מתיחת הבורג בעת הרכבתו, הכרחית לפעולתו של הבורג ולא רק לצורך מניעת השתחררות הבורג שעלולה להוביל לכשל מערכתי

למרות שהבורג הוא פרק מכונות אלמנטרי, פשוט, זול ומוכר, המשמש בהנדסת מכונות כברירת המחדל לחיבור פריק, לרבים מאתנו לא הזדמן לחקור את הדג”ח של הקטן חסר החשיבות הזה (ראה המאמר 3 טיפים על הדגח). אך כשל בבורג עלול לגרום לנזק גדול! במאמר שלפניכם, אנסה לחשוף סוד חשוב מאופן פעולתו של הבורג. מוזמנים לקרוא, ליישם, לשתף וללמד את כל מי שמוכן ללמוד.

כמו שרמזתי, כדאי שנבין כיצד מתפקד הבורג, ואיך נפיק ממנו את המרב.

אז הנה סודו הגדול של הבורג הקטן:

                                            בורג עובד רק במתיחה

 

ולהמחשה, נחקור את המכונה המיוחדת לכיבוי הנר שלפננו. בלב המכונה, חיבור ברגים של פקק לתחתית מכל מים. ברגע שחפץ המשתמש לכבות את הנר, הוא צריך להפעיל כוח  F1  במקום המתאים, רווח יווצר בין המכסה (פקק) ותחתית המכל, מים יזרמו דרך מערך הצנרת, ישר אל להבת הנר, והנר יכבה:

מתיחת הבורג

השאלה היא, איזה כח  F1  יש להפעיל כדי לכבות את הנר.

והתשובה כמובן היא:

“תלוי”

כן, תלוי (כל המתקן תלוי…)

תלוי אם הברגים רפויים (סגורים בכח האצבעות בלבד) או שהם דרוכים (בעזרת כלי להידוק ברגים)

כי אם הברגים רפויים, כל כח שנפעיל, ימתח את הברגים כמעה, ומים יזרמו ויכבו את הנר.

אבל, אם הברגים דרוכים?

נאמר, שדרכנו כל אחד מהברגים עד 100% מחוזק הכניעה שלו (כלומר עד תחילת הכניסה של החומר לתחום הפלסטי), האם גם עכשיו כל כח שנפעיל  (F1)  ימתח את הברגים כמעה, ומים יזרמו ויכבו את הנר?

מתיחת הבורג

התשובה דורשת קצת מחשבה. כשאני שואל את השאלה בכתה, הדעות חלוקות: יש הטוענים שכן, כל כוח יגרום להתארכות הברגים, נזילת המים וכיבוי הנר, יש הטוענים שצריך כח F , כלומר, להעמיס את הברגים עוד יותר, בשיעור הדריכה שלהם (זוכרים: 100% מחוזק הכניעה), ויש שלא יודעים…

אז כדי לעשות קצת סדר, ציירתי את האיור הבא:

מתיחת הבורג2

בציור, הברגים דרוכים (100% מחוזק הכניעה), ומעבירים את הכח דרך הקפיצים.

עכשיו קל יותר להבין את המצב.

נתחיל להפעיל כוח F1 קטן, ונלך ונגביר אותו. הקפיצים לא יתכווצו ואתם המכסה/פקק לא ימוש ממקומו, עד שהכוח  F1  ישווה לF, הוא כוח הדריכה. עד שזה יקרה (וכל עוד אין נתק בין המכסה למכל), כל תוספת של  F1, תקטין באותה מידה את הכוח שמופעל על המכסה מצד המכל. וכמה מפתיע! הקפיצים ימשיכו להפעיל על ראשי הברגים, את אותו הכוח- שהרי אורכם של הקפיצים לא ישתנה (אמרנו שהם אינם מתכווצים עד הנתק ונזילת המים).

נציג דגח של המכסה:

דגח של המכסה

מאחר ו – F קבוע (הדריכה המוקדמת נשארת בעינה) אם

                                           F1  יגדל, Fm יקטן בהתאם 

                                        והברגים לא יראו שינוי בגודל הכוח!!

מדהים! עצום!!

רואים את הפוטנציאל הגלום בזה?

מה שנותר לעשות, זה “לסלק את הקפיצים מהציור”, ולחזור למצב המקורי:

מתיחת הבורג

הברגים עצמם הם קפיצים (קפיצים חזקים, אבל קפיצים).

עכשיו תשימו לב מה קורה: אם הכוח  F1  יהיה כוח סינוסואידלי או פועם (כמו בורג ראש מנוע ברכב שלנו), כל עוד לא יהיה נתק בין המחוברים (מכסה ומכל או ראש מנוע והבלוק), הבורג או הברגים, לא יראו את השינויים בכוח ולא יצטרכו להיכנס לתחום ההתעייפות כלל! איזה יתרון עצום למתכנני המערכת!!

אחרי שהבנו את היתרון המדהים של המתיחה, ומדוע אפשר להעמיס על הברגים “כביכול” עוד פעם את עומס הדריכה, אעיר שתי הערות:

  1. לא הבאנו בחשבון את הגמישות של המכסה והמכל (וזה עוד ישנה את המצב מעט). בגדול, זוהי תמונה נכונה. במציאות, בגלל הגמישות, המוזנחת הזאת, הבורג כן יראה קצת כוח משתנה (במקרה של כוח משתנה או רעידות), אך רק כ 10%-20% מעוצמת השינויים בעומס (תלוי בתכנון), וגם זה יתרון נהדר!

  2. בפועל, לא נתכנן כך מכונה לכיבוי נר, זו בעצם המצאה לצורך ההסבר מתי חיבור ברגים נכשל. חיבור ברגים נכשל ברגע שבין המחוברים (המכסה והמכל במקרה שלנו) אין מספיק כוח שיורי כדי לספק את דרישות התכנון. הכשל יכול להיות כשהמים פורצים, או כשגזי חלל השריפה יפרצו לתוך מערכת המים לקרור או כשלא יוותר מספיק כוח נורמלי כדי לייצר חיכוך בכיוון מקביל למשטחי החיבור:

מתיחת הברוג לשם חיכוך

כשיתקיים:                  F=μxFb

או בגלל ש  Fb קטן מדי

או מפני ש F גדול מדי

תתחיל תנועה בין המשטחים

החיבור יכשל!

 

 

 

 

לסכומו של דבר

 בפרספקטיבה של מערכות גדולות ומורכבות כמו כן הנסע של מטוס או מנוע המכונית, הבורג הוא לכאורה מרכיב קטן, פשוט וזניח. אבל יש רבים ממנו במערכת, והם מחזיקים את המערכת שלימה ועובדת. יש לשים לב לכל הפרטים הקטנים שקשורים בבורג – הן ברמת התכנון, הן ברמת היצור והן ברמת ההרכבה. כפי שיכולתם ללמוד מהמאמר, כדי להבטיח חיבור נכון של ברגים יש לחשב היטב את הכוח הדרוש לחיבור ולדאוג שהכוח ישאר שם כל זמן שהמערכת עובדת. תשומת לב לפרטים, ומאמץ קטן, יכולים לחסוך כאבי ראש (וחסרון כיס) גדולים.

ולא לשכוח: הבורג עובד במתיחה ואך ורק במתיחה (בורג הידוק של הנדסת מכונות) שחייבת להישאר גדולה מספיק בכל תנאי העבודה של החיבור!

 

 

עכשיו תורכם 

 

  עד עכשיו הצגתי בפניכם הסבר שהבורג (להידוק וחיבור חלקים) עובד אך ורק במתיחה, וכמה חשוב לדרוך את הבורג כראוי. הזנחה של הכלל עלולה לגרום נזק כספי רב. עתה הבמה כולה שלכם. מה תוכלו להוסיף מניסיונכם? איזו חוויה הקשורה לדריכה המוקדמת של הבורג עברתם? אנא שתפו אותנו פה למטה, בתגובות (כדי שכולנו נלמד ונצמח ביחד).

 

 

הצעד הבא שלכם להצלחה 

אהבתם? שתפו את המאמר עם חברים וקולגות. רוצים לקבל ממני עוד הרבה טיפים מועילים, עקרונות מנחים והדרכה מעשית בנושאים שונים ומגוונים בהנדסת מכונות? במיוחד בשבילכם כתבתי את מדריך הבזק “הנדסה בחקירה” ובו ניתוח עומק של 7 כשלי תכנון בסיסיים שהובילו לאסונות ענק. להורדת המדריך במתנה ממני ולגמרי בחינם – לוחצים כאן.

אודות משה קלמן

אינג' משה קלמן, בוגר לימודי הנדסת מכונות בטכניון במגמת אנרגיה, ובעל תואר שני במנהל עסקים, מהאוניברסיטה העברית בירושלים, מביא אתו ניסיון עשיר של כ-40 שנה בתחומי הנדסה שונים ומגוונים. את הניסיון העצום שצבר, יצק לתוך מגוון תכניות הדרכה למהנדסים בהתאמה לצורכי הארגון.

להורדה בחינם של מדריך הבזק "הנדסה בחקירה" שבו אסף דוגמאות של כשלים קטסטרופליים שנבעו מהזנחה של עקרונות הנדסיים בסיסים – לחצו על הקישור "כן, אני רוצה ללמוד מניסיונם של אחרים"

4 תגובות

  1. גיורא יעקבי הגב

    שלום משה ותודה על המאמר המאלף האחרון ועל קודמיו.

    הערות והדגשות נוספות:

    1. כדי שבורג לא יגיע אל מעל הכח המותר שלו במקרה כח הולם או פועם (סינוסואידלית או אחרת) — חשוב שיהיה לו תחום אלסטי די ארוך.
    אחת הדרכים להגדלת התחום האלסטי של הבורג — הארכה שלו, אף באופן “מלאכותי”, ליותר מסכום העוביים של הגופים שהבורג מצמיד זה לזה.
    דרך פשוטה ומקובלת לכך — הוספת תותב (צינור, בעל שטח חתך מתכתי דומה לזה של הבורג) באורך מסוים, בטור לאובייקטים שהבורג מחבר, והארכת הבורג באותו שיעור.
    כך מרוויחים אורך פעיל — גם של הבורג וגם של התותב — והתחום האלסטי גדל משמעותית.
    הסידור הזה יעיל ומקובל, בין היתר, בחיבור מרעד אל המכונה המורעדת על ידיו (נפה, מזין רוטט וכד’).

    2. הארכת התחום האלסטי של הבורג תורמת גם לאי-השתחררותו, ומפצה על מעיכה של שטחי המגע (בין ראש הבורג והאום אל האובייקטים שהבורג מהדק, ובכריכות התבריג בבורג ובאום).

    3. למרות שהתפקיד העיקרי של הבורג הוא ליצור כח מתיחה צירי — אין לאסור על שימוש בו גם כפין שעובד לגזירה (בין אם הבורג אפוץ ובין אם לא).
    כאשר פועל על האובייקטים (שהבורג מחבר ביניהם) כח ששואף להחליק אחד ביחס לשני (כח ניצב לבורג) — הבורג מתנגד לכך באמצעות החיכוך שהוא יוצר בין האובייקטים.
    חיכוך זה טוב, וכל עוד אנחנו שולטים על מקדם החיכוך ועל כח ההידוק שהבורג מפעיל — אנו שולטים על החיכוך הזה.
    הבעיה שלא תמיד אנחנו לגמרי שולטים על שני אלה:
    — שטחי המגע נקיים או לא, חלודים או לא, צבועים או לא, משומנים יותר או פחות. לכן מקדם החיכוך לא לגמרי מבוקר וידוע.
    — כח ההידוק של הבורג תלוי במומנט ההידוק, בשימון שהיה בתבריג בעת ההידוק, בחלקות או בפגימות של התבריג, בנקיון\לכלוך של התבריג, וכו’.
    — כח ההידוק עלול לקטון עם הזמן, כתוצאה של מעיכת שטחי המגע (סעיפים 1, 2 לעיל), בעיקר במצבי כח הולם או פועם.
    לכן, טוב שיש בורג שמשמש גם כפין לגזירה, אם וכאשר נוצרה החלקה בין השטחים, כקו הגנה שני.
    אם הכח תמיד באותו כיוון — תתרחש החלקה בגבולות הרווח בין הבורג לחורים שבתוכם הוא מותקן, ואז ההחלקה תיעצר.
    אם הכח משנה את כיוונו (רעידות, למשל) — הבורג צריך להיות אפוץ, או שיהיה אמצעי אחר שיעזור לחיכוך למנוע את ההחלקה (מדרגת מירכוז, פינים נוספים וכיו”ב).

    4. בכלל, גם ללא קשר לעניין הברגים — מנסיוני — מסוכן לסמוך על העברת כח או מומנט סיבוב בחיכוך לבדו.
    כך, למשל, בחיבור מנגנון הרעדה אל המכונה המורעדת. אם אין מדרגת מירכוז טובה או סידור אחר “פוזיטיבי” להעברת הכח — במוקדם או במאוחר תתרחש החלקה, שתגרור נזק גדול.
    כך גם בהעברת מומנט סיבוב מציר אל גלגל בשיטת רינג-פדר או שרינק-דיסק. במוקדם או במאוחר נוצרת החלקה, ואז הנזק גדול. תמיד דרוש גם שגם בצורה זאת או אחרת.

    • משה קלמן הגב

      תודה גיורא,
      אני מסכים עם רוב הערותיך.
      תוספת תותב שיטה יעילה. מסכים, אך שטח החתך צריך שיהיה גדול (פי 8 ויתר משטח חתך הבורג) כי התותב מתווסף ל”סנדביץ'” של המחוברים, והם צריכים להיות קשיחים ככל שאפשר
      אתייחס לתגובתך בפרוט, במאמר או בתשובה נפרדת.

  2. דורון כהן הגב

    הידוק דריכה במחבר הדראולי (פיטינג) במטוסים נעשה שימוש נרחב במחברים הדראוליים שכוח ההידוק שלהם קריטי! (מושג ע”י רגל עורב וידית מומנט) הידוק חסר גורם למחבר ההדראולי להיכנע למכות הכוח המועברות בנוזל ההדראולי אם בגלל תפעולים חריפים מדי, טעינה מוקדמת נמוכה מדי בצוברים ההדראוליים או תקלה בבוכנה במשאבה ההדראולית . התוצאה הזעות ונזילות מהמחברים ההדראוליים. בדריכת ייתר (הידוק ייתר על מנת למנוע את ההזעות והנזילות) המחבר כושל עקב אותם מכות הכוח שמועברות בנוזל ההדראולי כפי שהוזכר בתחילה. רק הידוק המחבר בדיוק על פי דרישת היצרן משמרת את תקינות האטימה של המחבר יחד עם הגמישות הנדרשת להתגברות על נקיפות לחץ הדראולי.

השארת תגובה