Wiele małych śrub, czy kilka dużych śrub?

Mocuję silnik serwo z obudową wykonaną maszynowo do płyty podstawy z wywierconymi otworami. Obecna konstrukcja wykorzystuje osiem śrub M-2.5 w układzie litery U (3-2-3) wokół obudowy.

Dokręcenie wielu śrub / śrub wymaga czasu, a mały rozstaw sprawia, że ​​są one bardziej precyzyjne niż śruby o większych rozstawach (zaczyna się brakujący gwint nakrętki itp.)

Gdybym miał zmienić ten projekt, aby używał mniejszych, większych śrub, jakie byłyby zalety / wady tego? Czy liczba odchyleń pozycji różni się znacznie między, powiedzmy, trzema śrubami M-6 i ośmioma śrubami M-2.5? Czy istnieje wzór na siłę mocującą, którą zapewnią śruby N o rozmiarze S?

To naprawdę nie jest tak proste, jak reguła - w każdej aplikacji jest wiele czynników. Zakładam, że twoje zastosowanie śruby jest dość tradycyjną sytuacją, w której przykręcasz jeden kawałek materiału do drugiego (jedna płaszczyzna ścinania), a nie bardziej złożoną kanapkę (podkładki izolacyjne, płyty przejściowe itp.)

W większości połączeń śrubowych, śruby mają na celu zapewnienie siły zaciskania normalnej do powierzchni styku, aby umożliwić powstanie dużej siły tarcia między dwoma łączonymi materiałami. W związku z tym, podczas gdy prawie zawsze sprawdzamy, czy śruby mogą przenosić obciążenie na ścinanie, w celu zaprojektowania połączenia pod kątem wydajności działanie zaciskające jest większym aspektem. Jeśli twoje powierzchnie montażowe są bardzo płaskie i czyste, a twoje dwa materiały są bardzo sztywne, możesz sobie wyobrazić, że pojedyncza, duża śruba wystarczyłaby na jakikolwiek problem, ponieważ siła zaciskająca przykładałaby równe tarcie na całej powierzchni montażowej. Jednym problemem z użyciem pojedynczej śruby jest to, że jeśli złącze się ześlizgnie, może się ześlizgnąć w kierunku, który poluzuje nakrętkę na śrubie, prowadząc do katastrofalnej awarii.

W rzeczywistości zazwyczaj nasze dwie powierzchnie są nieco elastyczne, brudne i nie płaskie. Z tego powodu śruba z powodzeniem przykłada siłę zaciskową tylko na niewielkim obszarze wokół siebie, więc połączenia wytrzymujące moment (jak większość mocowań silnika) nie będą bardzo skuteczne w przypadku jednej śruby. Zamiast tego, dodanie większej liczby śrub, dalej od siebie, tworzy „pary momentów”, w których ze względu na odległość między każdą śrubą rzeczywisty opór poślizgu wymagany dla każdej śruby jest mniejszy. Ogólnie rzecz biorąc, dla połączeń odpornych na moment chcesz zmaksymalizować całkowity rozmiar wzoru śrub w rozsądnym zakresie.

Istnieje oczywiście wiele innych czynników. Jak sugerujesz, ponieważ absolutna tolerancja jest większa w przypadku większych śrub, zwykle wymagają one większej liczby niechlujnych otworów, co oznacza, że ​​z natury nie zapewnią wyrównania tak dobrego jak mniejsze śruby. Jeśli jednak wyrównasz komponenty niezależnie (przez pomiar lub za pomocą przyrządu) i dokręcisz śruby, nadal możesz również utrzymać komponent we właściwym miejscu. I odwrotnie, ponieważ otwory na mniejsze śruby zwykle są mniej przewymiarowane, wyrównanie wzoru wielu małych śrub wymaga znacznie bardziej precyzyjnej obróbki części niż wyrównanie kilku większych śrub. Wynika to przede wszystkim z mniejszego współczynnika przewymiarowania, ale pogarsza go fakt, że im więcej masz dziur,

Jeśli chodzi o koszty, w przypadku części o niewielkich rozmiarach koszty obróbki części prawie na pewno kosztują więcej niż koszt samych elementów złącznych, więc lepszym rozwiązaniem byłoby kilka większych śrub - nieco droższe śruby, ale mniej otworów do wywiercenia. Rozmiar otworu do wywiercenia ma znacznie mniejszy wpływ na koszt niż czas znalezienia nowego otworu, zwłaszcza jeśli jest wystarczająco głęboki, aby wymagać wielu kroków (takich jak wiertło punktowe lub wiertło centralne), a zatem zmiana narzędzia. Ponadto, w zależności od skali, materiałów i grubości, czasami mniejsze otwory są w rzeczywistości droższe, ponieważ muszą być wiercone mniej agresywnie, aby uniknąć pęknięcia narzędzia. Dwa duże wyjątki od tego stwierdzenia dotyczyłyby produkcji masowej wytwarzanej przez odlewanie, formowanie wtryskowe lub podobny proces objętościowy, lub jeśli są one cięte w procesie profilowania, takim jak cięcie strumieniem wody lub laserem, gdzie liniowe cale są głównym czynnikiem napędzającym koszty. Jak zauważyłeś, czas montażu urządzenia zależy głównie od liczby śrub, a nie od ich wielkości - dla danej długości gwintu duża śruba jest w rzeczywistości szybsza do dokręcenia. Sprzyja to zatem mniejszym, większym śrubom.

Jeśli chodzi o formułę rządzącą siłą zacisku, nie jest to nic specjalnego. Po ustaleniu naprężenia na każdej zainstalowanej śrubie, wystarczy pomnożyć to przez statyczny współczynnik tarcia dla kombinacji powierzchni fay. Najtrudniejszą częścią jest ustalenie naprężenia, które osiągniesz w każdej śrubie - istnieją formuły, które zapewnią ci napięcie w funkcji momentu obrotowego, kąta natarcia i materiałów, ale wiadomo, że nie są bardzo dokładne. Najlepszym sposobem na znalezienie tej wartości byłby bezpośredni pomiar po dokręceniu śrub przy użyciu tej samej metody, której użyjesz w produkcji (moment obrotowy, wyczucie, obrót nakrętki itp.)

Istnieje kilka głównych zalet posiadania większej liczby śrub.

Po pierwsze, obciążenia rozkładają się bardziej równomiernie, szczególnie gdy sztywność samego urządzenia jest nieco marginalna i gdy ważne jest, aby zapewnić, że nie dojdzie do oddzielenia, np. W połączeniach kołnierzowych wysokociśnieniowych układów płynowych.

Po drugie, posiadanie większej liczby śrub dla tego samego obciążenia nominalnego oznacza mniejszą średnicę otworu i tak małą średnicę kołnierza, co może być przydatne, gdy trzeba opakować rzeczy tak ściśle, jak to możliwe (np. W silnikach samochodowych).

Po trzecie, więcej elementów złącznych może poprawić redundancję, tzn. Jeśli masz 4 śruby, a 1 jest poniżej specyfikacji lub jest nieprawidłowo zmontowany, tracisz 25% wytrzymałości projektowej, jeśli masz 10 śrub, a jeden jest nieprawidłowy, tracisz tylko 10%.

Druga strona medalu polega na tym, że użycie wielu małych elementów złącznych do podtrzymania ładunku znacznie większego niż ich indywidualna pojemność może powodować awarie kaskady, jeśli wystąpią nieprzewidziane warunki obciążenia i można „rozpiąć” połączenia.

Z drugiej strony mogą zdarzyć się przypadki, w których duża liczba elementów złącznych komplikuje montaż i konserwację, szczególnie jeśli dostęp jest ograniczony i jest prawdopodobne, że elementy złączne mogą skorodować lub w inny sposób zakleszczyć się lub zatkać. Łączniki o mniejszej średnicy mogą mieć mniejszy dopuszczalny zakres momentu obrotowego niż większe.

Warto również pamiętać, że najlepszą praktyką w projektowaniu śrubowanych elementów jest działanie śrub przez zaciskanie dwóch powierzchni razem, tak że siły ścinające są odporne na tarcie między współpracującymi powierzchniami, a nie przenoszone bezpośrednio przez śruby. Podobnie śruby zwykle wymagają umiarkowanego luzu w otworach gwintowanych i dlatego nie są odpowiednie jako jedyny sposób zapewnienia dokładnego wyrównania między dwiema częściami. Gdy jest to wymagane, zwykle stosuje się coś w rodzaju ćwieków lub wycięć, aby zapewnić pozytywny sposób wyrównania.

W przemyśle maszynowym selektory śrub Holo-Krome są regularnie używane, aby uzyskać moment dokręcania i wynikające z tego napięcie śrub: zielony jest calowy, a niebieski metryczny: https://www.google.com/#q=holo-krome + śruba + selektor + karty

Jeśli to możliwe, unika się miniaturowych rozmiarów, takich jak 2,5 mm. Uproszczona wytrzymałość śruby jest proporcjonalna do pola przekroju lub PI * R ^ 2. Porównując 6 mm do 2,5 mm, odpowiednie promienie wynoszą 3 i 1,25, Odpowiednie stosunki wytrzymałości wynoszą w przybliżeniu 3 ^ 2 i 1,25 ^ 2 lub 9 do 1,56 lub stosunek 5,8.

Większe śruby mogą wymagać niebieskiego locktite, aby się nie poluzowały z powodu wibracji: długość śruby poddawanej naprężeniu zwykle musi być czterokrotnie większa niż średnica, aby uznać ją za odporną na wibracje.

Lepiej zawsze używać więcej małych śrub niż kilku większych, ponieważ jeśli niektóre z nich zawiodą, lepiej mieć ich więcej.