בורג

בורג הוא אביזר חיבור והרכבה עם תבריג חיצוני. בדומה למסמר, שימושו העיקרי הוא הידוק פריטים על ידי החדרתו לנקב קיים או נקב שנוצר עקב החדרת הבורג. בורג הוא אחת משש המכונות הפשוטות ומכפיל את הכוח המופעל עליו כדי לחדור את החומר, באמצעות עיקרון של יתרון מכני.

ערך זה עוסק במסמר מחורץ. אם התכוונתם למשמעות אחרת, ראו בורג (פירושונים).

ברגים בגדלים וסוגים שונים

בורג עם ראש בצורת משושה עם אוגן וחריץ בצורת צלב (פיליפס)

דימוי תהליך ההברגה

קיימות שתי משפחות ברגים: ברגים עם תבריג גלילי להידוק עם אום, המתאימים לכל סוגי החומרים, וברגים קוניים המיועדים להחדרה בעיקר לעץ או לחומרים אחרים.

לעיתים קרובות בחומרים כמו עץ נעשה קדח מקדים על מנת להקל את החדרת הבורג.

החומרים מהם ברגים עשויים לרוב הם פלדה, פלדת אל-חלד, פליז, ארד, טיטניום, עץ ופלסטיק.

בורג ימני ושמאלי

כיוון התבריג חשוב בהרכבה, ובעיקר לשחרור של ברגים. על מנת לחסוך בעבודה, בשחיקה של התבריג, ובהפעלה של מכונות אוטומטיות, יש לדעת את כיוון התבריג. ידיעה כזו חשובה במיוחד במקרים שנדרש כוח לשחרור הבורג, כדי לא להפעיל כוח שיחזק את הבורג, ואולי ישבור את ההברגה. בתכנון חלקים נעים, יש להביא בחשבון שהכוחות הפועלים עלולים לגרום לבורג להשתחרר, במקרה של כיוון תבריג לא נכון.

בורג ימני

בורג ימני: כאשר אגודל יד ימין מצביע לתוך התבריג, הכיוון שמותווה בעת כיפוף האצבעות האחרות הוא הכיוון בו נדרש לסובב את הבורג כדי לחזק אותו למקומו.

את רוב הברגים, יש להבריג, בעזרת מברג, בכיוון השעון אל תוך קדח שעובד בו תבריג מתאים, באמצעות כלי ייעודי הקרוי מברג. או בעזרת סכין חריטה על מחרטה.

בורג ימני מבריגים על פי כלל יד ימין. ומשחררים לפי הכלל המשלים, כלל יד שמאל. וגם ההפך נכון: כאשר מבריגים בורג לפי כלל יד ימין, או שהשחרור לפי כלל יד שמאל, מדובר בבורג ימני.

בורג שמאלי

קיימים גם ברגים המוברגים נגד כיוון השעון - ברגים המחזקים גלגלים ימניים של משאיות, למשל, הם בעלי תבריג הפוך, על מנת שתנועת הגלגלים לא תשחרר את הברגים מהתבריג.

בורג שמאלי מבריגים על פי כלל יד שמאל: כאשר אגודל יד שמאל מצביע לתוך ההברגה, אז ההברגה של בורג שמאלי תעשה לפי הכיוון בו מצביעות אצבעות יד שמאל, כאשר הן מכופפות. ומשחררים לפי הכלל המשלים, כלל יד ימין. וגם כאן, אם האצבעות המכופפות של יד שמאל מצביעות על כיוון הסיבוב בעת חיזוק הבורג, ואגודל יד שמאל מצביע על כיוון התקדמות הבורג, זהו בורג שמאלי.

סוגי ראש

דגם תלת־ממדי של בורג שטוח בעל ראש בדוגמת צלב (לחצו להגדלה)

הידוק הבורג למקומו נעשה לרוב באמצעות מברג או ביט המורכב על מקדחה או מברגה המתאים בצורתו לחריץ על ראש הבורג. צורות חריצים נפוצות:

• ראש חרוץ בפס
• ראשים חרוצים בדוגמת צלב ("פיליפס")
• ראשים חרוצים בדוגמת צלב משופר ("פוזידרייב")
• כוכב ("טורקס")
• כוכב משופר ("טורקס פלוס")
• בעלי שקע משושה ("אלן")
• בעלי שקע משולש.

ברגים אחרים הם בעלי ראשים בצורת משושה בולט בגודל מסוים. ברגים אלו מהדקים באמצעות מפתח ברגים ביט תואם או "בוקסה" בגודל מתאים המורכבת על ראש הבורג.

הרכבה ופירוק

על מנת להגביר את החיכוך בתוך התבריג כדי למנוע את שחרור הבורג, ניתן להרכיב דיסקה קפיצית בין ראש הבורג למשטח. כדי שהבורג או הדיסקה הקפיצית לא יפגעו בפני החומר לתוכו הוברג, ניתן להוסיף דיסקת מתכת שטוחה ומחוררת ביניהם.

כאמור, מידע מוקדם על כיוון התבריג מסייע בהרכבה, ובעיקר בפירוק.

בשחרור ברגים שהוברגו בכוח רב או שהיו מהודקים במשך שנים והצטברה בהם חלודה ניתן להיעזר בזרוע מגבירת מומנט או ב"אימפקט דרייבר"/מברג דפיקה" שהוא מכשיר הממיר כוח של מכת פטיש לתנועה סיבובית המשחררת את הבורג. אימפקט דרייבר מאולתר קרוי בעגה "מברג רוסי" ועיקרו הכאה באיזמל ופטיש על היקף ראש הבורג לשם שחרורו. לעיתים הדרך היחידה להוצאת בורג היא קדיחתו - דבר שלרוב נעשה עקב שחיקת ראש הבורג.

במקרים בהם ההברגה היא בתוך חומר מתכתי הנוטה לחלודה, נעשה שימוש בתרסיס שמן המקטין את החיכוך וממיס את החלודה ובכך מסייע לשחרור הבורג.

היסטוריה

בעוד שהשערה מהשנים האחרונות מייחסת את יצירת בורג ארכימדס לסנחריב, מלך אשור, ממצאים ארכאולוגיים וציורים המעידים על שימוש במבנה דמוי בורג מופיעים רק בתקופה ההלניסטית. ההשקפה המקובלת גורסת שהמכשיר הוא המצאה יוונית, שככל הנראה הומצאה על ידי איש האשכולות ארכימדס, שחי במאה ה-3 לפנה"ס.^[1] על אף שבורג ארכימדס דומה במבנהו לבורג מודרני, הוא לא שימש כאביזר חיבור, אלא שימש לשאיבת מים.

עוד קודם לכן, במאה ה-4 לפנה"ס, תואר הבורג על ידי המתמטיקאי היווני ארכיטס. עד למאה הראשונה לפני הספירה, בירגי עץ כבר נפוצו ברחבי העולם הים תיכוני כרכיב במכבשי ברגים ששימשו לכבישת שמן זית ולכבישת מיץ ענבים בתהליך ייצור יין. השימוש בבירגי מתכת לחיבור שני רכיבים, החל באירופה רק במאה ה-15 לספירה.^[2]

מברגי כף יד קיימים מאז ימי הביניים (לכל המאוחר משנת 1580), אך ככל הנראה הפכו למוצר נפוץ רק לאחר שנת 1800, כאשר החלו להשתמש בחיבורי הברגה באופן תדיר. לפני שברגים החלו לשמש לחיבור, רוב החיבורים בוצעו בעבודות נגרות ועיבוד. מרבית החיבורים נעשו באמצעות סיכות, יתדות, שגמים ומגרעות, מסמרים, ריתוך וסוגים רבים של קשרים. לפני אמצע המאה ה-19, נעשה שימוש בפין פציל, ובמסמרות לבניית ספינות. לעיתים השתמשו גם בדבק, אך השימוש בו לא היה מאוד נפוץ. לקראת סוף המאה ה-18 התאפשר השימוש בברגים כמרכיב לצורכי חיבור בעקבות הופעת מכונות שאפשרו ייצור המוני שלהם. שיפורים נוספים באפשרויות לייצור המוני של ברגים, הובילו לירידה גדולה במחירי הברגים לאורך המאה ה-19.^[3]

בשנת 1821 נבנה מפעל הברגים הראשון בארצות הברית על ידי הארדמן פיליפס. תומאס לוור, מומחה לייצור ברגים, הובא מאנגליה כדי לנהל את המפעל. הברגים יוצרו באמצעות ליפוף חוט ברזל. מפעל הברגים לא זכה להצלחה מסחרית ונכשל, בסופו של דבר, עקב העלות הנמוכה יותר בייצור ברגים מחודדים. הוא הפסיק לפעול בשנת 1836.^[4]

לאורך המאה ה-19, הצורות הנפוצות ביותר של ראש הבורג היו חריצים ישרים פשוטים. הצורות הללו קלות לעיבוד שבבי ושירתו את רוב השימושים בצורה סבירה. בשנת 1908, פיטר רוברטסון (P. L. Robertson) הקנדי רשם פטנט על הראש בעל השקע המרובע.^[5] בשנת 1911 החל השימוש בראש המשושה שמוברג באמצעות מפתח אלן.^[6] בתחילת שנות ה-30 של המאה ה-20, המציא איש העסקים האמריקאי הנרי פיליפס (אנ') את בורג פיליפס, שזכה לפופולריות רבה.^[7]

בשנות ה-40 ארגון התקינה הבין-לאומי הגדיר סטנדרטיזציה של צורת הבורג, ששיפרה את תהליך הייצור ואת השימוש בו.

ניתוח מתמטי של הבורג כמכונה פשוטה

מבין שש המכונות הפשוטות, הבורג הוא המורכב ביותר לניתוח מתמטי. אחד המאפיינים של הברגה נתונה הוא מומנט ההברגה, שהוא המומנט המינימלי ${\displaystyle \tau _{min}}$ הנדרש כדי להבריג את הבורג לנקב מסוים עבור כוח לחיצה נתון, מומנט אשר מתחתיו הבורג לא יוכל להסתובב. מומנט מינימלי זה תלוי במקדם החיכוך הסטטי ${\displaystyle \mu _{s}}$ בין הבורג לתבריג, ברדיוס הבורג ${\displaystyle r}$, בזווית התבריג ${\displaystyle \alpha }$ (שמכונה גם זווית פסיעה) ובכוח הלחיצה ${\displaystyle W}$ המופעל אשר מדביק את הבורג לנקב.

כדי לפתח ביטוי עבור ${\displaystyle \tau _{min}}$, נוח להמשיג את הבורג עצמו למישור משופע המלופף סביב ציר מרכזי בזווית פסיעה ${\displaystyle \alpha }$, ואת האינטראקציה המכנית בין הבורג לתבריג למשקולת המונחת על מישור משופע שעליה פועל כוח אנכי ${\displaystyle W}$ וכוח אופקי ${\displaystyle F}$ שעומד ביחס לישר למומנט הסיבוב המופעל על הבורג. כוח זה נתון בקשר: ${\displaystyle F={\frac {\tau _{min}}{r}}}$. על מנת שהבורג יסתובב, צריכה להתפתח החלקה של המשקולת על המישור המשופע, כלומר שקול הכוחות במקביל למישור צריך לגבור על החיכוך הסטטי. לפיכך, ניתן לרשום:

${\displaystyle N=F\mathbb {sin} \alpha +W\mathbb {cos} \alpha }$

${\displaystyle F\mathbb {cos} \alpha -W\mathbb {sin} \alpha =\mu _{s}\cdot N}$

פתרון המשוואות וחילוץ ${\displaystyle F}$ נותן:

${\displaystyle F=({\frac {\mathbb {sin} \alpha +\mu _{s}\mathbb {cos} \alpha }{\mathbb {cos} \alpha -\mu _{s}\mathbb {sin} \alpha }})W}$

ולכן מומנט ההברגה המינימלי הוא:

${\displaystyle \tau _{min}=({\frac {\mathbb {sin} \alpha +\mu _{s}\mathbb {cos} \alpha }{\mathbb {cos} \alpha -\mu _{s}\mathbb {sin} \alpha }})Wr}$

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא בורג בוויקישיתוף

הערות שוליים

1. Stephanie Dalley and John Peter Oleson (January 2003). "Sennacherib, Archimedes, and the Water Screw: The Context of Invention in the Ancient World", Technology and Culture 44 (1).
2. Am_Wood_Screws (PDF), אורכב מ-המקור (PDF) ב-2011-10-08, נבדק ב-2010-04-30.
3. Rybczynski 2000, pp. 34, 66, 90.
4. J. Thomas Mitchell (3 בפברואר 2009). Centre County: From Its Earliest Settlement to the Year 1915. Penn State Press. pp. 39–. ISBN 978-0-271-04499-6. {{cite book}}: (עזרה)
5. Screw (באנגלית), נבדק ב-2022-07-26
6. U.S. Patent 161,390.
7. From Phillips to Allen: A History of Screws and Screwdrivers, ThoughtCo (באנגלית)