Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer
In this paper, based on the R-functions theory, methods have been developed and equations have been constructed for the 3D printing of hex-head screws with Bristol, Pentalobe, Polydrive and other types of screw slots. Such screws are used both in personal computers and other high-end equipment. The...
Збережено в:
| Дата: | 2021 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2021
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/240595 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-240595 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| format |
Article |
| author |
Шейко, Т. И. Максименко-Шейко, К. В. |
| spellingShingle |
Шейко, Т. И. Максименко-Шейко, К. В. Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| author_facet |
Шейко, Т. И. Максименко-Шейко, К. В. |
| author_sort |
Шейко, Т. И. |
| title |
Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| title_short |
Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| title_full |
Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| title_fullStr |
Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| title_full_unstemmed |
Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer |
| title_sort |
mathematical and computer simulation of hex head screws for implementation on a 3d printer |
| title_alt |
Математическое и компьютерное моделирование винтов с шестигранной головкой для реализации на 3D-принтере Математичне та комп’ютерне моделювання гвинтів з шестигранною голівкою для реалізації на 3D-принтері |
| description |
In this paper, based on the R-functions theory, methods have been developed and equations have been constructed for the 3D printing of hex-head screws with Bristol, Pentalobe, Polydrive and other types of screw slots. Such screws are used both in personal computers and other high-end equipment. The Bristol slot has four or six radial grooved beams. The advantage of the design of this slot is the correct perpendicular, rather than tangential, vector of force application when the slot is rotated by a tool, which minimizes the risk of stripping out the slot. For this reason, the Bristol slot is used in soft metal screws. Compared to the internal hex, the Bristol slot allows a noticeably higher torque, only slightly higher than that of the Torx slot. This type of slot is used in aviation, high-end telecommunications equipment, cameras, air brakes, agricultural equipment, astronomical equipment, and foreign military equipment. Variations with a pin in the center are found in game consoles to prevent the use of a flat-blade screwdriver as an improvised key. The Pentalobe slot is a five-point slot designed by Apple and used in its products to limit unauthorized disassembly. It was first used in mid 2009 to mount MacBook Pro batteries. Its miniature version was used in the iPhone 4 and later models, in the MacBook Air (available since late 2010 models), and the MacBook Pro with Retina screens. The Polydrive slot is a starlike slot with rounded star points, used in the automotive industry for applications requiring high tightening torque. The Torq-set slot is a cross slot for fasteners requiring high tightening torque. The grooves are slightly offset, not intersecting at one point. Fasteners with this type of slot are used in military aviation, for example, in E-3, P-3, F-16, Airbus, Embraer, and Bombardier Inc. The Phillips Screw Company owns the trademark and manufactures fasteners with this type of slot. The slot design standards are National Aerospace Standard NASM 3781 and NASM 4191 for the ribbed version. The resulting equations for the surfaces of screws were checked during the modeling of the screws before 3D printing. The 3D printing technology allows us to reduce the cost and labor intensity of manufacturing products, including complex slot screws. The analytical recording of designed objects makes it possible to use alphabetic geometric parameters, complex superposition of functions, which, in turn, allows us to quickly change their design elements. The positivity property of the constructed functions at the internal points of an object is very convenient for the implementation of 3D printing. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2021 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/240595 |
| work_keys_str_mv |
AT šejkoti mathematicalandcomputersimulationofhexheadscrewsforimplementationona3dprinter AT maksimenkošejkokv mathematicalandcomputersimulationofhexheadscrewsforimplementationona3dprinter AT šejkoti matematičeskoeikompʹûternoemodelirovanievintovsšestigrannojgolovkojdlârealizaciina3dprintere AT maksimenkošejkokv matematičeskoeikompʹûternoemodelirovanievintovsšestigrannojgolovkojdlârealizaciina3dprintere AT šejkoti matematičnetakompûternemodelûvannâgvintívzšestigrannoûgolívkoûdlârealízacíína3dprinterí AT maksimenkošejkokv matematičnetakompûternemodelûvannâgvintívzšestigrannoûgolívkoûdlârealízacíína3dprinterí |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:43Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:43Z |
| _version_ |
1809016174623588352 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-2405952021-09-30T12:33:58Z Mathematical and Computer Simulation of Hex Head Screws for Implementation on a 3D Printer Математическое и компьютерное моделирование винтов с шестигранной головкой для реализации на 3D-принтере Математичне та комп’ютерне моделювання гвинтів з шестигранною голівкою для реалізації на 3D-принтері Шейко, Т. И. Максименко-Шейко, К. В. In this paper, based on the R-functions theory, methods have been developed and equations have been constructed for the 3D printing of hex-head screws with Bristol, Pentalobe, Polydrive and other types of screw slots. Such screws are used both in personal computers and other high-end equipment. The Bristol slot has four or six radial grooved beams. The advantage of the design of this slot is the correct perpendicular, rather than tangential, vector of force application when the slot is rotated by a tool, which minimizes the risk of stripping out the slot. For this reason, the Bristol slot is used in soft metal screws. Compared to the internal hex, the Bristol slot allows a noticeably higher torque, only slightly higher than that of the Torx slot. This type of slot is used in aviation, high-end telecommunications equipment, cameras, air brakes, agricultural equipment, astronomical equipment, and foreign military equipment. Variations with a pin in the center are found in game consoles to prevent the use of a flat-blade screwdriver as an improvised key. The Pentalobe slot is a five-point slot designed by Apple and used in its products to limit unauthorized disassembly. It was first used in mid 2009 to mount MacBook Pro batteries. Its miniature version was used in the iPhone 4 and later models, in the MacBook Air (available since late 2010 models), and the MacBook Pro with Retina screens. The Polydrive slot is a starlike slot with rounded star points, used in the automotive industry for applications requiring high tightening torque. The Torq-set slot is a cross slot for fasteners requiring high tightening torque. The grooves are slightly offset, not intersecting at one point. Fasteners with this type of slot are used in military aviation, for example, in E-3, P-3, F-16, Airbus, Embraer, and Bombardier Inc. The Phillips Screw Company owns the trademark and manufactures fasteners with this type of slot. The slot design standards are National Aerospace Standard NASM 3781 and NASM 4191 for the ribbed version. The resulting equations for the surfaces of screws were checked during the modeling of the screws before 3D printing. The 3D printing technology allows us to reduce the cost and labor intensity of manufacturing products, including complex slot screws. The analytical recording of designed objects makes it possible to use alphabetic geometric parameters, complex superposition of functions, which, in turn, allows us to quickly change their design elements. The positivity property of the constructed functions at the internal points of an object is very convenient for the implementation of 3D printing. В данной статье на основе теории R-функций разработаны методики и построены уравнения для моделирования винтов с шестигранной головкой и шлицами Bristol, Pentalobe, Polydrive и др., применяемые как в персональных компьютерах, так и в другом оборудовании высокого класса, для их последующей печати на 3D-принтере. Шлиц Bristol имеет четыре или шесть радиальных лучей-углублений. Преимуществом конструкции данного шлица является правильный перпендикулярный, а не касательный вектор приложения силы при вращении шлица инструментом, что минимизирует опасность его срыва. По этой причине шлиц Bristol используется в винтах из мягких металлов. По сравнению с внутренним шестигранником шлиц Bristol допускает заметно больший крутящий момент, лишь немногим более такового у шлица Torx. Этот тип шлицов используется в авиации, телекоммуникационном оборудовании высокого класса, камерах, воздушных тормозах, сельхозтехнике, астрономическом оборудовании и зарубежной военной технике. Разновидности со штифтом в центре встречаются в игровых приставках, для предотвращения использования плоской шлицевой отвертки как импровизированного ключа. Шлиц Pentalobe – пятилучевой шлиц, разработанный компанией Apple и используемый ею в своих продуктах для ограничения несанкционированной разборки. Впервые использован в середине 2009 года для крепежа аккумулятора MacBook Pro. Миниатюрная версия использовалась в iPhone 4 и последующих моделях, в MacBook Air (в моделях с конца 2010), в MacBook Pro с экранами Retina. Шлиц Polydrive представляет собой звездообразный шлиц с закругленными вершинами звезды. Применяется в автомобильной промышленности для задач, требующих высокого момента затяжки. Шлиц Torq-set – крестообразный шлиц для крепежа с высоким моментом затяжки. Пазы немного смещены и не пересекаются в одной точке. Крепеж с данным видом шлица используется в военной авиации, например в E-3, P-3, F-16, Airbus, Embraer и Bombardier Inc. Компания Phillips Screw Company владеет торговой маркой и производит крепеж с данным видом шлица. Стандартами, описывающими конструкцию шлица, являются National Aerospace Standard NASM 33781 и NASM 14191 для ребристой версии. Полученные уравнения для поверхностей винтов были проверены в ходе моделирования последних перед печатанием на 3D-принтере. Технология 3D-печати позволяет снизить себестоимость и трудоемкость изготовления продукции, в том числе винтов со сложными шлицами. Аналитическая запись проектируемых объектов дает возможность использовать буквенные геометрические параметры, сложные суперпозиции функций, что, в свою очередь, позволяет оперативно изменять их конструктивные элементы. Свойство положительности построенных функций во внутренних точках объекта весьма удобно для реализации 3D-печати. У даній статті на основі теорії R-функцій розроблено методики і побудовано рівняння для моделювання гвинтів із шестигранною головкою та шліцами типу Bristol, Pentalobe, Polydrive та ін., які застосовуються як в персональних комп'ютерах, так і в іншому обладнанні високого класу, для їхнього подальшого друку на 3D-принтері. Шліц типу Bristol має чотири або шість радіальних променів-заглиблень. Перевагою конструкції даного шліца є правильний перпендикулярний, а не дотичний вектор прикладання сили при обертанні шліца інструментом, що мінімізує небезпеку його зриву. Через це шліц Bristol використовується в гвинтах з м'яких металів. Порівняно з внутрішнім шестигранником шліц Bristol допускає помітно більший крутний момент, лише трохи більше такого, ніж у шліцах Torx. Цей тип шліців використовується в авіації, телекомунікаційному обладнанні високого класу, камерах, повітряних гальмах, сільгосптехніці, астрономічному обладнанні та зарубіжній військовій техніці. Різновиди зі штифтом в центрі зустрічаються в ігрових приставках, для запобігання використанню плоскої шліцьової викрутки як імпровізованого ключа. Шліц Pentalobe – п’ятипроменевий шліц, розроблений компанією Apple і використовуваний нею в своїх продуктах для обмеження несанкціонованого розбирання. Вперше використаний в середині 2009 року для кріплення акумулятора MacBook Pro. Мініатюрна версія використовувалася в iPhone 4 і подальших моделях, в MacBook Air (в моделях з кінця 2010 р.), в MacBook Pro з екранами Retina. Шліц Polydrive – зіркоподібний шліц з заокругленими вершинами зірки. Застосовується в автомобільній промисловості для задач, що вимагають високого моменту затягування. Шліц Torq-set – хрестоподібний шліц для кріплення з високим моментом затяжки. Пази трохи зміщені і не перетинаються в одній точці. Кріплення з даним видом шліца використовується у військовій авіації, наприклад в E-3, P-3, F-16, Airbus, Embraer і Bombardier Inc. Компанія Phillips Screw Company володіє торговою маркою і виробляє кріплення з даним видом шліца. Стандартами, що описують конструкцію шліца, є National Aerospace Standard NASM 33781 і NASM 14191 для ребристої версії. Отримані рівняння для поверхонь гвинтів було перевірено в ході моделювання останніх перед друком на 3D-принтері. Технологія 3D-друку дозволяє знизити собівартість і трудомісткість виготовлення продукції, в тому числі гвинтів зі складними шліцами. Аналітичний запис проектованих об'єктів дає можливість використовувати буквені геометричні параметри, складні суперпозиції функцій, що, в свою чергу, дозволяє оперативно змінювати їх конструктивні елементи. Властивість позитивності побудованих функцій у внутрішніх точках об'єкта є дуже зручною для реалізації 3D-друку. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2021-09-30 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/240595 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 24 No. 3 (2021): ; 70-75 Проблемы машиностроения; Том 24 № 3 (2021): ; 70-75 Проблеми машинобудування; Том 24 № 3 (2021): ; 70-75 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/240595/238938 https://journals.uran.ua/jme/article/view/240595/238939 Copyright (c) 2021 Т. И. Шейко, К. В. Максименко-Шейко http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |