Nhiều bu lông nhỏ, hay vài bu lông lớn?

Tôi đang gắn một động cơ servo với vỏ được gia công vào một tấm đế có lỗ khoan. Thiết kế hiện tại sử dụng tám bu lông M-2.5 theo mẫu hình chữ U (3-2-3) xung quanh vỏ.

Việc siết chặt nhiều bu lông / ốc vít cần có thời gian và thước đo nhỏ làm cho chúng mịn hơn so với bu lông có kích thước lớn hơn (bắt đầu bỏ lỡ đai ốc, v.v.)

Nếu tôi thay đổi thiết kế này để sử dụng ít hơn, lớn hơn, bu lông, thì ưu / nhược điểm của việc này là gì? Là số lượng vị trí trượt khác nhau đáng kể giữa, giả sử, ba bu lông M-6 và tám bu lông M-2.5? Có một công thức cho lực liên kết mà N bu lông có kích thước S sẽ cung cấp không?

Nó thực sự không đơn giản như một quy tắc chung - có rất nhiều yếu tố trong mỗi ứng dụng. Tôi sẽ giả định rằng ứng dụng bu-lông của bạn là một tình huống khá truyền thống khi bạn đang xỏ một mảnh vật liệu này sang một mặt phẳng khác (một mặt phẳng cắt) không phải là một bánh sandwich phức tạp hơn (miếng cách ly, tấm chuyển tiếp, v.v.)

Trong hầu hết các kết nối được bắt vít, các bu lông được dự định để cung cấp một lực kẹp bình thường cho các bề mặt phân lớp để cho phép một lực ma sát lớn phát triển giữa hai vật liệu được bắt vít. Như vậy, trong khi chúng tôi luôn kiểm tra xem các bu lông có thể giữ tải không bị cắt, để thiết kế kết nối cho hiệu suất, hành động kẹp là một sự cân nhắc lớn hơn. Nếu bề mặt phân tán của bạn rất phẳng và sạch sẽ, và hai vật liệu của bạn rất cứng, bạn có thể tưởng tượng rằng một bu lông lớn, đơn lẻ sẽ đủ cho bất kỳ vấn đề nào vì lực kẹp sẽ tạo ma sát bằng nhau trên toàn bộ bề mặt phân loại. Một vấn đề với việc sử dụng một bu lông là nếu khớp bị trượt, nó có thể trượt theo hướng làm lỏng đai ốc chống lại bu lông, dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng.

Trong thực tế, thông thường hai bề mặt của chúng ta có phần mềm dẻo, bẩn và không phẳng. Bởi vì điều này, một bu lông chỉ áp dụng thành công một lực kẹp cho một khu vực nhỏ xung quanh nó, vì vậy các khớp chống lại một khoảnh khắc (giống như hầu hết các giá treo động cơ) sẽ không hiệu quả bằng một bu lông. Thay vào đó, việc thêm nhiều bu lông, cách xa nhau hơn, tạo ra 'cặp đôi khoảnh khắc' trong đó do khoảng cách giữa mỗi bu-lông, khả năng chống trượt thực tế cần thiết ở mỗi bu-lông là ít hơn. Nói chung, đối với các kết nối chống lại một khoảnh khắc, bạn muốn tối đa hóa kích thước tổng thể của mô hình bu lông trong lý do.

Tất nhiên, có một loạt các yếu tố khác. Như bạn đề xuất, vì dung sai tuyệt đối lớn hơn trên các bu lông lớn hơn, chúng thường yêu cầu nhiều lỗ cẩu thả hơn, có nghĩa là chúng sẽ không cung cấp căn chỉnh tốt như các bu lông nhỏ hơn. Tuy nhiên, nếu bạn căn chỉnh các thành phần của mình một cách độc lập (bằng cách đo hoặc bằng khuôn,) và siết chặt các bu lông, bạn vẫn có thể giữ thành phần ở đúng vị trí. Ngược lại, vì các lỗ cho bu lông nhỏ hơn thường quá khổ, việc căn chỉnh một mô hình của nhiều bu lông nhỏ đòi hỏi phải gia công chính xác hơn các bộ phận của bạn so với việc căn chỉnh một vài bu lông lớn hơn. Điều này là do yếu tố quá khổ nhỏ hơn chủ yếu, nhưng được kết hợp bởi thực tế là bạn càng có nhiều lỗ hổng,

Về chi phí, đối với các chi tiết có kích thước khiêm tốn, chi phí gia công các chi tiết gần như chắc chắn sẽ đắt hơn chi phí của các ốc vít, do đó, một vài bu lông lớn hơn sẽ là lựa chọn tốt hơn - bu lông đắt hơn một chút, nhưng ít lỗ hơn để khoan. Kích thước của một lỗ để khoan có tác động đến chi phí ít hơn nhiều so với thời gian xác định lỗ mới, đặc biệt là nếu nó đủ sâu để yêu cầu nhiều bước (như mũi khoan đốm hoặc mũi khoan trung tâm) và do đó thay đổi công cụ. Ngoài ra, tùy thuộc vào quy mô, vật liệu và độ dày của bạn, đôi khi các lỗ nhỏ hơn thực sự đắt hơn vì chúng phải được khoan ít mạnh hơn để tránh vỡ dụng cụ. Hai trường hợp ngoại lệ lớn cho tuyên bố này sẽ là nếu các mảnh của bạn đang được sản xuất hàng loạt bằng cách đúc, ép phun hoặc một quy trình thể tích tương tự, hoặc nếu chúng đang bị cắt bởi một quy trình định hình như cắt tia nước hoặc cắt laser, trong đó inch tuyến tính là yếu tố chính chi phí. NHƯ bạn chỉ ra, thời gian để lắp ráp thiết bị chủ yếu được chi phối bởi số lượng bu lông thay vì kích thước của chúng - trong một chiều dài nhất định của sợi - một bu lông lớn thực sự nhanh hơn để thắt chặt. Vì vậy, điều này cũng ủng hộ ít hơn, bu lông lớn hơn.

Đối với một công thức chi phối lực kẹp, nó không có gì quá đặc biệt. Khi bạn thiết lập giả bộ trên mỗi bu lông như đã cài đặt, bạn chỉ cần nhân hệ số đó với hệ số ma sát tĩnh cho tổ hợp bề mặt phân tán của bạn. Phần khó là thiết lập sự giả vờ mà bạn sẽ thực hiện trong mỗi bu-lông - có những công thức sẽ cung cấp cho bạn lực căng như một hàm của mô-men xoắn, góc dẫn và vật liệu, nhưng chúng được biết là không chính xác lắm. Cách tốt nhất để tìm giá trị này là bằng cách đo trực tiếp sau khi siết chặt các bu lông bằng cách sử dụng cùng một phương pháp bạn sẽ sử dụng trong sản xuất (mô-men xoắn, cảm giác, vòng quay, v.v.)

Có một vài lợi thế chính để có nhiều bu lông.

Đầu tiên là tải trọng phân bố đều hơn, đặc biệt là khi độ cứng của vật cố định là một chút và khi điều quan trọng là phải đảm bảo rằng không có sự phân tách xảy ra, ví dụ như trong các khớp nối của hệ thống chất lỏng áp suất cao.

Thứ hai có nhiều bu lông cho cùng tải trọng danh nghĩa có nghĩa là đường kính lỗ nhỏ hơn và đường kính mặt bích nhỏ có thể hữu ích khi bạn cần đóng gói mọi thứ càng chặt càng tốt (ví dụ: trong các ứng dụng động cơ ô tô).

Thứ ba, nhiều ốc vít hơn có thể cải thiện dự phòng tức là nếu bạn có 4 bu lông và 1 dưới mức quy định hoặc lắp ráp không đúng thì bạn mất 25% sức mạnh thiết kế nếu bạn có 10 bu lông và một sai thì bạn chỉ mất 10%.

Mặt khác của đồng xu là việc sử dụng nhiều ốc vít nhỏ để hỗ trợ tải lớn hơn nhiều so với công suất riêng lẻ của chúng có thể gây ra sự cố xếp tầng nếu bạn gặp các điều kiện tải không lường trước và bạn có thể bị "tháo khớp".

Mặt khác, có thể có một số lượng lớn các ốc vít làm phức tạp việc lắp ráp và bảo trì, đặc biệt là nếu quyền truy cập bị hạn chế và có khả năng các ốc vít có thể bị ăn mòn hoặc bị kẹt hoặc bị kẹt. Tương tự các ốc vít đường kính nhỏ hơn có thể có phạm vi mô-men xoắn nhỏ hơn chấp nhận được so với các ốc vít lớn hơn.

Cũng đáng ghi nhớ rằng cách tốt nhất để thiết kế đồ gá bắt vít là làm cho bu lông hoạt động bằng cách kẹp hai bề mặt lại với nhau để lực cắt được chống lại bởi ma sát giữa các bề mặt giao phối thay vì được mang trực tiếp bởi bu lông. Các bu lông tương tự thường yêu cầu khe hở vừa phải không có lỗ ren và do đó không phù hợp làm phương tiện duy nhất để cung cấp sự liên kết chính xác giữa hai phần. Trong trường hợp này là bắt buộc, thông thường phải có một cái gì đó giống như sắp xếp stud hoặc notch để cung cấp một phương tiện liên kết tích cực.

Trong ngành công nghiệp máy móc, bộ chọn bu-lông holo-krom được sử dụng thường xuyên để có được mô-men xoắn siết chặt và căng thẳng bu-lông kết quả: màu xanh lá cây dành cho inch và màu xanh là dành cho hệ mét: https://www.google.com/#q=holo-krom + vít + bộ chọn + thẻ

Nếu khả thi, các kích thước thu nhỏ như 2,5mm sẽ tránh được. Đơn giản hóa, cường độ bu lông tỷ lệ thuận với diện tích mặt cắt ngang, hoặc PI * R ^ 2. Khi so sánh 6 mm với 2,5mm, bán kính tương ứng là 3 và 1,25, các tỷ lệ cường độ tương ứng là khoảng 3 ^ 2 và 1,25 ^ 2, hoặc 9 đến 1,56, hoặc tỷ lệ 5,8.

Các ốc vít lớn hơn có thể cần locktite màu xanh để không bị lỏng do rung: chiều dài của vít dưới sức căng thường cần phải gấp 4 lần đường kính để được coi là chống rung.

Tốt hơn là luôn luôn sử dụng nhiều bu lông nhỏ hơn một vài cái lớn hơn bởi vì nếu một số trong số chúng thất bại, tốt hơn là có nhiều bu lông hơn.