Hur man bygger din allt riktigt riktigt snabbt (10 / 19 steg)

Steg 10: Att gå parallella plattorna: Preloaded distanser

Jag gör en åtskillnad mellan detta och bara använda gängade standoffs på grund av hur krafterna samverkar i materialet.

Lite mer på Preload

Som tidigare nämnts, förspänning är selektiv tillämpning av krafter på en struktur så att yttre laster manifesteras som krafter måste avbryta av förspänning först, innan strukturen skiftar. En stor djupgående förspänning förklaring värt att läsa är härsom grundernakapitel 9, sidan 16.

Effekterna av Preload på distanser

Vi strävar efter att exakt ett något annorlunda slut med förspänning på bultad distanser. Det är inte så mycket den tänjbara laddar som är fördelaktigt så mycket som förmågan att ändra typen av lastning på den spacer väggar från böjning och komprimering. Den totala ökningen styvhet kommer från två huvudsakliga källor:

1. Utsidan av ärmen sätts i kompression. En böjande belastning tenderar att komprimera en sida mer samtidigt lindra den andra sidan. Fanns ingen befintlig tryckkraft stress, kommer att då materialet deformeras mer innan samma nivåer av stress uppstår inom det. Ju starkare material, mer tryckkraft stress kan läggas (starkare preload). Detta fungerar fram till böjande orsakerna komprimerade sida att brista (spänne utåt), och den andra sidan att oåterkalleligt sträcka (plastisk deformation).
2. Trivialt sett tillägg av en mycket mer styv kärna (antar strukturella materialet är betydligt mjukare än den bult) innebär bulten "känns" några av den fästande kraften och bidrar till styvhet genom att vara... mycket styvare. Den närmare bulten och material är i elasticitetsmodul, desto mindre denna effekt kommer in i bilden. Vanligtvis används höghållfasta stål bultar i aluminium eller plast och även, så denna metod har meningsfullt bidrag.

Se bild 2 för ett finita element simulering av två situationer där en liten rund sak används för att binda två plåtar av metall tillsammans. Jag har även tagit och simulerade kontakter för falska skruvar! Distanser och väggar definieras för att vara aluminium och skruvar sig vara höghållfast stål. Ett lika 100 lb-force laddar utövas på båda ändar och ändarna skiljs åt av en smal bro så de inte "känner" varandra men förblir sammanhängande.

Märka den väsentligen mindre omläggning på förladdade sida. I detta fall, ungefär 50% mindre. (Vara medveten om att detta är en slump - det finns inga särskilda arrangemang av geometri som garanteras 50 procent - det är inte en regel att "förinstallerade saker är två gånger så stel att inte").

Glöm inte att dra åt dina bultar!

Bild 3 visar vad som händer när bara 5 lb-av preload anbringas på skruven. Det är i princip handkraft.

Några andra villkor måste ändras till följd av detta-inte längre hade jag glädjen i modellering den glidande friktionen mellan material till höger som oändlig på grund av förspänning kraft, till exempel. En glidande passform med friktion valdes i stället för både bult huvudet och axeln av bulten.

Som kan ses, är det ogängade dödläget faktiskt något värre. Detta kan förklaras av det mestadels är ihåliga, och därför deformeras mer för samma tillämpas kraft. I verkliga livet, skulle stål bult ta upp flesta av lasten eftersom det är mycket mer styv trots att närmare centrum (neutral, noll-längd-ändra axeln) av böjen.

Lång vs kort: böjning vs. Shear

Denna metod är mer användbart för längre spännvidd - effekten blir mindre uttalad som standoff längden närmar sig 3 till 5 gånger dess diameter från ovan, som lastning kraft förkroppsligar sig mer som shear än böjning. Bild 4 är samma struktur, med 500 lbforce förspänning igen, men med endast 1,5" långa distanser. Det är inte för mycket skillnaden i detta fall.

Varför kan inte du använda bultad distanser

Även om de kan verka bättre för många applikationer, finns det några praktiska nackdelar till distanser. De kräver ett diskret parning fästelement som en nöt i andra änden. Det är alltid en bra idé att lägga till en platt bricka till båda sidor att öka parning yta och förhindra inbäddning eller lokala plastisk deformation. Så, i applikationer där du enkelt inte kan nå den andra sidan av materialet att vara fäst (för att dra åt muttern), eller i mycket mjukt material, en bult-via spacer är inte så praktiskt, eller kanske till och med lika stark, som en trådad dödläge.