... - Tính mối ghép bulông đơn cho bulông chịu lực lớn - Chọn bulông lại bulông chịu lực lớn Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép qua trọng tâm mối ghép F1 F4 F2 F F3 Hình 12.9 Mối ghép chịu... rmax Sau đó, tính mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở khe hở) Mối ghép chịu lực ngang nằm mặt phẳng ghép không qua trọng tâm mối ghép Tiến hành dời lực F trọng tâm mối ghép, ta lực F moment... giá trị Fi Sau đó, tính mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở khe hở) Mối ghép chịu lực không nằm mặt phẳng ghép Trong thực tế tải trọng tác dụng lên mối ghép ren có phương bất kỳ, ví
MỐI GHÉP REN KHÁI NIỆM CHUNG Thông số hình học Hình 12.2 Các thông số hình học của mối ghép ren Ren ( hình trụ) được đặc trưng bởi các thông số sau: d - đường kính ngoài của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren ngoài (bulông, vít) đường kính này là đường kính danh nghĩa của ren. Đối với đai ốc đường kính ngoài là D. d1 - đường kính trong của ren, là đường kính hình trụ bao đỉnh ren trong. Đối với đai ốc là D1. d2 - đường kính trung bình, là đường kính hình trụ phân đôi chi tiết diện ren, trong đó chiều rộng ren bằng chiều rộng rãnh. Đối với ren tam giác có đường kính trong và đường kính ngoài cách đều đỉnh tam giác của ren và rãnh ren, và đối với ren vuông: d2 d d1 2 (12.1) h - chiều cao tiết diện làm việc của ren p - bước ren, là khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren kề nhau, đo theo phương dọc trục bulông hay vít. pz - bước đường xoắn ốc, đối với ren một mối pz = p, đối với ren có z1 mối: pz = z1p (12.2) α - góc tiết diện ren (góc ở đỉnh) γ - góc nâng ren, là góc hợp bởi tiếp tuyến của đường xoắn ốc với mặt phẳng vuông góc với trục của ren: 1 tg pz d2 (12.3) Hình 12.3 TÍNH BULÔNG Tính bulông không được xiết chặt, chịu lực dọc trục Trường hợp này đai ốc không được xiết chặt, không có lực xiết ban đầu. Ví dụ bulông của móc treo như hình sau: F F Hình 12.4 - Dạng hỏng: bị kéo đứt ở chân ren. k [ k ] - Chỉ tiêu tính: (12.4) - Công thức tính: k 4F [ k ] d12 (12.5) Trong đó: d1 - đường kính tại tiết diện nguy hiểm, F - lực tác dụng dọc trục bulông, 2 [σk] - ứng suất kéo cho phép của vật liệu bulông. Suy ra, đường kính chân ren: d1 4F [ k ] (12.6) Theo giá trị d1 vừa tính được, tra bảng 17.7, trang 579, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn. Tính bulông được xiết chặt, không chịu lực dọc trục Có hai trường hợp sau: - Bỏ qua ma sát trên bề mặt ren (khi không xiết đai ốc): bulông chịu kéo đúng tâm. - Xét đến ma sát trên bề mặt ren (khi xiết đai ốc): bulông chịu kéo do lực xiết gây nên và chịu xoắn do moment ma sát trên ren sinh ra. Ví dụ bulông của nắp các bình kín, không có áp suất dư. Hình 12.5 Nắp bình kín được xiết chặt bằng các bulông - Dạng hỏng: bị phá hủy ở chân ren. - Chỉ tiêu tính: Bỏ qua ma sát: k [ k ] (12.7) Xét đến ma sát: td k2 3 2 [ k ] (12.8) - Công thức tính: Bỏ qua ma sát: k V [ k ] d12 4 (12.9) Trong đó: d1 - đường kính tại tiết diện nguy hiểm, V - lực xiết, [σk] - ứng suất kéo cho phép của vật liệu bulông. Suy ra, đường kính chân ren: 3 4V [ k ] d1 (12.10) Tra bảng 17.7, trang 579, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn. Xét đến ma sát: Ta có: k 4V d12 T ms W0 (12.11) V .tg ( '). d13 d2 2 (12.12) 16 ρ’ - góc ma sát thay thế, tính theo hệ số ma sát thay thế ρ’= arctag f’ 2 Do đó: 2 4V 8.V .tg ( ').d 2 td 2 3 1,3. k [ k ] d13 d1 (12.13) Suy ra, đường kính chân ren: d1 1,3.4.V [ k ] (12.14) Tra bảng 17.7, trang 579, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn. Tính bulông chịu lực ngang a. Bulông lắp có khe hở Hình 12.7 Mối ghép bulông có khe hở - Dạng hỏng: Tấm ghép bị di trượt. Bulông bị phá hỏng ở chân ren. - Chỉ tiêu tính: Để tránh di trượt 4 Fms F (12.15) Để tránh phá hủy chân ren td [ k ] (12.16) - Công thức tính: Để tránh di trượt: Fms V . f .i F (12.17) V F f .i (12.18) V kF f .i (12.19) Hay Với f là hệ số ma sát; i là số bề mặt ghép và k là hệ số an toàn (k>1). Để tránh phá hủy chân ren d1 1,3.4V [ k ] (12.20) d1 1,3.4.k.F [ k ].f .i (12.21) Tra bảng 17.7, trang 579, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn. h1 b. Bulông lắp không có khe hở h2 d0 F h3 F Hình 12.8 Mối ghép bulông không có khe hở - Dạng hỏng: Thân bulông bị cắt ở tiết diện ghép. Thân bulông bị dập trên bề mặt tiếp xúc. - Chỉ tiêu tính Để tránh bị cắt [ ] (12.22) Để tránh bị dập 5 d [ d ] (12.23) - Công thức tính: Để tránh bị cắt F [ ] d 02 .i 4 (12.24) Suy ra đường kính thân bulông: d0 4.F [ ].i (12.40) Tra bảng 17.7, trang 579, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn. Để tránh bị dập Tấm 2: F [ d2 ] d0 h2 F d0 [ d2 ]h2 d 2 (12.25) (12.26) Tấm 1 và tấm 3: F [ d1,3 ] d0 (h1 h3 ) F d0 [ d1,3 ](h1 h3 ) d 1,3 (12.27) (12.28) Lưu ý: h3 tính như hình không có phần có ren vì xem như phần này không tiếp xúc. Tóm lại, để bulông đủ bền (không bị cắt và dập), ta chọn đường kính thân bulông là giá trị lớn nhất trong ba giá trị tính theo (12.40), (12.42), (12.44). Nhận xét: So sánh hai phương án lắp bulông có khe hở và không có khe hở ta thấy: - Phương án 1 không cần phải gia công chính xác lỗ, đường kính bulông lớn hơn. - Phương án 2 cần phải gia công chính xác lỗ, đường kính bulông nhỏ hơn. Do đó, khi thiết kế, phương án 1 là phương án lựa chọn đầu tiên vì dễ gia công lỗ. Nếu kích thước bulông quá lớn thì chuyển sang phương án 2. 6 TÍNH NHÓM BULÔNG Nguyên tắc: - Phân tích lực tác dụng lên từng bulông trong nhóm. - Tính như mối ghép bulông đơn cho bulông chịu lực lớn nhất. - Chọn các bulông còn lại bằng bulông chịu lực lớn nhất. Mối ghép chịu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép đi qua trọng tâm mối ghép F1 F4 F2 F F3 Hình 12.9 Mối ghép chịu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép, đi qua trọng tâm - Giả thiết lực từ tấm ghép tác dụng lên từng bulông là như nhau: F1 F2 F3 F4 Fi F z (12.29) Với z là số bulông - Tính như mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở hoặc không có khe hở). Mối ghép chịu moment nằm trong mặt phẳng ghép F1 F2 M F4 F3 Hình 12.10 Mối ghép chịu moment nằm trong mặt phẳng ghép 7 - Giả thiết lực từ tấm ghép tác dụng lên từng bulông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ các bulông đến trọng tâm các mối ghép: F F1 F2 ... i const r1 r2 ri Fi (12.30) F1 ri r1 (12.31) Và n n i 1 i 1 M F1r1 F2 r2 ... Fi ri Fi ri F1 2 F1 n 2 r1 r1 r1 r1 i 1 (12.32) Vậy, lực tác dụng lên bulông số 1 tính như sau: F1 Mr1 n r i 1 (12.33) 2 i - Chọn Fmax ứng với rmax. Sau đó, tính như mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở hoặc không có khe hở). Mối ghép chịu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép không đi qua trọng tâm mối ghép Tiến hành dời lực F về trọng tâm mối ghép, ta được lực F và moment M. Lúc này, xem như mối ghép chịu tác dụng đồng thời lực F đi qua trọng tâm và moment M. Dưới tác dụng của lực này, các tấm ghép có thể bị trượt hoặc xoay lên nhau. Tính các giá trị Fi theo công thức sau: Fi FMi2 FQi2 2 FMi .FQi .cos (12.34) Fi FMi2 FQi2 2 FMi .FQi .cos (12.35) Chọn Fmax lớn nhất trong tất cả các giá trị Fi. Sau đó, tính như mối ghép bulông đơn chịu lực ngang (có khe hở hoặc không có khe hở). Mối ghép chịu lực bất kỳ không nằm trong mặt phẳng ghép Trong thực tế tải trọng tác dụng lên mối ghép ren có phương bất kỳ, ví dụ bulông giữ thân hộp giảm tốc hoặc thân máy có các lực tác dụng từ bộ truyền ngoài (đai, xích…) có phương bất kỳ. Giả sử mối ghép chịu tải trọng có phương bất kỳ nằm trong mặt phẳng đối xứng như hình 12.11. Trường hợp này thường gặp trong thực tế. Ta xem như tấm ghép đủ cứng và bulông bố trí đều trong mối ghép. Ngoại lực F được phân ra thành hai thành phần: vuông góc bề mặt ghép FV và song song bề mặt ghép FH. Dời FV và FH về trọng tâm của nhóm bulông, ta có moment: M FH l1 FV l2 (12.36) 8 Tải trọng FV và moment M có xu hướng tách hở bề mặt ghép, còn FH làm tấm ghép bị trượt. Để tấm ghép không tách hở và trượt cần xiết bulông với lực xiết V. l2 FV F FH l1 FV M V V FH x y2 y y y1 x v FV M min max Hình 12.11 Mối ghép chịu lực bất kỳ không nằm trong mặt phẳng ghép - Dạng hỏng Tấm ghép bị tách hở (do tác dụng lực FV) Tấm ghép bị trượt (do tác dụng lực FH) Bulông bị phá hủy ở chân ren - Công thức tính Ứng suất tổng lớn nhất và nhỏ nhất do các lực xiết và ngoại lực tác dụng lên bề mặt ghép max V F M (12.37) min Để tránh tấm ghép bị tách hở: min V F M 0 (12.38) Trong đó: 9 V z.V , với V là lực xiết trên một bulông, z là số bulông và A là diện tích A bề mặt ghép. F FVm , với FVm (1 ) FV thành phần lực tác dụng lên tấm ghép. A M Mm , với M m (1 )M là thành phần moment tác dụng lên tấm ghép Wu và Wu moment chống uốn của chi tiết ghép. Điều kiện (12.54) trở thành: z.V (1 ) FV (1 ) M 0 A A Wu (12.39) 1 MA V .(1 ) FV z Wu (12.40) Lực xiết V trên một bu lông để tránh tách hở là: k MA V .(1 ) FV z Wu (12.41) Để tránh tấm ghép bị trượt: Fms z.V (1 ) FV . f FH (12.42) z.V . f (1 ) FV . f k .FH (12.43) Lực xiết V trên một bu lông để tránh trượt là: V kFH (1 ) FV . f z. f (12.44) Để tính bulông lấy lực xiết V lớn trong hai trị số tìm được từ công thức (12.57) và (12.60). Ngoài lực xiết V, dưới tác dụng của ngoại lực mỗi bulông còn chịu tác dụng các lực do Fb FV và M b M . Gọi FM1, FM2, FM3 là lực do Mb gây nên tại các bulông cách trục xx là y1, y2, FM 2 FM 1 y2 / y1 y3,…ta có: FM 3 FM 1 y3 / y1 ………………. Điều kiện cân bằng: M b z1 FM 1 y1 z2 FM 2 y2 z3 FM 3 y3 ... FM 1 zi yi2 / y1 lim x Trong đó zi là số bulông có khoảng cách yi bằng nhau. Suy ra: FM 1 My1 zY 2 (12.45) i i Bulông ở xa đường trung hòa nhất là bulông chịu lực lớn nhất do M gây ra: 10 FMmax Mymax zY (12.46) 2 i i Tổng lực tác dụng lên bulông chịu tải lớn nhất: Fmax V FV z FMmax (12.47) Khi tính toán bulông chịu tải trọng tĩnh, lực xiết V cần nhân với 1,3 vì xét đến ứng suất xoắn do moment trên ren gây nên: Fmax 1,3V FV z FMmax (12.48) Để tránh phá hủy chân ren: Nếu bỏ qua ma sát trên bề mặt ren: d1 F 4 V V FMmax z [ k ] (12.49) Tính đến ma sát trên bề mặt ren: Xiết chặt rồi mới chịu lực F 4 1,3V V FMmax z d1 [ k ] (12.50) Xiết chặt đồng thời với chịu lực: (nên tránh) F 1,3.4 V V FMmax z d1 [ k ] (12.51) 11 [...]... toán bulông chịu tải trọng tĩnh, lực xiết V cần nhân với 1,3 vì xét đến ứng suất xoắn do moment trên ren gây nên: Fmax 1,3V FV z FMmax (12.48) Để tránh phá hủy chân ren: Nếu bỏ qua ma sát trên bề mặt ren: d1 F 4 V V FMmax z [ k ] (12.49) Tính đến ma sát trên bề mặt ren: Xiết chặt rồi mới chịu lực F 4 1,3V V FMmax z d1 [ k ] (12.50) Xiết chặt đồng