Vi siete mai chiesti cosa tiene insieme i macchinari del mondo? I bulloni sono i campioni non celebrati dell'ingegneria. Questo articolo svela l'affascinante mondo dei bulloni, dai tipi e dalle specifiche ai principi delle loro connessioni. Preparatevi a scoprire come questi minuscoli componenti svolgano un ruolo cruciale nel mantenere intatto tutto, dai ponti alle biciclette!
Definizione di Bolt:
Il bullone è un elemento di fissaggio meccanico critico costituito da due componenti principali: una testa e un albero filettato (corpo cilindrico con creste elicoidali esterne). Questo versatile elemento di fissaggio è progettato per unire saldamente due o più componenti, spesso in combinazione con un dado.
Classificazione dei bulloni:
Ulteriori classificazioni:
Specifiche dei bulloni: (GB/T1237)
Le specifiche della filettatura dei bulloni determinano le specifiche della chiave utilizzata (GB/T4388)
| Diametro della filettatura d/mm | Dimensione opposta s/mm | Dimensione della chiave S/mm | Diametro della filettatura d/mm | Dimensione opposta s/mm | Dimensione della chiave S/mm |
| M5 | 8 | 8 | M18 | 27 | 27 |
| M6 | 10 | 10 | M20 | 30 | 30 |
| M8 | 13 | 13/14 | M22 | 32 | 32 |
| M10 | 17 | 16/17 | M24 | 36 | 36 |
| M12 | 19 | 18/19 | M27 | 41 | 41 |
| M14 | 22 | 22 | M30 | 46 | 46 |
| M16 | 24 | 24 | M36 | 55 | 55 |
Gradi di prestazione dei bulloni (GB/T3098.1-2010)
La designazione del grado di prestazione di un bullone è riportata sulla sua testa, tipicamente rappresentata da due numeri X.Y, che forniscono informazioni cruciali sulle proprietà meccaniche del bullone.
X * 100 indica la resistenza nominale alla trazione del materiale del bullone in MPa.
X * 100 * (Y/10) rappresenta il carico di snervamento del bullone in MPa.
Lo standard comprende oltre 10 gradi di prestazione, come 3,6, 4,6, 4,8, 5,6, 6,8, 8,8, 9,8, 10,9 e 12,9. Ogni grado corrisponde a caratteristiche di resistenza e applicazioni specifiche.
I bulloni ad alta resistenza, definiti come quelli con prestazioni di grado 8,8 o superiore, sono prodotti con acciaio legato a basso tenore di carbonio o acciaio a medio tenore di carbonio. Questi bulloni sono sottoposti a processi di trattamento termico, tra cui la tempra e il rinvenimento, per ottenere proprietà meccaniche superiori.
I bulloni comuni, detti anche bulloni ordinari, sono classificati in due tipi principali:
La scelta del tipo di bullone dipende da fattori quali i requisiti di carico, le condizioni ambientali e i fattori di sicurezza dell'applicazione specifica.
I collegamenti a bullone sono un metodo fondamentale per unire i componenti nell'ingegneria meccanica e nella produzione. Questo tipo di fissaggio utilizza bulloni e dadi per collegare in modo sicuro due o più parti con fori passanti allineati. Uno dei vantaggi principali delle connessioni a bullone è la loro capacità di essere smontate, che le rende ideali per le applicazioni che richiedono una manutenzione periodica o la sostituzione di parti.
La classificazione delle connessioni a bullone si basa principalmente sull'accoppiamento tra il bullone e il foro passante:
Collegamento a bullone comune: Questo tipo è caratterizzato da un accoppiamento di gioco tra l'albero del bullone e il foro dopo il montaggio. I suoi vantaggi sono:
Collegamento a bullone con interferenza (tolleranza stretta): Conosciuta anche come connessione a foro incernierato, questa tipologia è caratterizzata da un gioco nullo o negativo tra il bullone e il foro dopo il montaggio. Le caratteristiche principali includono:
La scelta tra questi due tipi dipende da fattori quali le condizioni di carico, la precisione richiesta, la frequenza di montaggio/smontaggio e le considerazioni sui costi. I progettisti devono valutare attentamente questi fattori per scegliere il tipo di connessione a bullone più appropriato per la loro specifica applicazione.
Principio di funzionamento del collegamento a bullone
I collegamenti a bullone si basano sui principi fondamentali della meccanica, in particolare sulla legge di Hooke e sull'attrito. L'efficacia di queste connessioni deriva dalla precisa interazione tra bullone, dado e materiali uniti.
Legge di Hooke: Questo principio è alla base del comportamento dei bulloni sotto carico. Esso afferma che, entro il limite elastico di un materiale, la sollecitazione è direttamente proporzionale alla deformazione. Nelle connessioni a bulloni, ciò si traduce in:
σ = E * ε
Dove:
σ = sollecitazione
E = modulo di Young (costante specifica del materiale)
ε = deformazione (deformazione per unità di lunghezza)
Per i bulloni, questa relazione regola la loro deformazione elastica sotto carico di trazione, consentendo loro di agire come elementi elastici nella connessione. Il bullone si allunga leggermente quando viene stretto, creando una forza di serraggio che tiene insieme le parti unite.
Precarico e forza di serraggio: Quando un bullone viene serrato, genera un precarico (forza di trazione iniziale) all'interno del suo albero. Questo precarico crea una forza di serraggio uguale e contraria tra le parti unite. L'entità di questa forza è fondamentale per l'integrità della connessione ed è in genere pari a 75-90% della forza di prova del bullone per garantire prestazioni ottimali senza deformazioni permanenti.
Attrito: Due tipi di attrito giocano un ruolo fondamentale nelle connessioni a bullone:
Queste forze di attrito contribuiscono a mantenere il precarico e a prevenire l'autoallentamento sotto carichi dinamici.
Distribuzione del carico: In una connessione a bulloni correttamente progettata, i carichi esterni sono trasportati principalmente dall'attrito tra le parti fissate e non dal taglio sull'albero del bullone. Questo principio di distribuzione del carico aumenta la forza e la resistenza alla fatica della connessione.
Interazione elastica: Il bullone e le parti bloccate formano un sistema elastico. Sotto carichi esterni di trazione, il bullone si allunga ulteriormente, mentre le parti serrate si decomprimono leggermente. Questa interazione elastica contribuisce a mantenere l'integrità della connessione in condizioni di carico variabili.
Analisi del taglio e della trazione di connessioni con bulloni (I)
Collegamento con bullone a taglio: Trasmette la potenza attraverso la compressione reciproca dell'asta del bullone e della parete del foro.
Connessione a bullone in trazione: Si basa principalmente sulla pre-tensione del bullone dopo il serraggio.
Quando il componente collegato ha una grande rigidità e i bulloni sono disposti simmetricamente, ogni bullone sopporterà la tensione media sul collegamento.
Quando il componente collegato ha una piccola rigidità, la flangia di collegamento si piega e si deforma, generando una forza di leva.
Analisi del taglio e della trazione di connessioni con bulloni (II)
Oltre al taglio e alla tensione, le connessioni a bullone possono essere soggette a: vibrazioni, temperatura, sollecitazioni laterali (vento, flusso, pressione, ecc.), variazioni di carico e altre forze.
Esistono tre metodi di serraggio dei bulloni:
Metodo di serraggio a coppia: Il principio è che esiste una certa relazione tra la dimensione della coppia e la forza di pre-serraggio assiale. Questo metodo di serraggio è semplice e intuitivo da utilizzare ed è attualmente molto diffuso.
Metodo di serraggio angolare: L'angolo di rotazione è proporzionale alla somma dell'estensione del bullone e dell'allentamento del componente serrato. Pertanto, è possibile adottare il metodo di rotazione del bullone all'angolo specificato per ottenere la forza di serraggio desiderata.
Metodo di serraggio al punto di snervamento: L'obiettivo teorico è quello di serrare il bullone appena oltre il punto limite di snervamento.
Metodo di serraggio della coppia
Applicare una forza di pre-serraggio all'elemento di fissaggio ruotando la porzione di dado dell'elemento di fissaggio
La coppia applicata rispetta la regola 5-4-1.
Lubrificazione solo alla fine della parte di serraggio della vite/bullone.
| Attrito della testa del bullone | Attrito del filo | Precarico | |
| Situazione generale | 50% | 40% | 10% |
| Lubrificazione della testa del bullone | 45% | 40% | 15% |
| Lubrificazione della filettatura | 50% | 30% | 20% |
| Thread difettoso | 50% | 45% | 5% |
Principio della sequenza di serraggio dei bulloni
Stringere in sequenza dal centro, poi dai due lati, quindi in diagonale e infine in senso orario, per gradi.
Generalmente si divide in due fasi di serraggio: nella prima fase, stringere con una coppia di circa 50% e nella seconda fase, stringere con una coppia di 100%.
L'estremità del bullone deve sporgere di 1-3 lunghezze rispetto al dado.
1. Prima di preparare il gruppo di bulloni, è necessario:
Verificare che il bullone e il dado siano puliti e privi di ruggine, nonché di bave e protuberanze.
Controllare il piano di contatto tra la parte collegata e il bullone e il dado e verificare che sia perpendicolare al foro del bullone.
Controllare anche il serraggio dei bulloni e dei dadi.
2. Quando si assemblano il dado e la rondella piatta, il dado e la rondella devono essere assemblati con il rovescio rivolto verso la parte collegata.
Il lato del dado contrassegnato con i caratteri è il lato anteriore, mentre il lato liscio della rondella è il lato anteriore.
3. Linee guida per il funzionamento della forza (solo per riferimento):
| Specifiche del bullone d/mm | Coppia applicata M/N.m | Elementi essenziali di funzionamento | Specifiche del bullone d/mm | Coppia applicata M/N.m | Elementi essenziali di funzionamento | |
| M6 | 3.5 | Solo forza del polso | M16 | 71 | Aumentare la forza complessiva | |
| M8 | 8.3 | Aggiungere la forza del polso, la forza del gomito | M20 | 137 | peso corporeo totale | |
| M10 | 16.4 | Aumentare la forza complessiva | M24 | 235 | Aggiungere il peso del corpo intero | |
| M12 | 28.4 | Aggiungere forza a metà corpo | / | / | / | |
4. La chiave per evitare l'allentamento dei bulloni nelle connessioni a vite consiste nell'impedire la rotazione relativa delle filettature dei bulloni. Esistono tre metodi comuni per allentamento del bullone:
Attrito antiallentamento
Antiallentamento meccanico
Antiallentamento permanente
5. Problemi comuni nella rimozione dei bulloni
Quando si allentano i bulloni della flangia su tubi e valvole:
Allentare prima la metà dei bulloni dal corpo per consentire all'olio, al vapore o all'acqua rimasti di defluire dal lato opposto, per evitare di essere spruzzati o bruciati.
Nel caso di bulloni con colla che non possono essere allentati:
La maggior parte della colla è una soluzione organica e può essere messa a bagno in olio di banana o alcol per mezz'ora, oppure coperta con cotone imbevuto di alcol sul bullone. Più tempo passa, più la colla si scioglie.
In caso di bulloni arrugginiti che non possono essere allentati:
Spruzzare WD-40 e attendere mezz'ora. Lo spray penetrerà nel bullone per sciogliere la ruggine.
Altri metodi: vibrazione, lubrificazione, tostatura, perforazione
In caso di bulloni che scivolano e che non possono essere allentati:
Soluzioni corrosive come acido diluito o acido cloridrico possono corrodere lentamente il bullone.
Utilizzare acidi per i metalli e alcali per la plastica.
6. Errori comuni nell'uso dei bulloni
Grosso al posto di fine:
Alcuni giunti importanti, come gli alberi di trasmissione e i volani, utilizzano bulloni a filettatura fine.
I bulloni a filettatura fine hanno passo e angolo ridotti e presentano vantaggi quali l'elevata resistenza e le buone prestazioni autobloccanti. Hanno una forte capacità di resistere agli urti, alle vibrazioni e ai carichi di scambio.
Se si utilizzano bulloni a filettatura grossa al posto di quelli a filettatura fine, è probabile che si allentino o si stacchino, causando incidenti.
Non è corretto adattarsi:
I bulloni che sopportano carichi trasversali e forze di taglio (come i bulloni dell'albero motore e i bulloni del volano) hanno accoppiamenti transitori con i fori dei bulloni. Il gruppo deve essere solido e affidabile e in grado di resistere alle forze laterali.
Se non viene controllato durante l'assemblaggio, è possibile che vengano installati grandi spazi tra il bullone e il foro del bullone, con conseguente allentamento del bullone o incidenti di taglio.
Dadi più spessi:
Punto di vista errato: I dadi più spessi possono aumentare il numero di giri di lavoro della filettatura e migliorare l'affidabilità dei giunti.
Infatti, quanto più spesso è il dado, tanto più disomogenea è la distribuzione del carico tra ogni giro di filettatura, rendendo più facile l'allentamento del giunto.
Un dado con più rondelle:
A volte i bulloni assemblati sono troppo lunghi, per cui alcune persone mettono molti rondelle elastiche su un bullone.
Durante il processo di serraggio, il rondelle elastiche sono sottoposti a forze non uniformi e alcuni possono rompersi, riducendo la forza di pre-serraggio del bullone.
Oppure generano carichi eccentrici, riducendo l'affidabilità della connessione a bullone.
La lavatrice è troppo grande: (GB/T97.1-2002 Tabella 1, da M5 a M36: il diametro interno della rondella è maggiore del diametro della filettatura di 0,3 mm - 1 mm)
Pratica errata: A causa della mancanza di rondelle adeguate, viene utilizzata in sostituzione una rondella con un diametro interno maggiore.
Ciò comporta una diminuzione del contatto tra la parte inferiore della testa del bullone e la rondella, con conseguente riduzione della capacità di sopportare la pressione o della forza di bloccaggio della rondella. Sotto l'influenza di vibrazioni e carichi d'urto, il bullone tende ad allentarsi.
La coppia non è conforme:
Punto di vista errato: La convinzione che i bulloni debbano essere "stretti ma non allentati", che porta ad aumentare intenzionalmente la coppia di serraggio.
Conseguenze: Ciò comporta lo slittamento o addirittura la rottura del bullone.
Pratica errata: Per i bulloni importanti che devono essere serrati con una coppia di serraggio, si tende a usare una chiave manuale per risparmiare tempo.
Conseguenze: I bulloni si allentano a causa di una coppia insufficiente, provocando un guasto.
Chiusura inadeguata: I bulloni importanti devono essere fissati con dispositivi antiallentamento dopo il montaggio.
Quando si utilizza il bloccaggio con perno spaccato, un errore comune è quello di utilizzare un perno spaccato troppo sottile o un mezzo perno spaccato.
Quando si utilizza una rondella elastica di bloccaggio, un errore comune è che l'apertura della rondella è troppo piccola e perde la sua elasticità.
Quando si utilizza una rondella di sicurezza, un errore comune è quello di bloccare la rondella sul bordo del dado.
Quando si utilizzano dadi doppi, un errore comune è quello di utilizzare un dado sottile all'esterno e non serrarlo.
Falsa fortificazione:
Le filettature dei bulloni, dei dadi o dei fori presentano macchie di ruggine, incrostazioni, trucioli di ferro, particelle di sabbia, bave, ecc.
Prima dell'assemblaggio, devono essere eliminate. Durante il serraggio dei bulloni, a causa dell'effetto bloccante delle impurità, il valore della coppia di serraggio superficiale raggiunge i requisiti, ma in realtà le parti di collegamento non sono realmente bloccate.
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