4,91 | 5,15 | 6,43 | 8,3 | 9,68 | 11,28 | 12,08 | 13,52 | 14,48 | 16,16 |
| s | حداکثر = سایز اسمی | 8 | 10 | 11 | 13 | 17 | 19 | 22 | 24 | 27 | 30 | 32 | 36 |
| حداقل | 7,78 | 9,78 | 10,73 | 12,73 | 16,73 | 19,67 | 21,67 | 23,67 | 26,16 | 29,16 | 31 | 35 | |
| وزن (7,85 kg/dm3) kg/1000pcs | 1,4 | 3,1 | 3,2 | 6 | 11,7 | 16,6 | 21 | 37,8 | 51,6 | 68 | 86 | 127 | |
مهره های قفلی هنگامی که به محور پیچ یا میله پیچی متصل می شوند مانند سایر اتصال دهنده ها و اتصالات رزوه دار عمل می کنند. تفاوت اصلی این است که مهره های قفل کننده به گونه ای ساخته و ماشینکاری می شوند که پس از پیچ شدن به راحتی عقب نشینی نمی کنند (خودشان شل می شوند). این امر باعث می شود که مهره های کاسه نمدی یا قفلی به ویژه در کاربردهایی که مجموعه پیچ یا مهره در هنگام نصب در معرض نیروهای ارتعاشی یا گشتاور قرار می گیرند، مفید باشند. نمونه بارز آن در موتورها و سایر قطعات خودرو است. آنها همچنین به طور گسترده در سایر کاربردهای مکانیکی و صنعتی استفاده می شوند.
اکثر مهره های قفلی به یکی از دو روش کار می کنند. برخی از آنها برای ایجاد اصطکاک افزایش یافته پس از اتصال، اغلب از طریق طرح های رزوه ای از جمله شیارهای حفره دار یا فلنجی ساخته می شوند. برخی دیگر با نوعی دستگاه قفل مثبت یا مکانیزم داخلی طراحی شده اند - به عنوان مثال، برخی از مهره های کاسه نمدی فلزی دارای لبه یا تاج فلزی کوچکی هستند که پس از نصب می تواند به سمت داخل خم شود. سپس مهره را از نظر فیزیکی به محور پیچ محکم می‌کند و از شل شدن آن در اثر لرزش جلوگیری می‌کند.
مهره های کاسه نمدی از نوع فلنج دار دارای یک واشر تخت بصورت متصل و یکپارچه در کف مهره هستند که بصورت یک یقه در اتصالات برای نشست بهتر مهره قفلی بر روی سطح عمل می کند. این مهره ها می توانند در برابر گشتاور بسیار زیاد مقاومت کنند و بنابراین می توانند در کاربردهای صنعتی و استحکام بالا مورد استفاده قرار گیرند. آنها مخصوصاً برای کاربردهایی مناسب هستند که در آن حرکات و ارتعاشات ثابت وجود دارد - مهره های کاسه نمدی ادامه مطلب ...
مهره قفلی در سایز های میلیمتری از M5 الی M36 تولید و مورد استفاده قرار می گیرد. مهره قفلی کاسه نمدی از جنس فولادی در گرید های مختلفی تولید می شود که گرید خشکه که از فولاد با درصد کربن متوسط تولید شده است و دارای تنسایل مقاومت کششی برابر با 800 مگاپاسکال دارد. مهره کاسه نمدی خشکه به سبب آسیب پذیری که در تماس با خورنده های محیطی ناشی از اکسید شدن، زنگ زدگی و از دست دادن الکترون دارد اغلب بصورت آبکاری شده سطحی مو ادامه مطلب ...
مهره کاسه نمدی فولادی با کلاس 10 که بر روی پیچ شش گوش کلاس 10.9 و یا پیچ آلن کلاس 10.9 بسته می شود در سایز های میلیمتری و با دنده های درشت تولید می شود. اغلب از مهره قفلی فولادی کلاس 10 در اتصالاتی که با تنش های کششی و فشاری بسیار بالایی روبرو هستند استفاده می شود چرا که تنسایل مقاومت کششی این مهره کاسه نمدی بسیار بالا و معادل 1040 مگاپاسکال است. این مهره که از سایز 5 میلیمتر همراه با یک اورینگ پلاستیکی به جهت افزای ادامه مطلب ...
مهره های قفلی فولادی در کلاس های مختلف از پایین ترین گرید که دارای کمترین درصد کربن است یعنی کلاس 4 شروع و در بالاترین مرحله مهره های کاسه نمدی کلاس 12 هستند که دارای بالاترین میزان سختی سطحی در برابر تنش های سایشی و بالاترین تنسایل مقاومت کششی در میان نمامی گرید های دیگر مهره قفلی هستند. تنسایل مقاومت کششی برابر با 1180 نیوتن بر میلیمتر مربع ناشی از عملیات پیچیده حرارتی و کنترل دقیق درصد کربن در ساختار سب ادامه مطلب ...
مهره قفلی گشتاور غالب برای مقاومت در برابر شل شدن ارتعاش بر اصل گشتاور غالب متکی است. در این زمینه، گشتاور غالب مقدار نیروی مورد نیاز برای اجرای مهره به سمت پایین محور رزوه‌ای یک پیچ یا میله پیچ است، به گونه‌ای که مهره کاسه نمدی محکم گرفته شود و به راحتی عقب نرود.
نمونه‌های خاص مهره‌های قفلی گشتاور غالب عبارتند از مهره‌های قفلی مخروطی، مهره‌های سه قفلی، قفل بالا، مهره‌های قفلی Stover و مهره‌های گریپتیت. بیشتر آنها مهره های قفلی تمام فلزی هستند و بسیاری از آنها نوعی لبه یا تاج دارند که به گونه ای طراحی شده است که پس از نصب در اطراف شفت پیچ متصل می شود. این فرآیند چین‌خوردگی همان چیزی است که گشتاور کافی برای نگه داشتن مهره کاسه نمدی را حتی در هنگام لرزش شدید ایجاد می‌کند.
شایان ذکر است برخی انواع مهره قفلی برای ایجاد گشتاور غالب از طریق مکانیسم های مختلف به شکل مهره های قفل فلنج مخروطی طراحی شده اند. بسیاری از این نوع مهره ها باید در هر دو جهت آچار پیچ شوند، چه در هنگام نصب یا باز کردن آنها از روی پیچ.
آلیاژ های مختلف فولاد دارای درصد بالایی از عنصر فلزی آهن Fe می باشند که دارای الکترون هایی آزاد می باشد که با تماس نافلزات در یک پیوند کووالانسی شرکت کرده و از دست می رود. از این رو مهره قفلی فولادی را نیز مانند مهره های شش گوش ساده بصورت آبکاری شده و یا زاج کاری (فسفاته سطحی به رنگ مشکی مات) مورد استفاده قرار می دهند. فرایند آبکاری سطحی مهره کاسه نمدی می تواند در سه شکل مختلف که هر سه از فلز روی یا زینک Zn به سبب قابلیت بسیار بالا در الکترون دهی بصورت محافظ سطحی اما با روش هایی متفاوت انجام می پذیرد.
فرایند آبکاری گالوانیزه پیچ و مهره ها قدیمی ترین روش برای محافظت سطحی در برابر آب و رطوبت و خورنده های طبیعی محسوب می شود که در مورد مهره قفلی نیز بکار گرفته می شود. فرایند گالوانیزه به دو صورت گالوانیزه سرد و گالوانیزه گرم صورت می پذیرد که در طی فرایند گالوانیزه سرد یک لایه بسیار نازک بر روی سطح مهره کاسه نمدی قرار می گیرد که این فرایند در دمای نسبتا پایینی و در حدود 240 درجه صورت گرفته و ایجاد خراش های سطحی بر روی لایه براق نقره ای رنگ می تواند مهره قفلی را در معرض زنگ زدگی قرار دهد. این در حالی است که فرایند آبکاری گالوانیزه گرم مهره کاسه نمدی در دمای بسیار بالا و حدود 640 درجه سانتی گراد انجام پذیرفته و سبب نفوذ سطحی زینگ به داخل سطح فولاد شده و رنگ نقره ای مات با لایه ضخیمی از روی را بر روی سطح مهره قفلی پدیدار می کند. این لایه سخت حتی در اثر سایش سطحی نیز از بین نرفته و مقاومت در برابر زنگ زدگی در مهره کاسه نمدی گالوانیزه گرم بسیار بالا است.
علاوه بر روش آبکاری گالوانیزه روش آبکاری داکرومات که به آن الکتروپلیتینگ نیز گفته می شود روشی مدرن در افزایش مقاومت سطحی مهره کاسه نمدی در برابر زنگ زدگی محسوب می شود. این فرایند در دمای بینابینی گالوانیزه گرم و سرد صورت گرفته (حدود 460 درجه سانتی گراد) و یک لایه سطحی مات بر روی سطح مهره پدیدار می کند. مقاومت مهره قفلی آبکاری شده به روش داکرومات در برابر خورنده های محیطی بسیار بالا و نزدیک به آبکاری گالوانیزه گرم می باشد.
گرید A2 که به مفهوم آستنیته کلاس 2 از استنلس استیل می باشد در تولید مهره کاسه نمدی مورد استفاده قرار می گیرد که جاذبه اندک تحت تاثیر میدان مغناطیسی در این مهره ها سبب می شود به انها بگیر نیز گفته شود. تنسایل مقاومت کششی مهره کاسه نمدی استیل گرید A2 برابر با 700 نیوتن بر میلیمتر مربع است و بدون نیاز به آبکاری سطحی مورد استفاده قرار می گیرد. از نظر ترکیبات شیمیایی مهره کاسه نمدی A2 را به گرید 18-8 نیز می شناسند چرا ادامه مطلب ...
گرید 316 از استنلس استیل یکی از ایده آل ترین گرید ها در مقاومت زنگ زدگی محسوب می شود که به آستنیته کلاس 4 بصورت A4 نیز شناخته می شود. مهره قفلی کاسه نمدی تولیدی از گرید 316 که به گرید 18-8-2 نیز شناخته می شود دارای مقاومت بالایی در برابر ترکیبات کلر دار بوده و قیمت بالاتری نسبت به مهره کاسه نمدی کلاس 304 که به A2 شناخته می شود دارد. در ترکیبات شیمیایی این گرید همانطور که گفته شد علاوه بر کروم و نیکل از فلز مولیبدنیوم ادامه مطلب ...
در کاربری های بسیار دشوار و در تماس با مواد با قابلیت خورندگی بالا مانند آب شور دریا حتی گرید 316 از مهره کاسه نمدی استیل نیز دچار زنگ زدگی می شود. در این موارد بصورت خاص می توان از مهره هایی که از جنس تیتانیوم تولید شده اند نیز استفاده نمود که دارای مقاومت بسیار بالا اما در عین حال قیمت بسیار بالایی بوده و بصورت خاص و تنها طبق سفارش وارد می شوند.
در داخل کپ یا قسمت بالایی مهره قفلی یا کاسه نمدی از یک واشر که اغلب از جنس پلیمری بصورت پلاستیک ساده استفاده می شود که با افزایش چسبندگی اتصال به بهبود تنش اتصال و به دنبال آن قفل شدن اتصال پیچ و مهره می انجامد. نکته ای که وجود دارد مقاومت حرارتی نسبتا پایین متریال پلیمری یا پلاستیک از جنس پلی پروپیلن می باشد که حداکثر دمای کاری برای حفظ خواص مکانیکی دمای 300 درجه فارنهایت یا 148 درجه سانتی گراد می باشد. در بسیاری از کاربری های صنعتی تنش های حرارتی وارده بر پیچ و مهره بسیار بالاتر از این میزان بوده و بکارگیری مهره کاسه نمدی بصورت ساده و بدون در نظر داشتن حرارت اعمالی می تواند مشکلاتی را به همراه داشته باشد. البته دمای 148 درجه سانتی گراد به معنای ذوب شدن پلاستیک نیست و عملا پلاستیک در جنس پلی پروپیلن در دمای 160 درجه سانتی گراد ذوب می شود اما در دماهای پایینتر نیز عملا قابلیت های خود را از دست می دهد.
در موارد خاص که مهره کاسه نمدی تحت اعمال تنش های بسیار بالایی قرار می گیرد از نوع خاصی متریال پلاستیکی تحت نام تفلون PTFE یا پلی تترا فلئورو اتیلن که دارای مقاومت حرارتی بسیار بالاتری است در اتصالات مهره قفلی استفاده می شود. مقاومت دمایی تفلون بکار گرفته شده در تولید واشر کاسه نمدی هم در شرایط فوق سرد تا -450 درجه فارنهایت یا -268 درجه سانتی گراد و در محیط های فوق گرم تا 620 درجه فارنهایت یا 327 درجه سانتی گراد بالا می رود. بدیهی است نمونه های واشر کاسه نمدی با واشر های تفلونی بصورت محدود در سایز های محدود وارد شده و دارای قیمت بالاتری نیز هستند.
تولید مهره های کاسه نمدی به روش فورج گرم و به روشی مشابه با مهره های شش گوش ساده با دو فرایند بیشتر صورت می پذیرد. در این روش مفتول ها را در ابعادی مشخص برش می زنند و تا دمای بالای 1100 درجه سانتی گراد حرارت می دهند تا سرخ شده یا در اصطلاح انگلیسی malleable یا چکش خوار شود و آماده فرایند پرس شود. Slug های بوجود آمده توسط چکش های هیدرولیکی به شکل شش گوش در آمده و سوراخ درونی مهره کاسه نمدی به روش دایکست تولید می شود. در نهایت از طریق یک قلاویز دنده های درونی پیچ کاسه نمدی نیز بصورت مجزا پدید می آیند.
در فرایند چکش زنی و تولید شکل شش گوش مهره کاسه نمدی یک یقه نیز در یک سمت تخت از مهره ایجاد می شود. در این مرحله واشر های پلاستیکی یا پلیمری انتخاب شده مطابق با سایز و دنده های مهره کاسه نمدی در جایگاه خود در داخل یقه ایجاد شده قرار می گیرند. در مرحله بعد یک پرس بصورت سریع لبه یقه را تا می زند بگونه ای که واشر در موقعیت خود بر روی سطح مهره کاسه نمدی فیکس گردد. این فرایند می تواند برای سایز های مختلف مهره متفاوت باشد که هر اندازه سایز مهره قفلی یا کاسه نمدی بالاتر می رود روش فورج گرم توجیه اقتصادی بیشتری پیدا می کند.