Hướng dẫn Cần thiết về Lắp đặt ốc vít: Tại sao Tải lực Kẹp vượt Trọng lực Mỗi lần

Bí mật thực sự để ốc vít chắc chắn: Tại sao lực kẹp quan trọng hơn mô-men xoắn

Điều quan trọng nhất về một mối ghép bu lông không phải là bạn xoay cờ lê bao nhiêu vòng, mà là độ chặt của ốc vít giữ các bộ phận lại với nhau. Ý tưởng này trái ngược với những gì nhiều người đã học qua nhiều năm, nơi mà cờ lê mô-men xoắn và súng tác động là công cụ chính mà ai cũng sử dụng. Tuy nhiên, việc không hiểu khoa học cơ bản đằng sau cách hoạt động của ốc vít là một lý do chính khiến các mối ghép thất bại, từ việc ốc vít lỏng lẻo do rung động đến gãy hoàn toàn. Tạo ra một mối ghép chắc chắn thực sự là kiểm soát độ kéo dài của ốc vít, chứ không chỉ đơn thuần là áp dụng lực xoay.

Hướng dẫn này vượt ra ngoài các hướng dẫn đơn giản về “cách làm” để giải thích các nguyên lý kỹ thuật giúp việc lắp đặt phụ kiện hoạt động đúng cách. Mô-men xoắn chỉ là một đầu vào – một cách gián tiếp và thường không đáng tin cậy để đạt được mục tiêu thực sự: lực kẹp. Căng thẳng tạo ra trong phụ kiện là lực giữ các bộ phận lại với nhau, chống lại các lực bên ngoài và giữ cho cấu trúc vững chắc.

Chúng ta sẽ khám phá vật lý cơ bản của lực kẹp, phân tích mối quan hệ phức tạp giữa mô-men xoắn và căng thẳng, và xem xét các yếu tố quan trọng thường bị bỏ qua nhưng có thể phá hỏng độ tin cậy của mối ghép. Sau đó, chúng ta sẽ so sánh các phương pháp lắp đặt khác nhau từ góc độ kỹ thuật và xem xét các mô hình thất bại phổ biến qua lăng kính của khoa học lắp đặt. Hướng dẫn này sẽ cung cấp cho bạn kiến thức để chẩn đoán vấn đề, thiết kế các mối ghép mạnh hơn và ngăn ngừa sự cố xảy ra trước khi chúng xảy ra.

Nguyên tắc cơ bản: Lực kẹp

Để thành thạo việc lắp đặt phụ kiện, chúng ta phải chuyển trọng tâm từ phương pháp (mô-men xoắn) sang mục tiêu cuối cùng (lực kẹp). Khái niệm cơ bản này, còn gọi là tải trước, là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hiệu suất của mối ghép bu lông, độ tin cậy của nó và tuổi thọ. Đây là nền tảng mà tất cả các nguyên lý khác dựa trên đó.

Lực kẹp là gì?

Lực kẹp là căng thẳng tạo ra trong phụ kiện khi nó được siết chặt. Hãy nghĩ ốc vít hoặc vít như một chiếc lò xo rất cứng, chính xác. Khi bạn xoay đai ốc, bạn đang kéo dài chiếc lò xo này. Lực tác dụng bởi ốc vít kéo dài, cố gắng trở về chiều dài ban đầu của nó, chính là lực kẹp. Chính lực này, chứ không phải khả năng chống lại các lực ngang của phụ kiện, mới giữ cho mối ghép cứng chắc và ngăn chặn chuyển động.

Các nhiệm vụ chính của lực kẹp rất quan trọng đối với hiệu quả của mối ghép:

  • Chống lại các tải ngang bên ngoài thông qua ma sát tạo ra giữa các bề mặt kẹp chặt.
  • Ngăn chặn sự tách rời của mối ghép khi chịu các tải kéo từ bên ngoài.
  • Cải thiện tuổi thọ mỏi bằng cách giảm thiểu thay đổi ứng suất mà ốc vít phải chịu dưới tải lặp lại.
  • Đảm bảo kín khí đáng tin cậy trong các mối ghép có gioăng bằng cách duy trì áp lực ổn định.

mục sư, kẹp quần áo, bộ gắn, kẹp quần áo, kẹp quần áo, kẹp quần áo, kẹp quần áo, kẹp quần áo

Nguy hiểm của việc sai lệch lực kẹp

Việc đạt được *lực kẹp* chính xác là một cuộc cân bằng. Mục tiêu thường là một tỷ lệ phần trăm cao của độ bền thử nghiệm của phụ kiện – điểm ngay trước khi nó bắt đầu kéo dài vĩnh viễn. Sai lệch khỏi mục tiêu này theo bất kỳ hướng nào đều dẫn đến thất bại.

Nếu lực kẹp quá thấp, mối ghép yếu. Nó có thể dẫn đến lỏng lẻo do rung động, khi các chuyển động nhỏ vượt qua ma sát giữ chặt và làm cho đai ốc lỏng ra. Nó có thể gây trượt trong các mối ghép dưới tác dụng của lực ngang, dẫn đến mài mòn và mỏi dần. Trong một mối ghép dưới tác dụng của lực kéo lặp lại, tải trước thấp có nghĩa là ốc vít phải chịu các thay đổi ứng suất lớn hơn nhiều, rút ngắn đáng kể tuổi thọ mỏi của nó. Một dấu hiệu rõ ràng của mối ghép siết chưa đủ chặt là sự xuất hiện của ăn mòn mài mòn, xuất hiện dưới dạng bụi màu nâu đỏ hoặc đen bị ép ra từ giữa các bề mặt ghép.

Ngược lại, nếu lực kẹp quá cao, chính phụ kiện cũng gặp nguy hiểm. Quá nhiều căng thẳng có thể kéo dài ốc vít vượt quá điểm dẻo, gây hư hỏng vĩnh viễn và mất lực kẹp. Trong trường hợp cực đoan hơn, nó có thể gây gãy ngay trong quá trình lắp đặt. Việc siết quá chặt này cũng có thể dẫn đến trượt ren trong đai ốc hoặc lỗ bắt ren, hoặc thậm chí làm vỡ hoặc hư hỏng các bộ phận kẹp, đặc biệt nếu chúng làm bằng vật liệu mềm hơn. Từ góc độ của người lắp đặt, dấu hiệu cảnh báo rõ ràng của việc siết quá chặt là cảm giác “bông xốp” hoặc “dễ dàng” đột ngột khi cờ lê tiếp tục quay mà không tăng thêm lực cản tương ứng. Điều này cho thấy các ren đang bị biến dạng và trượt.

Mối quan hệ giữa Mô-men xoắn và Lực kéo

Vì lực kẹp là một lực kéo thẳng và mô-men xoắn là một lực quay, làm thế nào để chuyển đổi giữa hai cái này? Việc chuyển đổi này là nguồn gốc của phần lớn sự không chắc chắn trong lắp đặt phụ kiện. Phương pháp phổ biến nhất để kiểm soát tải trước là áp dụng một mức mô-men xoắn cụ thể, nhưng đây là một khoa học gián tiếp và không chính xác, bị chi phối bởi một yếu tố chính và rất biến đổi: ma sát.

Công thức tính mô-men xoắn

Mối quan hệ giữa mô-men xoắn và lực căng tạo ra thường được ước lượng bằng phương trình dạng ngắn:

T = K x D x F

Hiểu rõ từng biến số là điều cần thiết để đánh giá giới hạn của công thức này:

  • T = Mô-men xoắn mục tiêu: Lực quay tác dụng lên đầu đai ốc hoặc bu lông, thường được đo bằng Newton-mét (Nm) hoặc pound-foot (ft-lbs).
  • K = Hệ số đai ốc / Hệ số ma sát: Một số không đơn vị phản ánh tất cả các tác động ma sát và hình học trong mối ghép. Đây là thành phần quan trọng nhất và biến đổi nhiều nhất.
  • D = Đường kính danh nghĩa của bu lông: Đường kính chính của phần bắt vít, đo bằng milimet (mm) hoặc inch (in).
  • F = Tải nén mục tiêu / Tải trước: Lực kéo mong muốn trong phần bắt vít, đo bằng Newton (N) hoặc pound-force (lbs).

Vấn đề “Hệ số K”

Trong khi công thức có vẻ đơn giản, độ chính xác của nó phụ thuộc hoàn toàn vào hệ số K. Số này cố gắng kết hợp tất cả các lực ma sát phức tạp, tương tác trong mối ghép. Khi bạn áp dụng mô-men xoắn cho phần bắt vít, năng lượng không được chuyển đổi hiệu quả thành lực nén hữu ích. Một phân tích điển hình về năng lượng của mô-men xoắn cho thấy hiệu suất rất thấp:

  • Khoảng 50% đến 60% mô-men xoắn được sử dụng chỉ để vượt qua ma sát giữa đai ốc hoặc đầu bu lông quay và bề mặt mà nó kẹp chặt.
  • Khoảng 40% đến 50% được dùng để vượt qua ma sát giữa các ren nam và ren nữ.
  • Chỉ còn lại khoảng 10% đến 20% mô-men xoắn đã áp dụng thực sự thực hiện công hữu ích là kéo dài bu lông để tạo ra lực nén.

Mất năng lượng 90% đến 100% này do ma sát không chỉ kém hiệu quả mà chính ma sát cũng rất khó dự đoán. Hệ số K không phải là hằng số toàn cầu; nó là biến số thay đổi đáng kể dựa trên nhiều điều kiện khác nhau. Đây là lý do chính khiến việc kiểm soát lực nén bằng mô-men xoắn đơn thuần có thể dao động ±25% hoặc hơn nữa, ngay cả trong các môi trường có kiểm soát tốt.

Bảng 1: Các Hệ số Đai ốc điển hình

Để thể hiện sự biến đổi này, bảng dưới đây cung cấp phạm vi ước lượng các hệ số K cho các điều kiện bắt vít phổ biến. Những giá trị này là ví dụ và có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Để có dữ liệu chính xác hơn, nên tham khảo các tài liệu như sổ tay của Viện Ốc vít Công nghiệp (IFI).

Điều kiện & Hoàn thiện của phần bắt vítPhạm vi Hệ số K (ước lượng)Ghi chú
Thép, không mạ, nguyên bản (khô)0.20 – 0.30Rất biến đổi, không khuyến nghị cho các mối ghép quan trọng.
Thép, Mạ kẽm (khô)0.18 – 0.25Hoàn thiện thương mại phổ biến.
Thép, mạ kẽm Cadmium (khô)0.12 – 0.18Ít ma sát hơn, nhưng có mối quan tâm về môi trường.
Thép, mạ kẽm nhúng nóng0.25 – 0.40Lớp phủ dày, không đều làm tăng ma sát và biến đổi.
Thép, có chất bôi trơn (ví dụ, Moly)0.08 – 0.15Giảm đáng kể ma sát; nguy cơ siết quá chặt.
Thép, có Loctite®0.19 – 0.28Hoạt động như một chất bôi trơn trong quá trình lắp ráp, sau đó khóa lại.

Như bảng cho thấy, chỉ cần thay đổi lớp phủ của ốc vít hoặc thêm chất bôi trơn có thể làm thay đổi hệ số K lên đến 100% hoặc hơn. Nếu giá trị mô-men xoắn không được điều chỉnh phù hợp, lực kẹp tạo ra sẽ cực kỳ sai lệch và nguy hiểm.

ốc vít, gỗ, bạc màu, cũ, rỉ sét, xây dựng, thiết bị, mộc, sửa chữa, gỗ, ván, phần cứng, sửa chữa, thợ thủ công, công nhân, công việc, gỗ cứng, thủ công, cải tiến, thợ sửa chữa, thợ thủ công, xây dựng, nghề nghiệp, người đàn ông, dụng cụ, lao động, lắp đặt, mộc, nghề thủ công, chuyên nghiệp, sửa chữa, ren, tay nghề, ốc vít, có ren, xây dựng xám, công việc xám, dụng cụ xám

Các biến số quan trọng trong lắp đặt

Hệ số K cung cấp cái nhìn sơ lược về sự phức tạp của ma sát, nhưng để lắp đặt ốc vít một cách đáng tin cậy thực sự, cần hiểu rõ hơn về tất cả các biến số thực tế ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa mô-men xoắn và lực căng. Những yếu tố này không chỉ mang tính học thuật; chúng tồn tại trong mọi mối nối và phải được tính đến để đạt được lực kẹp dự đoán được và an toàn.

Vai trò của bôi trơn

Bôi trơn là biến số quan trọng nhất ảnh hưởng đến hệ số K và do đó, lực kẹp đạt được cho một mô-men xoắn nhất định. Nhiệm vụ của chất bôi trơn là giảm ma sát. Như đã thấy, với 90% năng lượng mô-men xoắn bị mất do ma sát, ngay cả một thay đổi nhỏ về ma sát cũng có ảnh hưởng lớn đến 10% tạo ra lực căng trước.

Tình huống nguy hiểm nhất trong lắp đặt ốc vít là sử dụng chất bôi trơn không rõ ràng. Nếu kỹ sư chỉ định giá trị mô-men xoắn dựa trên điều kiện khô, như hiện trạng (ví dụ, K = 0.20), và kỹ thuật viên sử dụng hợp chất chống kẹt hoặc dầu (ví dụ, K mới = 0.12), kết quả sẽ là thảm họa. Cùng một mức mô-men xoắn sẽ tạo ra lực kẹp cao hơn đáng kể, có khả năng vượt quá giới hạn chịu lực của bu lông và gây hư hỏng vĩnh viễn hoặc hỏng ngay lập tức. Các thông số mô-men xoắn luôn phải đi kèm với trạng thái bôi trơn rõ ràng: khô hoặc có chất bôi trơn cụ thể, đã đặt tên.

Bảng 2: Ảnh hưởng của Bôi trơn

Bảng này thể hiện tác động rõ rệt của việc bôi trơn. Chúng tôi giả định một mô-men xoắn cố định 100 ft-lbs được áp dụng cho một bu lông giả định, và chỉ trạng thái bôi trơn thay đổi.

Điều kiện Bôi trơnHệ số K giả địnhLực kẹp tạo ra (Ví dụ)Tăng % từ Khô
Hiện trạng, khô0.2010.000 lbs0%
Dầu nhớt động cơ (30W)0.1513.333 lbs+33%
Bột Disulfide Molybdenum0.1020.000 lbs+100%

Như đã trình bày, việc sử dụng một loại bột dựa trên moly phổ biến có thể gấp đôi lực kẹp thu được cho cùng một mô-men xoắn đầu vào, biến một mô-men xoắn được chỉ định chính xác thành quá tải gây hỏng hóc.

Các biến số chính khác

Ngoài việc bôi trơn, còn có nhiều yếu tố khác góp phần vào sự biến đổi của hệ số K.

  • Hoàn thiện bề mặt & Mạ: Kết cấu bề mặt nhỏ của các bề mặt bạc đạn và ren đóng vai trò quan trọng. Các bề mặt thô hơn, như các phần cốt thép mạ kẽm nóng, tạo ra nhiều ma sát hơn và hệ số K cao hơn, biến đổi nhiều hơn. Các bề mặt mịn hơn, trơn tru hơn, như có lớp phủ cadmium hoặc zinc-flake, giảm ma sát và dẫn đến hệ số K thấp hơn.
  • Dung sai của ốc vít & lỗ: Sự phù hợp giữa các thành phần quan trọng. Một bu lông trong lỗ có khe hở chặt sẽ chịu nhiều ma sát hơn dưới đầu so với trong lỗ lỏng. Quan trọng hơn, các ren bị hỏng, bẩn hoặc kém chất lượng sẽ thể hiện ma sát cực kỳ cao và thất thường, tiêu tốn gần như toàn bộ năng lượng mô-men xoắn và dẫn đến lực kẹp gần như không tồn tại.
  • Tốc độ lắp đặt: Tốc độ siết chặt ảnh hưởng đến ma sát. Các dụng cụ siết nhanh, như mỏ lết tác động khí nén, tạo ra nhiệt đáng kể. Nhiệt này có thể thay đổi đặc tính của chất bôi trơn (nếu có) và các bề mặt kim loại trong quá trình siết, dẫn đến kết quả không nhất quán từ một bu lông đến bu lông khác. Việc siết chặt chậm, liên tục và kiểm soát, như dùng mỏ lết thủy lực hoặc mỏ lết thủ công đã được hiệu chỉnh, cho kết quả chính xác và lặp lại cao hơn nhiều.
  • Tái sử dụng ốc vít: Không khuyến khích siết lại ốc vít đã qua sử dụng cho các ứng dụng quan trọng. Chu trình siết chặt đầu tiên làm mịn hoặc đánh bóng các ren và bề mặt bạc đạn dưới đầu. Quá trình này làm mịn vĩnh viễn các bề mặt, giảm ma sát trong các lần lắp đặt sau. Sử dụng thông số mô-men xoắn của “ốc vít mới” ban đầu cho ốc vít đã qua sử dụng sẽ dẫn đến hệ số K thấp hơn và lực kẹp cao hơn, có thể gây nguy hiểm.
  • Loại vật liệu: Hệ số ma sát là đặc tính của cặp vật liệu. Một bu lông thép siết chặt vào bề mặt thép sẽ có hệ số K khác với khi cùng bu lông thép đó siết vào bề mặt nhôm hoặc gang. Điều này cần được xem xét trong thiết kế liên kết và thông số mô-men xoắn.

So sánh các phương pháp siết chặt

Do độ chính xác vốn có của phương pháp kiểm soát mô-men xoắn không cao, các kỹ sư đã phát triển một số kỹ thuật lắp đặt ốc vít thay thế. Việc chọn phương pháp phụ thuộc vào mức độ quan trọng của liên kết, độ chính xác yêu cầu của lực kẹp, chi phí và khả năng tiếp cận. Mỗi phương pháp có cách tiếp cận khác nhau để quản lý hoặc bỏ qua vấn đề ma sát.

Phương pháp 1: Kiểm soát mô-men xoắn

Đây là phương pháp phổ biến nhất do đơn giản và chi phí thấp. Nó hoàn toàn dựa vào công thức T=KDF và một mỏ lết mô-men xoắn đã được hiệu chỉnh. Nguyên lý là nếu biết K, D và F mong muốn, có thể tính toán và áp dụng mô-men xoắn mục tiêu T.

Điểm yếu chính của nó là hoàn toàn phụ thuộc vào hệ số K biến đổi rất nhiều. Như đã xác lập, những thay đổi không được tính đến trong việc bôi trơn, hoàn thiện bề mặt hoặc các yếu tố khác có thể dẫn đến sai lệch lớn so với lực kẹp mục tiêu. Độ chính xác điển hình hoặc độ phân tán lực kẹp của phương pháp này thường được đề cập là ±25% đến ±35%, khiến nó không phù hợp cho nhiều ứng dụng quan trọng nơi yêu cầu trước lực siết chặt.

Phương pháp 2: Quay vòng đai ốc

Cũng còn gọi là kiểm soát góc, phương pháp này chính xác hơn đáng kể vì nó loại bỏ phần lớn ma sát khỏi phương trình siết chặt cuối cùng. Quá trình gồm hai giai đoạn. Đầu tiên, phần cố định được siết chặt đến trạng thái “chặt vừa đủ” – điểm mà tất cả độ lỏng trong khớp nối được loại bỏ và các bề mặt chịu lực tiếp xúc chắc chắn. Điều này đòi hỏi một mô-men xoắn khởi đầu tương đối thấp, đều đặn. Thứ hai, từ điểm khởi đầu chặt vừa đủ này, đai ốc được xoay một góc cụ thể, đã được xác định trước (ví dụ, 1/2 vòng quay, 2/3 vòng quay).

Khi khớp nối đã chắc chắn, bất kỳ sự xoay nào thêm vào đều kéo dài trực tiếp bu lông theo đường cong đàn hồi của nó. Mối quan hệ giữa xoay và kéo dài này là một đặc tính hình học và không phụ thuộc vào ma sát. Độ chính xác của phương pháp này, thường trong phạm vi ±15%, đã khiến nó trở thành tiêu chuẩn trong lắp dựng thép cấu trúc trong các tòa nhà và cầu, theo quy định của các tổ chức như Viện Thiết kế Thép Mỹ (AISC).

Phương pháp 3: Chỉ số kéo căng trực tiếp

Các phương pháp chính xác nhất là những phương pháp cố gắng đo trực tiếp lực siết chặt, hoặc qua một phương pháp thay thế rất gần, thay vì suy ra từ một đầu vào như mô-men xoắn.

  • Kéo dài bu lông: Đây là phương pháp chính xác nhất hiện có. Nó xem bu lông như một chiếc lò xo và đo sự thay đổi chiều dài của nó. Chiều dài ban đầu của cố định được đo chính xác bằng thước cặp. Sau khi siết chặt, nó được đo lại. Sử dụng các đặc tính vật liệu và hình học đã biết của bu lông, sự kéo dài này có thể được chuyển đổi trực tiếp và rất chính xác thành lực siết chặt. Độ chính xác của nó có thể trong phạm vi ±3% đến ±5%.
  • Miếng đệm chỉ số kéo căng trực tiếp (DTI): Đây là các miếng đệm đặc biệt, sở hữu độc quyền, có các chấm nhỏ trên một mặt. DTI được đặt dưới đầu bu lông hoặc đai ốc. Khi siết chặt bu lông, các chấm này bị làm phẳng bởi lực siết. Lực siết đúng được xác nhận khi thước đo cảm giác không còn chèn vào khe hở do các chấm tạo ra. Điều này cung cấp một xác nhận trực quan và cảm giác rằng lực căng tối thiểu cần thiết đã đạt được, với độ chính xác thường khoảng ±10%.

Bảng 3: So sánh các phương pháp siết chặt

Bảng này tóm tắt các đặc điểm chính của từng phương pháp lắp đặt, cung cấp khung để lựa chọn dựa trên yêu cầu ứng dụng.

Phương phápNguyên tắcĐộ chính xác điển hình (Phân tán lực siết chặt)Ưu điểmNhược điểm
Kiểm soát mô-men xoắnTension gián tiếp qua mô-men xoắn±25% đến ±35%Dụng cụ nhanh, đơn giản, chi phí thấpCực kỳ nhạy cảm với ma sát, độ chính xác thấp nhất
Kiểm soát góc (Xoay đai ốc)Tension gián tiếp qua xoay±15%Chính xác hơn so với mô-men xoắn, ít nhạy cảm với ma sát hơnYêu cầu phải siết chặt đúng cách, khó kiểm tra
Đo kéo dài bu lôngTension trực tiếp qua kéo dài±3% đến ±5%Rất chính xác, đo trực tiếpChậm, yêu cầu truy cập cả hai đầu của bu lông, lao động có kỹ năng
Vít DTITension trực tiếp qua nén washer±10%Đáng tin cậy, cho phép kiểm tra dễ dàngChi phí cao hơn cho mỗi phần bắt, washer dùng một lần

Phân tích các phương thức hỏng hóc

Việc không hiểu và áp dụng đúng các nguyên tắc lắp đặt fastener dẫn trực tiếp đến các phương thức hỏng hóc dự đoán được và thường nghiêm trọng. Bằng cách xem xét các hỏng hóc này, chúng ta có thể thấy hậu quả thực sự của việc sai lệch khoa học và nhấn mạnh tầm quan trọng của phương pháp tập trung vào lực siết chặt.

Hỏng do lỏng lẻo rung động

Đây là phương thức hỏng phổ biến nhất của các mối nối chịu rung động hoặc tải ngang lặp lại. Nguyên nhân kỹ thuật là lực siết chặt không đủ. Lực siết tạo ra một lực ma sát giữa các bề mặt mối nối chống lại mọi chuyển động trượt. Nếu lực ngang bên ngoài đủ lớn để vượt qua lực ma sát này, xảy ra một trượt nhỏ. Trượt này tạm thời làm giảm tải các ren, cho phép đai ốc quay một lượng rất nhỏ. Qua hàng nghìn hoặc hàng triệu chu kỳ, những chuyển động nhỏ này tích tụ lại, dẫn đến mất hoàn toàn lực siết ban đầu và tách rời mối nối. Đây là hậu quả trực tiếp của việc đặt lực siết quá thấp hoặc, phổ biến hơn, không đạt được lực siết theo yêu cầu do ước lượng sai hệ số ma sát (ước lượng quá cao hệ số K).

Hỏng do quá tải

Loại này bao gồm trượt ren và gãy fastener trong hoặc sau khi lắp đặt. Nguyên nhân kỹ thuật là lực siết quá mức. Điều này xảy ra khi lực kéo gây ra trong bu lông vượt quá giới hạn của vật liệu. Nếu lực vượt quá giới hạn chảy của bu lông, nó sẽ bị kéo dài vĩnh viễn (chảy dẻo), mất tính đàn hồi và khả năng duy trì lực siết. Nếu lực vượt quá giới hạn kéo đứt tối đa, bu lông sẽ gãy.

Đây là kết quả điển hình của việc ước lượng hệ số K thấp. Nguyên nhân phổ biến nhất, như đã thảo luận, là việc sử dụng chất bôi trơn cho một mối nối có quy định mô-men xoắn “khô”. Người lắp đặt dùng cờ lê mô-men xoắn sẽ cảm nhận được lực cản mong đợi, nhưng ma sát giảm khiến phần lớn mô-men xoắn đó chuyển thành kéo dài bu lông. Người lắp đặt có thể cảm thấy mất lực đột ngột – cảm giác “mềm” hoặc “nhũn” – khi cờ lê tiếp tục quay. Đây là cảnh báo quan trọng rằng các ren của fastener hoặc ren của vật liệu cha đang bị cắt và mòn đi.

Hỏng do mỏi

Hỏng do mỏi là một phương thức tinh vi và nguy hiểm hơn xảy ra ở các mối nối chịu tải kéo lặp lại. Tuổi thọ mỏi của bu lông phụ thuộc rất lớn vào việc đạt được lực siết ban đầu cao. Khi một mối nối được nén chặt đúng cách, các thành phần được kẹp chặt sẽ bị nén. Khi tải kéo bên ngoài được áp dụng, nó phải vượt qua sự nén này trước khi bắt đầu tăng thêm tải trọng đáng kể lên bu lông. Do đó, bu lông được siết chặt cao chỉ trải qua một phần nhỏ của sự thay đổi tải trọng bên ngoài.

Nếu lực siết ban đầu thấp, bu lông sẽ phải chịu một phạm vi ứng suất lớn hơn nhiều trong mỗi chu kỳ tải. Việc tải và xả lặp lại này, dù đỉnh ứng suất vẫn thấp hơn giới hạn chịu đựng cuối cùng của bu lông, bắt đầu và phát triển một vết nứt vi mô, thường tại điểm tập trung ứng suất như phần tiếp xúc ren đầu tiên. Theo thời gian, vết nứt này lớn lên cho đến khi phần còn lại của tiết diện của bu lông không còn đủ khả năng chịu tải, dẫn đến gãy đột ngột và không cảnh báo. Đây là hậu quả trực tiếp của lực siết chặt. Một mối nối có vẻ chắc chắn khi lắp đặt có thể là một quả bom hẹn giờ nếu lực siết ban đầu không đủ.

bộ dụng cụ bu lông ô tô, phần cứng, phụ tùng ô tô, vít, đệm, kim loại, ô tô, xe hơi, Volkswagen, bộ dụng cụ bu lông, phụ tùng xe

Kết luận: Áp dụng tư duy Lực Siết Chặt Trước

Hành trình khám phá khoa học lắp đặt fastener cho thấy một chân lý rõ ràng và không thể phủ nhận: các mối nối bắt vít thành công và đáng tin cậy được thiết kế dựa trên việc tập trung vào lực siết chặt, chứ không phải bằng cách mù quáng áp dụng một giá trị mô-men xoắn từ bảng biểu. Chúng ta đã thấy rằng mô-men xoắn chỉ là một phương tiện gián tiếp, không hiệu quả và có độ biến động cao để đạt mục đích. Công việc thực sự của việc cố định mối nối là do lực căng hoặc lực siết ban đầu tạo ra trong fastener.

Độ tin cậy của phương pháp lắp đặt phổ biến nhất, kiểm soát mô-men xoắn, hoàn toàn phụ thuộc vào ma sát. Hiểu và kiểm soát cẩn thận các biến số ảnh hưởng đến ma sát này – bôi trơn, hoàn thiện bề mặt, tốc độ lắp đặt và điều kiện vật liệu – không phải là một phần tùy chọn; đó là yêu cầu không thể thương lượng đối với bất kỳ ứng dụng quan trọng nào. Khi hậu quả của sự cố gắng là lớn, chúng ta phải chuyển sang các phương pháp đáng tin cậy hơn như xoay đai ốc hoặc chỉ số lực căng trực tiếp.

Các nguyên tắc thảo luận ở đây là nền tảng để ngăn chặn lỏng lẻo rung động, hỏng quá tải và mỏi gây thảm họa. Bằng cách hiểu kiến thức này, kỹ sư, kỹ thuật viên và nhà thiết kế có thể vượt qua các phương pháp lỗi thời và đảm bảo an toàn, tính toàn vẹn của các bộ phận cơ khí của họ. Đối với mọi mối nối quan trọng, đừng hỏi “Mô-men xoắn là bao nhiêu?” mà hãy bắt đầu hỏi “Lực siết chặt cần thiết là gì, và phương pháp đáng tin cậy nhất để đạt được nó là gì?”

 

Chia sẻ điều này :

Mục lục

Bài viết liên quan