Bài thí nghiệm số 03 và 04 xác Định hệ số xiết và hệ số ngoại lực trên mối ghép bulông

Xác định được hệ số xiết, thông qua đó hiểu được mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết, cũng như các yêu tô của điều kiện lắp đối với môi ghép.. cho thay sự tổng hợp của tất cả các yêu

TOI DOI IOI IID IOI III DIDI IO DOI DOI I DIDI IODA AIA IOI IO Ob OK IK

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Bộ môn Thiết kế máy

p BK

BAI THI NGHIEM SO 03 va 04 XAC DINH HE SO XIET VA HE SO NGOAI LUC

TREN MOI GHEP BULONG

Giảng viên hướng dẫn: Thân Trọng Khánh Đạt

Sinh viên thực hiện:

*x*****«****«*****% **4 ***%**%**% **w***«*x*% IA AIDA AA AOA DA TIO OK IK

BÀI THÍ NGHIỆM SÓ 03

XAC DINH HE SO XIET TREN MOI GHEP BULONG

I Muc tiéu thi nghiém

1 Sử dụng được cờ lê đo mômen xiết để xác định mômen xiét:

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

3 Hiểu được nguyên lý, sử dụng được loadcell để đo lực xiết trên bulông:

4 Xác định được hệ số xiết, thông qua đó hiểu được mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết, cũng như các yêu tô của điều kiện lắp đối với môi ghép

H Các quy tắc kỹ thuật an toàn

Sinh viên tuân thủ các quy tắt an toàn của phòng thí nghiệm

ILI Bao cao thí nghiệm

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

— Đường kính danh nghĩa bulong: 5| SÏ = 12 (mm)

— Đường kính lỗ lap bulong: #244 gq = 1.1 x ñ| 8Ï = 1.1x 12 = 13.2 (mm)

— Đường kính ngoài mặt tựa của dai 6c: Hs gq = 2x 8Í SÏ = 2 x 12 = 24 (mm)

— Đường kính trung bình:

sử mi RrHIRM 4s

Bea rape EDs 6 (mm)

— Đường kính trung bình ã 4, = 10.863 (mm)

z A eI mỊ SI

— Góc nâng ren & = 2.5,

—_ Góc ma sát trên mat ren BI] = 6.28 =

— Hệ số ma sát giữa chỉ tiết ghép và đai ôc Fd HH = 0.11.

2 Kết quả đo

Tiến hành thí nghiệm trên bulông có đường kính danh nghĩa

do | Mémen xiét Thờ! I ee alot SI) Lue xiét BEE Gl) do 9 bans loadcell ¥ so me

3 Đồ thị phụ thuộc hệ số xiết vào mômen xiết

Hệ số xiết 0.500

0.450

0.400

È 04350

= 0.300

# 0250

0.200

0.100

4 Tính toán hệ số xiết

Momen xiết [Nm]

bang va so sanh voi ket qua do

D| Bb,

10.863 18.6 a BỊ DY] BỊ

=05x———* |iage3 X 0.11 + 54515451 mi g4 (255 7 + 6.2855)

= 0.155

So sánh với kết quả đo:

= gig 100% = 8.26%

IV Nhận xét kết quả và kết luận

e Trên đỏ thị ta thấy khi tang momen xiét 2 Shy tir 8 (N.m) lên 28 (N.m) thì hé s6 xiét 2] Zt dao

động trong khoảng từ 0.155 + 0.185

e Giá trị của 3] Zt thuong nam trong khoang 0.086 + 0.5 — ã| #† = 0.185 vẫn nằm trong

khoảng cho phép

© Sai số giữa lý thuyết và thực tế 8.28%

© Sai số giữa lý thuyết và thí nghiệm là do hệ số 5| E† chủ yêu phụ thuộc vào điều kiện lắp,

điều kiện bôi tron, vật liệu và các tính chất của bề mặt ren, hệ số z #! rất khó đề xác định

chính xác do hệ số ma sát giữa bề mặt đai ốc và chỉ tiết ghép

nỊ o_Do trong phép tính ã Eto a ma, hé sô ma sat a BH, goc nang ren vit HX, goc ma sat trén mat1 đều được chọn trong khoảng cho phép

o Do sai so dụng cụ đo, người làm thí nghiệm chưa thật chính xác

= Giá trị ãl Ea mm mi bị lệch 8.28%

e Y nghia: hệ số xiết ml =! cho thay sự tổng hợp của tất cả các yêu 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 đạng

đàn hồi của ren và rất nhiều các yếu tô khác mà chúng ta có thê đã biết hoặc chưa biết

V, Câu hỏi ôn tap

1 Vai trò vả tầm quan trọng của việc xác định lực xiết và môment xiết trong thực tế

Thực tế, lực xiết của bu lông là lực hữu ích kết hợp với cánh tay đòn của dụng cụ xiết tạo thành mô-men xoắn (mômen xiết bu lông) đủ lớn tác động lên đầu bu lông hoặc

dai ốc nhằm tạo ra ứng suất căng ban đầu trong thân bu lông để đảm bảo mới liên kết

bằng bu lông được kẹp chặt theo đúng yêu cầu kỹ thuật

3

Nếu như việc xác định lực xiết bu lông dai ốc không chuân, lực chưa đủ sẽ dẫn đến hiện tượng các con ốc bulong bị lỏng, từ đó khiến cho các điểm tiếp nối hay gắn kết bị giám chất lượng rất nhiều; xiết quá mức sẽ gây hỏng bu lông hoặc mối ghép bu lông Do

đó cần phải siết đúng lực, tiêu chuẩn cho từng loại bu lông

Ý nghĩa của hệ số xiết | S

Hệ số xiết ã| #F cho thấy sự tông hợp của tất cá các yếu tô ánh hưởng đến mối quan

hệ giữa mômen xiết và lực xiết trong thực tế, bao gồm cả ma sát, sự xoắn, uốn, biến đạng đàn hồi của ren và rất nhiều các yếu tô khác mà chúng ta có thê đã biết hoặc chưa biết Nguyên lý hoạt động của máy đo siêu âm

Phép đo siêu âm của tái trọng kẹp thu được thông qua sự giảm có thê 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 cân 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

đôi trong chiều dài siêu âm này được sử dụng để tính toán và hiển thị lực kẹp thực tế được tạo ra

Nguyên lý hoạt động của loadcell đo lực

e Một điện áp kích thích được cung cấp cho ngõ vào loadcell (2 góc (1) và (4) của cầu điện trở Wheatstone) và điện áp tín hiệu ra được đo giữa hai góc khác

e Tai trang thái cân bằng (trạng thái không tải), điện áp tín hiệu ra là số không hoặc gần bằng không khi bốn điện trở được gắn phù hợp về giá trị Đó là lý do tại sao cầu điện

trở Wheafstone còn được gọi là một mạch cầu cân bằng

e Khico tai trong hoặc lực tác động lên thân loadcell làm cho than loadcell bi biến dang

(giãn hoặc nén), điều đó dẫn tới sự thay đôi chiều đài và tiết diện của các sợi kim loại

cua dién tro strain gauges dán trên thân loadcell dẫn đến một sự thay đôi giá trị của

các điện trở strain gauges Sự thay đôi này dẫn tới sự thay đôi trong điện áp đầu ra

e Sự thay đổi điện áp này là rất nhỏ, do đó nó chỉ có thể được đo và chuyển thành số

sau khi đi qua bộ khuếch đại của các bộ chỉ thị cân điện tử (đầu cân).

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

e Chất bôi trơn làm giảm lượng mômen xiết cần thiết dé buléng duoc xiét chat, vi thé

hệ số xiét Si Zt sé giam

e 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 gi, co

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

e 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 mỗi quan ngại lớn hơn là chất bôi trơn sẽ thay đổi mômen xiết cần thiết dé tạo ra lực xiết thích hợp

trên bulông, và điều đó có thê ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của mối ghép bulông Một

sô ước tính rằng việc bô sung chất bôi trơn có thể làm giảm tới 40% chỉ số mômen xiết cần thiết!

Kết luận:

Mặc dù việc bôi trơn môi 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 thê nào, bôi trơn ở đâu, độ nhiễm ban của chât bôi trơn,

BAI THI NGHIEM SO 04

XÁC ĐỊNH HỆ SÓ NGOẠI LỰC MÓI GHÉP BULÔNG

L Mục tiêu thí nghiệm

— Giúp cho sinh viên năm rõ về phương pháp xác định hệ số ngoại lực bằng lý thuyết

—_ Giúp sinh viên tính lực xiết trong trường hợp lực tác dụng theo phương bắt kỳ

— Giúp cho sinh viên được tiếp cận với các phương pháp, dụng cụ đo và xác định lực xiết, xử lý kết quá thực nghiệm để xác định hệ số ngoại lực

H Các quy tắc kỹ thuật an toàn

Sinh viên tuân thủ các yêu cầu an toàn trong phòng thí nghiệm

ILI Bao cao thí nghiệm

Góc nghiêng 3] & = -10##

Lực šd S lớn nhất, si SŠ = 4414.5N =

Bước thay doi luc AZ! = = 1000N

= 300 h

=}, = 100 mm,; aS], = 300 mm

b=300

e=200

1 Tính hệ số ngoại lực lý thuyết

Đo các kích thước bu lông và chỉ tiết ghép để xác định hệ số ngoại lực bằng lý thuyết + m ưfd 1T = 0,25

2 Tính lực xiết V

Lực xiết đê bề mặt không bị tách hở:

m ale l ae

Luc xiét dé bé mat không bị trượt:

BH T171 DỊ sút ƯỢEH Sử aT Be

Trong do:

Hey a= i =x sin(—10 =) = 4414.5 x sin(—10® Š) = —766.57N

31 Sy 2 = BS x BSB SR Bl (-10"®) = 4414.5 x RAR al (-10"®) = +

H 2 = —B Em sim TỊ¡ + mi em se Si; = 1.38 x 105 Nmm

EL SVEk=4 607

SH = — = 2.25 x 10° mm?

# 2] = 150 x 300 = 45 x 10° mm?

B! S = 0.25: hé sd ngoại lực

mỊ | = 1.4: hệ số an toàn

Bl BY = 0.3: hệ số ma sát

= = = 2: số bu long

Suy ra:

mỊ EL 1.4 45 x 10 — 025 —766.57 + 1.38 x 108 14096.87 N

1.4 x 4347.43 1- 0.25) x 0.3 x (-766,57

= max{l Zhe, zl Zhai Uz yous} = 14096.87 N H HÀ, BH HÀ, BH HÀ,

Lực xiết 2! Tâm EI5IEl5I HEISE!

3 Kết quả đo và xử lý

STT Tai BZ 2y (N) = Zhe) a e121 ay (N)

4 Tính toán hệ số ngoại lực

Tính các giá trị:

2 Eygina = Bday sine; a See = Sy sỊ COS su s

BEL, 2 = 2 BH mm SỈ EH =1 Em Sl| BH “T1 Sena Gl el 2 ñl BY SCG! BD ay ay “T1 is n zị Ị SỊ 1

HE = 1.33! Shy eee) = 18325.93 N

HE, = = HE, = " zt /2

= KH Hela 12

sd Ti BỊ5IBỊ2 = =a zu ele sacl zt 1a 2 a 2H =U

Ị 5| T] 1] nn =

BH TT Dị el Bl a ssp! Ho +3 BH ` m gì BH Si 1 sÍ 7 GIẾT =p se ay BH o H

Khi đó hệ số ngoại lực mm Sr được xác định theo công thức:

Theo thí nghiệm: 3] & = 2; ZH 24 = 200 mm; ñ| 5S]; = 100 mm; ã| S]; = 300 mm

Hệ số ngoại lực trung bình qua N lần đo:

ape PƯTỊ awa ae 1

au en — 1

Bảng kết quả: (Giá tri lure lay gia trị đại số)

STT | Lực Sjm,N - ShaamamBg Luc a2 Enany,N Luce Suene,N Hés

2 1414.5 | 18880.7 | -245.63 1393.01 0.268

3 2414.5 | 19289.4| -419.27 | 2377.82 0.277

4 3414.5 | 19711.2 | -592.92 3362.63 0.286

5 4414.5 | 20144.5 | -766.57 | 4347.43 0.293

Hệ số ngoại lực trung bình:

0.260 + 0.268 + 0.277 + 0.286 + 0.293

| 1

H =

Biểu đồ đường cong phụ thuộc 5 vào =

0.320

0.300

Hy =H

0.280

0.260

0.240

0.220

0.200

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Luc 2/22 zt ey cH =

HI Nhận xét kết quả và kết luận

Dựa vào biểu đồ đường cong phụ thuộc 5l S vào lực # =, ta có thé thay khi | S tăng dần thi z= tăng dần theo, tức là khi š| S càng lớn, thì phần trăm của lực #l S tác dụng trực tiếp vào bulông càng lớn

Đối với ngoại lực lớn, bề dày tâm ghép Z S;¡ và # 3#; cần phải lớn để đảm bảo an toàn, khi

đó tổng bé day 3) &, + H a, tang lén, điều này khién 2! „gi tăng, từ đó hệ sô ngoại lực | S tăng tÏ

IV Câu hỏi ôn tập

1 Vai tro va tam quan trọng của việc xác định lực xiết và mômen xiết trong thực tế

Lực xiết của bu lông đai Ốc có vai trò rất quan trọng được xem như một yếu tô tất yêu

quyết định tới chất lượng và hiệu quả của công việc Nếu như việc xác định lực xiết bu lông

đai ôc không chuẩn, lực chưa đủ sẽ dẫn đến hiện tượng các con ốc bulong bị lỏng Từ đó khiến

cho các điểm tiếp nôi hay gắn kết bị giám chất lượng rất nhiều

Trong nhiều trường hợp việc xiết lỏng bulông sẽ dẫn đến nhiều hậu quả đáng tiếc nêu như mỗi ghép đó tách ra Hoặc nếu xiết qua chat có thể làm biến dạng bề mặt ghép, ảnh hưởng xấu đến chất lượng môi ghép

2 Y nghĩa của hệ sô ngoại lực # S và xác định hệ số này bằng lý thuyết

II

Từ hệ số ngoại lực và ngoại lực tác dụng vào mối ghép bulông, ta có thể xác định lực

mà ngoại lực đó tác dụng vào bulông và tác dụng làm giám biến dạng nén của các tắm ghép

là bao nhiêu Từ đó có thê kiểm tra bền các bulông, chọn vật liệu có độ bền phù hợp

12