Molti piccoli bulloni o pochi grandi bulloni?


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Sto fissando un servomotore con un involucro lavorato a una piastra di base con fori. Il design attuale utilizza otto bulloni M-2.5 in un modello a U (3-2-3) attorno alla custodia.

Il serraggio di molti bulloni / viti richiede tempo e il calibro piccolo li rende più sottili dei bulloni di calibro più grande (avviamenti filettati dado mancati, ecc.)

Se dovessi cambiare questo design per usare meno bulloni più grandi, quali sarebbero i pro / contro di questo? La quantità di inclinazione della posizione è significativamente diversa tra, diciamo, tre bulloni M-6 e otto bulloni M-2.5? Esiste una formula per la forza di fissaggio che fornirà N bulloni di taglia S?

Risposte:


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In realtà non è così semplice come una regola empirica - ci sono molti fattori in ogni applicazione. Presumo che l'applicazione del bullone sia una situazione abbastanza tradizionale in cui si sta imbullonando un pezzo di materiale su un altro (un piano di taglio) non un sandwich più complesso (tamponi di isolamento, piastre di transizione, ecc.)

Nella maggior parte delle connessioni bullonate, i bulloni hanno lo scopo di fornire una forza di serraggio normale alle superfici di faying per consentire a una grande forza di attrito di svilupparsi tra i due materiali da imbullonare. Come tale, mentre controlliamo quasi sempre che i bulloni possano trattenere il carico a taglio, per la progettazione della connessione per le prestazioni, l'azione di bloccaggio è una considerazione maggiore. Se le tue superfici di faying sono molto piatte e pulite e i tuoi due materiali sono molto rigidi, puoi immaginare che un singolo bullone grande sarebbe sufficiente per qualsiasi problema poiché la forza di serraggio applicherebbe un attrito uguale su tutta la superficie di faying. Un problema con l'uso di un singolo bullone è che se il giunto scivola, potrebbe scivolare in una direzione che allenta il dado contro il bullone, causando un guasto catastrofico.

In realtà, di solito le nostre due superfici sono in qualche modo flessibili, sporche e non piatte. Per questo motivo, un bullone applica con successo solo una forza di serraggio per una piccola area intorno a se stesso, quindi i giunti che resistono a un momento (come la maggior parte dei supporti motore) non saranno molto efficaci con un singolo bullone. Invece, l'aggiunta di più bulloni, più distanti tra loro, crea "coppie di momenti" in cui, a causa della distanza tra ciascun bullone, la resistenza allo scivolamento effettiva richiesta per ciascun bullone è inferiore. In generale, per connessioni che resistono per un momento, si desidera massimizzare la dimensione complessiva del modello di bullone entro limiti ragionevoli.

Ci sono, ovviamente, molti altri fattori. Come suggerisci, poiché la tolleranza assoluta è maggiore su bulloni più grandi, in genere richiedono più fori sciatti, il che significa che non forniranno intrinsecamente un allineamento buono come bulloni più piccoli. Tuttavia, se si allineano i componenti in modo indipendente (misurando o con una maschera) e si serrano i bulloni, è comunque possibile mantenere il componente nel posto giusto. Al contrario, poiché i fori per i bulloni più piccoli sono generalmente meno sovradimensionati, l'allineamento di un modello di molti piccoli bulloni richiede una lavorazione molto più precisa delle parti rispetto all'allineamento di un paio di bulloni più grandi. Ciò è dovuto principalmente al fattore di sovradimensionamento più piccolo, ma è aggravato dal fatto che più fori hai,

Per quanto riguarda i costi, per parti di dimensioni modeste i costi di lavorazione delle parti quasi certamente costano di più rispetto al costo degli stessi elementi di fissaggio, quindi alcuni bulloni più grandi sarebbero un'opzione migliore - bulloni leggermente più costosi, ma meno fori da praticare. La dimensione di un foro da praticare ha un impatto molto minore sui costi rispetto al tempo necessario per individuare un nuovo foro, soprattutto se abbastanza profondo da richiedere più passaggi (come un trapano avvitatore o un trapano centrale) e quindi un cambio di utensile. Inoltre, a seconda della scala, dei materiali e dello spessore, a volte i fori più piccoli sono in realtà più costosi in quanto devono essere eseguiti in modo meno aggressivo per evitare la rottura dell'utensile. Due grandi eccezioni a questa affermazione sarebbero se i tuoi pezzi fossero prodotti in serie mediante fusione, stampaggio ad iniezione o un processo volumetrico simile, o se vengono tagliati da un processo di profilazione come il taglio a getto d'acqua o laser, in cui i pollici lineari sono il principale fattore di costo. Come hai sottolineato, il tempo per assemblare il dispositivo è principalmente governato dal numero di bulloni piuttosto che dalla loro dimensione - per una determinata lunghezza di filo - un bullone grande è in realtà più veloce da stringere. Quindi questo favorisce anche un numero minore di bulloni più grandi.

Per quanto riguarda una formula che governa la forza di serraggio, non è niente di troppo speciale. Una volta stabilita la pretensione su ciascun bullone installato, è sufficiente moltiplicarlo per il coefficiente di attrito statico per la combinazione della superficie di faying. La parte difficile è stabilire la pretesa che realizzerai in ogni bullone - ci sono formule che ti daranno tensione in funzione di coppia, angolo di attacco e materiali, ma sono noti per non essere molto precisi. Il modo migliore per trovare questo valore sarebbe attraverso la misurazione diretta dopo aver stretto i bulloni usando lo stesso metodo che userete in produzione (coppia, sensibilità, giro del dado, ecc.)


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Un'ottima risposta Grazie! Per me, si scopre che la differenza di costo di lavorazione è zero, perché eseguo io stesso la lavorazione su un mulino CNC. Tuttavia, il tempo di montaggio per allineare otto bulloni M-2.5, dadi e rondelle di sicurezza è molto più di tre M-6 (e l'M-2.5 è abbastanza piccolo da essere anche più fastidioso per bullone rispetto a M-6, anche !)
Jon Watte l'

Questo ha senso. A quel punto il costo di lavorazione è solo il tempo e l'usura della macchina e delle frese.
Ethan48,

Qualche idea sul perché vengano utilizzate teste più veloci femminile o maschile (o viceversa)? Molte volte ho visto teste esagonali maschili, ma teste torx femminili. Il genere è specificamente cosmetico o è "migliore"?
The Muffin Man

@TheMuffinMan bene per le stesse dimensioni e profondità della testa, le teste esagonali maschili generalmente ti permetteranno di trasmettere più coppia. Sono anche più economici da produrre, quindi di solito sono il default più semplice se non c'è un motivo convincente per andare con un modulo interno. La testa dello zoccolo, Torx e simili vengono solitamente utilizzati quando è necessario che la testa abbia un diametro più piccolo, più cosmetico o più facile da pulire.
Ethan48

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Ci sono alcuni vantaggi principali nell'avere più bulloni.

Il primo è che i carichi sono distribuiti in modo più uniforme, specialmente quando la rigidità dell'attrezzatura stessa è un po 'marginale e quando è importante garantire che non si verifichi alcuna separazione, ad esempio nei giunti flangiati dei sistemi fluidi ad alta pressione.

In secondo luogo, avere più bulloni per lo stesso carico nominale significa un diametro del foro più piccolo e un diametro della flangia così piccolo che può essere utile quando è necessario imballare le cose nel modo più stretto possibile (ad esempio nelle applicazioni di motori automobilistici).

In terzo luogo, un numero maggiore di elementi di fissaggio può migliorare la ridondanza, ad esempio se si dispone di 4 bulloni e 1 è al di sotto delle specifiche o assemblato in modo errato, si perde il 25% della resistenza del progetto se si dispone di 10 bulloni e uno è errato, quindi si perde solo il 10%.

L'altro lato della medaglia è che l'uso di molti piccoli dispositivi di fissaggio per supportare un carico molto più grande della loro capacità individuale può causare guasti a cascata se si verificano condizioni di carico impreviste e si può "decomprimere" le articolazioni.

D'altra parte ci possono essere casi in cui un gran numero di elementi di fissaggio complica il montaggio e la manutenzione, specialmente se l'accesso è limitato ed è probabile che gli elementi di fissaggio possano corrodersi o incepparsi o grippare. Analogamente, elementi di fissaggio di diametro inferiore possono avere un intervallo di coppia accettabile inferiore rispetto a quelli più grandi.

Vale anche la pena ricordare che la migliore pratica nella progettazione di dispositivi imbullonati è che i bulloni funzionino serrando insieme due superfici in modo che le forze di taglio siano resistite dall'attrito tra le superfici di accoppiamento piuttosto che essere trasportate direttamente dai bulloni. Allo stesso modo i bulloni di solito richiedono un gioco moderato in nessun foro filettato e quindi non sono adatti come unico mezzo per fornire un allineamento accurato tra due parti. Dove questo è richiesto, è normale avere qualcosa come una disposizione di tacchetti o tacche per fornire un mezzo positivo di allineamento.


Grazie per la risposta aggiuntiva, che chiarisce più chiaramente alcune cose toccate solo brevemente nella risposta accettata.
Jon Watte,

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Nell'industria dei macchinari i selettori dei bulloni holo-krome vengono utilizzati regolarmente per ottenere una coppia di serraggio e le conseguenti tensioni dei bulloni: quello verde è per pollice e il blu è per metrica: https://www.google.com/#q=holo-krome + vite + selettore + carte

Se possibile, si evitano le dimensioni in miniatura come 2,5 mm. Semplificata, la resistenza del bullone è proporzionale all'area della sezione trasversale, o PI * R ^ 2. Nel confrontare un 6 mm con un 2,5 mm, i raggi corrispondenti sono 3 e 1,25, i rapporti di resistenza corrispondenti sono approssimativamente 3 ^ 2 e 1,25 ^ 2, oppure da 9 a 1,56, o un rapporto di 5,8.

Le viti più grandi potrebbero aver bisogno di una locktite blu per evitare che si allentino a causa delle vibrazioni: la lunghezza della vite sotto tensione generalmente deve essere 4 volte il diametro per essere considerata resistente alle vibrazioni.


Bene, non ho sempre un'opzione su M2.5, perché questo è ciò che la parte che sto integrando con l'uso :-( Una domanda secondaria per me è se in questo caso progetto un apparecchio adattativo che si avvita (e red-loctites) il modello 2.5MM, quindi si adatta alle mie parti usando M6, o se realizzo le mie parti in M2.5 senza l'adattatore. La risposta a questa domanda informerà anche la risposta a quella domanda .
Jon Watte

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È sempre meglio usare più bulloni più piccoli di quelli più grandi perché se alcuni di loro falliscono, è meglio averne di più.


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Non sono sicuro che sia universalmente vero. Ad esempio, un bullone M10 è molto più forte di due bulloni M1. Il punto di fallimento del bullone più grande è molto più alto, che deve essere moltiplicato per il conteggio. C'è anche il costo di assemblaggio: una soluzione che risolve il problema a un costo inferiore è migliore. C'è una sorta di formula o relazione che mi dice quale è meglio in una particolare combinazione. Questo è un tipo di formula che sto cercando con questa domanda.
Jon Watte,

Questo non può essere vero, dal momento che sostiene un numero infinito di piccoli bulloni. Non sono un ingegnere meccanico, ma chiaramente ci sono dei compromessi che non hai preso in considerazione.
Olin Lathrop,
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