03 xác định hệ số xiết trên mối ghép ren

1 BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3 XÁC ĐỊNH HỆ SỐ XIẾT TRÊN MỐI GHÉP REN I Mục tiêu thí nghiệm Giúp sinh viên nắm vững lý thuyết khớp vít và các giai đoạn quá trình xiết Giúp cho sinh viên nắm rõ hơn về mối quan h[.]

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ XIẾT TRÊN MỐI GHÉP REN

I Mục tiêu thí nghiệm

- Giúp sinh viên nắm vững lý thuyết khớp vít và các giai đoạn quá trình xiết

- Giúp cho sinh viên nắm rõ hơn về mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết ban đầu thông qua việc xác định hệ số xiết K Đồng thời qua đó, sinh viên còn có thể hiểu rõ hơn về các yếu tố của điều kiện lắp ảnh hưởng đến mối ghép bulông

- Giúp cho sinh viên được tiếp cận với các phương pháp, dụng cụ đo và xác định lực xiết, mômen xiết

II Các quy tắc kỹ thuật an toàn

Sinh viên tuân thủ các quy tắc kỹ thuật an toàn trong phòng thí nghiệm

III Cơ sở lý thuyết

1 Các giai đoạn xiết bu lông

Để bulông làm việc ta phải xiết các bulông bằng lực xiết, chính là lực kẹp để liên kết các chi tiết ghép Để xiết được bulông, ta phải tạo ra một mômen xiết TV để “xoay” đai ốc hoặc đầu bulông để tạo

ra lực xiết V

Hình 1 Mômen xiết và lực xiết

Trong quá trình xiết bằng mômen xiết TV, mối ghép ren có thể trải qua năm giai đọan:

1 Xoay tự do: ren xoay hầu như không có sự cản trở cho đến khi có sự liên kết giữa các

chi tiết của mối ghép

2 “Xâm nhập”: các chi tiết ghép bắt đầu “tương thích” với nhau, không còn các khe hở

và nhấp nhô bề mặt

3 Vùng đàn hồi: Lực kẹp tăng lên trên bề mặt chi tiết ghép bởi lực xiết trên bulông trong

giới hạn đàn hồi

4 Giới hạn đàn hồi: Lực kẹp có xu hướng chững lại bởi bulông bắt đầu đạt đến giới hạn

đàn hồi

5 Vùng dẻo: lực xiết (kéo) đạt đến giá trị tối đa bởi bulông đã vượt điểm giới hạn đàn hồi

và dẫn đến hỏng hóc

Hình 2 Đường biểu diễn khi tác dụng mômen xiết đai ốc (hay bulông)

Để xác định lực xiết người ta có thể đo trực tiếp các thiết bị đo lực Một cách đơn giản hơn để xác định lực xiết V là thông qua mômen xiết TV:

3

.10



V

trong đó: TV – mômen xiết, Nm; V – lực xiết ban đầu, N; d – đường kính danh nghĩa bulông, mm; K – hệ số xiết, hay còn được gọi là hệ số đai ốc, hệ số mômen xiết

2- Lý thuyết khớp vít

Mặt khác theo lý thuyết khớp vít để xiết bulông với lực xiết dọc trục V (H.3a) ta cần phải

có tạo mômen xiết TV, được xác định theo công thức [1]:

trong đó: Tms - mômen lực ma sát trên mặt tiếp xúc của đai ốc;

Tr - mômen lực tác dụng trên ren, gọi tắt mômen trên ren

Mômen ma sát Tms trên mặt tiếp xúc của đai ốc với chi tiết ghép:

2

tb

ms VfD

trong đó: Dtb = (Do + do)/2

do - đường kính lỗ lắp bulông ;

Do - đường kính ngoài mặt tựa của đai ốc (H.3c);

f - hệ số ma sát giữa đai ốc và chi tiết ghép

Theo hình 3a, giữa Ft và V có sự phụ thuộc:

t

F V

tan(   ')

trong đó:  - góc nâng ren vít

 ’ = arctanf ’ - góc ma sát trên mặt ren, với f ’ - hệ số ma sát tương đương trên ren

Hình 3 Lực tác dụng bu lông trong quá trình xiết đai ốc [1]

Thay các biểu thức xác định Tr và Tms vào công thức (1) ta có:

tb V

D

d

2 2

0, 5   tan( ')

       

Trong công thức trên đơn vị V là N, các đường kính là mm Để đơn vị TV là Nm thì công thức (5) được viết thành:

3 2

2

0, 5 10   tan( ')

tb V

D

3 Hệ số xiết K

Trong nhiều tài liệu [2], hệ số K có nhiều cách gọi khác nhau chẳng hạn như nut factor, torque

coefficient, tightening factor và là thuật ngữ được sử dụng để thể hiện mối quan hệ giữa lực xiết và

mômen xiết Hệ số xiết K là hệ số thực nghiệm, và nếu so sánh với lý thuyết khớp vít theo công thức (7) thì có sự quan hệ sau:

2

0, 5   tan( ')

          

tb

Do đó, hệ số xiết K là sự tổng hợp của tất cả các yếu tố ảnh hưởng hưởng đến mối quan hệ giữa

mômen xiết và lực xiết trong thực tế, bao gồm cả ma sát, sự xoắn, uốn, biến dạng đàn hồi của ren và rất nhiều các yếu tố khác mà chúng ta có thể đã biết hoặc chưa biết Do đó, rất khó để xác định chính xác

hệ số xiết, nó chỉ có thể được xác định tương đối thông qua thực nghiệm cho mỗi ứng dụng cụ thể

Thông thường, trong từng ứng dụng cụ thể, người ta thường xác định một dải giá giá trị của K để dự

đoán giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của lực xiết từ đó đưa ra giá trị mômen xiết ban đầu

Hệ số K chủ yếu phụ thuộc vào điều kiện lắp, điều kiện bôi trơn, vật liệu và các tính chất của bề mặt ren Nhìn chung, hệ số K rất khó để xác định chính xác do hệ số ma sát giữa bề mặt đai ốc và chi

tiết ghép cũng như hệ số ma sát trên ren ta khó đo được giá trị chính xác Do đó bằng con đường thực nghiệm ta có thể xác định hệ số xiết K này

Giá trị của K thường nằm trong khoảng 0,086 ÷ 0,5 Đối với mối ghép thép -với-thép thường lấy K trong khoảng 0,14 ÷ 0,23 Thông thường, chọn K = 0,2khi không xác định được điều kiện lắp

Hình 4 Biểu đồ tần suất xuất hiện các giá trị của hệ số xiết K đối với mối ghép thép-với-thép [2]

IV Mô tả thí nghiệm

Hình 5 Mô hình thí nghiệm xác định hệ số xiết K

Mô hình xác định hệ số xiết K bao gồm các thành phần như hình 5

- Một mối ghép đơn giản gồm có bulông, đai ốc, vòng đệm và hai tấm ghép Trong đó bulông phải xác định được cơ tính của vật liệu làm bulông

- Một cờ lê xiết có thể xác định được mômen xiết (hình 6)

a) Cờ lê dạng cơ; b) Cờ lê điện tử

Hình 6 Cờ lê xác định mômen xiết

- Bộ thiết bị xác định lực xiết có thể bằng loadcell hoặc bằng sóng siêu âm gồm các đầu đo và các máy xử lý và xuất tín hiệu

Thí nghiệm được thực hiện bằng cách xác định mômen xiết thông qua cờ lê xiết và xác định lực xiết thông qua loadcell hoặc máy đo siêu âm trên một mối ghép có bulông được chọn trước Thông qua việc xác định tỷ số giữa mômen xiết và lực xiết ta xác định được hệ số xiết K

V Trình tự thực hiện

1 Lựa chọn bulông cần thí nghiệm, xác định được đường kính danh nghĩa và thông số vật liệu của bulông

2 Lắp đặt và hiệu chỉnh các thiết bị đo lực xiết

2.1 Lắp đặt loadcell vào mối ghép và với các thiết bị xử lý tín hiệu (máy hiển thị hoặc máy tính)

như hình 7

Hình 7 Cách lắp loadcell vào mối ghép

2.2 Tiến hành calíp vật liệu trên máy đo siêu âm, bôi dung dịch “khử nhiễu sóng” lên đầu đo và đầu bulông

3 Tiến hành xiết bulông bằng cơ lê và đồng thời quan sát kết quả hiện thị trên máy đo siêu hoặc máy

đo loadcell Ghi nhận các kết quả mômen xiết, lực xiết bằng hai phương pháp vào bảng số liệu

4 Tính toán hệ số xiết thông qua công thức (7) và ghi nhận vào bảng số liệu Và theo công thức (7) ta

có thể xác định hệ số ma sát trên ren và giữa bề mặt đai ốc và chi tiết ghép (giả sử hai hệ số má sát này bằng nhau)

Thực hiện thí nghiệm tương tự trên mối ghép bulông có bôi trơn bằng dầu

5 Tính toán hệ số xiết bằng lý thuyết với các hệ số ma sát tra bảng va so sánh với kết quả đo

6 Rút ra nhận xét và kết luận

Tài liệu tham khảo

1 Nguyễn Hữu Lộc Giáo trình Cơ sở thiết kế máy NXB Đại học Quốc gia TP Hồ

Chí Minh 2016

2 John H Bickford Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints - Fourth

Edition, Non-Gasketed Joints CRC Press, Taylor & Francis Group 2008

3 John H Bickford Handbook of bolts and bolted joints MARCEL DEKKER, INC

1998

MẪU BÁO CÁO THÍ NGHIỆM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ

Bộ môn Thiết kế máy

BÀI THÍ NGHIỆM SỐ 3

XÁC ĐỊNH HỆ SỐ XIẾT TRÊN MỐI GHÉP REN

Sinh viên thực hiện:

Nhóm:

Lớp:

Giáo viên hướng dẫn:

Tp Hồ Chí Minh, 1/2016

I Mục tiêu thí nghiệm

1 Nắm rõ lý thuyết khớp vít

2 Sử dụng được cờ lê đo mômen xiết để xác định mômen xiết;

3 Hiểu được nguyên lý, sử dụng được máy đo bulông bằng sóng siêu âm để đo lực xiết trên bulông;

4 Hiểu được nguyên lý, sử dụng được loadcell để đo lực xiết trên bulông;

5 Xác định được hệ số xiết, thông qua đó hiểu được mối quan hệ giữa mômen xiết và lực xiết, cũng như các yếu tố của điều kiện lắp đối với mối ghép

II Các quy tắc kỹ thuật an toàn

Sinh viên tuân thủ các quy tắt an toàn của phòng thí nghiệm

III Báo cáo thí nghiệm

1 Xác định các thông số mối ghép ren và các dụng cụ đo

2 Kết quả đo

Bảng 1 Kết quả đo

Số

lần

đo

Tiến hành thí nghiệm trên bulông có đường kính danh nghĩa d = … (mm)

Mômen xiết TV ,

Nm

r

T K Vd



Đo bằng máy đo siêu âm Đo bằng loadcell

1

2

3

4

5

3 Đồ thị phục thuộc hệ số xiết vào mô men xiết

4 Tính toán hệ số xiết bằng lý thuyết theo công thức (8) với các hệ số ma sát tra bảng và so sánh với kết quả đo

IV Nhận xét kết quả và Kết luận

IV Câu hỏi ôn tập

1 Vai trò vả tầm quan trọng của việc xác định lực xiết và mômen xiết trong thực tế

2 Ý nghĩa của hệ số xiết K

3 Nguyên lý hoạt động của máy đo siêu âm và chìa khóa đo lực

4 Xác định hệ số xiết theo lý thuyết khớp vít

5 So sánh hệ số xiết các trường hợp mối ghép có và không có bôi trơn, rút ra kết luận