Calcolo del precarico del bullone: Perché la perdita di precarico del bullone causa l'affaticamento del giunto nelle applicazioni automobilistiche ad alta vibrazione?
Risposta rapida:
Il precarico del bullone è la tensione indotta nel fissaggio durante il suo serraggio. Norma IATF 16949 standard.
Perché il precarico è la forza nascosta in un giunto automobilistico?
Un giunto meccanico funziona grazie alla tensione di un fissaggio sulle superfici unite, che le comprime prima ancora che un carico agisca sul giunto.
Durante il funzionamento del sistema, vibrazioni, urti della guida, movimento del motore e variazioni di coppia agiscono sul giunto. Quando il precarico esiste in quantità sufficienti, gran parte del carico agisce sui componenti compressi del giunto, non sul bullone.
È importante poiché la fatica dipende fortemente dall'intervallo di sollecitazione. Un giunto correttamente precaricato mantiene basse le sollecitazioni cicliche aggiuntive sul bullone.
Cosa succede quando il precarico viene perso?
Questo processo è abbastanza prevedibile. Poiché il precarico diminuisce, la forza di serraggio tra i giunti si riduce. Pertanto, le superfici di interfaccia possono scivolare o addirittura separarsi quando sottoposte a carichi dinamici.
Un carico maggiore va al bullone sotto forma di trazione o flessione. Ciò si traduce in livelli di sollecitazione aumentati che causeranno fatica o fessurazione.
È particolarmente cruciale nelle aree dei supporti motore, degli assemblaggi del gruppo propulsore, delle parti delle sospensioni, del sistema di scarico e dei collegamenti del telaio.
Cos'è il precarico del bullone?
È una forza di trazione assiale che viene indotta in un bullone dopo averlo serrato. Questa forza di trazione allungherà leggermente il bullone. L'altro fenomeno che si verifica è che le due superfici collegate saranno compresse dal bullone.
Questa compressione darà origine a un carico noto come forza di serraggio. In un giunto semplicemente caricato, il precarico e la forza di serraggio sono uguali in magnitudine ma opposti in direzione.
Perché il precarico influisce sulla fatica
Un precarico sufficiente garantisce che le interfacce del giunto siano compresse. In questo modo, non ci sarà separazione e l'attrito tra i componenti si occuperà della maggior parte del carico esterno applicato.
Nel caso in cui il precarico sia troppo basso, il giunto inizierà ad aprirsi e chiudersi ad ogni ciclo. Il carico che il bullone sopporta aumenterà in modo significativo.
La vibrazione del giunto può essere un esempio della causa della riduzione del precarico. Il movimento trasversale può portare a un allentamento rotazionale delle interfacce del giunto e delle filettature.
Come viene calcolato il precarico del bullone?
Un base formula del precarico del bullone utilizza la coppia di serraggio, il diametro del bullone e un fattore di dado:
Fi = T / (K × d)
Qui, Fi è il precarico stimato, T è la coppia di serraggio, K è il fattore di dado e d è il diametro nominale del bullone.
Ad esempio, considerare un bullone M12 classe 10.9 con un precarico target di 50 kN. Utilizzando un fattore di dado di 0,20:
T = K × d × Fi
T = 0,20 × 0,012 × 50.000 = 120 N·m
Pertanto, 120 N·m stimerebbero circa 50 kN di precarico nelle condizioni ipotizzate.
Perché il calcolo è solo una stima
La coppia non misura direttamente la tensione del bullone. Gran parte della coppia applicata viene consumata dall'attrito delle filettature e dei cuscinetti.
Il fattore di dado può cambiare con la lubrificazione, la placcatura e la finitura superficiale. La ricerca rileva che queste modifiche possono creare errori di precarico significativi, anche quando la coppia è attentamente controllata.
Per giunti critici, gli ingegneri possono utilizzare il controllo dell'angolo o la misurazione diretta della tensione. Calcoli di giunto più dettagliati possono anche considerare la geometria della filettatura, l'attrito e la rigidità del giunto.
Quali errori di precarico possono causare problemi al giunto?
Sia il precarico insufficiente che quello eccessivo possono creare problemi. Il valore corretto dipende dal fissaggio, dalla progettazione del giunto e dalle condizioni di servizio.
Precarico troppo basso
Il sotto-precarico riduce la presa di attrito tra i membri del giunto. La vibrazione può quindi causare movimento, allentamento e maggiore sollecitazione ciclica nel bullone. Il risultato può essere fatica, separazione del giunto o perdite in assemblaggi sigillati.
Precarico troppo elevato
Il precarico eccessivo può spingere il bullone oltre il suo intervallo di sollecitazione previsto. Può anche danneggiare le filettature o distorcere le parti collegate. L'uso di un bullone di resistenza superiore non risolve automaticamente il problema. Il giunto deve comunque essere progettato attorno al precarico e alle condizioni di carico corrette.
Attrito e condizioni di assemblaggio
Un errore comune è l'applicazione di un valore di coppia generico senza considerare la condizione superficiale effettiva del fissaggio.
Ad esempio, l'uso di una coppia a secco su un fissaggio lubrificato può produrre un precarico molto più elevato del previsto. Ecco perché le specifiche di coppia devono corrispondere al fissaggio specificato e alla condizione di assemblaggio.
CNRL guida al grafico della coppia dei bulloni fornisce ulteriori informazioni sulle specifiche di coppia.
Bullone filettato M7 M12 M24 personalizzato con perno ASTM
Maggiori dettagliIn che modo CNRL supporta prestazioni costanti dei fissaggi automobilistici?
Un precarico calcolato è utile solo quando le dimensioni del fissaggio, materiale, resistenza alla trazionee la condizione superficiale corrispondono ai requisiti di progettazione.
CNRL produce elementi di fissaggio per autoveicoli per applicazioni automobilistiche, inclusi bulloni e altri componenti di fissaggio. La sua produzione automobilistica copre classi di resistenza dei fissaggi da 4.8 a 12.9, con vari diametri e lunghezze disponibili.
L'azienda mantiene inoltre le certificazioni IATF 16949, ISO 14001 e ISO 45001. Questi sistemi supportano la produzione controllata e la gestione della qualità in tutte le sue operazioni di produzione.
Per applicazioni automobilistiche, CNRL può lavorare da disegni, specifiche e requisiti applicativi nello sviluppo di fissaggi per un giunto specifico.
Il precarico corretto dipende da più della sola coppia. La classe del fissaggio, la geometria, l'attrito, la rigidità del giunto, le vibrazioni e le condizioni operative hanno tutti un ruolo.
Contatto Il team di ingegneri di CNRL per discutere le specifiche di precarico e i requisiti dei fissaggi automobilistici per un'applicazione specifica.
