機械加工された筐体のあるサーボモーターを、ドリルで開けられた穴のあるベースプレートに固定しています。現在の設計では、エンクロージャーの周囲に8個のM-2.5ボルトをU字型パターン（3-2-3）で使用しています。
多くのボルト/ネジを締めると時間がかかり、小さなゲージは大きなゲージのボルトよりも細くなります（ナットのネジ山の抜けなど）。
この設計を変更して、使用するボルトの数を減らし、大きくした場合、長所と短所は何でしょうか？たとえば、3つのM-6ボルトと8つのM-2.5ボルトの間で位置の傾きの量は大幅に異なりますか？サイズSのNボルトが提供する固定力の式はありますか？
回答:
経験則ほど単純ではありません。各アプリケーションには多くの要素があります。あなたのボルトの用途は、より複雑なサンドイッチ（絶縁パッド、移行プレートなど）ではなく、1つの材料を別の材料（1つのせん断面）にボルト締めするかなり伝統的な状況であると想定します。
ほとんどのボルト締結では、ボルトは接合面に垂直なクランプ力を提供して、ボルト締結される2つの材料間に大きな摩擦力を発生させることを目的としています。そのため、ボルトが荷重をせん断力で保持できることを常に確認していますが、パフォーマンスのための接続の設計では、クランプ動作の方が重要です。接合面が非常に平らで清潔で、2つの材料が非常に硬い場合、クランプ力が接合面全体に等しい摩擦を加えるため、1つの大きなボルトで問題が発生しないと想像できます。単一のボルトを使用する場合の問題の1つは、ジョイントが滑ると、ボルトに対してナットを緩める方向に滑って、致命的な障害につながる可能性があることです。
実際には、通常、2つのサーフェスはやや柔軟で汚れており、平坦ではありません。このため、ボルトは周囲の小さな領域にのみクランプ力を適用するだけなので、モーメントに抵抗するジョイント（ほとんどのモーターマウントなど）は単一のボルトではあまり効果的ではありません。代わりに、ボルトを互いに遠くに追加して、「モーメントカップル」を作成します。各ボルト間の距離のため、各ボルトに必要な実際の滑り抵抗はより小さくなります。一般に、瞬間的な抵抗がある接続では、ボルトパターンの全体的なサイズを妥当な範囲内で最大化する必要があります。
もちろん、他にもたくさんの要素があります。あなたが示唆するように、大きなボルトの方が絶対許容誤差が大きいため、通常、より多くのずさんな穴が必要になります。つまり、小さなボルトほど優れた位置合わせは本質的に提供されません。ただし、コンポーネントを個別に（測定または治具を使用して）位置合わせし、ボルトを締めた場合でも、コンポーネントを正しい位置に保つことができます。逆に、小さいボルトの穴は一般に大きすぎないため、多くの小さいボルトのパターンを調整するには、2つの大きいボルトを調整するよりも部品をより正確に加工する必要があります。これは、主にオーバーサイジング係数が小さいためですが、穴の数が多いほど、
コストに関しては、適度なサイズのパーツの場合、パーツを機械加工するコストはファスナー自体のコストよりも確実に高くなるため、少し大きいボルトを使用する方が良いオプションになります。少し高価なボルトですが、ドリルで開ける穴は少なくなります。ドリルする穴のサイズは、特に複数のステップ（スポッティングドリルやセンタードリルなど）を必要とするほど深く、したがって工具の交換が必要な場合は、新しい穴を見つける時間よりもコストへの影響がはるかに少なくなります。さらに、規模、材料、厚さによっては、工具の破損を防ぐためにそれほど積極的にドリルで穴を開ける必要がないため、小さい穴の方が実際には高価になることがあります。このステートメントの2つの大きな例外は、鋳造、射出成形、または同様の体積プロセスによって大量生産されている場合です。または、ウォータージェットやレーザー切断などのプロファイリングプロセスで切断されている場合、線形インチがコストの主な要因です。ご指摘のとおり、デバイスを組み立てる時間は、ほとんどの場合、サイズではなくボルトの数によって決まります。特定の長さのねじについては、大きいボルトの方が実際には速く締め付けることができます。したがって、これはより少ない、より大きなボルトを優先します。
型締力を支配する公式に関しては、それはそれほど特別なことではありません。取り付けた状態で各ボルトにプリテンションを設定したら、それを接合面の静的摩擦係数で乗算します。難しいのは、各ボルトで達成するプリテンションを確立することです。トルク、リード角度、および材料の関数としてテンションを与える式がありますが、あまり正確ではないことがわかっています。この値を見つける最良の方法は、生産で使用するのと同じ方法（トルク、感触、ナットの回転など）を使用してボルトを締めた後、直接測定することです。
ボルトを増やすことにはいくつかの主要な利点があります。
1つ目は、特に固定具自体の剛性がやや限界であり、高圧流体システムのフランジジョイントなどで分離が発生しないようにすることが重要な場合に、負荷がより均等に分散されることです。
第二に、同じ公称荷重に対してより多くのボルトを使用すると、穴の直径が小さくなり、フランジの直径が小さくなるため、物をできる限り密にパッケージする必要がある場合に役立ちます（たとえば、自動車のエンジンアプリケーションなど）。
第3に、ファスナーを増やすと冗長性が向上します。つまり、ボルトが4つあり、1つが仕様を下回っている、または不適切に組み立てられている場合、ボルトが10本で間違っていると、設計強度の25％が失われ、10％しか失われません。
コインの反対側では、個々の容量よりもはるかに大きい荷重をサポートするために多数の小さなファスナーを使用すると、予期しない荷重条件が発生し、ジョイントが「解凍」されると、カスケード障害が発生する可能性があります。
一方、特にアクセスが制限されていて、ファスナーが腐食したり、詰まったりする可能性が高い場合は、多数のファスナーがアセンブリとメンテナンスを複雑にする場合があります。同様に、直径の小さいファスナーは、大きいファスナーよりも許容トルク範囲が小さい場合があります。
ボルトで固定された器具を設計する際のベストプラクティスは、ボルトが2つの表面を一緒にクランプすることによって機能するため、せん断力がボルトによって直接伝達されるのではなく、接合面間の摩擦によって抵抗されることも覚えておく価値があります。同様に、ボルトは通常、ねじ穴のない適度なクリアランスを必要とするため、2つのパーツ間の正確な位置合わせを提供する唯一の手段としては適していません。これが必要な場合は、位置合わせの確実な手段を提供するために、スタッドまたはノッチの配置のようなものが通常あります。
機械業界では、ホロクロームボルトセレクターが定期的に使用され、締め付けトルクと結果として生じるボルトの張力が得られます。緑色のものはインチ用で、青色はメートル法用です。 +ねじ+セレクター+カード
可能であれば、2.5mmなどの小型サイズは避けられます。簡略化すると、ボルトの強度は断面積またはPI * R ^ 2に比例します。6mmと2.5mmを比較すると、対応する半径は3と1.25です。対応する強度比は約3 ^ 2と1.25 ^ 2、または9から1.56、または比率5.8です。
大きいネジは、振動による緩みを防ぐために青いロックタイトが必要になる場合があります。張力下のネジの長さは、一般に、耐振動性と見なされるために直径の4倍である必要があります。
いくつかの大きなボルトよりも小さなボルトを使用する方が常に良いです。なぜなら、いくつかのボルトが故障した場合、それらを多く持つ方が良いからです。