- ỹ5 Hình 193 Các kiểu vắt định vị
CÁCH LÀM BỀN CÁC MỐI GHÉP REN
Vật liệu - cách chế tạo. Các chắ tiết gia cố chức năng thông dụng được chế tạo bằng thép cacbon (G,Ấ = 400 MPa) hoặc bằng thép crôm (ơ,Ấ = 700 MPa). Hàm lượng tối
ưu của cacbon trong thép cacbon và trong thép hợp kim thấp là 0,4 Ở 0,45%. Xử lý nhiệt:
tôi dầu từ 750 Ở ậ00ồC, ram xoocbit (HRC 35 - 40).
Việc nung nóng để tôi được tiến hành trong môi trường trung hòa, trong chân không hoặc trong các xỉ tổng hợp nóng chảy để tránh sự ôxi hóa và sự khử cacbon, làm giảm đột
ngột độ bền tuần hoàn. Để chế tạo những bulon quan trọng người ta dùng thép cromansi
đạng 30 CrGS, 40 CrGS (ửạ; = 9001 + 100 MPa). Trong các mối ghép chịu tải nhiều nhất
người ta sử dụng thép Cr-Mo hoặc thép Ni-Cr-W (ửƯ; = 1200+ 1500 MPa).
Người ta sử dụng cả thép đã hợp kim chân không hóa, chịu xử lý nhiệt và thép mactenxit hóa già (Gạ; = 1800+ 2200 MPa).
Trong các mối ghép hoạt động ở môi trường xâm thực người ta sử đụng thép chống gỉ, còn trong các mối ghép chịu tác động của nhiệt độ cao Ở thép chịu nhiệt. Bulon làm bằng các hợp kim titan có độ bển cao mà tỉ trọng lại nhỏ được sử dụng rộng rãi
(ử,; = 8001+200 MPa). Do môđun đàn hồi thấp (E = 12,5.10Ợ MPa) nên độ cứng của bulon làm bằng hợp kim titan thấp hơn 40% so với bulon thép (với các điều kiện như nhau),
Hình 268. Cách vặn các chỉ tiết có ren 130
Để chế tạo bulon, người ta sử dụng chủ yếu là các hợp kim 6AI - 4V (BT6C); 5AI -
2,5Sn (BT5 - 1), còn đối với các bulon được chỗn nguội thì dùng các hợp kim 3AI - 13V Ở 11G và các loại khác.
Công nghệ chế tạo các bulon chịu tải tuần hoàn phải đáp ứng được hai điều kiện: 1)
ngăn ngừa được sự cắt đứt các thớ vật liệu trong quá trình gia công cơ khắ; 2) tạo được các ứng suất nén dư trong những đoạn căng nhất (chịu nhiều ứng suất nhất).
Các bulon bền cao được chế tạo chủ yếu bằng các phương pháp biến dạng dẻo-
nguội. Sơ đổ hợp lý nhất như sau: chồn đầu - làm cho thân nhỏ bớt trên máy rèn quay Ở
gia công cơ khắ Ở xử lý nhiệt Ở cán lăn ren và các góc lượn trên những đoạn chuyển tiếp.
Nếu độ dẻo vật liệu khá cao (ồ > 5%) thì việc gia công cơ khắ được thay bằng gia công cán
lăn ren trong trạng thái nguội bằng các con lăn, còn trên đai ốc - nhờ các tarô lèn chặt không phoi, điều này bảo đảm sự phân bố thuận lợi nhất đối với các thớ trong các vòng ren.
Cách nâng cao khả năng chịu lực. Có thể nâng cao đáng kế khả năng chịu lực của các mối ghép bulon bằng cách chọn hợp lý lực siết, cũng như các tỉ lệ tắnh dễ biến dạng của
các bulon và các chỉ tiết được siết (xem chương 7). Sự siết vừa làm tăng ứng suất trung bình của chu kỳ vừa làm giảm hệ số biên độ a và làm giảm thành phần biến đổi của tải trọng, dù là để nâng cao thành phần tĩnh. Để đề phòng sự nới lỏng cần hạ thấp các ứng suất keo trong
thân bulon, các ứng suất nén trên các mặt tựa, các ứng suất nén và uốn trong các vòng ren.
Giảm ứng suất trong ren bằng cách tăng đường kắnh ren và chiều cao đai ốc.
Chiểu cao tới hạn là chiều cao hiệu lực của đai ốc (trừ các mép vát và các rãnh cho
chốt chẻ ở đai ốc hoa) mà với nó có thể đạt được độ bển đứt đều của ren và của phần
thân trơn. Nếu chiều cao đai ốc nhỏ hơn chiểu cao tới hạn thì sự đứt sẽ xẩy ra theo vòng
ren dưới cùng (gần với mặt tựa của đai ốc nhất), còn lớn hơn, thì theo phân trơn. Chiểu cao tới hạn phụ thuộc vào tỉ số d/d, (trong đó d - đường kắnh ren; d, Ở đường kắnh thân) và vào bước ren s/d; theo số liệu thắ nghiệm, biến động trong khoảng (0,8-1,25)d (các trị số
dưới thuộc về các kắch thước lớn d/d, và s/d, các trị số trên-thuộc về các kắch thước nhỏ)
Nhưng hợp lý nhất là từ bỏ chiều cao bển đứt đều và tăng chiều cao đai ốc đến (1,5-
1,6)d để giảm các ứng suất nén và uốn các vòng ren, vì những biến dạng dẻo trong ren đã hình thành một cách đáng kể các ứng suất dư của các bulon dưới tác động lâu dài của tải trọng và là nguyên nhân cơ bản làm yếu các mối ghép ren. Ngoài ra, các đai ốc cao thuận lợi hơn trong lắp và tháo. Độ bên đai ốc thường không hạn chế độ bền mối ghép do mức ứng suất thấp trong đai ốc.
Để giảm sự tập trung ứng suất trong các vòng ren bulon nên tạo các góc lượn hài hòa cho các rãnh ren. Rãnh có thể cắt phẳng (h269, a), điều này rõ ràng không hợp lý,
hoặc được vê tròn (h269, b) với bán kắnh vê tròn cho bulon là R, = 0,144s và cho đai ốc
là R,= 0,072s (s- bước ren).
Hình 269. Cách làm bền các mối ghép ren
Thông qua các thắ nghiệm đã xác định được rằng độ bền các mối ghép ren sẽ gia
tăng thực sự nếu tăng R, đến (0,18 Ở 0,22)s; R,= (0/08 +0,10)s. Đối với các đai ốc làm
bằng hợp kim nhôm và hợp kim tian, có xu hướng tập trung ứng suất cao, bán kắnh vê tròn được đưa lên R,= 0,3s. Việc tăng Ry (cho các đai ốc và bulon thép) cao hơn (0,22 Ở 0,25)s sẽ làm giắm độ bến do sự giảm bớt bề mặt chịu lực của các vòng ren và sự gia tầng các ứng suất nén.
Hầu như không sử dụng các bulon có đường kắnh d, của thân bằng đường kắnh đ của ren (hình 269, d) trong các mối ghép quan trọng. Để giảm mức ứng suất trong ren, tốt nhất là tăng đường kắnh d của ren, còn để tăng độ đàn hổi và độ bên va đập, cũng như để
giảm khối lượng cùng một lúc thì nên giảm bớt đường kắnh thân cho tới khi có được độ bển thân và ren như nhau, hoặc tốt hơn là độ bến trong ren có dự trữ chút ắt.
Điều kiện bển đều của ren và thân:
d,= 1, trong đó d, ~ đường kắnh trong của ren; k,~ hệ số hữu hiệu tập trung ứng suất trong rãnh ren
Với các trị số trung bình d=0,9d và Kỳ = lL5+2,0 thì
s02 =0,65 +0,70 2Ỳ
Các bulon có đường kắnh thân giảm bớt, ắt nhạy hơn đối với sự cong vênh và cho
phếp gia công ren bằng phương pháp cán lăn năng suất cao.
Đại ren và đầu bulon phải nối với thân bulon bằng những góc lượn hài hòa [ R > 3(đ ~ đ)]. Được ưa thắch là các góc lượn elip (h269, đ). Các góc lượn khoét dưới (h269, e) được áp dụng khi cho phép tăng chút ắt kắch thước đầu buỉon. Hình đáng đầu tối ưu về độ
bển - hình côn (h269, g).
Cần phải ngăn ngừa sự uốn các bulon mà các nguyên nhân là sự cong vênh các bể
mặt tựa và sự bất đối xứng các tiết diện của các chắ tiết được siết so với trục bulon. Độ
không vuông góc các mặt mút đai ốc và đầu bulon, độ không song song mặt trụ trung bình của ren so với trục bulon , cũng như sự vênh mặt tựa của các chỉ tiết được siết so với trục lỗ
không được quá 30Ợ. Trong các mối ghép mà sự cong vênh không tránh được (vắ dụ do sự xê dịch rõ rệt các tiết diện của các chắ tiết được siết so với trục bulon) nên lắp các vành đệm hình cầu hoặc các bộ phận đàn hồi đồ xo) (h269, h) đưới đai ốc và đầu bulon.
Độ bến tuần hòan tăng lên cùng với sự giảm độ hở trong ren và có trị số cực đại khi
có độ căng (0,002-0,04)d, tức là tương ứng chế độ lắp ghép 3H6H/3p. Đối với các đai ốc làm bằng hợp kim nhẹ thì nên áp dụng chế độ lắp ghép 2HSH/3p. Độ bên tăng là do sự
giảm các ứng suất uốn các vòng ren (sự uốn khó) và do sơ đổ đặt tải gần giống sự trượt thuần túy.
Với độ căng cao hơn, độ bển mối ghép sẽ giảm xuống do sự tăng ứng suất nén
trong ren, cũng giảm bớt sự tự chỉnh tự do của đai ốc so với bể mặt tựa. Ngoài ra, sự tăng
độ căng ren còn làm tăng mômen siết.
Sự phân bố tải trọng trên các vòng ren có ý nghĩa quan trọng, Trong các đai ốc thông thường (đai ốc nén), các biến dạng của đai ốc và bulon (đo tải trọng gây ra) ngược đấu: đai ốc hoạt động chịu nén, cồn bulon -chịu kéo. Nếu ở trạng thái tự do, các vòng ren
của đai ốc và bulon trùng khớp (h270, a) thì với sự đặt tải P, khi đai ren của bulon bị kéo một khoảng f¡, thì đai ốc bị nén một khoảng Ẩ, (h270, b). Các vòng ren đầu tiên của bufon (tắnh từ mặt tựa của đai ốc) sẽ tiếp giáp với các vòng ren đâu tiên của đai ốc và tiếp nhận
phân lớn tải trọng. Vòng ren ngoài cùng chịu tải nhiễu nhất, độ bển của nó sẽ hạn định
khả năng chịu lực của mối ghép.
Hiện nay đã có nhiều biện pháp làm đều tải trọng trên các vòng ren. Phương pháp đơn giản nhất
về mặt công nghệ - tăng bước ren ậ, của đai ốc lên 2-
4% so với bước ren ậ, của bulon. Ngoài ra, trong mối ghép còn dự tắnh các độ hở hướng tâm gia tăng, bảo đảm sự tự chỉnh của đai ốc so với bulon ở mặt phẳng
vuông góc với trục của nó. Trong trạng thái tự do, vòng ren trên cùng của bulon tiếp giáp với vòng ren
trên cùng của đai ốc (h270, c); giữa các vòng ren kế tiếp sẽ hình thành các độ hở hị, h,, h, gia tăng lũy tiến. Với sự đặt tải P, khi bulon bị kéo thì đai ốc bị
nền, các vòng ren của bulon lần lượt nằm lên các vòng
ren của đai ốc (h270, đ).
Hình 270. Sự phân bố tãi trọng trên các vòng ren
Sự phân bố hoàn toàn đều tải trọng chỉ có thể đạt được với trị số P tắnh toán nhất
định, phù hợp với độ chênh lệch các bước ren của đai ốc và bulon. Tuy nhiên, với các trị số gần đúng trị số P nói trên, tải trọng trên các vòng ren vẫn được phân bố đều hơn so với trong các ren có bước giống nhau.
Tải trọng được san bằng là nhờ sự biến dạng dọc trục các vòng ren căng nhất và
nhờ sự biến dạng hướng tâm các đai ren căng nhất của đai ốc. Để làm đều tải trọng, nên tăng tắnh đễ biến dạng của các đai ốc bằng cách chế tạo chúng từ vật liệu ắt cứng hơn
bulon (đối với các bulon và đai ốc thép tỉ lệ độ cứng được để nghị cho đai ốc và bulon là
0,7 - 0,8) cũng như từ những vật liệu có môđun đàn hồi thấp, nhờ vậy đỉnh các ứng
suất có trong đai ốc nén (h271, a) đã được san bằng.
Các rãnh dọc dùng để vặn đai ốc (h271, b) sẽ bảo đảm tắnh dễ biến dạng hướng tâm cao
Một phương pháp làm đều tải trọng khác - tạo các lớp dẻo giữa các vòng ren của
đai ốc và bulon (các ren mạ đồng, mạ nhôm, mạ kẽm, mạ cađimi), tráng kim loại lồng cho
các đai ốc (hình 271, c). Phương pháp hữu hiệu nhưng phức tạp về công nghệ - bố trắ đây xoắn đồng thanh với các vòng có biên dạng hình thoi trong đai ốc (h271, đ). Ngoài việc
làm đều tải trọng các lớp xen dẻo còn ngăn ngừa được sự biến cứng ma sát và sự ăn mòn tiếp xúc các vòng ren. Nhằm mục đắch đó (nhưng không mang lại hiệu quả làm đều)
người ta áp dụng sunfua hóa, silic hóa, nitơ hóa nhẹ cho ren. 9
Hình 271. Sự phân bố tải trọng trên các vòng ren
Việc tăng góc định hình ren (tăng các lực hướng tâm tác động lên đai ốc), tạo độ côn nhỏ (1:100 + 1:200) cho ren đai ốc hoặc ren bulon (h271, đ và e) hoặc cắt côn các đỉnh vòng ren của đai ốc hoặc bulon cũng tạo khả năng làm đều tải trọng. Việc hiệu chuẩn ren được ưa thắch hơn, vì việc tạo độ côn cho ren đai ốc gây khó khăn cho sắn xuất đây chuyển đối với các đai ốc và gây rắc rối cho việc lắp rấp.
Trong các đai ốc kéo (hình 271, g) đai ren hoạt động như bulon, chịu kéo, tức là tạo khả
năng làm đều tải trọng. Kết hợp với hốc côn ở đuôi bulon, đai ốc kéo sẽ bảo đảm sự đặt tải
hoàn toàn đều cho các vòng ren. Tuy nhiên, sự phân bố đều tải trọng không phải là tốt nhất. Hợp lý nhất là cất tâi uốn và ép lún cho các vòng ren dưới cùng của bulon (những vòng ren này chịu ứng suất kéo phiểu nhất) và đặt tải cho các vòng ren trên cùng (không bị kéo), nghĩa là tạo cho biểu đỗ đặt tải một hình đáng ngược với hình đáng ban đầu (h271, a). Sự phân bố tải
trọng như vậy được các đai ốc nửa kéo (h271, h) bảo đảm, ở những đai ốc này các phản lực trên các mặt tựa (các mũi tên đen) sẽ nén các vòng ren trên cùng (mũi tên trắng) và cắt tải các vòng ren dưới. Hiệu quả nén còn thể hiện rõ rệt hơn ở các đai ốc nửa kéo có bể mặt tựa hình
côn (271, j). Một kết quả như vậy cũng được các đai ốc vành ôm (h 172, k) mang lại ở những đai ốc này các phản lực được truyền trực tiếp lên các vòng ren bên trên. Các đai ốc vành ôm khác với các kết cấu đã trình bày trên hình 271, g-i, không đòi hỏi tăng đường kắnh lỗ cho đai ốc. Trong kết cấu trên hình 271, l, sự đặt tải cho các vòng ren trên cùng đạt được bằng cách ép
sơ bộ cổ đai ốc (các mũi tên mảnh)
Biên dạng các đai ốc kéo được xác định từ những tắnh toán sau đây. Cứ cho rằng chiều đài ren của đai ốc bằng h (h272, a). Theo điều kiện phân bố đều cần phải làm sao cho lực kéo đai ốc, ở một tiết diện bất kỳ nằm cách điểm gốc của ren một khoảng x phải là
+
t,=P ẤDĐ
trong đó P - lực tác động lên bulon
Lực kéo bulon, cũng ở tiết điện đó: