Trong các mối ghép không tải (nối các nắp, các phần không chịu lực của thân VV) lực siết bulon (hoặc vít cấy) được quyết định bởi điểu kiện ghép khít các chỗ nối và không tách ra khi hệ thống bị biến dạng và bị lỏng do sự ép lún (sẽ xảy ra cùng với thời
gian) các vòng ren và các mặt tì của đai ốc và đầu bulon. Những mối ghép như vậy, đa phân không tính toán. Vật liệu, đường kính và bước ren của bulon được chọn trên cơ sở thực tế, còn lực siết được xác lập sao cho tạo được trong các bulon các ứng suất bằng
(35 - 0,6) 6,,.
Trong các xưởng lấp rấp cơ khí hóa người ta sử dụng các máy vặn đai ốc và van bulon (dùng điện hoặc khí nén) có mômen siết tự động duy trì được và điểu chỉnh được.
Mômen siết để tạo ra lực P kéo bulon (hình 447):
M’ = 0,5Pd,tg9 =0,5Psix — (37)
để vượt qua ma sét trén bé mat ti: M? = 0,5PDf 8) Taũng
để Vượt qua ma sắt trong ren: M” = 0,5Pd,f, (39) GY | YW - "=
trong đú d, — đường kớnh trung bỡnh của ren, mm; ô . D ~ đường kính trung bình của bể mat d, mm; f ~ N INS #
hệ số ma sát trên bể mặt t; f — hệ số ma sátquy 2 1 NI N ; N NỀ T (te
đổi trong ren a, = f/cosa), trong d6 œ — nửa góc Tế
profủn ở đỉnh vũng ren; @ - gúc nghiờng cỏc vũng ?_- a
ren theo đường kính trung bình của ren (tgp = s/ . 4
nd, trong đồ s — bước ren mm). Hình 447. Sơ đồ xác định mômen siết Mômen siết đẩy đủ (N.m) :
M=M' +M”+M'”=0,5.10”P (sit + Df + dyf) (40) hoặc
4 ls D d,
M,=05.107P9 25+ s+ Se j (41)
trong đó d — đường kính danh nghĩa của ren, mm.
Phần mômen để tạo ra lực dọc trục :
_ỂM _
Đường kính trung bình của ren d,, = d-h, trong đó h — chiều cao hoạt động của profin ren,
n= 2tgœ | -2(R, +R, cosa] (43)
trong đó R, và R,— bán kính các góc lượn trong ren của bulon và đai ốc.
180
Đối với ren hệ mét (œ = 30, R, = 0,144s; R, = 0,072s) thì h = 0,54s và
ib — Ss
T710) (44)
Trị số D/d áp dụng cho các đai ốc gia cố là 1,3 ~ 1,5, cho các đai ốc vành là 1,2 - 1,3.
Các trị số † và f, phụ thuộc vào tình trạng bể mặt, trị số f, còn phụ thuộc vào cả chế độ lắp ghép trong ren. Khi lắp ghép với độ căng nhỏ có thể chấp nhận f, = 15f.
Dua trị số đụ/d của biểu thức (44) vào công thức (42) và chấp nhận trị số trung bình
của D/d = I,3 và f/f = 1,5 ta sẽ có:
B=
Bw w pam os
“tran GOS 003 Q07 BI @15s/d S/o;
a7 18 tế 14 4s
tự
1 HỆ để
ar 4a ' 80† 8015 802 @03 05 207 A1 015378 G05;
4, 6 2 1 ơ 45)
Lad jpiseigi-ost2
s d
Pugs N
% a
wo wad
ˆ
"1b Gots at 49 A03 Q07 @J 015s/d 4a ỳ
20 3ỡ
1 10
wen
~ Bs
2,
“Soraers aad aes QOS G07 AT 0153/d Hình 448. Các thông số của các mối ghép ren
181
Các trị số B (%) tính theo công thức (4ð) được dẫn ra trên hình 448, a trong hàm số s/d đối với f = 0, 05 - 0,30. Phân mômen siết M, để tạo ra lực dọc trục, với 4d lớn nhất và f nhỏ nhất, không vượt quá 2ð% và sụt xuống đột ngột cùng với sự giảm s⁄d và sự tăng f. Khi f = 0,1 và s/d = 0,12 (trị số trung bình cho các bulon gia cố) thì B ~ 10%, còn khi s/d = 0,02 ~ 0,03 (các đai ốc vành) thì hạ xuống còn 2 — 3%. Phần mômen nhiều hơn được dùng để vượt qua ma sát.
Lực kéo bulon, theo các công thức (41) và (42): P= 102 5x<p 46)
#
Các trị số P được trình bày trên hình 448, b trong hàm số,s/d đối với f = 0,05 — 0,30 (chấp nhận M,/d= 1)
Khi M, quy định thì lực P được xác định chủ yếu bằng hệ số ma sát f và ít phụ thuộc vào s/d, giảm rất ít khi s⁄d > 1. Lực P gây ra ứng suất kéo trong ren 9, =P trong đó
*° 078542"
k, - hệ số hữu hiệu tập trung ứng sudt,d? — đường kính trong của ren, tính theo tương quan lượng giác: đ, = 4-2 [h+R,(1-sin al} (47)
Đối với ren hệ mét (h = 0,54s; R, = 0,144s) thi d, = d(1-1,22s/d) (48)
Nhu vay: “0385-1274 Pk, (49) Mômen trong ren bằng 0,5Pd,f sẽ gây ra các ứng suất xoắn trong thân bulon:
+=02Pd,fk, _ 2,5Pfk, 2. (50)
W, đ
Trong đó k', — hệ số hữu hiệu tập trung ứng suất; W,, = 0,2 d)—- mômen cản độc cực của tiết diện thân.
Đưa trị số đy của công thức (44) và d, của công thức (48) vào, ta sẽ tìm được:
a DSP hk, 1-0,545/d
đ ` (1-122s/d}
Ứng suất tương đương theo lý thuyết bển:
2
o= Jo; +47’ =ơ, 14 )
*
Đưa trị số + của cụng thức (51) và ỉ, của cụng thức (49) vào ta sẽ cú:
61)
(52)
182
Trên hình 448, c trình bày tỉ số. o/o, (tinh theo công thức trên) trong hàm số s/d dành cho các hệ số ma sát f, khác nhau. Ứng suất tương đương thực sự vượt quá ơ, chỉ khi nào các trị số f, cao, tăng ft cùng với sự tăng s⁄d. Với trị số thông thường f, =0,15 và s⁄d = 0,12 thì ứng suất tương đương chỉ vượt quá ơ, có 20%.
Các ứng suất xoắn chỉ phát sinh khi siết và sau đó biến mất do sự hoàn trả đàn hổi của bulon. Cho nên khi tính độ bền lâu dài cho các mối ghép siết chặt
thường không cân tính đến ứng suất xoắn mà chỉ tính đến sự kéo bulon bởi lực P [công thức (46)], ngoại trừ các trường hợp riêng biệt, ví dụ khi lắp ghép có độ căng, sẽ phát sinh các ứng suất tiếp tuyến lớn khi siết.
Có thể khắc phục sự xoắn bulon, nếu như giữ chặt được đuôi bulon bằng những bộ phận chuyên dùng khi siết (h449, a) hoặc cố định nó (h449, b).
Đưa trị số P lấy từ công thức (46) vào công thứ Hình 449. Cách đề phòng
(49) ta sẽ có: sự xoắn bulon khi siết
em k,
6, =10° re
"= 122/4. 63
Đối với các bulon gia cố, chấp nhận trị số trung bình s/d = 0,12; b = 0,1 (f = 0,1) va k, = 1,5 ta sẽ tìm được:
6, =10° ae (54)
Có thể dùng công thức này để xác định sơ bộ các ứng suất kéo phát sinh trong các bulon với các M, khác nhau. Đối với những trường hợp cụ thể, cần xác định ứng suất theo công thức (53),
Mômen siết cần thiết để tạo ra ứng suất kéo danh nghĩa trong bulon (không tính hệ SỐ tập trung ứng suất, nghĩa là khi k, = I) theo như công thức (53);
M, = 1,1.10%o,d" (55)
Mômen siết cần thiết để tạo ra lực P, theo công thức (46),
M, =05.10° Pad LS up d
Cho ring B = 0,1 va s/d = 0,12 như cũ, ta tim duge:
5 = 1,9.102Pd (56) Tính phụ thuộc lập phương nghịch vào đường kính bulon của ứng suất [công thức (54] là nguyên nhân sự tăng đột ngột các ứng suất khi đường kính bulon giảm. Khi siết
bằng tay có thể tạo ra các ứng suất cực lớn trong các bulon đường kính nhỏ, làm giãn và thậm chí làm đứt bulon.
Dưới đây đưa ra các ứng suất kéo tính theo công thức (54) khi siết bằng các chìa tiêu chuẩn (lực đặt vào cha vặn, thông thường là 150N). Đóng trong khung là các ứng suất vượt quá giới hạn chảy của thép cacbon kết cấu.
183
Các ứng suất trong các bulon khi siết bằng các chìa tiêu chuẩn, MPa
f Ren
M6 M8 M10 M12 M14 M16
0,10 | 1200 500 400 200 150 100
0,05 | 2400| 1000| 800 | 400 300 200
Khi siết bằng tay có thể dễ dàng làm đứt các bulon đường kính nhô hơn M8, nếu ma sát thấp cũng có thể làm đứt cả bulon MIO. Nếu sử dụng các chìa vặn chuẩn (đã tiêu chuẩn hóa) thì việc phá hỏng bulon lớn hơn M12 trên thực tế đã bị loại trừ. Nếu vì lý do kết cấu mà phải dùng các bulon nhỏ thì cần phải giới hạn M, hoặc chế tạo bulon bằng các loại thép bên cao.
Luc can sự tự vặn lồng đai ốc. Sự tự vặn lồng là đo tác động của lực đọc trục P (tổng
của lực làm việc và lực siết sơ bộ) tạo ra mômen vặn lỏng mà theo công thức (37) là:
; $
M,=M'= 055A (57)
Sự vặn lỏng bị cẩn trở bởi mụmen ma sỏt hóm trờn mặt ủ của đai ốc và trong ren:
D_,.d
M,=M”+M'”= os 5 / +52) (58)
Đặc trưng cho lực cản sự tự vặn lông là hệ số tự hãm y = M,/M,. Khi y >
1 thì mối ghép không bị tự vặn lồng, còn nếu y < 1 là bắt đầu chế độ tự vặn lỏng Chia phương trình (58) cho phương trình (57) ta sẽ có;
pnt (D4, epee) (59)
nghĩa là theo như céng thife (42) thi Y= 3 -1 (60 1
Các trị số y được trình bày trên hình 448, d trong hàm số s⁄d và f. Rõ ràng hệ số tự hãm tăng lên cùng với sự tăng f và giảm xuống cùng với sự tăng s/d. Đối với f = 0,05 và s⁄đ = 0,10 + 0,15 (dai ốc gia cố) thì y= 2 + 8 cồn đối với s⁄d < 0,05 (đai ốc vành) thì
y= 10 + 50. Như vậy mối ghép làm việc ở chế độ tự hãm ngay cả với trị số f thấp nhất có trong các điều kiện tinh.
Tất cả các biện pháp tạo khả năng tăng ma sát (tạo độ căng trong ren, phủ cho ren một lớp màng polime, đưa các miếng đệm bằng chất dẻo vào) đều nâng cao lực cẩn sự tự vặn lỏng. Việc bôi trơn ren bằng các chất bôi trơn lỏng hoặc cứng (MoS,), việc cađimi hóa, kẽm hóa, sunfua hóa đêu làm giảm lực cản sự tự vặn lông.
Tình hình sẽ thay đổi nếu mối ghép bị các tải trọng tác động làm giảm ma sát đột ngột. Nguyên nhân giảm ma sát chủ yếu bởi các chuyển vị tế vi (phát sinh khi có các biến động tuần hoàn của tải trọng) các bể mặt chịu lực so với nhau do sự biến đạng đàn hồi hướng tâm của đai ốc. Ma sát tĩnh được thay bằng ma sát động; bắt đầu xảy ra hiện tượng biến mất ma sát đưới tác động rung.
Mức sụt giảm ma sát phụ thuộc vào tính động của tải trọng (tốc độ tăng và giảm tải) vào biên độ và tần số dao động theo tải trọng. Với tải trọng xung động có tần số lớn hơn 1000 ~ 1500 dao động trong một phút thì hệ số ma sát (theo số liệu thí nghiệm) giảm 4 - 5 lần,
đạt tới các trị số f = 0,02 + 0,01 (đường gạch gạch trên hình 448, d). Khi f = 0,01, hệ số tự hãm đối với các ren có s⁄d > 0,08 trở nên nhỏ hơn 1, nghĩa là bắt đâu chế độ tự vặn lỏng.
184
Có thể coi trị số giới hạn của hệ số tự hãm y = 2 (tính gần đúng). Như vậy tất cả các ren có s/d > 0,04 đều có nguy cơ tự vặn lỏng.
Các mối ghép làm việc với các tải trọng tuân hoàn cẩn phải được chống sự tự vặn lỏng bằng các phương pháp hãm tích cực (chốt chẻ ›vành đệm bẻ). Cho phép hãm đàn hổi (đai ốc hãm, vành đệm dan hdi) đối với các đai ốc vành có s⁄d < 0,04.
Chế độ tự vặn lỏng cũng bắt đầu cả khi lực P giảm tới không (0), điểu này thường xẩy ra do sự giãn dẻo bulon dưới tác động lâu đài của tải trọng (sự nới). Mặc dù ở đây không có khởi đẫu thực sự của sự tự vặn lồng (lực P), nhưng sự vặn lỏng đai ốc có thể xảy ra bởi bất kỳ lý do ngẫu nhiên nào.
Sự hăm đai ốc trong trường hợp này không giúp được gì. Mặc dù đai ốc vẫn còn liên kết với bulon nhưng mối ghép đã mất khả năng làm việc vì đã bị lồng. Các phương pháp ngăn ngừa sự nới sẽ được trình bầy dưới đây.