THÍ NGHIỆM cơ học máy bài thí nghiệm số 3 (CTM) xác ĐỊNH hệ số XIẾT TRÊN mối GHÉP REN

Xác định được hệ số xiết, thông qua đó hiểu được mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết, cũng như các yếu tố của điều kiện lắp đối với mối ghép... - Thí nghiệm được thực hiện bằng cách

ĐẠI HỌC QUỐC GIA ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH



THÍ NGHIỆM CƠ HỌC MÁY

Bài thí nghiệm số 3 (CTM):

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ XIẾT TRÊN MỐI GHÉP REN

Danh sách thành viên: Nguyễn Văn Liêm 2013610

Nguyễn Nguyên Long 2013660

Giáo viên hướng dẫn: ThS Trần Trọng Hỷ

Thành phố Hồ Chí Minh, Ngày 16 tháng 2 năm 2022

I Mục tiêu thí nghiệm:

1 Nắm rõ lý thuyết khớp vít

2 Sử dụng được cờ lê đo mômen xiết để xác định mômen xiết

3 Hiểu được nguyên lý, sử dụng được máy đo bulông bằng sóng siêu âm để đo lực xiết trên bulông

4 Hiểu được nguyên lý, sử dụng được loadcell để đo lưc xiết trên bulông

5 Xác định được hệ số xiết, thông qua đó hiểu được mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết, cũng như các yếu tố của điều kiện lắp đối với mối ghép

II Các quy tắc kỹ thuật an toàn:

- Sinh viên tuân thủ các quy tắc kỹ thuật an toàn trong phòng thí nghiệm

III Mô tả thí nghiệm

Hình 5: Mô hình thí nghiệm xác định hệ số xiết K

Mô hình xác định hệ số xiết K bao gồm các thành phần như Hình 5

- Một mối ghép đơn giản gồm có bulông, đai ốc, vòng đệm và hai tấm ghép Trong đó bulông phải xác định được cơ tính của vật liệu làm bulông

- Một cờ lê xiết có thể xác định được mômen xiết (hình 6)

a) Cờ lê dạng cơ b) Cờ lê điện tử

Hình 6: Cờ lê xác định mômen xiết

- Bộ thiết bị xác định lực xiết có thể bằng dạng loadcell hoặc bằng sóng siêu âm gồm các đầu đo và các máy xử lý và xuất tín hiệu

- Thí nghiệm được thực hiện bằng cách xác định mômen xiết thông qua cờ lê xiết và xác định lực xiết thông qua loadcell hoặc máy đo siêu âm trên một mối ghép có bulông được chọn trước Thông qua việc xác định tỷ số giữa mômen xiết và lực xiết ta xác định được hệ số xiết K

III Cơ sở lí thuyết.

1 Các giai đoạn xiết bu lông Để bulông làm việc ta phải xiết các bulông bằng lực xiết, chính là lực kẹp để liên kết các chi tiết ghép Để xiết được bulông, ta phải tạo ra một mômen xiết TV để “xoay” đai ốc hoặc đầu bulông để tạo ra lực xiết V

- Trong quá trình xiết bằng mômen xiết TV, mối ghép ren có thể trải qua năm giai đọan:

- Xoay tự do: ren xoay hầu như không có sự cản trở

- “Xâm nhập”: các chi tiết ghép bắt đầu khít lại, không còn các kẻ hở

- Vùng đàn hồi: Lực kẹp tăng lên trên bề mặt chi tiết ghép bởi lực xiết trên bulông trong giới hạn đàn

Giới hạn đàn hồi

Vùng đàn hồi

Xoay

tự do

Vùng dẻo Xâm nhập

hồi

- Giới hạn đàn hồi: Lực kẹp có xu hướng chững lại bởi bulông bắt đầu đạt đến giới hạn đàn hồi

- Vùng dẻo: lực xiết (kéo) đạt đến giá trị tối đa bởi bulông đã vượt

điểm giới hạn đàn hồi

- Các công thức liên quan:

+ Mômen xiết Tv:

+ Hệ số xiết K:

IV Báo cáo thí nghiệm:

1 Xác định các thông số mối ghép ren và các dụng cụ đo.

- Đường kính lỗ lắp bulong.

- Đường kính ngoài mặt tựa của đai ốc D0=19 mm

- Góc nâng ren γ=2, 5 o

- Góc ma sát trên mặt ren ρ '=1 6o

- Hệ số ma sát giữa chi tiết ghép và đai ốc f =0,25

2 Kết quả đo.

Số lần đo

Tiến hành thí nghiệm trên bulông có đường kính danh nghĩa d = 12 (mm)

Mômen xiết T V (Nm)

Lực xiết V(N)

đo bằng loadcell

Hệ số xiết

K= T v Vd

3 Đồ thị phụ thuộc hệ số xiết vào mômen xiết.

0

1

Momen xiết Tv (Nm)

4 Tính toán hệ số xiết bằng lý thuyết theo công thức với các hệ số ma sát tra bảng

và so sánh với kết quả đo.

K= T v

V d=0,5.

d2

d .¿

¿0,5.10,863

12 .¿

¿0,3192

So sánh kết quả đo: δ=|0,3192−0,35520.3192 |=11,28%

VI Nhận xét kết quả và kết luận

Trên đồ thị ta thấy khi tăng momen xiết Tv từ 10 lên 30 Nm thì hệ số xiết K dao động trong khoảng từ 0,346-0,368

- Giá trị của K thường nằm trong khoảng 0,086 ÷ 0,5 => Ktn = 0,3192 vẫn nằm trong khoảng cho phép

- Sai số giữa lý thuyết và thực tế 11,28%

- Sai số giữa lý thuyết và thí nghiệm là do hệ số K chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện lắp, điều kiện bôi trơn, vật liệu và các tính chất của bề mặt ren, hệ số K rất khó để xác định chính xác do hệ số ma sát giữa bề mặt đai ốc và chi tiết ghép

- Do trong phép tính Klt, hệ số ma sát f, góc nâng ren vít γ, góc ma sát trên mặt ren ρ’ đều được chọn trong khoảng cho phép

- Do sai số dụng cụ đo, người làm thí nghiệm chưa thật chính xác => giá trị Ktn bị lệch

- Ý nghĩa: hệ số xiết K cho thấy sự tổng hợp của tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết trong thực tế, bao gồm cả ma sát, sự xoắn, uốn, biến dạng đàn hồi của ren và rất nhiều các yếu tố khác mà chúng ta có thể đã biết hoặc chưa biết

V Câu hỏi ôn tập.

1 Vai trò và tầm quan trọng của lực xiết và momen xiết trong thực tế

Nhằm đáp ứng được yêu cầu thiết kế được đặt ra mà còn đảm bảo chất lượng của công trình Lực xiết chính là lực kết hợp với cánh tay đòn của dụng cụ xiết tạo nên mômen xiết bulông với lực vừa đủ lớn tác động lên đầu bulông – đai ốc Sự kết hợp này nhằm tạo ra ứng suất căng ban đầu trong thân của bu lông, quá trình này để đảm bảo mối liên kết bu lông được kẹp chặt theo đúng với yêu cầu kỹ thuật đặt ra Nếu việc xác định lực xiết bu lông không chuẩn, đồng thời lực tác động chưa đủ sẽ dẫn đến tình trạng ốc bu lông không chắc chắn, các mối gắn kết không đạt chất lượng

2 Ý nghĩa của hệ số xiết K

Hệ số xiết K cho thấy sự tổng hợp của tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến mối quan | hệ giữa mômen xiết và lực xiết trong thực tế, bao gồm cả ma sát, sự xoắn, uốn, biến dạng đàn hồi của ren và rất nhiều các yếu tố khác mà chúng ta có thể đã biết hoặc chưa biết

3 Nguyên lý hoạt động của máy đo siêu âm và chìa khóa đo lực

3.1 Nguyên lý hoạt động của máy đo siêu âm:

Phép đo siêu âm của tải trọng kẹp thu được thông qua sự giảm có thể dự đoán được trong vận tốc âm thanh bên trong thân bu lông khi tải trọng kéo tăng lên Bằng cách đưa một xung âm vào một đầu của bu lông và đo chính xác thời gian cần thiết để tiếng vọng trở lại từ đầu đối diện, độ dài siêu âm được xác định Khi đai ốc được siết chặt, sự thay đổi trong chiều dài siêu âm này được sử dụng để tính toán và hiển thị lực kẹp thực tế được tạo ra

3.2 Nguyên lý hoạt động của chìa khóa đo lực:

- Cờ lê lực hoạt động dựa theo nguyên tắc Momen xoắn hay còn gọi là Momen quay như sau: Khi lực tác động vào vật cần xiết bằng tích của độ dài cánh tay đòn với lực tác dụng vào nó (cánh tay đòn= từ vị trí đặt lực đến vị trí tay cầm)

- Vậy nên, khi cánh tay đòn càng dài thì lực xiết sẽ càng lớn Đó cũng là lý do khi bạn lựa chọn cờ lê lực có cánh tay đòn dài thì sẽ được dùng cho những bu lông và con ốc lớn Cờ lê lực thường hoạt động lặp đi lặp lại để có thể siết mở bu lông đai ốc dựa trên

cơ chế bánh cóc Bên trong cờ lê lực là một hệ thống piston có cấu tạo gắn liền với

bánh cóc Nếu vặn cờ lê theo chiều kim đồng hồ thì piston sẽ bị đẩy và kéo theo chân vịt để đẩy các bánh răng tiến tới

- Ngược lại, khi vặn cờ lê ngược chiều kim đồng hồ thì Piston sẽ bị nén lại và kéo theo chân vịt trượt trên răng của bánh cóc mà không khiến bánh cóc bị xoay theo Từ đó lực siết sẽ luôn giữ theo một chiều cố định và đầu ra sẽ được gắn trên bánh cóc để ôm trọn các con ốc và bu lông giúp thuận tiện cho việc lắp ráp

4 Xác định hệ số xiết theo lý thuyết khớp vít

5 So sánh hệ số xiết các trường hợp mối ghép có và không có bôi trơn, rút ra kết luận Vai trò của việc bôi trơn mối ghép bulông:

- Chất bôi trơn làm giảm lượng mômen xiết cần thiết để bulông được xiết chặt, vì thế

hệ số xiết K sẽ giảm

- Chất bôi trơn cung cấp khả năng chống mài mòn tốt hơn, cho phép các bề mặt trượt trơn tru qua nhau – đặc biệt quan trọng đối với một số vật liệu như thép không gỉ, có

xu hướng hàn nguội, gây ra hiện tượng rỗ ren (Galling)

- Chất bôi trơn giúp việc tháo lắp dễ dàng hơn nhiều, đồng thời ngăn ngừa rỉ sét và ăn mòn

- Mặc dù là bôi trơn bulông có ren có rất nhiều lợi ích, nhưng đi kèm với nó là mối quan ngại lớn hơn là chất bôi trơn sẽ thay đổi mômen xiết cần thiết để tạo ra lực xiết thích hợp trên bulông, và điều đó có thể ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mối ghép bulông

Kết luận: Mặc dù việc bôi trơn mối ghép bulong có các đặc tính có lợi, tuy nhiên đa

số các nhà máy sẽ không sử dụng, vì họ không hoặc khó xác định được sự ảnh hưởng của chất bôi trơn đến độ chặt của bu lông Những ảnh hưởng này bao gồm: loại chất bôi trơn, lượng chất bôi trơn, bôi trơn như thế nào, bôi trơn ở đâu, độ nhiễm bẩn của chất bôi trơn,