Banyak baut kecil, atau sedikit baut besar?

9

Saya memasang motor servo dengan penutup mesin ke pelat dasar dengan lubang bor. Desain saat ini menggunakan delapan baut M-2.5 dalam pola angka U (3-2-3) di sekitar selungkup.

Mengencangkan bahwa banyak baut / sekrup membutuhkan waktu, dan pengukur yang kecil membuatnya lebih halus daripada baut pengukur yang lebih besar (penguncian benang yang terlewat, dll.)

Jika saya mengubah desain ini untuk menggunakan baut yang lebih sedikit, lebih besar, apa untungnya? Apakah jumlah slop posisi berbeda secara signifikan antara, katakanlah, tiga baut M-6, dan delapan baut M-2.5? Apakah ada formula untuk gaya tambahan yang akan disediakan oleh N baut ukuran S?

Jon Watte
sumber

Jawaban:

8

Ini benar-benar tidak sesederhana aturan praktis - ada banyak faktor di setiap aplikasi. Saya akan berasumsi bahwa aplikasi baut Anda adalah situasi yang cukup tradisional di mana Anda membaut material yang satu dengan yang lain (satu bidang geser) bukan sandwich yang lebih kompleks (bantalan isolasi, pelat transisi, dll.)

Pada sebagian besar sambungan baut, baut dimaksudkan untuk memberikan gaya penjepit normal ke permukaan faying untuk memungkinkan gaya gesekan yang besar untuk berkembang antara dua bahan yang dibaut. Karena itu, walaupun kami selalu memeriksa bahwa baut dapat menahan beban dalam geser, untuk desain sambungan untuk kinerja, aksi penjepitan merupakan pertimbangan yang lebih besar. Jika permukaan faying Anda sangat rata dan bersih, dan dua material Anda sangat kaku, Anda dapat membayangkan bahwa satu baut besar akan cukup untuk masalah apa pun karena gaya penjepit akan menerapkan gesekan yang sama di seluruh permukaan faying. Salah satu masalah dengan menggunakan baut tunggal adalah bahwa jika sambungan tidak tergelincir, itu bisa tergelincir ke arah yang melonggarkan mur terhadap baut, yang menyebabkan kegagalan bencana.

Pada kenyataannya, biasanya dua permukaan kita agak fleksibel, kotor, dan tidak rata. Karena itu, baut hanya berhasil menerapkan gaya penjepit untuk area kecil di sekitarnya, sehingga sambungan yang menahan momen (seperti kebanyakan dudukan motor) tidak akan sangat efektif dengan baut tunggal. Alih-alih, menambahkan lebih banyak baut, lebih jauh terpisah satu sama lain, menciptakan 'pasangan momen' di mana karena jarak antara masing-masing baut, resistensi slip yang sebenarnya diperlukan pada setiap baut lebih sedikit. Secara umum, untuk koneksi yang menahan momen, Anda ingin memaksimalkan ukuran keseluruhan pola baut sesuai alasan.

Tentu saja ada banyak faktor lain. Seperti yang Anda sarankan, karena toleransi absolut lebih besar pada baut yang lebih besar, mereka umumnya membutuhkan lebih banyak lubang ceroboh, yang berarti mereka tidak akan secara inheren memberikan keselarasan yang sebaik baut yang lebih kecil. Namun, jika Anda meluruskan komponen Anda secara mandiri (dengan mengukur atau dengan jig,) dan mengencangkan baut, Anda masih dapat menyimpan komponen di tempat yang tepat juga. Sebaliknya, karena lubang untuk baut yang lebih kecil umumnya kurang besar, meluruskan pola banyak baut kecil membutuhkan pemesinan yang jauh lebih presisi untuk komponen Anda daripada meluruskan beberapa baut yang lebih besar. Ini karena faktor pembesaran yang lebih kecil terutama, tetapi diperparah oleh fakta bahwa semakin banyak lubang yang Anda miliki,

Sejauh biaya, untuk bagian-bagian berukuran sedang, biaya pengerjaan bagian-bagian itu hampir pasti lebih mahal daripada biaya pengencang itu sendiri, jadi beberapa baut yang lebih besar akan menjadi pilihan yang lebih baik - baut yang sedikit lebih mahal, tetapi lebih sedikit lubang untuk dibor. Ukuran lubang untuk mengebor memiliki dampak yang jauh lebih kecil pada biaya daripada waktu untuk menemukan lubang baru, terutama jika cukup dalam untuk membutuhkan beberapa langkah (seperti bor bercak atau bor tengah) dan karenanya alat berubah. Selain itu, tergantung pada skala Anda, bahan, dan ketebalan, kadang-kadang lubang yang lebih kecil sebenarnya lebih mahal karena harus dibor kurang agresif untuk menghindari kerusakan alat. Dua pengecualian besar untuk pernyataan ini adalah jika karya Anda diproduksi secara massal dengan casting, injection molding, atau proses volumetrik yang serupa, atau jika mereka sedang dipotong oleh proses pembuatan profil seperti waterjet atau laser cutting, di mana inci linear adalah pendorong utama biaya. Seperti yang Anda tunjukkan, waktu untuk merakit perangkat sebagian besar diatur oleh jumlah baut daripada ukurannya - untuk ulir panjang tertentu - baut besar sebenarnya lebih cepat untuk dikencangkan. Jadi ini juga mendukung baut yang lebih sedikit dan lebih besar.

Adapun formula yang mengatur kekuatan penjepitan, itu tidak terlalu istimewa. Setelah Anda menetapkan pretensi pada setiap baut yang terpasang, Anda cukup mengalikannya dengan koefisien gesekan statis untuk kombinasi permukaan faying Anda. Bagian yang sulit adalah membangun pretensi yang akan Anda capai dalam setiap baut - ada formula yang akan memberi Anda ketegangan sebagai fungsi torsi, sudut timah, dan bahan, tetapi mereka diketahui tidak terlalu akurat. Cara terbaik untuk menemukan nilai ini adalah dengan pengukuran langsung setelah mengencangkan baut menggunakan metode yang sama yang akan Anda gunakan dalam produksi (torsi, feel, turn-of-the-nut, dll.)

Ethan48
sumber
1
Jawaban yang bagus. Terima kasih! Bagi saya, ternyata perbedaan biaya pemesinan adalah nol, karena saya menjalankan pemesinan sendiri di pabrik CNC. Namun, waktu pemasangan untuk mendapatkan delapan baut M-2.5, mur, dan mesin cuci sejajar jauh lebih banyak daripada tiga M-6 (dan M-2.5 cukup kecil sehingga lebih mengganggu per baut daripada M-6, juga !)
Jon Watte
Itu masuk akal. Pada saat itu biaya pengerjaan hanyalah waktu Anda dan aus pada mesin dan pemotong.
Ethan48
Adakah yang tahu mengapa kepala wanita dan pria lebih cepat (atau sebaliknya) digunakan? Banyak kali saya melihat kepala hex laki-laki, tetapi kepala torx perempuan. Apakah gender itu khusus kosmetik atau apakah "lebih baik"?
The Muffin Man
@TheMuffinMan baik untuk ukuran dan kedalaman kepala yang sama, kepala heksa jantan umumnya akan membiarkan Anda mengirimkan lebih banyak torsi. Mereka juga lebih murah untuk diproduksi, sehingga biasanya merupakan standar paling sederhana jika tidak ada alasan kuat untuk menggunakan bentuk internal. Kepala soket, Torx, dan sejenisnya biasanya digunakan saat Anda membutuhkan kepala berdiameter lebih kecil, lebih kosmetik, atau lebih mudah dibersihkan.
Ethan48
7

Ada beberapa keuntungan utama untuk memiliki lebih banyak baut.

Yang pertama adalah bahwa beban lebih merata, terutama ketika kekakuan fixture itu sendiri sedikit marjinal dan ketika penting untuk memastikan bahwa tidak ada pemisahan misalnya pada sambungan flensa sistem fluida bertekanan tinggi.

Kedua memiliki lebih banyak baut untuk beban nominal yang sama berarti diameter lubang yang lebih kecil dan diameter flens yang sangat kecil yang mungkin berguna ketika Anda perlu mengemas barang seketat mungkin (misalnya dalam aplikasi mesin otomotif.)

Ketiga, pengencang lebih banyak dapat meningkatkan redundansi yaitu jika Anda memiliki 4 baut dan 1 di bawah spesifikasi atau tidak terpasang dengan benar maka Anda kehilangan 25% dari kekuatan desain jika Anda memiliki 10 baut dan satu salah, maka Anda hanya kehilangan 10%.

Sisi lain dari koin adalah bahwa menggunakan banyak pengencang kecil untuk mendukung beban yang jauh lebih besar dari kapasitas masing-masing dapat menyebabkan kegagalan kaskade jika Anda mendapatkan kondisi pemuatan yang tidak terduga dan Anda bisa mendapatkan sambungan 'unzipping'.

Di sisi lain mungkin ada contoh di mana sejumlah besar pengencang mempersulit perakitan dan pemeliharaan, terutama jika akses terbatas dan kemungkinan pengencang mungkin menimbulkan korosi atau macet atau menyita. Demikian pula pengencang diameter yang lebih kecil mungkin memiliki rentang torsi yang lebih kecil daripada yang lebih besar.

Perlu juga diingat bahwa praktik terbaik dalam merancang perlengkapan baut adalah agar baut dapat bekerja dengan menjepit dua permukaan secara bersamaan sehingga gaya geser ditentang oleh gesekan antara permukaan perkawinan daripada dibawa langsung oleh baut. Demikian pula baut biasanya memerlukan jarak bebas pada lubang tanpa ulir dan karenanya tidak cocok sebagai satu-satunya cara untuk memberikan keselarasan yang akurat antara dua bagian. Jika ini diperlukan, biasanya memiliki sesuatu seperti pengaturan stud atau takik untuk memberikan cara penyelarasan yang positif.

Chris Johns
sumber
Terima kasih atas jawaban tambahan, yang lebih jelas menjabarkan beberapa hal yang hanya disinggung sebentar dalam jawaban yang diterima.
Jon Watte
0

Dalam industri permesinan, penyeleksi baut holo-krome digunakan secara teratur untuk mendapatkan torsi pengetatan dan ketegangan yang dihasilkan: yang hijau untuk inci dan biru untuk metrik: https://www.google.com/#q=holo-krome + sekrup + pemilih + kartu

Jika memungkinkan, ukuran miniatur seperti 2.5mm dihindari. Sederhana, kekuatan baut sebanding dengan luas penampang, atau PI * R ^ 2. Dalam membandingkan 6mm ke 2.5mm, jari-jari yang sesuai adalah 3 dan 1,25, rasio kekuatan yang sesuai adalah sekitar 3 ^ 2 dan 1,25 ^ 2, atau 9 banding 1,56, atau rasio 5,8.

Sekrup yang lebih besar mungkin memerlukan pengunci biru agar tidak longgar karena getaran: panjang sekrup pada tegangan umumnya harus 4x diameter untuk dianggap tahan getaran.

Greg Marsh
sumber
Yah, saya tidak selalu memiliki opsi pada M2.5, karena itulah bagian yang saya integrasikan dengan penggunaan :-( Satu pertanyaan sisi bagi saya adalah apakah saya dalam hal ini merancang fixture adaptasi yang terpasang (dan red-loctites) pola 2.5MM, dan kemudian beradaptasi dengan bagian saya sendiri menggunakan M6, atau apakah saya hanya membuat bagian saya sendiri di M2.5 tanpa adaptor. Jawaban untuk pertanyaan ini, akan menginformasikan jawaban untuk pertanyaan itu juga .
Jon Watte
-3

Lebih baik selalu menggunakan baut yang lebih kecil daripada yang lebih besar karena jika beberapa dari mereka gagal, lebih baik memiliki lebih banyak.

pengguna1892
sumber
2
Saya tidak yakin itu benar secara universal. Misalnya, satu baut M10 jauh lebih kuat dari dua baut M1. Titik kegagalan baut yang lebih besar jauh lebih tinggi, yang harus dikalikan dengan hitungan. Ada juga biaya perakitan - solusi yang memecahkan masalah dengan biaya lebih rendah lebih baik. Ada semacam rumus atau hubungan yang memberi tahu saya mana yang lebih baik dalam kombinasi tertentu. Itu salah satu jenis formula yang saya cari dengan pertanyaan ini.
Jon Watte
Ini tidak mungkin benar, karena ia berpendapat bahwa baut kecil jumlahnya tak terbatas. Saya bukan insinyur mekanik, tapi jelas ada pengorbanan yang belum Anda pertimbangkan.
Olin Lathrop