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Factor 1 – Size
When mounting an object that comes with bolt holes, use the size of bolts recommended by the manufacturer. If the item doesn't have specific instructions telling you what bolts to use, then use a bolt size that fits nicely, and fills in the holes.
The caster shown in the photo is a good example. It has 4 slots that accept 3/8" or 10 mm bolts nicely. Either size works as a bolt choice. Note: Because the holes are slots, washers support the nut.
If the holes are not defined for the bolt size, there are lots of other considerations to select the size.
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Factor 2 – Material Thickness
Use a bolt that works well with the thickness of the materials to connect. If you're bolting thin sheet metal, then big diameter bolts will not make it more secure. In fact, when push comes to shove, the material will often fail near the bolts, so it's better to have several smaller fasteners than one large one.
A typical rule of thumb. Use a bolt diameter that is 1.5 – 2.5 times (up to three times) the thickness of the thinner material you are bolting together. So, for 1/8" material, a 1/4" diameter is often a good bolt choice. For 1/4" thick material, perhaps a 3/8" or 1/2" bolt.
This guideline falls apart for very thin materials, and for really thick stuff. In both these cases – if the joint is critical – it's better to use more fasteners rather than bigger ones. Note: For thin materials, it's usually best to back the joint with thicker material, like washers, or face plates, then the rules can apply again.
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Factor 3 – Function
What do the bolts need to do? Are they through bolts (bolt with a nut)? Or does the bolt go into a threaded hole? Maybe the threaded hole goes through? Or maybe it is blind (go into a threaded hole that does not go through)?
Most of the discussion in this article shows bolts with nuts (and washers), but there are a lot of applications where the threads exist in another part. Really, the discussion is almost the same either way. Trailer wheel bolts are a good example where some are bolts into a threaded hub, while other times they are studs with a nut. Read more in the Trailer Wheel Bolts article.
Anyway, function matters, and it is often connected with the other things on this page like Thread Engagement and Loading (both topics below). What do the bolts need to do? Hold stuff, yeah, but do think about what they are holding? How they are holding it? And, perhaps most important, how critical is it? The bolts you choose – grade, size, and number – should reflect what the bolts need to do.
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Factor 4 – Number of Bolts
Have you ever noticed that bolts rarely appear with just one? How many bolts do you need?
When you bolt something, you are constraining it in one direction. Argumentatively, it constrains more with friction and extended face contact, but if you really want to hold the piece, it requires more bolts. 2 bolts constrain rotation, and at least 3 bolts (not in a line) for bending constraint. We often see sets of 4 because it's an easy pattern, and it constrains many things very well.
Place bolt patterns so the bolts are spread — within reason. Generally, more distance between them makes the connection stronger. From the standpoint of holding things down, more is merrier, but it also makes things harder to work with.
The other reason for more bolts is safety. If the connection involves safety, better to over-kill.
The image here of the hitch illustrates some of these bolt choice factors. Bolt size is 1/2" (defined by the hitch holes) — which is a little more than 2.5 times material thickness (less than 3 times), so that's good in 3/16" thick material. They are Grade 8 for strength because safety is definitely a concern. Fine thread with Nylock nuts for security in a vibration environment. The main connection forces are in shear, and they have sufficient distance for joint stability.
In the hitch example, there are 4 connections. Each bolt connects the materials twice, once on each side. The 4 connections are not linear, so it's good for stability in bending.
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Factor 5 – Strength
Choose the bolt strength based on what you're asking the bolt to do. For safety, think about higher strength bolts like Grade 8 or more. In shear forces, think about a diameter that will easily take the loads. With tension forces, think about fine threads as well as higher grade material.
There are 2 ways to achieve higher strength. The first is the bolt material – the bolt grade. Second is the bolt diameter.
As a perspective, from the chart in Part 1, we see that (generalized) Grade 5 is about twice as strong as Grade 2. That's a great way to increase strength. Another big improvement is diameter. When we consider diameter, a 3/8" bolt is more than twice the strength of a 1/4" bolt. In fact, it takes a high grade socket head 1/4" bolt to match a 3/8" grade 2 bolt. Truly, diameter is also a major factor. Consider this when using Stainless Steel bolts.
A escolha adequada de parafuso para resistência vem com um equilíbrio dos outros fatores nesta página. Às vezes queremos um parafuso menos resistente por considerações de impacto ou de cedência.
A propósito, ao calcular a resistência do parafuso, use o diâmetro da raiz das roscas (menor diâmetro dentro das roscas), não o diâmetro completo do parafuso. Além disso, pense em fatores de segurança - e use-os generosamente.
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Fator 6 - Passo da Rosca
Rosca Fina ou Rosca Grossa? Essa é uma boa pergunta sem uma resposta definitiva. Aqui estão algumas considerações.
- Roscas Grossas não têm tantas roscas, então podem ser instaladas mais rapidamente.
- Roscas finas podem criar mais força de aperto com o ângulo de rosca reduzido.
- Um parafuso de Rosca Fina é ligeiramente mais forte do que um de Rosca Grossa.
- Para vibração, as roscas finas têm uma vantagem (embora porcas Nylock, LocTite, etc., sejam ainda melhores).
Ao escolher parafusos, não há critérios definitivos, então faça uma escolha com base nas vantagens.
Para mim, eu tendo a usar roscas grossas para parafusos menores (1/4", 6mm e menores) na maioria das vezes. Com parafusos maiores, eu uso roscas finas em situações de vibração e quando a força de aperto é crítica. Na língua do reboque dobrável, por exemplo, os parafusos de aperto são 1/2"-20 (rosca fina). Grau 8 para resistência excessiva. Os parafusos de pivô não estão apertados (ou não pivotariam), então eles não entram no cálculo, mas são do mesmo tamanho e rosca para que tudo combine. (E use as mesmas chaves em tudo.)
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Fator 7 - Comprimento
Quanto tempo é suficiente? Quanto tempo é demais
Suficientemente longo é quando a porção rosqueada se projeta através da porca com algumas roscas para fora. Muito longo é quando a extremidade não utilizada do parafuso interfere em algo - ou quando o parafuso não pode ser completamente apertado. O ideal pode ser o parafuso que você tem no recipiente (porque você não precisa comprar algo novo).
Dito isso, não tenha medo de cortar um parafuso. Se ele estiver um pouco longo, corte-o para que fique certo, e depois termine a extremidade. Da mesma forma, se você precisar de um parafuso longo ou personalizado, faça-o com uma barra roscada. Leia este artigo completo sobre trabalhar com barra roscada.
Não se esqueça das arruelas (se precisar delas) ao pensar no comprimento. Além disso, porcas especiais, como as Nyloc, requerem um pouco mais de comprimento do que as padrão.
Para parafusos rosqueando em algo (não uma porca), o conceito de "suficientemente longo" também deve levar em consideração o engajamento da rosca, que é nosso próximo fator de escolha de parafuso.
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Fator 8 - Engajamento da Rosca
É fácil pensar em parafusos com porcas para fixação - especialmente para DIY. Isso torna as coisas fáceis. No entanto, de vez em quando, você precisa fazer uma rosca. Os machos de rosca são bastante fáceis de usar e, quando feitos corretamente, criam ótimas roscas para parafusar um parafuso. Ao fazer suas próprias roscas, aqui estão algumas coisas a considerar.
As regras práticas para o engajamento da rosca envolvem o material em que o parafuso está rosqueando, bem como o diâmetro do parafuso. É uma proporção com o comprimento do engajamento da rosca como uma função do diâmetro do parafuso. Por exemplo, 2x significa que a profundidade do engajamento da rosca é duas vezes o diâmetro do parafuso. Neste caso, para um parafuso de 1/4", o engajamento da rosca é 2x o diâmetro, ou 1/2". Isso é apenas um exemplo.
Em geral, use 1x para parafusos de aço em roscas de aço. 1,5x no mínimo e de preferência 2x ou mais para alumínio. Magnésio e plásticos de alta resistência são 2,5x ou 3x.
Novamente, essas são regras práticas, e ligas dos materiais se comportam de maneira diferente. Para a escolha de parafusos, use esses números como uma perspectiva na sua escolha de parafusos.
Você notará que a maioria das porcas é menor que o 1x mencionado acima. Isso tem muito a ver com a forma como as roscas são formadas. Cortar roscas com um macho de rosca não é tão forte quanto formar roscas por laminação. Novamente, apenas uma perspectiva.
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Fator 9 - Carregamento
Onde você coloca os parafusos ao construir algo? Embora haja várias maneiras pelas quais as forças podem interagir com um parafuso, algumas direções são definitivamente melhores do que outras. Se você tiver uma escolha, pense nas posições dos parafusos e na direção da força, bem como na conveniência e no acesso.
A primeira escolha é colocar os parafusos apenas como Localizadores. Isso funciona quando as peças estão se empurrando uma contra a outra e os parafusos estão lá apenas para localizar e manter a posição. Não é necessária muita resistência do parafuso para esse tipo de junta. Embora seja o ideal, muitas vezes não é assim que as forças se direcionam.
Segunda escolha é colocar os parafusos em Cisalhamento. Isso significa que as forças querem cortar os parafusos. Olhe acima na foto do engate. As forças de puxar o reboque e frear são perpendiculares aos parafusos. Isso é cisalhamento. Os parafusos são muito fortes em cisalhamento, e mesmo quando não estão totalmente apertados, ainda são fortes em cisalhamento. Dito isso, o parafuso deve ser dimensionado para as forças, então a resistência e o diâmetro são ambos importantes.
A última escolha são parafusos em Tensão. Eu digo que é a última escolha, mas muitas vezes é a única opção - ou no caso da dobradiça azul da língua do reboque, é a melhor opção para atender a outros objetivos. Leia a seção sobre parafusar em nossa análise da língua dobrável para mais explicações. Em tensão, o parafuso depende das roscas para suportar as cargas. Quando isso é necessário, use parafusos maiores, mais fortes e múltiplos parafusos para melhor segurança.
Forças do Parafuso
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Fator 10 - Forças Mistas
A verdade é que a maioria das conexões por parafusos não são apenas uma dessas forças, são uma combinação. E, muitas vezes, as forças mudam em momentos diferentes, então leve tudo isso em consideração.
Como exemplo, olhe para a foto do rodízio. Em um sentido prático, os parafusos estão lá principalmente como localizadores. As rodas carregam as cargas para a flange, então a flange está contra o suporte de aço. Na realidade, também existem forças de cisalhamento quando o freio está acionado, ou ao girar o rodízio. Então existem algumas forças de tensão quando a roda atinge algo (como uma emenda em um piso de concreto).
Por fim, às vezes as forças se invertem, como de Cisalhamento para o outro. Essas situações oscilantes ou vibratórias são as piores para a escolha do parafuso porque representam um desafio em manter as coisas apertadas. Nesses casos, recomendamos usar mais parafusos, roscas finas e talvez especialmente um método de resistência à vibração. (Como porcas de trava ou fios ou porcas de pino de cavilha)
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Fator 11 - Ambiente
Embora não seja realmente a última coisa a considerar, o ambiente para o parafuso é bastante importante. Consulte a Página 1 do Bolts 101 sobre acabamentos para obter mais informações. Além disso, consulte a Página 3 para obter informações sobre parafusos de aço inoxidável se o seu ambiente incluir umidade ou produtos químicos significativos.
Complicações Para Parafusar
Muitas vezes pensamos em parafusos de uma maneira clássica como muitas das imagens nesta página. Parafuso através de um furo e aperta. Mas existem outras aplicações como a imagem principal no topo. Aquele parafuso está sobressaindo usando porcas para ancorá-lo no lugar. A parte que se estende usa a cabeça e a parte superior do parafuso como um local para prender uma mola.
O parafuso de gancho de mola tem um aperto bastante normal - com porcas em ambos os lados da estrutura. Mas e em situações mais difíceis como prender uma corrente de segurança do reboque? E uma corrente mantida por um parafuso? Observe os elos de corrente que se intersectam e não permitem que o elo de corrente parafusado se ajuste firmemente contra a superfície de metal. É difícil apertar o parafuso com firmeza porque os elos adjacentes estão no caminho. A escolha do parafuso aqui é mais sobre tamanho e travamento do que sobre apertar corretamente.
Neste caso, arruelas são empilhadas para fornecer uma base para as forças de aperto. (Arruelas com algum desbaste para se ajustar à corrente.) Isso pode funcionar, mas quando os parafusos não estão "apertados", eles se movem quando são usados. Tais situações não são necessariamente ruins, mas certamente exigem uma resistência adicional do parafuso (e tamanho).
Não é apenas uma escolha de parafuso, mas também uma escolha de parafusamento. Às vezes, repensar a função é a melhor maneira, para que os parafusos fiquem firmemente apertados.
Tamanhos de Furo do Parafuso
Quanto espaço você permite para um furo de parafuso? Muitos projetos DIY sofrem com parafusos que são ou muito soltos em seus furos, ou muito apertados e difíceis de montar. Qual é o meio termo ideal?
O problema, honestamente, geralmente não é o tamanho de um determinado furo, mas sim o alinhamento dos furos em relação uns aos outros. Se você faz as coisas DIY com um riscador e uma furadeira de bancada, às vezes os furos não se alinham perfeitamente.
Normalmente, eu adiciono algo em torno de 10% a 15% ao diâmetro do parafuso para o tamanho do furo. Exemplo: parafuso de 1/4" + 15% = 0,287", então arredonde para uma broca de 9/32" = 0,281" de diâmetro. Eu tendo a arredondar para baixo à medida que os parafusos ficam maiores. Exemplo: parafuso de 1" + 15% = 1,15". Isso sugeriria um furo de 1-1/8". Para mim, o furo de 1/8" é um pouco grande demais (ajuste folgado), então para parafusos maiores, eu faço algo mais próximo de 10%. Exemplo: parafuso de 1" + 10% = 1,1" ou com arredondamento = 1-3/32" ou até 1-1/16".
Uma boa regra prática é adicionar o máximo de tolerância ao furo que você é capaz de manter na tolerância da localização do furo.
Conclusão da Escolha do Parafuso
Tão simples quanto os parafusos parecem, na verdade há muito a saber sobre eles. Esta é uma visão geral bastante simples como uma introdução DIY do tipo Bolts 101. No entanto, há muito mais a saber. Felizmente, este é um assunto com muitas informações excelentes na web. Basta pesquisar sobre os tópicos que você precisa saber. Coisas como "Passo da Rosca do Parafuso" ou "Resistência ao Cisalhamento do Parafuso". Você encontrará uma tonelada de ótimas informações em detalhes mais profundos.
Novamente, este artigo é uma introdução com uma abordagem prática em vez de científica. É sobre a escolha do parafuso, especificamente porque o lado prático parece estar ausente nos sites de parafusos que vimos. Avise-nos se esquecemos de algo importante. Boa sorte com seus projetos.
