Tính mối ghép ren

Các dạng hỏng của mối ghép ren và chỉ tiêu tính toán

Khi xiết chặt bu lông và đai ốc, các vòng ren của bu lông và đai ốc tiếp xúc với nhau. Các vòng ren của đai ốc chịu lực xiết

V. Cạc voỡng ren trón bu lọng chởu phaớn lỉỷc Ft (Hình 6-11). Trên mối ghép ren có thể xuất hiện cạc dảng hoíng sau:

+ Thân bu lông bị kéo đứt tại phần có ren, hoặc tại tiết diện sát mũ bu lông. Hoặc bị xoắn đứt trong quá trình xiết đai ốc.

+ Các vòng ren bị hỏng do cắt đứt ren, dập bề mặt tiếp xúc, hoặc bị uốn gẫy. Nếu tháo lắp nhiều lần, các vòng ren có thể bị mòn.

+ Mũ bu lông bị hỏng do dập bề mặt tiếp xúc, cắt đứt, hoặc bị uốn gẫy.

Kích thước của mối ghép bu lông đã được tiêu chuẩn hóa, các kích thước được tính theo đường kính d với một tỷ lệ nhất định trên cơ sở đảm bảo sức bền đều của các dạng hỏng. Do đó chỉ cần tính toán để hạn chế một dạng hỏng là các dạng hỏng khác cũng không xảy ra. Thường người ta kiểm tra mối ghép ren theo điều kiện bền:

σ≤ [σk] (6-2)

Trong đó σ là ứng suất sinh ra trên tiết diện chân ren của bu lông, có đường kính d1. [σk] là ứng suất kéo cho phép của bu lông hoặc vít.

Điều kiện bền σ≤ [σk] được dùng để tính tóan kiểm tra bền và thiết kế mối ghép ren. Nó được gọi là chỉ tiêu tính toán của mối ghép ren ghép có khe hở.

Chương này chủ yếu trình bày việc tính toán mối ghép bu lông có khe hở.

Đối với các mối ghép dùng bu lông tinh, ghép không có khe hở, dạng hỏng chủ yếu của mối ghép là dập và cắt đứt thân bu lông. Chỉ tiêu tính toán và phương pháp tính mối ghép tương tự như tính mối ghép đinh tán.

Ft V

Hỗnh 6-11: Lỉỷc tạc dủng lón bu lọng vaỡ ren

Ft T

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren 6.2.2. Tờnh bu lọng gheùp loớng chởu lổỷc

Xét mối ghép bu lông ghép lỏng, chịu lực kéo F, như trên Hình 6-12.

Bài toán kiểm tra bền mối ghép ren, được thực hiện theo trình tự sau:

+ Từ kích thước d, tra bảng có đường kính tiết diện chân ren d1.

+ Tính ứng suất sinh ra trên tiết diện chân ren σ= F/(π.d12/4)

+ Tra bảng, theo vật liệu chế tạo bu lông, để có giá trị ứng suất cho phép [σk].

+ So sánh giá trị σ và [σk], rút ra kết luận.

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền.

Nếu σ ≤ [σk], mối ghép đủ bền.

Bài toán thiết kế mối ghép, được thực hiện theo các bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk].

+ Giả sử chỉ tiêu tính σ ≤ [σk] thỏa mãn. Ta tính được đường kính cần thiết của tiết diện chân ren:

+ Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn, có đường kính tiết diện chân ren d1 ≥ d1C, ghi ký hiệu của bu lông vừa tìm được. Tính chiều dài cần thiết của bu lông, vẽ kết cấu của mối ghép.

Hỗnh 6-12: Bu lọng gheùp loớng

] .[

. 4

k C

d F

≥ π

6.2.3. Tính mối ghép ren xiết chặt không chịu tải trọng Các mối ghép ren thường được xiết chặt,

trước khi chịu tải trọng. Xét mối ghét bu lông được xiết chặt bởi mô men xoắn T (Hình 6-13).

Nhận xét: Khi xiết chặt, bu lông và đai ốc ép chặt các tấm ghép bằng lực xiết V. Các tấm ghẹp phaớn lải mọỹt lỉỷc Ft, kẹo daỵn thỏn bu lọng.

Phaớn lổỷc Ft = V.

Quan hệ giữa T và V như sau (theo 6-1):

T = V.tg(γ+ρ’).d2/2 + V.f.dtx /2

Ft T

Hình 6-13: Bu lông xiết chặt

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren Suy ra

fdtx

d tg

V T

= +

) 2

' (

2 ρ

γ (6-3)

Xác định ứng suất trong thân bu lông:

+ Khi xiết chặt bằng mô men xoắn T, thân bu lông bị xoắn. Ứng suất xoắn τx tại tiết diện chân ren được xác định theo công thức: 3

2 1

0 d

x =

+ Dưới tác dụng của lực kéo Ft trong thân bu lông có ứng suất kéo σk. Ứng suất kéo tại tiết diện chân ren được tính theo công thức: 2

1 2 1

4 4

d V d

k π π

σ = =

+ Trong thân bu lông có ứng suất phức tạp. Ứng suất tương đương σ được xác định theo Thuyết bền thứ ba: σ = σk2 +4τ2x

+ Đối các mối ghép ren tiêu chuẩn, người ta tính được σ ≈ 1,3.σk. Do đó, để đơn giản cho việc tính toán, ứng suất trong thân bu lông được xác định theo công thức:

1 2

1 .

. 2 , 5 .

. 4 . 3 , 3 1 ,

1 d

V d

k π π

σ = = = (6-4)

Bài toán kiểm tra bền: Đã có mối ghép, cần xiết chặt với mô men xoắn T, chúng ta kiểm tra xem mối ghép có đủ bền hay không. Bài toán kiểm tra bền được thực hiện theo trình tự sau:

+ Căn cứ vào vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng được giá trị [σk].

+ Từ đường kính d của bu lông, tra bảng để có giá trị d1. + Tính lực xiết V theo công thức (6-3).

+ Tính ứng suất σ trong thân bu lông theo công thức (6-4).

+ So sánh σ và [σk], rút ra kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền.

Nếu σ << [σk] (quá nhỏ hơn), mối ghép quá dư bền, có tính kinh tế thấp.

Nếu σ ≤ [σk], mối ghép đủ bền.

Tính mô men xiết cực đại Tmax cho mối ghép, được thực hiện như sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 và [σk].

+ Giả sử chỉ tiêu σ ≤ [σk] thỏa mãn, ta tính được lực xiết cực đại Vmax:

2 , 5

] .[

. 12

max

d k

V π σ

+ Tính mô men xoắn Tmax theo Vmax, sử dụng công thức (6-1).

Tmax = Vmax.tg(γ+ρ’).d2/2 + Vmax.f.dtx /2

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren Bài toán thiết kêú: cho trước các tấm ghép, cho biết lực xiết V cần thiết để ép các tấm ghép. Cần tính đường kính d, chiều dài của bu lông l, và mô men xiết T.

Công việc thiết kế được thực hiện theo các bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông. Tra bảng để có giá trị [σk].

+ Giả sử chỉ tiêu tính (6-2) thỏa mãn, ta có:

] 2 [

, 5

2 1

d k

V σ π ≤ , Ta tính được đường kính d1C cần thiết:

] .[

. 2 , 5

k C

d V

= π + Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn, có đường kính d1 ≥ d1C. + Tính mô men xiết đai ốc theo công thức (6-1).

+ Tính chiều dài của thân bu lông. Bằng tổng chiều dày của các tấm ghép cộng với chiều dày vòng đệm, chiều cao đai ốc và thêm một đọan bằng 0,5d.

+ Vẽ kết cấu của mối ghép. Ghi ký hiệu mối ghép bu lông.

6.2.4. Tính mối ghép ren chịu lực ngang Sau khi xiết chặt, cho mối ghép chịu lực F, vuông góc với đường tâm của bu lọng (Hỗnh 6-14).

Nhận xét: Mối ghép sẽ không bị phá hỏng, khi các tấm ghép không bị trượt so với nhau, tức là lực ma sát trên mặt tiếp xúc giữa chúng lớn hơn lực tác duûng, Fms > F,

F F

Hình 6-14: Mối ghép chịu lực ngang vaỡ khọng laỡm hoớng bu lọng, σ ≤ [σK].

Bài toán kiểm tra bền mối ghép chịu lực ngang được thực hiện như sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 và [σk].

+ Giả sử các tấm ghép không bị trượt, ta tính được lực xiết cần thiết Vc: Fms = Vc.f.i > F lấy Vc.f.i = K.F

Suy ra: Vc = K.F/(f.i)

trong đó: f là hệ số ma sát, i là số bề mặt tiếp xúc của các tấm ghép trong mối ghép, K là hệ số tải trọng. Có thể lấy K = 1,3 ÷ 1,5.

+ Tính ứng suất sinh ra trong thân bu lông, 2

1 2

1 .. .

. . 2 , 5 .

. 2 , 5

d i f

F K d

σ = π =

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren + So sánh σ và [σk], kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền.

Nếu σ << [σk], mối ghép quá dư bền, có tính kinh tế thấp.

Nếu σ ≤ [σk], mối ghép đủ bền.

Bài toán thiết kêú mối ghép bu lông chịu lực ngang được thực hiện như sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk].

+ Giả sử các tấm ghép không bị trượt, tính Vc: Vc = K.F/(f.i).

+ Giả sử bu lông không bị hỏng, tính đường kính cần thiết của tiết diện chân ren d1C:

] .[

. .

. . 2 , 5

C f i

F d K

= π

+ Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn, có đường kính chân ren d1 ≥ d1C. Ghi ký hiệu của bu lọng.

+ Vẽ kết cấu của mối ghép.

6.2.5. Tính bu lông xiết chặt chịu lực dọc truûc

Sau khi xiết chặt, cho mối ghép chịu lực F, song song với đường tâm của bu lông (Hình 6-15).

Nhận xét: Mối ghép không bị phá hỏng, khi các tấm ghép không bị tách hở, tức là trên mặt tiếp xúc giữa chúng vẫn còn áp suất, p > 0

F vaỡ bu lọng khọng bở hoớng σ ≤ [σK]

Quan sát sự biến đổi của mối ghép:

- Khi xiết mối ghép, lực xiết V làm các tấm

ghép bị co lại một lượng là ∆S; đồng thời phản lực Ft làm thân bu lông bị dãn ra một lượng ∆l, ∆l = ∆S.

Hình 6-15: Mối ghép chởu lổỷc doỹc

- Khi tác dụng lực F dọc trục, lực F được chia làm hai phần:

+ Phần F1 = χ.F, cộng thêm với lực Ft, làm bu lông dãn dài thêm một lượng.

+ Phần F2 = (1-χ).F, triệt tiêu bớt lực xiết V, làm các tấm ghép bớt co.

χ được gọi là hệ số phân bố ngoại lực, giá trị của χ phụ thuộc vào độ cứng của thân bu lông và độ cứng của phần tấm ghép chịu tác dụng của lực xiết.

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren Khi các tấm ghép bằng vật liệu thép hoặc gang, còn bu lông bằng thép có thể lấy χ = 0,2 ÷ 0,3.

- Như vậy, sau khi có lực dọc trục, lực tác dụng lên thân bu lông là Ft + χ.F, và lực ép lên các tấm ghép là V - (1-χ).F.

+ Điều kiện để các tấm ghép không bị tách hở là V - (1-χ).F > 0.

+ Ứng suất trong thân bu lông gồm hai phần, một phần do lực xiết, một phần do lổỷc F1 gỏy nón, 2

1 2

1 .

. . 4 .

. 2 , 5

d F d

V π

σ = π + ; Ft = V

Bài toán kiểm tra bền của mối ghep ren chịu lực dọc trục, được thực hiện theo trỗnh tổỷ sau:

+ Tra bảng để có giá trị d1 và [σk].

+ Giả sử mối ghép không bị tách hở, ta tính được lực xiết cần thiết Vc. Vc > (1-χ).F, lấy Vc = K. (1-χ).F

K là hệ số an toàn, có thể lấy K = 1,3 ÷ 1.5.

+ Tính ứng suất trong thân bu lông, 2

1 2

1 .

. . 4 .

. 2 , 5

d F d

Vc π

χ σ = π + . + So sánh giá trị của σ và [σk], rút ra kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền.

Nếu σ << [σk], mối ghép quá dư bền, có tính kinh tế thấp.

Nếu σ ≤ [σk], mối ghép đủ bền.

Bài toán thiết kêú mối ghep ren chịu lực dọc trục, được thực hiện theo các bước sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk].

+ Giả sử các tấm ghép không bị tách hở, tính Vc, Vc = K. (1-χ).F + Tính đường kính cần thiết của tiết diện chân ren d1C,

] .[

. . 4 ]

1 .(

. 2 , 5

k k

F F

d K

σ π

χ σ

χ +

= −

+ Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn, có đường kính d1 ≥ d1C. + Ghi ký hiệu của bu lông.

+ Vẽ kết cấu của mối ghép.

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren 6.2.6. Tính bu lông xiết chặt chịu đồng thời lực dọc và lực ngang

Xét mối ghép chịu lực như trên Hình 6-16.

Lực F được chia thành 2 phần: lực dọc Fd và lực ngang Fn.

Nhận xét: Mối ghép không bị phá hỏng, khi các tấm ghép không bị trượt, không bị tách hở, và bu lông không bị hỏng. Có nghĩa là mối ghép phải thỏa mãn các điều kiện Fms > Fn

σ ≤ [σK]

Áp dụng kết quả tính toán mối ghép bu lông chịu lực ngang, chịu lực dọc, đã trình bày ở trên, đêí giải quyết các bài toán trong phần này.

Bài toán kiểm tra bền được thực hiện theo các bước:

+ Tra bảng để có giá trị d1 và [σk].

+ Giả sử các tấm ghép không bị trượt, ta tính được lực xiết cần thiết Vc: Fms = [Vc- (1-χ).Fd].f.i > Fn lấy [Vc-(1-χ).Fd].f.i = K.Fn Suy ra: Vc = K.Fn/(f.i) + (1- χ).Fd

+ Tính ứng suất sinh ra trong thân bu lông, 2

1 2

1 .

. . 4 .

. 2 , 5

d F d

Vc d

π χ σ = π + + So sánh σ và [σk], kết luận:

Nếu σ > [σk], mối ghép không đủ bền.

Nếu σ << [σk], mối ghép quá dư bền, có tính kinh tế thấp.

Nếu σ ≤ [σk], mối ghép đủ bền.

Bài toán thiết kế được thực hiện như sau:

+ Chọn vật liệu chế tạo bu lông, tra bảng để có [σk].

+ Tính đường kính cần thiết của chân ren,

] .[

. . 4 ] .[

. 2 , 5

k d k

c C

F d V

σ π

χ σ

π +

Fd F

Fn F

Hình 6-16: Mối ghép chởu lổỷc doỹc vaỡ ngang

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com sachdethi.com

Chương 6: Mối ghép ren + Tra bảng tìm bu lông tiêu chuẩn, có đường kính d1 ≥ d1C. Ghi ký hiệu của bu lông.

Độ bền mỏi của chi tiết máy

Những vấn đề chung 1. Giới thiệu mối ghép ren