Calcolo taglio sulle viti dei dischi

ironmirko

Biker perfektus
31/12/08
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io esplodo xche' la sera prima ho hatto festa... o-o
 

Tex1

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Allora, premetto che sono ingegnere e che di montaggi dischi freno ne ho visti.
Le viti NON lavorano a taglio. Solo a trazione. Il disco è tenuto fermo solo dall'attrito fra disco e mozzo. Come nella quasi totalità dei collegamenti con viti.

In questo caso, vedo due possibile sfighe che possono capitare a girare con sole 3 viti.
1)il disco è meno vincolato e quindi quando si scalda, tende a deformarsi e a svergolarsi con più facilità
2)3 sole viti potrebbero non essere sufficienti a garantire il necessario attrito, e quindi le viti potrebbero effettivamente iniziare a lavorare a taglio. A questo punto, alle viti non succede praticamente nulla ma il filetto nel mozzo (che si becca la forza trasversale, che non è più presa tutta dal pianetto di battuta) si può rovinare.

A mio avviso, considerato i (forse) 30g risparmiati, il vantaggio più grosso di questa scelta è... il fare prima a montare e smontare i dischi.

Tutto questo IMO, eh... :)
 

stefanogta

Biker tremendus
27/12/08
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Non capisco se mi stai a piglia per c**o o no... adesso che anche lui dice che vite e sottoposta a taglio dici "yes" te lo spiegato 50 volte in mp io no...boh....
Per quanto riguarda il taglio del vite visto che dici che non si utilizza questo dimensionamento...vuoi che ti fotocopio l'intero capitolo sui collegamenti filettati (una 80ina di pag)del manuale oppure ti accotenti della formula per il calcolo della stessa???

Nel caso questa è la formula (e mo come la scrivo???!!!):

d= radq (2° * Fmax / pigreco * tau.amm)

dove
radq = radice quadrata
d= è il diametro nominale della vite
Fmax = carico massimo applicabile
tau.amm = tensione tangenziale ammissibile

quello che ti ho anche spiegato che non riesci a capire (o non vuoi) e che la filettatura è sottoposta a taglio (dimentica il taglio tra disco e mozzo di cui abbiamo parlato fin ora) sull'asse stessa della vite....la resistenza a cui questa filettatura deve resistere deve essere maggiore-uguale alla forza della vite che tramite la testa stringe il disco...la resitenza a trazione è alquanto inutile in quanto se i filetti della vite sono verificati a taglio (o strappo) il nocciolo è verifacato a trazione...secondo la legge di un certo ingegnere con due p***e così del quale non ricordo il nome...se la vite è verificata a taglio il nocciolo è verificato a trazione per 1,5 (se non erro) volte il valore della forza che taglierebbe i filetti...

ti dico di più...anche se questo non è il caso visto che il disco è parecchio spesso...ma in caso di necessità si dimensiona anche a ovalizzazzione dei fori...

Le viti NON lavorano a taglio. Solo a trazione.

Allora diciamo che le viti non lavorano a taglio (ERRATO!) questo ve lo chiarirà un ingegnere se interverrà (anche se ottimilainsù lo ha già appurato)io non ci riesco!
Mi dici a che trazione è sottoposta una vite ??? se non al taglio (assiale lungo la vite)o strappo che i filetti sono sottoposti a sostenere per via dello stringere il disco!!!
Qualcuno mi fa anche l'equilibrio delle forze lungo l'asse della vite...vediamo se riesco a individuare questa forza di trazione che non riesco a capire...forse sono io che sbaglio...

P.s. il taglio dei filetti di cui parlo può essere schematizzato:
IN ALLEGATO
 

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pirexx

Biker immensus
18/7/03
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bellusco
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in effetti concordo con quanto dice stefanogta sul fatto che il serraggio della vite è tutto scaricato come taglio assiale sul filetto

e che i bulloni sono pensati per lavorare a trazione mentre i rivetti/chiodi a taglio

però questo non significa che un bullone non si piglia del taglio, e mi riferisco a quello trasmesso per attrito dalla testa. semplicemente se la forza di taglio applicata è inferiore a quella di attrito generata col serraggio non succede nulla, ma se diventa superiore allora c'è. e se ci sono 3 viti su 6 è possibile che la forza che si becca ciascun bullone sia più alta e sfori tale valore.

secondo me il rischio maggiore è che con sole 3 viti rimangano dei giochi, quindi che in frenata il disco vinca l'attrito e si appoggi su una delle viti (che magari ha perso un po' del serraggio), e quindi il si formi altra forza di taglio (provocata però dal disco che si apppoggia sulla vite)

per quanto riguarda la questione della flangia mi sembra che ormai sia appurato che se tramite la testa della vite il disco e la flangia sono un tutt'uno (ovvero fanno pacco), la forza passerà dal disco al mozzo. quello che si romperà sarà il mozzo se il disco è molto rigido nel suo piano, oppure la razza del disco x instabilità se il suo carico critico è raggiungibile con una frenata tosta (ed ho visto una foto di un disco sperimentale di explorer piegato per quest'ultimo motivo)
 

stefanogta

Biker tremendus
27/12/08
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bisognerebbe sapere di quanto è sovradimensionata la flangia...ma sicuramente non tanto da resistere con 3 solo viti...
 

Schadrak

Redazione

quello che dici tu è quello che in MP avevo chiamato strappo appunto per specificare che quello non divide in due la vite ma "strappa" il filetto dal nocciolo. e su questo sono d'accordo con te, questo taglio c'è in tutte le viti

quello che io intendevo come taglio, è quello che divide in due parti la vite, quello creato dal disco che appoggia sul filetto della vite,
e cioè quello che succederebbe se la vite non sarebbe stretta abbastanza, quindi se l'attrito creato dalla forza di trazione della vite non è sufficente

ed è questo che dico che è sbagliato
una vite non deve mai essere sottoposta a sforzi che la tagliano in due, questi sforzi li deve reggere l'attrito che la vite crea tra i pezzi che collega

serve un disegno per capire questo?

PS: rilassati
 

Tex1

Biker popularis
6/7/09
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Santa Cruz Nomad 2011
Intanto, direi che parliamo di due tagli diversi.
C'è un taglio che agisce tra nocciolo della vite e filetto, diretto come l'asse della vite. Questo taglio deriva dal serraggio della vite, e non dipende (in prima approssimazione) dalle sollecitazioni sul disco, nè tantomeno dal numero di viti che usi per fissare il disco, ma solo dalla coppia di serraggio. Questo taglio, il danno più grosso che può fare è spanare la vite. Cosa praticamente impossibile in un caso, come questo, di vite in acciaio su madrevite in alluminio (si spana prima il mozzo della vite).

Il taglio che può saltare fuori dal ridurre il numero di viti sul disco, cioè che salta fuori se l'attrito non è più sufficiente, è trasversale all'asse delle vite.

Comunque, per rispondere alla tua domanda, la trazione a cui è sottoposta una vite è quella dovuta al suo serraggio.
Per l'equilibrio delle forze, prova a partire dal sottotesta della vite, quello che preme sul disco. Se stringi la vite, c'è una forza lì, non sei d'accordo? ecco, questa forza (diretta lungo l'asse della vite) è equilibrata dalla sommatoria di tutti i tagli che agiscono fra tutte le porzioni di filetto ed il nocciolo della vite, che, essendo diretti come l'asse della vite, si traducono in una trazione sul nocciolo della vite.

Questa forza è la più importante di tutte quelle che girano in una vite, quando bisogna progettare un accoppiamento filettato, perchè deve 1)garantire un attrito sufficiente fra i due componenti accoppiati, e l'attrito è uguale a questa forza di trazione per il coefficiente di attrito e 2) non essere tale da snervare la vite.

Meglio di così non so spiegarla.... pensaci bene.

Questa forza di taglio di cui parli è, al massimo, pari alla forza di trazione per il coefficiente di attrito (nel caso sfigatissimo in cui il disco sul mozzo scorra tranquillamente senza attrito mentre l'attrito debba passare tutto dal sottotesta della vite).
Un coefficiente di attrito comunemente usato in questi calcoli, fra acciaio e acciaio, non lubrificato, è 0.2.
Per cui, in tutta sfiga, questo taglio è al massimo un quinto della trazione.
Ed è per questo che ogni volta che dove lavoro si progetta un accoppiamento filettato, questo possibile taglio si trascura.
 
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Schadrak

Redazione

ecco le parole che non ho saputo trovare per spiegare

(te ne darei piu di una di reputazione a poterlo fare)
 

m.magna

Biker serius
5/5/07
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b.taro
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non avresti potuto spiegare meglio
un po' di teoria:
[URL]http://corsiadistanza.polito.it/corsi/pdf/05ASBDK/teoria5_filettature.pdf[/URL]
 

stefanogta

Biker tremendus
27/12/08
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Ferentino (FR)
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E l'attrito che si crea tra la sottotesta della vite ed il disco che è se un forza di taglio per la testa della vite !!!!


Mi sembra di aver specificato bene di cosa stiamo parlando..e che questo taglio (strappo) è diverso dal precedente...

Quello che dico è SOLTANTO che le viti non si dimensionano a TRAZIONE (non ha senso in questo caso) ma a taglio dei filetti (in questo caso)....verificare a trazione non vuol dire che sia verificato a taglio dei filetti....mentre è vero il contrario...
Si taglierebbero prima i filetti del mozzo (in questo caso) che il materiale della vite sottoposto a trazione...


No vabbè io rinuncio...ma come fa il taglio sui filetti a tramutarsi in trazione sul nocciolo solo perchè la direzione è uguale...il nocciolo è in grado di resistere almeno 1,5 volte in più del taglio dei filetti...significa che se supponiamo di tirare la vite prima che si spezzi per la trazione (parliamo di vite in acciaio o titanio) i filetti del mozzo (alluminio) sono diventati lisci come il culetto di un bambino....Sei partito bene con il ragionamento ma poi ????

questo possibile taglio si trascura.

Il motivo del possibile trascurare il taglio è aumentare fortemente il numero di spire...caso non in esame visto che più di quei 2, 2,5 cm la vite non può andare...

Mi sembra di aver detto tutto in questa discussione se poi voi continuate sul fatto che la vite non è sottoposta a taglio ma a trazione () fate come volete...non aggiungo altro...
 

Schadrak

Redazione
stefano, ma perche ti ostini a non capire?

il taglio che intendi tu, non è lo stesso che intendiamo noi

siete tutti (specialmente tu stefano) gentilmente invitati a leggere cosa c'è scritto a pagina 28 del corso di teoria postato da m.magna
 

ottomilainsu

Biker assatanatus
15/12/09
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Premesso che non ho letto tutto quanto è stato scritto dopo il mio intervento, devo precisare delle cosette.

1) la Norma CNR-UNI 10011 prescrive che la bulloneria di classe fino alla 6.8 compresa debba essere calcolata esclusivamente a taglio o a trazione a seconda delle condizioni di montaggio.

2) La suddetta norma prevede che la bulloneria dalla classe 8.8 alla 12.9 sia prevista per giunzioni calcolate ad attrito a determinate condizioni.

3) nel caso di dimensionamento a trazione la sezione da considerare è la sezione resistente della vite come da tabelle sulle filettature metriche ISO.

4) Nel caso di dimensionamento a taglio occorre distinguere se il gambo della vite è parzialmente o interamente filettato. Nel caso anche solo un filetto stia all'interno del giunto la vite sarà calcolata tenendo come sezione resistente a taglio quella pari alla sezione resistente desumibile dalle tabelle UNI relative alle filettature metriche ISO.
Nel caso il gambo non filettato sia più lungo dello spessore del giunto (la lunghezza in più è coperta da appositi spessori) si considera come sezione resistente quella corrispondente al diametro nominale della filettatura
La verifica a taglio prevede anche la verifica a rifollamento dei fori delle parti componenti il giunto

5) Il calcolo ad attrito di un giunto secondo le nomative più recenti deve sottostare a delle condizioni molto restrittive:
- viti di classe 10.9 a testa larga (marcatura 10.9 HV con dadi di classe 10 HV e rondelle BAR in acciaio bonificato);
- perfetta pulizia del giunto da qualsiasi sostanza estranea, sabbiatura delle parti;
- serraggio con chiave dinamometrica di precisione con coppia pari minimo al 70% del carico limite di scostamento dalla proporzionalità e controllo del giunto a montaggio avvenuto;
Sotto queste condizioni i coefficienti di attrito indicati dalla normativa possono essere consederati per il calcolo.
Ogni altro tipo di giunto che differisca da quanto sopra detto non può far affidamento sull'attrito per la verifica di resistenza.

Ciò vale per montaggi di carpenteria metallica, con lamiere di acciaio e bulloni ad alta resistenza con diametro minimo maggiore di 16 mm.
Nel campo meccanico è lasciata maggiore discrezione data la vastità delle applicazioni.

Per un freno di bicicletta non si può minimamente pensare che nemmeno lo 0,01% della coppia frenante venga trasmesso per attrito fra disco e mozzo.
Motivi:
- pulizia delle superfici
- aleatorietà della coppia di serraggio date le minime dimensioni delle viti
- eterogeneità dei materiali

Rammento che un giunto ad attrito presenta, a parità di resistenza, un minor numero di bulloni; nel caso le condizioni di attrito non dovessero essere verificate si incorrerebbe in un potenziale rischio dato che la resistenza al taglio dell'acciaio è, secondo il criterio di Guest-Tresca, pari a metà della resistenza a rottura; o al più pari a 0,577 la tensione di rottura secondo il criterio di Von Mises.

Nel collegamento di un disco freno le viti lavorano quasi esclusivamente a taglio, al più a flessione se si considerano le deformazioni in campo elastico di tutto il sistema.
La sollecitazione di taglio va sommata alla sollecitazione indotta dal serraggio mediante opportuno criterio di resistenza e il tutto va considerato nella verifica a fatica, per la quale è necessario conoscere il diagramma di Goodman-Smith del materiale costituente la vite.

Ma queste sono discussioni accademiche.

Nella realtà si fa una verifica al taglio delle viti, si assumono opportuni coefficienti di sicurezza sia in campo statico sia a fatica e si dimensiona opportunamente il giunto.
Il tutto magari supportato da idonee prove distruttive per verificare il comportamento alle sollecitazioni.

Ci si perde sulla verifica dei filetti... beh, questa è già stata fatta in sede ISO nella definizione delle combinazioni diametro-passo, le viti sono già ottimizzate per far sì che il cedimento avvenga per rottura della sezione resistente della vite.
Peraltro nelle viti di piccolo diametro (inferiore a M10) la piccolezza del profilo, le tolleranze dimensionali (me ne sono occupato, meglio spararsi in certe situazioni) e i materiali mandano a donne di facili costumi queste considerazioni e si deve stare attenti a quello che si fa.

A scanso di equivoci preciso che mi sono occupato di carpenteria metallica per quasi tre anni, sotto le mie mani sono passati i desegni esecutivi e il controllo della costruzione delle seguenti strutture:

- Funivia Malcesine - Monte Baldo, 7 sostegni (primo e secondo tronco)
- Funivia di Laces (sostegni)
- la carpenteria e l'assemblaggio delle stazioni di circa 15 impianti SA4S Leitner montati in varie località italiane ed estere;
- sovrappassi di piste da sci in località Colfosco (quello ad arco sopra la statale del passo Gardena) e a Corvara sulla strada del passo di Campolongo (quello a struttura tralicciata);
- Un numero imprecisato (circa 400 - 500) di sostegni e traverse per seggiovie tipo Leitner e Doppelmayr

La prossima volta che vi capita di salire in funivia o in seggiovia date un'occhiata ai bulloni e pensate a chi ha fatto i calcoli strutturali, ha eseguito la costruzione e ha montato quelle strutture.

E se il costruttore del mozzo ha previsto 6 viti un motivo ci sarà.
Alla faccia di tutte le nostre supposizioni e disquisizioni.
Mettiamo 6 viti di buon acciaio e non scherziamo con la nostra sicurezza.

Oggi per dire sono venuto giù da un sentiero dalle mie parti, ho fatto 400 metri di dislivello in meno di 3 minuti, fidandomi ciecamente dei freni a disco.
Godiamoci le nostre bici, non sono 15 grammi risparmiati a farci andare meglio, non fanno la differenza.
Neanche se per fare 100 km, la distanza che ho totalizzato in 4 giorni, mi sono sparato anche 4000 metri di dislivello in salita e altrettanti in discesa.

Adesso basta, devo finire di correggere i compiti dei miei studenti cui ho dato da risolvere dei problemi di verifica di collegamenti bullonati...
 

Tex1

Biker popularis
6/7/09
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Santa Cruz Nomad 2011
No vabbè io rinuncio...ma come fa il taglio sui filetti a tramutarsi in trazione sul nocciolo solo perchè la direzione è uguale...

Fai l'equilibrio delle forze sul nocciolo della vite.... se il taglio tira da un parte, dall'altra ci sarà qualcosa che equilibra no?

Purtroppo l'intaglio costituito dal fondo del filetto non è trascurabile, e fa sì che il nocciolo sia meno resistente di quello che pensi. In caso di madrevite nello stesso materiale della vite, numero di filetti in presa sufficiente (tipo una lunghezza pari al diametro nominale) e lubrificazione, non è per nulla improbabile spezzare una vite a trazione.
Ma qui divaghiamo, non c'entra con il topic.
Il fatto è che le viti dei cerchi SONO dimensionate per lavorare solo a trazione. Nel senso che ti parti dalla forza di attrito che ti serve, ricavi attraverso il coefficiente di attrito la forza di trazione della vite, poi scegli la combinazione di diametro della vite e coppia di serraggio in modo che la vite possa resistere a questa trazione, poi decidi la lunghezza di filetto in presa in base al diametro. A rigore, per rispondere alla domanda originale del topic di 6 pagine fa, le viti non dovrebbero lavorare in modo diverso in caso di 6 viti piuttosto che di 3.
Torno a dire che l'inconveniente più grande secondo me sarebbe la distorsione del disco a caldo... non certo il taglio delle viti.

Il motivo del possibile trascurare il taglio è aumentare fortemente il numero di spire...caso non in esame visto che più di quei 2, 2,5 cm la vite non può andare...
Questa non l'ho proprio capita....
 

Schadrak

Redazione
ok,
sei competente.

posso fare un semplice domanda? (non per mettere in dubbio ma per capire)
se come dici tu il sistema di fissaggio dei dischi prevede che le viti lavorano a taglio, come mai il disco non balla sulle viti visto che c'è del gioco tra vite e foro?

ok che c'è l'attrito, ma se tu dici che non è questo che tiene il disco, come mai alla prima frenata un po brusca non si sente il clack del disco che va in battuta sulle viti?
 

ottomilainsu

Biker assatanatus
15/12/09
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Su per i monti
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1) il normale serraggio delle viti assicura un piccolo attrito che fa sì che il disco non si muova

2) In bici la retromarcia non è prevista, il disco ruota e frena sempre nello stesso verso. Inoltre le tolleranze costruttive sono minime.

Quel po' di attrito che c'è non viene considerato ai fini del calcolo.
C'è ma è come se non ci fosse.
E' a favore di sicurezza.

Volendo si può calcolare tutto, ho sul tavolo un mozzo posteriore per freno a disco, ne posso rilevare le quote e fare tutti i calcoli simulando tutte le opzioni.
Mi serve tempo, non lo posso fare ora e nemmeno in settimana, temo.
 

tacito

Biker imperialis
23/9/04
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e pensare che avendo una formazione umanistica (giurisprudenza dove tutto è in evoluzione... per usare un ufemismo) ho sempre invidiato le scienze tipo ingegneria dove, con l'utilizzo di numeri incredibili, equazioni solo per pochi eletti, radicali segreti ero convinto si potesse rrivare ad una conclusione unitaria e universale...
mi sono sbagliato... che sollievo....
 

Andrea321

Biker marathonensis
1/10/07
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Cesena
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Bike
Orbea Rise M20+++
ecco perchè shimano ha inventato i dischi Center Lock (che tra l'altro è un sistema a prova di modifica!) !!!
Ragionamenti accademici a parte, non credo ci sia formula o numero che darà l'idea al genio che ha tolto le 3 viti che sta facendo una cazzata!
Però mi piace leggere quanto studio ci sia dietro ad un componente apparentemente così semplice come un freno a disco, spero che la discussione continui !
 

Lonewolf

Biker superioris

Grazie per l'esauriente spiegazione. Confermo però che ci sono settori della maccanica in cui i giunti vengono dimensionati ad attrito tra le facce delle flangie. Sto parlando di motori aeronautici e di alberi che trasmettono dei valori di coppia impressionanti...
 

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