Ce n'est vraiment pas aussi simple qu'une règle de base - il y a beaucoup de facteurs dans chaque application. Je vais supposer que votre application de boulon est une situation assez traditionnelle où vous boulonnez un morceau de matériau à un autre (un plan de cisaillement) et non un sandwich plus complexe (patins d'isolement, plaques de transition, etc.)
Dans la plupart des connexions boulonnées, les boulons sont destinés à fournir une force de serrage normale aux surfaces de contact pour permettre à une grande force de friction de se développer entre les deux matériaux boulonnés. En tant que tel, bien que nous vérifions presque toujours que les boulons peuvent maintenir la charge en cisaillement, pour la conception de la connexion pour les performances, l'action de serrage est une plus grande considération. Si vos surfaces de contact sont très plates et propres et que vos deux matériaux sont très rigides, vous pouvez imaginer qu'un seul gros boulon suffirait pour tout problème car la force de serrage appliquerait un frottement égal sur toute la surface de contact. Un problème avec l'utilisation d'un seul boulon est que si le joint glisse, il pourrait glisser dans une direction qui desserre l'écrou contre le boulon, conduisant à une défaillance catastrophique.
En réalité, généralement nos deux surfaces sont quelque peu flexibles, sales et pas plates. Pour cette raison, un boulon applique uniquement avec succès une force de serrage sur une petite zone autour de lui, de sorte que les joints qui résistent à un moment (comme la plupart des supports de moteur) ne seront pas très efficaces avec un seul boulon. Au lieu de cela, l'ajout de boulons, plus éloignés les uns des autres, crée des «couples de moments» où, en raison de la distance entre chaque boulon, la résistance au glissement réelle requise à chaque boulon est moindre. En général, pour les connexions qui résistent à un moment, vous souhaitez maximiser la taille globale du motif de boulon dans des limites raisonnables.
Il y a, bien sûr, un tas d'autres facteurs. Comme vous le suggérez, puisque la tolérance absolue est plus grande sur les boulons plus gros, ils nécessitent généralement plus de trous bâclés, ce qui signifie qu'ils ne fourniront pas intrinsèquement un alignement aussi bon que les boulons plus petits. Cependant, si vous alignez vos composants indépendamment (en mesurant ou avec un gabarit) et serrez les boulons, vous pouvez toujours garder le composant au bon endroit tout aussi bien. Inversement, parce que les trous pour les petits boulons sont généralement moins surdimensionnés, l'alignement d'un motif de nombreux petits boulons nécessite un usinage beaucoup plus précis de vos pièces que l'alignement de quelques boulons plus gros. Ceci est principalement dû au facteur de surdimensionnement plus petit, mais est aggravé par le fait que plus vous avez de trous,
En ce qui concerne le coût, pour les pièces de taille modeste, les coûts d'usinage des pièces coûtent presque certainement plus que le coût des fixations elles-mêmes, donc quelques boulons plus gros seraient une meilleure option - des boulons légèrement plus chers, mais moins de trous à percer. La taille d'un trou à percer a beaucoup moins d'impact sur le coût que le temps nécessaire pour localiser un nouveau trou, surtout s'il est suffisamment profond pour nécessiter plusieurs étapes (comme un foret de repérage ou un foret central) et donc un changement d'outil. De plus, en fonction de votre échelle, des matériaux et de l'épaisseur, les trous parfois plus petits sont en fait plus chers car ils doivent être percés de manière moins agressive pour éviter la rupture de l'outil. Deux grandes exceptions à cette déclaration seraient si vos pièces sont produites en masse par moulage, moulage par injection ou un procédé volumétrique similaire, ou s'ils sont coupés par un processus de profilage comme la découpe au jet d'eau ou au laser, où les pouces linéaires sont le principal facteur de coût. Comme vous le faites remarquer, le temps de montage de l'appareil est principalement régi par le nombre de boulons plutôt que par leur taille - pour une longueur de filetage donnée - un gros boulon est en fait plus rapide à serrer. Donc, cela favorise également moins de boulons plus gros.
Quant à une formule régissant la force de serrage, elle n'a rien de trop spécial. Une fois que vous avez établi la prétension sur chaque boulon tel qu'il est installé, il vous suffit de le multiplier par le coefficient de frottement statique pour votre combinaison de surface de contact. La partie difficile est d'établir la prétension que vous accomplirez dans chaque boulon - il existe des formules qui vous donneront une tension en fonction du couple, de l'angle d'attaque et des matériaux, mais elles ne sont pas très précises. La meilleure façon de trouver cette valeur serait de mesurer directement après avoir serré les boulons en utilisant la même méthode que vous utiliserez dans la production (couple, toucher, tour de l'écrou, etc.)