Багато маленьких болтів, або кілька великих болтів?

Я кріплю серводвигун з оброблюваним корпусом до базової пластини із просвердленими отворами. Поточна конструкція використовує вісім болтів М-2,5 у рисунку U (3-2-3) навколо корпусу.

Затягуючи, що багато болтів / гвинтів вимагає часу, а невеликий датчик робить їх витонченішими, ніж болти великої колії (пропущена гайкова різьба і т.д.)

Якби я змінив цю конструкцію на використання менших, більших, болтів, які були б плюси / мінуси цього? Чи суттєво різняться величина нахилу позиції між, скажімо, трьома болтами M-6 та восьми болтами M-2.5? Чи існує формула сили прикріплення, яку надаватимуть N болтів розміром S?

Це насправді не так просто, як правило, у кожній програмі дуже багато факторів. Я припускаю, що ваше застосування болта є досить традиційною ситуацією, коли ви прикручуєте один шматок матеріалу до іншого (одна зсувна площина), а не більш складний сендвіч (ізоляційні прокладки, перехідні плити тощо).

У більшості болтових з'єднань болти призначені для того, щоб забезпечити нормальну силу притиску до поверхонь, що лежать, щоб дозволити розвиватися велике зусилля тертя між двома болтами матеріалів. Таким чином, хоча ми завжди завжди перевіряємо, що болти можуть утримувати навантаження в зсуві, для проектування з'єднання для продуктивності дії затискача є більш важливою увагою. Якщо ваші поверхні, що летять, дуже плоскі і чисті, а ваші два матеріали дуже жорсткі, ви можете уявити, що одного, великого болта вистачить для будь-якої проблеми, оскільки сила затискання буде застосовувати однакове тертя по всій поверхні, що лежить. Одна з проблем використання одного болта полягає в тому, що якщо суглоб не ковзає, він може ковзати в напрямку, який розпушує гайку проти болта, що призводить до катастрофічного збою.

Насправді зазвичай наші дві поверхні дещо гнучкі, брудні та не плоскі. Через це болт лише успішно прикладає силу притиску до невеликої ділянки навколо себе, тому стики, які чинять опір моменту (як і більшість кріплень двигуна), будуть не дуже ефективними з одним болтом. Натомість додавання більшої кількості болтів, віддалених один від одного, створює "моменти пари", де через відстань між кожним болтом фактичний опір ковзання, необхідний для кожного болта, менший. Взагалі, для з'єднань, що протистоять моменту, ви хочете максимально збільшити загальний розмір шаблону болта в межах причини.

Є, звичайно, купа інших факторів. Як ви підказуєте, оскільки абсолютний допуск більший на більших болтах, вони, як правило, вимагають більш неохайних отворів, тобто вони по суті не забезпечують вирівнювання, яке так само добре, як і менші болти. Однак якщо ви вирівняєте компоненти самостійно (вимірюванням або за допомогою дроселя) і затягніть болти, ви все одно можете тримати компонент у потрібному місці. І навпаки, оскільки отвори для менших болтів, як правило, менш великі, вирівнювання шаблону багатьох дрібних болтів вимагає набагато більш точної обробки деталей, ніж вирівнювання пари більших болтів. Це пов'язано з тим, що насамперед менший коефіцієнт завищення, але ускладнюється тим, що чим більше дірок у вас є,

Що стосується вартості, для скромно розмірних деталей витрати на обробку деталей майже напевно коштують дорожче, ніж вартість самих кріпильних елементів, тому кілька більших болтів були б кращим варіантом - трохи дорожчі болти, але менше отворів для свердління. Розмір отвору для свердління має набагато менший вплив на вартість, ніж час на знаходження нового отвору, особливо якщо він достатньо глибокий, щоб вимагати декількох кроків (наприклад, плямистого свердла або центрального свердла), а отже, і зміни інструменту. Крім того, залежно від масштабу, матеріалів та товщини іноді менші отвори насправді дорожчі, оскільки їх потрібно просвердлити менш агресивно, щоб уникнути поломки інструменту. Двома великими винятками з цього твердження будуть, якщо ваші шматки масово виробляються за допомогою лиття, лиття під тиском чи подібного об'ємного процесу, або якщо їх вирізають за допомогою процесу профілювання, як водяна струменева або лазерна різання, де лінійні дюйми є головним рушієм витрат. Як ви зазначаєте, час на збирання пристрою в основному регулюється кількістю болтів, а не їх розміром - для заданої довжини різьби - великий болт насправді швидше затягнути. Так що це також сприяє меншій кількості більших болтів.

Що стосується формули, що керує силою затиску, то вона нічого надто особливого. Як тільки ви встановите вигляд на кожному болті як встановлений, ви просто помножите його на статичний коефіцієнт тертя для вашої комбінації пластучої поверхні. Важка частина полягає у встановленні виду, що ви будете виконувати в кожному болті - є формули, які нададуть вам напругу як функцію крутного моменту, кута свинцю та матеріалів, але вони, як відомо, не дуже точні. Найкращим способом знайти це значення було б шляхом прямого вимірювання після затягування болтів тим самим методом, який ви використовуєте у виробництві (крутний момент, відчуття, поворот гайки тощо)

Є кілька основних переваг у тому, щоб мати більше болтів.

Перший полягає в тому, що навантаження розподіляються більш рівномірно, особливо коли жорсткість самого кріплення трохи гранична і коли важливо забезпечити відсутність поділу, наприклад, у фланцевих з'єднаннях рідин високого тиску.

По-друге, мати більше болтів для одного і того ж номінального навантаження означає менший діаметр отвору і такий малий діаметр фланця, який може бути корисним, коли вам потрібно упакувати речі якомога щільніше (наприклад, у автомобільних двигунах.)

По-третє, більшість кріплень можуть покращити резервування, тобто якщо у вас 4 болта, а 1 - нижче специфікації або неправильно зібраний, ви втрачаєте 25% від проектної міцності, якщо у вас 10 болтів, а один неправильний, ви втрачаєте лише 10%.

Інша сторона монети полягає в тому, що використання безлічі маленьких кріплень для підтримки навантаження, значно більших за їх індивідуальну ємність, може спричинити збої в каскаді, якщо ви отримаєте непередбачені умови завантаження, і ви можете отримати розпакування стиків.

З іншого боку, можуть бути випадки, коли велика кількість кріплень ускладнює складання та обслуговування, особливо якщо доступ обмежений і є ймовірність, що кріплення можуть роз’їстись або іншим чином заклинити або захопити. Аналогічно кріплення меншого діаметру можуть мати менший прийнятний діапазон крутного моменту, ніж більші.

Варто також пам’ятати, що найкраща практика проектування кріпильних болтів - болти працювати за допомогою затискання двох поверхонь разом, щоб зусилля зсуву чинили опір тертю між сполучними поверхнями, а не були перенесені безпосередньо болтами. Аналогічно болти зазвичай вимагають помірного зазору в різьбових отворах і тому не підходять як єдиний засіб забезпечення точного вирівнювання між двома деталями. Там, де це потрібно, зазвичай є щось подібне до розташування шпильки або виїмки, щоб забезпечити позитивний засіб вирівнювання.

У машинобудуванні селекторні болтоміри болтоміру використовуються регулярно, щоб отримати крутний момент затяжки та наслідки натягу болта: зелений - для дюйма, а синій - для метрики: https://www.google.com/#q=holo-krome + гвинт + селектор + картки

Якщо це можливо, слід уникати мініатюрних розмірів, таких як 2,5 мм. Спрощено, міцність болта пропорційна площі перерізу або PI * R ^ 2. Якщо порівнювати від 6 мм до 2,5 мм, відповідні радіуси дорівнюють 3 та 1,25, відповідні коефіцієнти міцності приблизно 3 ^ 2 і 1,25 ^ 2, або 9 до 1,56, або співвідношення 5,8.

Більшим гвинтам може знадобитися синій фіксатор, щоб не втрачати вібрацію: довжина гвинта під натягом зазвичай повинна бути в 4 рази більше, ніж діаметр, щоб вважати стійким до вібрації.

Краще завжди використовувати більше малих болтів, ніж кілька більших, тому що якщо деякі з них виходять з ладу, краще мати їх більше.