Thiết kế máy - MỐI GHÉP REN ppsx

Chương 10: Mối ghép ren
Chương 10: (2 tiết)
MỐI GHÉP REN
MỤC TIÊU:
Sau khi học xong bài học này, sinh viên có khả năng:
- Phân biệt được các loại ren và ứng dụng.
- Giải thích được các thông số hình học của chi tiết có ren, phân loại chi
tiết dùng trong mối ghép ren.
- Phân biệt và nêu được công thức tính toán trong trường hợp bu lông lắp
có và không có khe hở.
- Vận dụng được công thức để tính toán và chọn bu lông theo tiêu chuẩn.
NỘI DUNG:
I. Đại cương
1. Định nghĩa và phân loại ren
2. Thông số hình học chính của mối ren
3. Các loại ren thường dùng
4. Các chi tiết máy dùng trong mối ghép ren
5. Vật liệu của tiết máy có ren
6. Ưu nhược điểm của mối ghép ren
II. Tính Bulông (Vít)
1. Các dạng hỏng của mối ghép ren và chỉ tiêu tính toán:
2. Tính toán độ bền mối ghép bằng ren chịu tải trọng tĩnh
3. Ví dụ tính toán
Câu hỏi ôn tập
NHỮNG LƯU Ý VỀ GIẢNG DẠY VÀ HỌC TẬP:
1. Tập trung giải thích các thông số hình học và tiêu chuẩn của chi tiết bu lông,
đai ốc, so sánh với các mối ghép cố định và tháo được. Vận dụng các công thức
để tính toán, chọn kích thước bu lông . Chuẩn bị tài liệu phát tay về bài tập tính
toán bu lông.
2. Sinh viên phải đọc trước các nội dung trước khi đến lớp. Liên hệ thực tiễn và
đọc thêm các tài liệu tham khảo. Thảo luận nhóm và liên hệ với giảng viên để

giải bài tập tính toán bu lông.
Giáo trình Chi tiết máy
119
Chương 10: Mối ghép ren
I. ĐẠI CƯƠNG
1. Định nghĩa và phân loại ren:
a) Định nghĩa:
Mối ghép ren thuộc loại mối ghép tháo được, các tấm ghép được liên kết
với nhau nhờ các chi tiết máy có ren, như: bu lông, vít, vít cấy, đai ốc, các lỗ có
ren. (Hình 10.1)
b)
Phân loại ren:
- Căn cứ theo hướng đi lên của ren:
+ Ren phải: đi lên từ trái sang phải.
+ Ren trái: đi lên từ phải sang trái.
- Căn cứ theo số đầu mối:
+ Ren một đầu mối.
+ Ren hai, ba đầu mối.
- Căn cứ theo công dụng:
+ Ren ghép chặt: dùng để ghép chặt các chi tiết máy lại với nhau. Đối với
ren ghép chặt, yêu cầu chủ yếu là độ bền cao, ma sát lớn để giữ mối ghép không
tự tháo.
+ Ren ghép chặt kín: ngoài chức năng ghép chặt các chi tiết máy còn để
giữ không cho chất lỏng hay chất khí chảy qua.
+ Ren truyền động: dùng để truyền chuyển động như trong cơ cấu vít me -
đai ốc.
+ Ren chịu tải: như trong cơ cấu kích ép.
2. Thông số hình học chính của mối ren
- Bước ren, ký hiệu là p, mm, là khoảng cách theo chiều trục giữa hai
vòng ren kề nhau. Giá trị của p được tiêu chuẩn hóa theo d. Giá trị bước ren theo

TCVN, mm: 0,5; 0,6; 0,7; 0,75; 0,8; 1,0; 1,25; 1,5; 1,75; 2,0; 2,5; 3,0; 3,5; 4,0.
- Bước xoắn ốc p
z
: khoảng cách theo chiều trục giữa hai vòng ren kề nhau
của cùng một mối ren.
p
z
= z.p (z là số mối ren)
- Đường kính ngoài d, mm, còn gọi là đường kính đỉnh ren, gía trị của d
lấy theo dãy số tiêu chuẩn.
Ví dụ: 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; (14); 16; 18; 20; (24); (27); 30; (33); 36;
42; 48;
- Đường kính chân ren d1, mm, được tiêu chuẩn hóa theo d.
Giáo trình Chi tiết máy
120
Hình 10.1: Mối ghép bulông (a), vít (b), vít cấy (c)
Chương 10: Mối ghép ren
- Đường kính trung bình d2, mm,
1
2
2
d d
d
+
=
1
2
2
d d
d

+
=
- Chiều dài của thân bu lông l, mm, được lấy theo chiều dày của các tấm
ghép.
- Chiều dài đoạn cắt ren của bu lông l1, thường lấy l1≥ 2,5d.
- Chiều cao mũ bu lông, ký hiệu là H1, mm, thường lấy H1 = (0,5 ÷ 0,7) d.
- Chiều cao của đai ốc H, thường lấy H = (0,6 ÷ 0,8) d.
- Tiết diện mặt cắt ngang của ren, có diện tích mặt cắt A, tiết diện của ren
được tiêu chuẩn hoá.
Ren hệ Mét, tiết diện ren là hình tam giác đều.
Ren hệ Anh, tiết diện ren là hình tam giác cân, có góc ở đỉnh là 55
0
.
- Chiều cao làm việc của tiết diện ren h, mm.
- Góc nâng của đường xoắt vít, γ; ta có tgγ =
2
.d
p
z
π
.
- Số đầu mối ren z, thường dùng ren một đầu mối.
Ren một đầu mối có p
z
= p,
Ren hai đầu mối có p
z
= 2p.
3. Các loại ren thường dùng
a) Ren hệ mét:

Có tiết diện tam giác đều. Ren hệ mét có 2
loại: ren bước lớn và ren bước nhỏ.
- Ren bước lớn: lâu mòn hơn so với ren bước
nhỏ, độ bền ren ít chịu ảnh hưởng của sai sót trong
quá trình chế tạo. Ren hệ mét bước lớn ký hiệu bằng
chữ M kèm theo con số chỉ đường kính ngoài của
ren. Ví dụ: M14, M16, . . .
- Ren bước nhỏ: so với ren bước lớn thì ren
bước nhỏ có ưu điểm độ bền cao hơn vì có đường
kính trong d
1
lớn hơn, khả năng tự hãm lớn hơn vì
góc nâng ren γ nhỏ. Ren hệ mét bước nhỏ ký hiệu
bằng chữ M kèm theo con số chỉ đường kính ngoài của ren và con số chỉ giá trị
bước ren. Ví dụ: M10x0,75; M12x1; M22x2. . . .
Giáo trình Chi tiết máy
121
Hình 10.2: Các thông số hình học mối ghép ren
h
p
H
1

d
d
1
l
1
l
S

1
S
2
H
d
Hình 10.3: Ren hệ mét
p
Bulông
Đai ốc
Chương 10: Mối ghép ren
b) Ren hệ Anh:
Có tiết diện là tam giác cân, góc ở đỉnh α = 55
0
. Đường kính đo bằng đơn
vị inches, bước ren được đặt trưng bằng số ren trên chiều dài 1 inch.
c) Ren ống:
Là loại ren hệ Anh bước nhỏ, dùng để ghép kín các ống, có hai loại: đỉnh
bằng và đỉnh tròn. Ren đỉnh bằng dễ chế tạo, dùng trong các ống chịu áp suất
nhỏ; ren đỉnh tròn tiếp xúc kín hơn, dùng trong các ống chịu áp suất lớn.
d) Ren tròn:
Dùng trong các tiết máy chịu tải trọng lớn, va đập, hoặc trong môi trường
bẩn cần phải thường xuyên tháo lắp để vệ sinh. Do có bán kính nên ít có tập
trung ứng suất.
e) Ren vuông:
Có tiết diện là hình vuông, α = 0
0
, có hiệu suất cao nhưng ít được sử dụng
do khó chế tạo, độ bền không cao, khó khắc phục khe hở dọc trục sinh ra khi ren
bị mòn.
g) Ren hình thang cân:

Có tiết diện là hình thang cân, α = 30
0
, có độ bền cao hơn ren vuông,
dùng để truyền động và chịu tải hai chiều.
h) Ren răng cưa:
Có tiết diện hình thang không cân,
được dùng trong truyền động một chiều.
i) Ren côn:
Được dùng để nối các đường ống,
nút kín các hộp chứa dầu, đảm bảo không
rò rỉ và không cần dùng thêm vòng đệm
kín.
4. Các chi tiết máy dùng trong
mối ghép ren
- Bu lông, thường là thanh kim loại
hình trụ, một đầu có ren để vặn với đai ốc, một đầu có mũ hình sáu cạnh hoặc
hình vuông, để tra các chìa vặn xiết bu lông (Hình 10-6). Ren trên bu lông được
gia công bằng bàn ren, tiện ren, hoặc cán ren.
Giáo trình Chi tiết máy
122
Hình 10.4: Ren ống
Đỉnh
bằng
Đỉnh
tròn
Hình 10.5: Ren răng cưa
Bulông
Đai ốc
Chương 10: Mối ghép ren
Bu lông được phân ra: bu lông thô, bu lông bán tinh, bu lông tinh, bu lông

lắp có khe hở, bu lông lắp không có khe hở. Bu lông có ren hệ Mét và bu lông
ren hệ Anh. Bu lông có ren trái, bu lông có ren phải.
Bu lông là chi tiết máy được tiêu chuẩn hóa cao.
- Vít, có hình dạng, kích thước tương tự như bu lông, chỉ khác ở phần mũ
(Hình 10-7). Mũ vít có nhiều hình dạng, mũ vít được xẻ rãnh, hoặc làm lỗ 6 cạnh
chìm để tra các chìa vặn. Vít cũng được tiêu chuẩn hóa.
- Vít cấy: là thanh hình trụ, hai đầu có ren (Hình 10-8). Một đầu ren cấy
vào lỗ ren của tấm ghép, đầu còn lại vặn với đai ốc.
- Đai ốc có 6 cạnh, có ren trong (Hình 10-9). Ren trên đai ốc được gia
công bằng ta rô, hoặc tiện. Đai ốc cũng được chia ra: đai ốc thô, đai ốc bán tinh
và đai ốc tinh.
- Vòng đệm, chủ yếu để bảo vệ bề mặt các tấm ghép không bị xước, một
số đệm còn có tác dụng phòng lỏng. Các loại đệm thường dùng: đệm thường,
đệm vênh, đệm gập, đệm cánh (Hình 10-10). Ngoài ra còn sử dụng chốt chẻ, dây
buộc để hãm bulông, đai ốc.
5. Vật liệu của tiết máy có ren
Vật liệu chủ yếu là thép cacbon thường, thép cacbon chất lượng tốt hoặc
thép hợp kim. Đai ốc được chế tạo cùng loại vật liệu như bulông hoặc vật liệu có
độ bền thấp hơn chút ít.
6. Ưu nhược điểm của mối ghép ren
a) Ưu điểm:
- Cấu tạo đơn giản.
- Mối ghép bảo đảm.
- Các kiểu ren đa dạng.
Giáo trình Chi tiết máy
123
Hình 10.7: Vít
Hình 10.6: Bulông
Hình 10.8: Vít cấy Hình 10.9: Đai ốc
Hình 10.10: Đệm thường, đệm vênh, đệm gập, đệm cánh

Chương 10: Mối ghép ren
- Có thể cố định các tiết máy ghép ở bất kỳ vị trí nào nhờ khả năng tự
hãm.
- Dễ tháo lắp, có thể tháo lắp nhiều lần.
- Có thể chịu được lực dọc trục lớn.
- Giá thành tương đối thấp do được tiêu chuẩn hóa và được chế tạo bằng
các phương pháp có năng suất cao như cán ren.
b) Nhược điểm:
- Có tập trung ứng suất tại chân ren cho nên làm giảm độ bền mỏi của mối
ghép.
II. TÍNH BULÔNG (VÍT)
1. Các dạng hỏng của mối ghép ren và chỉ tiêu tính toán:
- Khi siết 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 siết V. Các vòng ren trên bu lông
chịu phản lực Ft (Hình 10-11). Trên
mối ghép ren có thể xuất hiện các
dạng hỏng 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 siết đai ốc.
+ Các vòng ren bị hỏng do cắt
đứt ren, dập bề mặt tiếp xúc, hoặc bị
uốn gãy. 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
gãy.
- Ngoại lực tác dụng gồm có
lực dọc trục và lực ngang.

Lực dọc trục có tác dụng
giống như khi siết chặt bu lông và đai ốc.
Lực ngang có tác dụng làm dập, cắt đứt thân bulông, làm dập lỗ lắp
bulông hoặc cắt đứt tấm ghép.
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.
- Các chỉ tiêu tính toán của bulông:
+ Tính và kiểm tra mối ghép ren theo điều kiện bền: σ ≤ [σ
k
], dùng cho
mối ghép ren ghép có khe hở.
+ Tính và kiểm tra mối ghép ren theo điều kiện cắt: τ ≤ [τ
c
], dùng cho
mối ghép ren ghép không có khe hở, chịu lực ngang là chủ yếu.
Giáo trình Chi tiết máy
124
Hình 10.11: Lực tác dụng lên bulông và ren
M
x
M
x
F
t
Chương 10: Mối ghép ren
2. Tính toán độ bền mối ghép bằng ren chịu tải trọng tĩnh
a) Bulông lắp không có khe hở
Trường hợp này cả thân bulông và lỗ

đều được gia công chính xác. Lực tác dụng
thẳng góc với đường tâm của bulông như
trên hình (10.12) tạo nên ứng suất cắt và dập
thân bulông.
Đường kính thân bulông tính theo điều kiện
độ bền cắt:
d
b
≥
c
i
Q
][
4
τπ
trong đó [τ]
c
ứng suất cắt cho phép của vật
liệu làm bulông, [τ]
c
=(0,2-0,3)σ
ch
, σ
ch
là ứng
suất chảy, tính theo N/mm
2
; Q-lực tác dụng lên mối ghép, tính theo N; i-số mặt
chịu cắt (trên hình 10.12, i=1); d
b

- đường kính thân bulông, mm.
*Đường kính thân bulông tính theo độ bền dập:
d
b
≥
d
Q
][
min
σδ
trong đó: δ
min
- chiều dày của tấm mỏng nhất trong các tấm ghép chịu dập cùng
thân bulông, mm;
[σ]
d
: ứng suất dập cho phép của vật liệu làm bulông, N/mm
2

-Thép cacbon lấy: [σ]
d
=(0,8-1) σ
ch
;
-Thép hợp kim lấy: [σ]
d
=(0,6-0,8) σ
ch
;
-Gang lấy: [σ]

d
=(0,6-0,8) σ
bk
(ứng suất bền kéo)
σ
ch
và σ
bk
chọn theo bảng vật liệu. Đối với thép CT.3 có thể lấy σ
ch
=190-220
N/mm
2
. Đối với gang độ bền thấp, trung bình và cao lấy lần lượt bằng 12-15, 19-
21 và 26-32 N/mm
2
.
b) Bulông lắp có khe hở
* Trường hợp tải trọng thẳng góc với
đường tâm (hình 10.13)
Để chống trượt giữa các mặt tiếp xúc làm
cong bulông thì cần phải siết bulông thật chặt
để tạo nên lực căng V, sao cho :
V=
fi
Q2,1
Trong đó: Q- tải trọng ngang hay lực trượt, N ;
f-hệ số ma sát. Với các tấm ghép là gang hay
thép thì f= 0,1-0,15 khi mặt trượt khô, f= 0,06
khi mặt trượt có dầu. Khi có phun cát hoặc các

biện pháp khác làm tăng hệ số ma sát thì giá trị của f cũng tăng và được lấy theo
sổ tay; i- số mặt trượt (trên hình 10.13, i=1); 1,2- hệ số an toàn.
Giáo trình Chi tiết máy
125
Q
ur
Hình 10.12: Bulông lắp không có khe hở
d
b
Q
ur
Hình 10.13: Bulông lắp có khe hở
Q
ur
Q
ur
V
ur
Chương 10: Mối ghép ren
*Tính đường kính bulông
Sử dụng công thức:
1
3,1
F
V
≤
[σ]
tt
hay
[ ]

tt
V
d
σπ
3,1
2
1
≥
; d
1
là đường kính chân bulông.
Trong đó: V là lực siết đai ốc; 1,3 là hệ số xét đến ảnh hưởng của mômen xoắn
do xiết đai ốc sinh ra; F
1
là diện tích tiết diện bulông tại đường kính chân ren d
1
,
với F
1
=
4
2
1
d
π
. Giá trị F
1
và d
1
đều có sẵn trong bảng chọn bulông tiêu chuẩn.

[σ]
tt
là ứng suất tính toán, với [σ]
tt
=
][n
ch
σ
(N/mm
2
) ;
σ
ch
là ứng suất chảy của vật liệu làm bulông (N/mm
2
), lấy theo bảng trong sổ tay.
[n] là hệ số an toàn cho phép, được chọn như sau:
- Khi lực căng V có thể điều khiển được thì lấy [n]≈1,6 đối với bulông thép
cacbon, [n] ≈2 đối với bulông thép hợp kim.
- Khi lực căng V không thể điều khiển được thì [n] được chọn theo đường
kính chân ren d
1
như trong bảng sau:
Vật liệu làm bulông Giá trị [n] khi đường kính chân ren d
1
[mm]
6 - 16 > 16 - 30 > 30 - 60
Thép cacbon 5 - 4 4 - 2,5 2,5 - 1,7
Thép hợp kim 6,5 - 5 5 - 3,3 3,3 - 3
3. Ví dụ tính toán:

Chọn đường kính bulông cho mối ghép như trên hình 10.13, chịu tải trọng
ngang Q=1000N. Biết rằng các tấm ghép làm bằng thép, bề mặt tiếp xúc giữa
chúng ở trạng thái khô. Bulông bằng thép CT.3 có ứng suất chảy σ
ch
=
210N/mm
2
, ren bước lớn. Tính cho trường hợp lực căng có thể điều khiển được.
Giải:
Để hai tấm ghép khỏi trượt lên nhau, ta cần tạo một lực căng V tính theo
công thức:
V=
fi
Q2,1
Ở đây số cặp mặt trượt là i=1. Hệ số ma sát f lấy bằng 0,12. Do đó:
V=
112,0
10002,1
x
x
=10.000N
Áp dụng công thức , ta tính được diện tích tiết diện bulông tại chân ren F
1
:
F
1
=
u
V
][

3,1
σ
Vì lực căng V có thể điều khiển được nên lấy hệ số an toàn [n] = 1,6. Do đó ứng
suất tính toán cho phép sẽ là:
[σ]
u
=
][n
ch
σ
=
6,1
210
=131,25N/mm
2
Giáo trình Chi tiết máy
126
Chương 10: Mối ghép ren
Áp dụng công thức ta tính được diện tích tiết diện bulông tại chân ren F
1
:
F
1
=
u
V
][
3,1
σ
=

25,131
10000.3,1
≈ 99,05mm
2
Vì F
1
=
4
2
1
d
π
nên từ đó ta có thể tính ra đường kính chân ren d
1
:
d
1
=
π
1
4F
=
14,3
05,99.4
≈ 11,25mm
Tra bảng tiêu chuẩn, ta chọn bulông bước lớn M14 có đường kính chân ren d
1
=
11,835 mm
CÂU HỎI ÔN TẬP

1. Phân loại các dạng ren của chi tiết bu lông, đai ốc. Ứng dụng đối với từng loại.
2. Ý nghĩa của việc tiêu chuẩn hóa đối với chi tiết bu lông, đai ốc.
3. Giải thích vì sao bu lông có bước ren càng nhỏ thì độ bền càng lớn, và khả
năng tự hãm càng cao?
BÀI TẬP :
Đối với mối ghép như hình 10.14, biết:
Q = 1000N;
σ
ch
= 210N/mm
2
;
δ = 10mm.
Tính đường kính thân bulông d
b
.
Giáo trình Chi tiết máy
127
Hình 10.14: