5.1.1.1. Giới thiệu mối ghộp đinh tỏn
- Mối ghộp đinh tỏn đƣợc biểu diễn trờn hỡnh 5.1. Cỏc tấm ghộp 1 và 2 đƣợc liờn kết trực tiếp với nhau bằng cỏc đinh tỏn số 3, hoặc liờn kết thụng qua tấm đệm số4 và cỏc đinh tỏn số 3.
86
a b
Hỡnh 5.1. Kết cấu của mối ghộp đinh tỏn
- Nguyờn tắc liờn kết của mối ghộp đinh tỏn: Thõn đinh tỏn tiếp xỳc với cỏc lỗ của cỏc tấm ghộp, lỗ của cỏc tấm đệm, đinh tỏn cú tỏc dụng nhƣ một cỏi chốt cản trở sựtrƣợt tƣơng đối của cỏc tấm ghộp với nhau, giữa cỏc tấm ghộp với cỏc tấm đệm.
- Để tạo mối ghộp đinh tỏn, ngƣời ta gia cụng lỗtrờn cỏc tấm ghộp, lồng đinh tỏn vào lỗ của cỏc tấm ghộp, sau đú tỏn đầu đinh.
- Tấm ghộp khụng đƣợc dầy quỏ 25mm. Lỗ trờn tấm ghộp cú thể đƣợc gia cụng bằng khoan hay đột, dập. Lỗ trờn tấm ghộp cú đƣờng kớnh bằng hoặc lớn hơn đƣờng kớnh thõn đinh tỏn d.
Hinh 5.2. Tạo mối ghộp đinh tỏn
- Tỏn nguội, quỏ trỡnh tỏn đinh cú thể tiến hành ở nhiệt độ mụi trƣờng. Tỏn nguội dễ dàng thực hiện, giỏ rẻ; nhƣng cần lực lớn, dễ làm nứt đầu đinh. Tỏn nguội chỉ dựng với đinh tỏn kim loại màu và đinh tỏn thộp cú đƣờng kớnh d nhỏ hơn 10mm.
- Tỏn núng, đốt núng đầu đinh lờn nhiệt độ khoảng( 1000- 1100)0C rồi tiến hành tỏn. Tỏn núng khụng làm nứt đầu đinh; nhƣng cần thiết bị đốt núng, cỏc tấm ghộp biến dạng nhiệt, dễ bị cong vờnh.
- Đinh tỏn thƣờng làm bằng cỏc kim loại dễ biến dạng, thộp ớt Cacbon nhƣ CT34, CT38, C10, C15 hoặc làm bằng hợp kim màu. Thõn đinh thƣờng hỡnh trụ cú đƣờng kớnh là d, giỏ trị của d nờn lấy theo dóy số tiờu chuẩn. Cỏc kớch thƣớc khỏc của đinh tỏn đƣợc lấy theo d, xuất phỏt từđiều kiện sức bền đều.
87 R= (0,8- 1).d
L= (S1 +S2) + (1,5ữ 1,7).d
- Ngoài mũ đinh dạng chỏm cầu, đinh tỏn cũn cú nhiều dạng mũ khỏc nhau, nhƣ trờn hỡnh 5.3.
Hỡnh 5.3. cỏc dạng mũ của đinh tỏn
5.1.1.2 Phõn loại mối ghộp đinh tỏn
Tựy theo cụng dụng và kết cấu của mối ghộp, mối ghộp đinh tỏn đƣợc chia ra: + Mối ghộp chắc: Mối ghộp chỉdựng để chịu lực khụng cần đảm bảo kớn khớt. + Mối ghộp chắc kớn: Vừa dựng để chịu lực vừa đảm bảo kớn khớt.
+ Mối ghộp chồng: Hai tấm ghộp cú phần chồng lờn nhau.
+ Mối ghộp giỏp mối: Hai tấm ghộp đối đầu, đầu của hai tấm ghộp giỏp nhau. + Mối ghộp một hàng đinh: Trờn mỗi tấm ghộp chỉcú một hàng đinh.
+ Mối ghộp nhiều hàng đinh: Trờn mỗi tấm ghộp cú nhiều hơn một hàng đinh.
5.1.1.3. Kớch thước chủ yếu của mối ghộp đinh tỏn
Xuất phỏt từ yờu cầu độ bền đều của cỏc dạng hỏng (khả năng chịu dạng hỏng là nhƣ nhau, hoặc xỏc suất chịu cỏc dạng hỏng là nhƣ nhau).
Kớch thƣớc của mối ghộp đinh tỏn chắc đƣợc xỏc đinh nhƣ sau: + Đối với mối ghộp chồng một hàng đinh:
d = 2.Smin; pđ = 3.d ; e = 1,5.d + Đối với mối ghộp chồng n hàng đinh: d = 2.Smin; pđ = (1,6.n+ 1).d; e= 2.d
+ Đối với mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm một hàng đinh: d= 1,5.S; pđ= 3,5.d; e= 2.d
+ Đối với tấm ghộp giỏp mối hai tấm đệm n hàng đinh: d= 1,5.S; pđ= (2,4.n+ 1).d; e= 2.d
Kớch thƣớc của mối ghộp đinh tỏn ghộp chắc kớn đƣợc xỏc định nhƣ sau: + Đối với mối ghộp chồng 1 hàng đinh:
88 + Đối với mối ghộp chồng hai hàng đinh: d= Smin+ 8 mm; pđ= 2,6.d+ 15 mm; e= 1,5.d + Đối với mối ghộp chồng 3 hàng đinh: d= Smin+ 6 mm; pđ= 3.d+ 22mm; e= 1,5.d
+ Đối với mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm 2 hàng đinh: d= S+ 6 mm; pđ= 3,5.d+ 15 mm; e= 2.d
+ Đối với tấm ghộp giỏp mối hai tấm đệm 3 hàng đinh: d= S+ 5 mm; pđ= 6.d+ 20 mm; e= 2.d
Cỏc kớch thƣớc pđ, pđ1, e, e1 biều thị trờn hỡnh 5- 4 kớch thƣớc pd1 và e1 lấy theo bƣớc đinh pd:
pt1= (0,8+ 1).pd e1= 0,5.pd
Hỡnh 5.4. Kớch thước chủ yếu của mối ghộp đinhtỏn
5.1.2 . Tớnh mối ghộp chắc
5.1.2.1. Cỏc dạng hỏng của mối ghộp và chỉtiờu tớnh toỏn
Khi mối ghộp chịu tải trọng (hỡnh 5.4), trờn mối ghộp cú thể xuất hiện cỏc dạng hỏng sau đõy:
- Thõn đinh bị cắt đứt.
- Tấm ghộp bị kộo đứt tại tiết diện qua cỏc đinh.
- Bề mặt tiếp xỳc giữa lỗtrờn tấm ghộp và thõn đinh bị dập. - Biờn của tấm ghộp bị cắt đứt theo cỏc tiết diện cú kớch thƣớc e. - Cỏc tấm ghộp bịtrƣợt tƣơng đối với nhau, khụng đảm bảo kớn khớt.
89
Chỉ tiờu tớnh toỏn của mối ghộp chắc: kết cấu của mối ghộp đó đƣợc xõy dựng trờn cơ sở của sức bền đều, do đú ngƣời ta chỉ kiểm tra điều kiện bền τđ≤ [τđ] , đểtrỏnh dạng hỏng cắt thõn đinh là đủ.
Điều kiện bền τđ≤ [τđ ] đƣợc dựng để làm chỉ tiờu tớnh toỏn kiểm tra bền và thiết kế mối ghộp đinh tỏn ghộp chắc. Trong đú:
τđlà ứng suất cắt sinh ra trờn tiết diện thõn đinh. [τđ] là ứng suất cho phộp của đinh
Chỉ tiờu tớnh toỏn của mối ghộp chắc kớn: tƣơng tự nhƣ trờn, ngƣời ta dựng bất đẳng thức δ≤ [δ] làm chỉtiờu tớnh toỏn mối ghộp chắc kớn, trong đú:
δ: là hệ số cản trƣợt của tấm ghộp.
[δ]: là hệ số cản trƣợt cho phộp của mối ghộp.
5.1.2.2. Tớnh toỏn mối ghộp chịu lực ngang
Kiểm tra mối ghộp chắc chịu lực ngang, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Tớnh toỏn lực tỏc dụng trờn một đinh tỏn: Khi mối ghộp chịu lực ngang F, thực tế lực F phõn bố khụng đều trờn cỏc đinh, do đú cú sự sai lệch trong quỏ trỡnh chế tạo mối ghộp và do biến dạng khụng đều của tấm ghộp. Lực tỏc dụng lờn một đỡnh Fd đƣợc tớnh gần đỳng bằng:
Fđ= K.F/z
z: sốđinh tỏn lắp ghộp, tớnh trờn 1 tấm ghộp.
K: hệ số kểđến sựphõn bố tải trọng khụng đều cho cỏc đinh, K= 1ữ 1,2; trƣờng hợp lắp một hàng đinh, lấy K= 1
- Tớnh ứng suất cắt trờn thõn đinh: τđ= 4.Fđ/ (i.π.d2
) Trong đú :
i: là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh. Vớ dụ, ghộp giỏp mối của một tấm đệm i= 1, hai tấm đệm i= 2.
- Xỏc định ứng xuất cho phộp: giỏ trị của [τd] đƣợc tra bảng hoặc tớnh theo cụng thức thực nghiệm, tựy thuộc vào cỏch tạo mối ghộp và vật liệu đinh tỏn.
- So sỏnh τd và [τd], rỳt ra kết luận: Nếu τd≤ [τd], mối ghộp đủ bền
Nếu τd˃ [τd], mối ghộp khụng đủ bền
Nếu τđ nhỏhơn nhiều so với [τd], mối ghộp quỏ dƣ bền, khụng kinh tế. Thiết kế mối ghộp chỏc chịu lực ngang, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Chọn vật liệu chế tạo đinh tỏn, phƣơng phỏp gia cụng lỗtrờn tấm ghộp, tra bảng để cú giỏ trị[τd].
90
- Xỏc định kớch thƣớc của đinh tỏn: Căn cứ vào chiều dày của tấm ghộp tớnh đƣờng kớnh thõn đinh d theo cụng thức đó nờu ở trờn, nờn lấy d theo dóy sốtiờu chuẩn. Xỏc định chiều dài của thõn đinh l theo đƣờng kớnh d.
- Tớnh sốđinh tỏn z: Giả sử chỉ tiờu tớnh τd≤ [τd] thỏa món, ta cú: 4.K.F/ (z.i.π.d2)≤ [τd]
Suy ra:
z ≥ 4.K.F/ (i.π.d2. [τd])
- Vẽ kết cấu của mối ghộp: bốtrớ cỏc đinh theo hàng, đảm bảo kớch thƣớc nhƣ đó nờu ở trờn.
5.1.2.3. Tớnh mối ghộp chắc chịu mụ men uốn.
Kiểm tra mối ghộp chắc chịu mụ men uốn (hỡnh 5.5), đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau: - Xỏc định lực tỏc dụng lờn đinh tỏn chịu tải trọng lớn nhất: Dƣới tỏc dụng của mụ men uốn M, mối ghộp cú xu hƣớng quay quanh trọng tõm O của mối ghộp. Đinh tỏn càng xa tõm chuyển vị khảdĩ của nú càng lớn, do đú nú chịu lực tỏc dụng lớn. Lực tỏc dụng lờn đinh thứ i ký hiệu là Fi, Fi tỷ lệ với khoảng cỏch ri từtõm đinh đến trọng tõm O. Với nhận xột nhƣ thế, ta viết đƣợc phƣơng trỡnh:
Fđi/ ri= hằng số
Mặt khỏc, ta cú phƣơng trỡnh cõn bằng mụ men đối với tõm mối ghộp:
1 . z di i i F r M
Suy ra, lực tỏc dụng lờn đinh tỏn chịu tải lớn nhất là: Fdmax= M. rmax/ 𝑟𝑖2
- Tớnh ứng suất cắt trờn đinh tỏn chịu tải lớn nhất: τd = 4.Fđmax/ (i.π.d2
)
Trong đú i là số tiết diện chịu cắt của mỗi đinh
- Xỏc định ứng suất cho phộp: giỏ trị của [τd] đƣợc tra bảng, phụ thuộc vào cỏch tạo mối ghộp và vật liệu đinh tỏn.
91 - So sỏnh τdvà [τd], rỳt ra kết luận:
+ Nếu τd > [τd], mối ghộp khụng đủ + Nếu τd ≤ [τd], mối ghộp đủ bền;
+ Nếu τđ nhỏhơn nhiều so với [τd], mối ghộp qỳadƣ bền, khụng kinh tế. Thiết kế mối ghộp chắc chịu mụ men, đƣợc thực hiờn theo trỡnh tự sau:
- Dựa vào kớch thƣớc của tấm ghộp ta chọn kớch thƣớc đƣờng kớnh d của đinh tỏn, xỏc định chiều dài của đinh. Để tiện cho việc gia cụng, lắp ghộp, kớch thƣớc của cỏc đinh tỏn trong mối ghộp đƣợc chọn nhƣ nhau.
- Sơ bộ chọn số đinh z, vẽ kết cấu của mối ghộp, bố trớ đinh theo quan hệ kớch thƣớc đó nờu ởtrờn.
- Đặt tải trọng lờn mối ghộp và kiểm tra độ bền của đinh chịu tải lớn nhất.
+ Nếu quỏ dƣ bền, khụng đảm bảo kinh tế, ta giảm sốlƣợng đinh z, vẽ lại kết cấu mối ghộp và kiểm tra độ bền của mối ghộp.
+ Nếu thiếu bền, thỡ tăng sốlƣợng đinh z, vẽ lại kết cấu và kiểm tra lại. + Nếu vừa đủ bền và đảm bảo kinh tế, chứng tỏ sốđinh z chọn đó hợp lý. - Vẽchớnh xỏc kết cấu của mối ghộp
5.1.3. Tớnh mối ghộp chắc kớn
Mối ghộp chắc kớn vừa chịu lực, vừa đảm bảo kớn khớt. Vớ dụ, mối ghộp trong cỏc nồi hơi. Việc tớnh toỏn chớnh xỏc bằng lý thuyết rất khú khăn, ngƣời ta dựng cụng thức thực nghiệm:
δ≤[δ ]
Kiểm tra bền cảu mối ghộp chắc kớn chịu lực tỏc dụng của lực F, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau:
- Tra bảng cú giỏ trị của hệ thống cản trƣợt cho phộp [δ]. - Tớnh lực tỏc dụng lờn mỗi đinh tỏn trong mối ghộp: Fđ= K.F/z
- Tớnh hệ số cản trƣợt δ, tớnh theo quy ƣớc δ= 4.Fđ/ (i.π.d2)= 4.K.F/ (i.z.π.d2
)
- So sỏnh giỏ trị của δ và [δ], rỳt ra kết luận.
Thiết kế mối ghộp chắc kớn chịu tỏc dụng của lực F, đƣợc thực hiện theo trỡnh tự sau: - Chọn vật liệu chế tạo đinh, tra bảng xỏc định giỏ trị của hệ số cản trƣợt cho phộp [δ].
- Giả sử chỉ tiờu tớnh toỏn δ≤ [δ] thỏa món, tớnh sốđinh z cần thiết: z≥ 4.K.F/ (i.π.d2.[δ])
92
Kiểm tra bền và thiết kế mối ghộp chắc kớn chịu mụ men uốn M, đƣợc thực hiện tƣơng tựnhƣ tớnh mối ghộp chắc chịu mụ men uốn.
5.1.4. Hệ số bền của mối ghộp
Để tạo mối ghộp đinh tỏn, ngƣời ta phải gia cụng cỏc lỗtrờn tấm ghộp. Cỏc lỗđó làm giảm diện tớch tiết diện ngang của tấm thộp, làm giảm khả năng chịu tải của tấm ghộp. Đểđỏnh giỏ mức độ làm giảm khảnăng chịu tải của tấm ghộp, ngƣời ta dựng hệ số bền υ. Hệ số bền υ đƣợc đỏnh giỏ bằng tỷ số giữa lực tối đa mà mối ghộp chịu đƣợc và lực tối đa mà tấm nguyờn cú thể chịu đƣợc. Hệ sốυ đƣợc xỏc định theo cụng thức sau:
υ= (pđ- d)/ pđ
Trong đú pđ là bƣớc đinh, d là đƣờng kớnh thõn đinh.
Giỏ trị hệ số bền υ, đối với mối ghộp cú quan hệkớch thƣớc theo quy định, cú thể chọn nhƣ sau:
+ Mối ghộp 1 hàng đinh, 1 tiết diện của thõn chịu cắt: υ= 0,67. + Mối ghộp giỏp mối 2 tấm đệm, 1 hàng đinh: υ= 0,71.
+ Mối ghộp giỏp mối 2 tấm đệm, 2 hàng đinh: υ= 0,83. + Mối ghộp chồng 2 hàng đinh: υ= 0,75
Qua số liệu trờn, chỳng ta thấy khả năng tải của mối ghộp đinh tỏn giảm khỏ nhiều so với tấm nguyờn.
5.1.5. Xỏc định ứng suất cho phộp
a. Xỏc định [τđ]
Đối với cỏc mối ghộp chịu tải trọng tĩnh, hoặc chịu tải trọng thay đổi nhƣng khụng đổi chiều, cú thể lấy giỏ trị ứng suất cho phộp nhƣ sau:
Bảng 5.1. Trị sốứng suất cho phộp dựng cho tớnh toỏn mối ghộp bằng đinh tỏn
Loại ứng suất Cỏch gia cụng lỗ Trị số ứng suất cho phộp, MPa Thộp CT0, CT2 Thộp CT3 [τ]d Khoan Đột 140 100 140 100 [σd] Khoan Đột 280 240 320 280 [σ]kt [τ]t Khoan hoặc đột Khoan hoặc đột 140 90 160 100
Trƣờng hợp tải trọng thay đổi chiều dài tỏc dụng, cần lấy giảm đi 1 lƣợng, bằng cỏch nhõn với hệ sốγ, với min ax 1 . m F a b F
93 Trong đú: Fmaxlà tải trọng lớn nhất
Fminlà tải trọng nhỏ nhất
Tấm ghộp bằng thộp ớt cacbon, lấy a= 1 và b= 0,3
Tấm ghộp bằng thộp cỏc bon trung bỡnh, lấy a= 1,2 và b= 0,8
b. Xỏc định [ζ]
- Mối ghộp chồng 1 hàng đinh, lấy [δ]= 60ữ 70MPa - Mối ghộp chồng hai hàng đinh, lấy [δ]= 60ữ 65Mpa - Mối ghộp chồng 3 hàng đinh, lấy [δ]= 55ữ 60 Mpa
- Mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm, hai hàng đinh, lấy [δ]= 95ữ 115 Mpa - Mối ghộp giỏp mối hai tấm đệm ba hàng đinh, lấy [δ]= 90ữ 110 Mpa
5.2.Ghộp bằng hàn
5.2.1. Khỏi niệm chung
5.2.1.1. Phõn loại mối hàn
Mối ghộp bằng hàn cú nhiều ƣu điểm nờn đƣợc dựng ngày càng rộng rói trong cỏc ngành cụng nghiệp. Trong quỏ trỡnh hàn, cỏc chi tiết mỏy đƣợc đốt núng cục bộ cho tới nhiệt độ núng chảy hoặc dẻo và gắn lại với nhau nhờ lực hỳt giữa cỏc phõn tử kim loại.
Cú nhiều phƣơng phỏp hàn và cú thể phõn loại chỳng thành nhiều cỏch. Theo hỡnh thức cụng nghệ, cỏc mối ghộp bằng hàn đƣợc chia ra:
- Mối ghộp bằng hàn hồquang điện, hàn điện xỉ và hàn hơi, làm kim loại bị núng chảy và gắn lại với nhau, khụng cần lực ộp chỳng.
- Mối ghộp bằng hàn tiếp xỳc, làm kim loại bị dẻo và phải dựng lực ộp chỳng lại. - Mối ghộp bằng hàn vẩy, khụng nung chảy kim loại đƣợc ghộp mà chỉ nung chảy vật liệu hàn.
Trong cỏc phƣơng phỏp hàn, thụng dụng nhất là hàn hồ quang điện. Hàn hồ quang điện cú thể tiến hành bằng tay hoặc tự động. Hàn tự động, nhất là hàn tự động dƣới lớp thuốc hàn núng chảy đạt đƣợc năng suất cao, đỡ tốn vật liệu que hàn, bảo đảm mối hàn đƣợc đồng nhất, cú cơ tớnh cao và khụng bị phụ thuộc vào trỡnh độ kỹ thuật của cụng nhõn hàn.
Khi hàn, nhiệt lƣợng của hồ quang làm núng chảy miệng vật hàn, tạo thành rónh kim loại lỏng, đồng thời kim loại của que hàn cũng núng chảy và lấp đầy rónh.
Để giữ cho kim loại khụng bị oxy húavà hồ quang đƣợc ổn định, ở ngoài que hàn quột một lớp thuốc hàn, mỏng hoặc dày. Ký hiệu của que hàn cú lớp thuốc mỏng là Э34, dựng loại que hàn này độ bền của mối hàn khụng đƣợc cao lắm. Que hàn cú lớp thuốc dày ký hiệu là Э42, Э42A, Э50, cú sức bền cao hơn.
94
Theo cụng dụng, tƣơng tựnhƣ cỏc mối ghộp đinh tỏn, cú thể chia mối ghộp bằng hàn ra làm hai loại:
- Mối hàn chắc - Mối hàn chắc kớn
Phõn loại theo hỡnh dỏng kết cấu, ta cú cỏc kiểu mối hàn sau: - Mối hàn giỏp mối
- Mối hàn chồng - Mối hàn gúc
5.2.1.2. Ưu, nhược điểm
Ghộp bằng hàn cú những ƣu điểm sau đõy:
- Kết cấu ghộp bằng hàn cú khối lƣợng nhỏ so với ghộp bằng đinh tỏn vỡ khụng