Precarico del bullone: come calcolarlo e come controllarlo
Giunti bullonati Sono un aspetto fondamentale dell'ingegneria e delle costruzioni, in quanto fungono da connettori che tengono insieme strutture e macchinari. L'efficacia di queste articolazioni si basa su un fattore cruciale noto come precarico del bullone. Precarico del bullone, spesso definita tensione del bullone, è la forza assiale iniziale applicata a un bullone prima che vengano introdotti carichi esterni. Questo precarico garantisce che il giunto rimanga stretto e stabile anche se sottoposto a varie forze e vibrazioni. Questo articolo approfondisce l'importanza del precarico dei bulloni, i metodi di calcolo e le strategie per controllarlo.
Come calcolare il precarico del bullone?
Il precarico del bullone è la tensione creata in un bullone quando viene serrato. È la forza che tiene insieme le due parti di un giunto bullonato. Il precarico deve essere sufficiente a impedire che il giunto si separi sotto carichi operativi normali, ma non deve essere così elevato da danneggiare il bullone o le parti da unire.
Ci sono diversi metodi per calcolo del precarico del bullone. Il metodo più comune è il metodo della trazione. Con questo metodo, il precarico viene calcolato dividendo la resistenza alla trazione del materiale del bullone per il fattore di sicurezza. Il fattore di sicurezza è un numero che tiene conto dell'incertezza nel calcolo e della possibilità che il bullone venga danneggiato durante serraggio dei bulloni.
Migliori La seguente formula viene utilizzata per calcolare il precarico del bullone utilizzando il metodo della trazione:
Precarico = Resistenza alla trazione del materiale del bullone / Fattore di sicurezza
Ad esempio, se il resistenza alla trazione del materiale del bullone è 10,000 psi e il fattore di sicurezza è 2, il precarico sarà di 5,000 psi.
Di seguito sono riportati i passaggi su come calcolare il precarico del bullone utilizzando il metodo della trazione:
- Determinare la resistenza alla trazione del materiale del bullone. Questa informazione è reperibile nelle specifiche del bullone.
- Determinare il fattore di sicurezza. Solitamente si tratta di un numero compreso tra 2 e 3.
- Dividere la resistenza alla trazione del materiale del bullone per il fattore di sicurezza. Questo vi darà il precarico in psi.
Ad esempio, supponiamo di avere un bullone con una resistenza alla trazione di 10,000 psi e un fattore di sicurezza pari a 2. Il precarico verrebbe calcolato come segue:
Precarico = 10,000 psi / 2 = 5,000 psi
Ciò significa che il bullone deve essere serrato con una coppia tale da creare una tensione di 5,000 psi nel bullone.
Un altro metodo per calcolare il precarico dei bulloni è il metodo dello scorrimento critico. Con questo metodo, il precarico viene calcolato dividendo il coefficiente di attrito tra bullone e dado per il passo della filettatura del bullone.
La seguente formula viene utilizzata per calcolare il precarico del bullone utilizzando il metodo slip-critical:
Precarico = Coefficiente di attrito * Passo della filettatura del bullone
Ad esempio, se il coefficiente di attrito tra il bullone e il dado è 0.3 e il passo della filettatura del bullone è 1 pollice, il precarico sarà di 0.3 pollici.
Di seguito sono riportati i passaggi per calcolare il precarico del bullone utilizzando il metodo dello scorrimento critico:
- Determinare il coefficiente di attrito tra il bullone e il dado. Queste informazioni sono reperibili nei manuali di ingegneria oppure eseguendo un test di attrito.
- Determinare l'altezza del Filettatura del bullone. Questa informazione è reperibile nelle specifiche del bullone.
- Moltiplicare il coefficiente di attrito per il passo della filettatura del bullone. Questo vi darà il precarico in pollici.
Ad esempio, supponiamo di avere un bullone con un coefficiente di attrito di 0.3 e un passo di 1 pollice. Il precarico verrebbe calcolato come segue:
Precarico = 0.3 * 1 pollice = 0.3 pollici
Ciò significa che il bullone deve essere serrato con una coppia che creerà uno spostamento di 0.3 pollici tra la testa del bullone e il dado.
La scelta del metodo da utilizzare per calcolare il precarico del bullone dipende dall'applicazione specifica. Il metodo della trazione è più preciso, ma è anche più difficile da utilizzare. Il metodo slip-critical è meno accurato, ma è più facile da usare.
Oltre a quanto sopra, ecco alcuni altri fattori che possono influenzare il precarico del bullone:
- Il tipo di bullone
- Il tipo di noce
- La lubrificazione utilizzata
- La temperatura ambiente
- L'ambiente in cui opera il giunto
È importante considerare tutti questi fattori quando si calcola e si controlla il precarico del bullone.
Come controllare il precarico del bullone?
Ecco i cinque metodi più comuni per controllo del precarico del bullone:
- Controllo della coppia per il precarico
Un metodo ampiamente utilizzato per controllare il precarico dei bulloni è l'applicazione della coppia. La relazione tra coppia del bullone e il precarico del bullone è lineare, consentendo agli ingegneri di calcolare teoricamente o determinare sperimentalmente il valore del precarico controllando la coppia applicata. Tuttavia, in scenari reali, fattori come i coefficienti di attrito e le variazioni geometriche possono avere un impatto significativo sul rapporto tra coppia e precarico. Di conseguenza, la precisione dell'uso della coppia per controllare il precarico del bullone può presentare errori che vanno da ±25% a ±40%. Per ottenere una precisione relativamente elevata nel controllo della coppia si utilizzano strumenti quali chiavi dinamometriche e chiavi dinamometriche limite.
- Controllo dell'angolo per il precarico
Un altro approccio consiste nel controllare il precarico del bullone tramite l'angolo di rotazione del dado. Gli ingegneri calcolano il precarico richiesto e quindi serrano il dado con un angolo specifico per ottenere il precarico desiderato. Un metodo semplice per misurare l'angolo di rotazione del dado è quello di tracciare una linea di riferimento sul dado e contare il numero di giri completi. La precisione di questo metodo è compresa tra 10° e 15°.
- Controllo dell'allungamento del bullone per il precarico
L'allungamento del bullone, che è direttamente correlato alla sollecitazione del bullone, è un metodo che garantisce un'elevata precisione nel controllo del precarico. Questa tecnica elimina l'influenza di variabili quali coefficienti di attrito, deformazioni da contatto e deformazione delle parti collegate. Misurando l'allungamento, gli ingegneri possono ottenere un controllo preciso sul precarico del bullone. Questo metodo è ampiamente utilizzato in applicazioni critiche in cui i collegamenti bullonati richiedono un controllo accurato del precarico.
- Tenditori idraulici per il controllo del precarico
I tensionatori idraulici vengono utilizzati per applicare forze di trazione ai bulloni, allungandoli. Dopo aver serrato il dado, il carico viene rilasciato e il bullone si contrae, creando un precarico equivalente alla tensione applicata durante il processo idraulico. Questo metodo migliora significativamente la precisione del controllo del precarico poiché i tenditori idraulici eliminano le forze di attrito. I tensionatori idraulici sono adatti a bulloni di qualsiasi dimensione e possono essere utilizzati per applicare simultaneamente il precarico a un gruppo di bulloni, garantendo una compressione uniforme di dadi e rondelle senza compromettere la precisione del controllo.
- Controllo coppia-angolo per precarico
Il metodo coppia-angolo prevede l'applicazione di una coppia specifica al bullone e la successiva rotazione del dado di un certo angolo. Per garantire il corretto precarico, viene verificato il rapporto tra coppia e angolo. Il processo inizia applicando la coppia fino a quando il dado, il bullone e le parti collegate non sono serrati saldamente. Si misura quindi l'angolo di rotazione del dado e si utilizzano sia la coppia sia l'angolo per controllare il processo di serraggio.
Il metodo migliore per controllare il precarico del bullone dipende dall'applicazione specifica. Il controllo della coppia è il metodo più comune perché è relativamente facile da usare. Tuttavia, non è sempre il metodo più accurato. Il controllo dell'angolo è più preciso del controllo della coppia, ma è anche più difficile da utilizzare. Il controllo dell'allungamento è il metodo più accurato, ma è anche il più costoso e richiede più tempo. Il tensionamento idraulico è un metodo versatile che può essere utilizzato per serrare i bulloni di qualsiasi dimensione o forma. È anche un metodo relativamente accurato.
Sintesi
Il precarico del bullone è un fattore importante nella progettazione e nell'assemblaggio dei giunti per vari bulloni. Il precarico deve essere sufficiente a impedire che il giunto si separi sotto carichi operativi normali, ma non deve essere così elevato da danneggiare il bullone o le parti da unire. Esistono diversi metodi per calcolare il precarico del bullone e diversi modi per controllarlo. È importante utilizzare il metodo corretto e controllare adeguatamente il precarico del bullone per garantire la sicurezza e l'affidabilità del giunto bullonato.
