Dadi e bulloni: tenerlo stretto

Non è esagerato affermare che senza bulloni e bulloni il mondo crollerebbe a pezzi. Le connessioni bullonate sono ovunque, dal telaio della tua stampante 3D fai-da-te ai dadi ad alette che tengono le ruote della tua auto. Sebbene la penalità in caso di guasto sia certamente più alta in quest'ultimo rispetto al primo, l'allentamento automatico di dadi e bulloni è raramente una buona cosa. Gli ingegneri hanno escogitato decine di modi per assicurarsi che il mondo non vada in pezzi, e alcuni funzionano meglio di altri. Esploriamo alcuni di questi metodi e scopriamo cosa funziona, cosa non funziona e, nel processo, forse impareremo qualcosa su come funzionano questi affascinanti elementi di fissaggio.

Esistono molti modi in cui un giunto bullonato può cedere, ma l’autoallentamento indotto dalle vibrazioni è forse il più insidioso. Chiunque abbia mai picchiato su un bullone bloccato o utilizzato una chiave ad impulsi per rimuovere un dado arrugginito sa che le vibrazioni aiutano davvero. Metti in servizio lo stesso giunto e sottoponilo al giusto tipo di vibrazione, e ci sono buone probabilità che la connessione si allenti da sola e causi il cedimento del giunto.

Negli anni '60 l'ingegnere tedesco Gerhard Junker studiò l'autoallentamento e giunse alla conclusione che le vibrazioni trasversali erano responsabili del cedimento delle connessioni bullonate. Ha ideato un semplice apparato di prova che forniva rapide vibrazioni trasversali monitorando la tensione di precarico degli elementi di fissaggio con una cella di carico. Rappresentando graficamente il precarico in funzione del numero di cicli vibratori si sono ottenuti indizi sull'efficacia dei vari metodi di bloccaggio. Il test divenne noto come test Junker e, come norma DIN 65151, rimane lo standard di riferimento per testare l'autoallentamento.

Ci sono alcuni video affascinanti là fuori che mostrano i test Junker in azione, e alcuni sono addirittura spaventosi. In genere, gettiamo una semplice rondella elastica elicoidale su un perno o un bullone, stringiamo il dado in modo bello e aderente e chiudiamo la giornata, sentendoci come se avessimo realizzato un giunto sicuro. Ma niente potrebbe essere più lontano dalla verità. In effetti, il video qui sotto mostra che non solo le rondelle di sicurezza aggiungono pochissima sicurezza alle connessioni bullonate, ma nessuno degli altri metodi comuni (rondelle semplici, dadi con inserti in nylon e dadi impilati) fornisce molto aiuto.

Ovviamente, il video qui sopra ha lo scopo di commercializzare le fantasiose rondelle di bloccaggio a cunei dell'azienda, ed è abbastanza chiaro che funzionano bene. Ma perché funzionano quando una semplice rondella di sicurezza si guasta? Per rispondere, vale la pena guardare cos'altro funziona, qualcosa che non è stato testato nel video: un controdado installato correttamente.

Un controdado è un dado a basso profilo, in genere circa la metà dell'altezza di un dado standard, installato sotto il dado più grande. Una volta installato, il controdado viene serrato solo a circa un quarto o metà della coppia finale completa. Successivamente viene installato il dado spesso e serrato al valore finale mentre il controdado viene tenuto in posizione con una chiave. Ciò tira efficacemente il bullone attraverso il controdado. Le filettature del bullone sono quindi in contatto con i fianchi superiori delle filettature all'interno del controdado, mentre contemporaneamente entrano in contatto con i fianchi superiori o di pressione del dado superiore. Poiché i dadi superiore e inferiore forniscono forze opposte sul bullone, è molto meno probabile che i dadi si allentino da soli.

Un meccanismo simile è all'opera nelle rondelle di bloccaggio a cunei. Le due metà della rondella sono dotate di cunei ad incastro, il cui angolo supera il passo delle filettature dei bulloni. Quando il bullone viene serrato, il passo più alto delle rondelle tira indietro il bullone verso l'alto, fornendo una forza opposta che blocca le filettature e impedisce l'allentamento automatico del dispositivo di fissaggio.

Se consideriamo tutti i metodi di bloccaggio che falliscono, tutti hanno qualcosa in comune: si basano tutti sull’attrito. I controdadi e le rondelle a cuneo funzionano fornendo tensione per opporsi alle vibrazioni trasversali che portano all'autoallentamento e sono quindi molto più efficaci.

Naturalmente esistono altri metodi per bloccare gli elementi di fissaggio filettati. Vengono in mente i frenafiletti adesivi, così come i metodi più complicati come i dadi cablati e le rondelle con alette, e possono essere metodi molto efficaci. Ma considerando il basso costo e la facilità di installazione, è difficile battere un semplice dado per evitare che il mondo vada in pezzi.