Mối Ghép Ren sinh viên cơ khí

Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

Chương 9

MỐI GHÉP REN
9.1. KHÁI NIỆM CHUNG
9.1.1. Cấu tạo
- Mối ghép ren là loại mối ghép có thể tháo được. Cấu tạo gồm các chi tiết máy ghép lại với
nhau nhờ vào các tiết máy có ren như bulông, đai ốc, vít …
Đầu bulông

Vít

Vít

Đai ốc

Thân bulông

Đai ốc
Vòng đệm

Hình 9.1. Các dạng mối ghép ren
a) Mối ghép bulông.

b) Mối ghép bằng vít.

c) Mối ghép bằng vít cấy.

- Ghép bằng ren được dùng khá phổ biến trong ngành chế tạo máy. Trên 60% tổng số chi tiết
máy được ghép bằng ren trong các máy móc hiện đại.
- Ren được tạo thành trên cơ sở một hình phẳng quét theo đường xoắn ốc trụ hoặc côn và luôn
nằm trong mặt phẳng qua trục tâm, các cạnh của hình quét sẽ tạo nên mặt ren. Hình phẳng có
thể là tam giác, hình vuông, hình thang, hình bán nguyệt… sẽ tạo nên ren tam giác, ren
vuông, ren hình thang, ren bán nguyệt…
9.1.2. Phân loại
a. Theo hình dáng: nếu đường xoắn ốc nằm trên mặt cơ sở là mặt trụ, ta có ren hình trụ.
Nếu đường xoắn ốc nằm trên mặt cơ sở là mặt côn, ta có ren hình côn. Ren hình trụ
được sử dụng nhiều hơn, ren hình côn thường dùng để ghép kín các đầu ống, các bình
dầu, nút dầu…
b. Theo chiều của đường xoắn ốc: ren được chia thành ren phải và ren trái. Ren phải có
đường xoắn ốc đi lên về bên phải, ren trái có đường xoắn ốc đi lên về bên trái.
c. Theo số đầu mối đường xoắn ốc: có các loại ren một mối, ren hai mối, ren ba mối …
Ren một mối được dùng phổ biến nhất.
9.1.3. Ưu, nhược điểm của mối ghép ren
a. Ưu điểm:
Bm. Thiết kế máy

-93-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

- Cấu tạo đơn giản.
- Có thể tạo lực dọc trục lớn.

- Có thể cố đònh các chi tiết ghép ở bất cứ vò trí nào nhờ vào khả năng tự hãm.
- Dễ tháo lắp.
- Giá thành thấp do được tiêu chuẩn hoá và chế tạo bằng các phương pháp có năng suất cao.
b. Nhược điểm:
- Tập trung ứng suất tại chân ren, do đó giảm độ bền mỏi của mối ghép.
9.1.4. Các dạng ren chủ yếu (SV tự đọc trong tài liệu [1]).
9.1.5. Các chi tiết máy trong mối ghép ren
- Bulông: là thanh hình trụ tròn có ren để vặn đai ốc, đầu bulông có hình vuông, hình đa giác
sáu cạnh hoặc các hình khác. Bulông được dùng để ghép các chi tiết máy:
 có chiều dày không lớn lắm.
 làm bằng vật liệu có độ bền thấp.
 cần tháo lắp thường xuyên.
Phân loại bulông và các đầu bulông: (SV tự đọc trong tài liệu [1]).
- Vít: khác bulông ở chỗ đầu có ren không trực tiếp vặn vào đai ốc mà vặn vào lỗ ren của chi
tiết máy được ghép. Vít được dùng trong trường hợp mối ghép không có chỗ bắt đai ốc, cần
giảm khối lượng mối ghép…
- Vít cấy: (SV tự đọc trong tài liệu [1]).
- Đai ốc: đai ốc có nhiều kiểu khác nhau nhưng dùng nhiều nhất là đai ốc sáu cạnh, bao gồm
các loại: đai ốc thô, đai ốc nửa tinh và đai ốc tinh.
- Vòng đệm: bằng thép mỏng, đặt giữa đai ốc và chi tiết ghép có tác dụng bảo vệ chi tiết
máy khỏi bò cào xước khi vặn đai ốc, đồng thời tăng diện tích tiếp xúc giữa đai ốc và chi tiết
 giảm ứng suất dập.
9.2. THÔNG SỐ HÌNH HỌC

Hình 9.2. Các thông số hình học của mối ghép ren
Các thông số hình học chủ yếu của ren hình trụ:
Bm. Thiết kế máy

-94-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

 Đường kính đỉnh ren d (đường kính danh nghóa): đường kính hình trụ bao đỉnh ren,
chọn theo tiêu chuẩn [bảng (17.2), trang 562 + bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1]].
 Đường kính chân ren d1: đường kính hình trụ chân ren (không tiêu chuẩn).
 Đường kính trung bình d2: đường kính hình trụ chia đôi tiết diện ren
d2 

d  d1
2

(9.1)



Bước ren p: khoảng cách giữa hai mặt song song của hai ren kề nhau đo theo
phương dọc trục.



Bước đường xoắn ốc pz:

pz  z1  p

(9.2)

pz
 d2

(9.3)

với z1 là số mối ren.


Góc tiết diện ren  .



Góc nâng ren  :
tg 

9.3. TÍNH BULÔNG ĐƠN
9.3.1. Tính bulông không được xiết chặt, chòu lực dọc trục
Trường hợp này đai ốc không được xiết chặt, không có lực xiết ban đầu. Ví dụ bulông của
móc treo như hình sau.

Hình 9.3 Móc treo
- Dạng hỏng: bò kéo đứt ở chân ren.
- Chỉ tiêu tính:

 k  [ k ]

(9.4)

- Công thức tính:

Bm. Thiết kế máy

-95-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

k 

F
 [ k ]
 d12
4

(9.5)

trong đó, d1 : đường kính tại tiết diện nguy hiểm,
F : lực tác dụng dọc trục bulông,
[ k ] : ứng suất kéo cho phép của vật liệu bulông.
- Suy ra, đường kính chân ren:

d1 

4F
 [ k ]

(9.6)

Theo giá trò d1 vừa tính được, tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm được bulông tiêu chuẩn.
9.3.2. Tính bulông được xiết chặt, không chòu lực dọc trục
Có hai trường hợp sau:
 Bỏ qua ma sát trên bề mặt ren (khi không xiết đai ốc): bulông chòu kéo đúng tâm.
 Xét đến ma sát trên bề mặt ren (khi xiết đai ốc): bulông chòu kéo do lực xiết gây nên
và chòu xoắn do moment ma sát trên ren sinh ra. Ví dụ bulông của nắp các bình kín,
không có áp suất dư.

Hình 9.4 Nắp bình kín được xiết chặt bằng các bulông
- Dạng hỏng: bò phá hủy ở chân ren.
- Chỉ tiêu tính:
 Bỏ qua ma sát:

 k  [ k ]

(9.7)

 td   k2  3 2  [ k ]

(9.8)

 Xét đến ma sát:
- Công thức tính:
Bm. Thiết kế máy

-96-

TS. Bùi Trọng Hiếu

Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

 Bỏ qua ma sát:

V
 [ k ]
 d12
4

k 

(9.9)

trong đó, d1 : đường kính tại tiết diện nguy hiểm,
V : lực xiết,
[ k ] : ứng suất kéo cho phép của vật liệu bulông.
Suy ra, đường kính chân ren:

d1 

4V
 [ k ]

(9.10)

Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm được đường kính bulông tiêu chuẩn.

 Xét đến ma sát:
Ta có:

k 



4V
 d12

Tms

W0

(9.11)
V. tg (   ' ).

d13

d2
2

(9.12)

16

trong đó,  ' : góc ma sát thay thế, tính theo hệ số ma sát thay thế  '  arctg f ' ,
Do đó:
2

2

 4V 
 8.V. tg (   ' ). d 2 
  1,3. k  [ k ]
 td   2   3 
d13
 d1 



(9.13)

Suy ra, đường kính chân ren:

d1 

1,3. 4.V
 [ k ]

(9.14)

Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm được đường kính bulông tiêu chuẩn.
9.3.3. Tính bulông được xiết chặt, chòu lực dọc trục
Ví dụ bulông của nắp các bình kín, bulông nắp ổ có lực dọc trục, bulông ghép máy với
móng máy…

Bm. Thiết kế máy

-97-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

F

V

d1

Dm

V’

m
Db

b
V

Khi chưa xiết
V  0

F  0

V’

F

Khi xiết chặt
V  0

F  0

Khi thêm vào lực kéo F
V  V'

F  0

Hình 9.5 Mối lắp bulông được xiết chặt, chòu lực dọc trục

D1
d0

lb

Ab ,Eb

lm

Vùng chòu ảnh hưởng có
dạng hình vành khăn

Hình 9.6
- Độ mềm của bulông:

b 

Db
V. lb
l

 b
V Eb . Ab .V Eb . Ab

(9.15)

m 

Dm
V. lm
lm


V
Em. Am.V Em. Am

(9.16)

- Độ mềm của tấm ghép:

- Suy ra, các chuyển vò:

Bm. Thiết kế máy

 b  [( F  V' )  V]. b

(9.17)

 m  (V  V' ). m

(9.18)

-98-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

- Điều kiện đồng chuyển vò:

Đặt:  

 m  b

(9.19)



(V  V' ). m  [( F  V' )  V]. b

(9.20)



V' (b  m )  V(b  m )  F .b

(9.21)



V'  V  F .

b

(9.22)

b  m

m
, gọi là hệ số ngoại lực, thì (9.22) trở thành:
b  m
V'  V  F .(1   )

(9.23)

- Để tránh tách hở thì V’>0, tức là:

Hay

V  F .(1   )

(9.24)

V  k.F .(1   )

(9.25)

với k là hệ số an toàn, k>1.
- Lực tác dụng lên bulông:
Fb  F  V'  F  (V  F .(1   )  V  F

(9.26)

- Để tránh phá hủy chân ren:
 Nếu bỏ qua ma sát trên bề mặt ren:

d1 

4 Fb

 [ k ]

4(V  F )
 [ k ]

(9.27)

 Nếu tính đến ma sát trên bề mặt ren:
 Xiết chặt rồi mới chòu lực:

d1 

4 (1,3.V  F )
 [ k ]

(9.28)

 Xiết chặt đồng thời với chòu lực: (nên tránh)

d1 

Bm. Thiết kế máy

4 (1,3.V  1,3.F )
 [ k ]

-99-

(9.29)

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

9.3.4. Tính bulông chòu lực ngang, lắp có khe hở
V
F
F

d1

V

Hình 9.7 Mối lắp bulông có khe hở
- Dạng hỏng:
 Tấm ghép bò di trượt.
 Bulông bò phá hủy ở chân ren.
- Chỉ tiêu tính:
 Để tránh di trượt:
Fms  F

(9.30)

 td  [ k ]

(9.31)

Fms  V. f .i  F

(9.32)

 Để tránh phá hủy chân ren:
- Công thức tính:
 Để tránh di trượt:



Hay

V
V

F
f .i

(9.33)

k.F
f .i

(9.34)

với f là hệ số ma sát; i là số bề mặt ghép và k là hệ số an toàn, (k>1).
 Để tránh phá hủy chân ren:

d1 

1,3.4.V
 [ k ]

(9.35)

d1 

1,3.4.k.F
 [ k ]. f .i

(9.36)

Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm được đường kính bulông tiêu chuẩn.
Bm. Thiết kế máy

-100-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

9.3.5. Tính bulông chòu lực ngang, lắp không có khe hở

d0

h1

F h2

F

h3

Hình 9.8 Mối lắp bulông không có khe hở
- Dạng hỏng:
 Thân bulông bò cắt ở tiết diện ghép.
 Thân bulông bò dập trên bề mặt tiếp xúc.
- Chỉ tiêu tính:
 Để tránh bò cắt:

  [ ]

(9.37)

 d  [ d ]

(9.38)

 Để tránh bò dập:

- Công thức tính:
 Để tránh bò cắt:



F
 [ ]
d 02
.i
4

(9.39)

4.F
 [ ].i

(9.40)

Suy ra đường kính thân bulông:

d0 

Tra bảng (17.7), trang 581, tài liệu [1] ta tìm được đường kính bulông tiêu chuẩn.
 Để tránh bò dập:
+ Tấm 2:

d 
2



Bm. Thiết kế máy

d0 

F
 [ d2 ]
d 0 .h2

(9.41)

F
[ d2 ].h2

(9.42)

-101-

TS. Bùi Trọng Hiếu

Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

+ Tấm 1 và tấm 3:

d 
1, 3



d0 

F
 [ d1, 3 ]
d 0 .(h1  h3 )

(9.43)

F
[ d1, 3 ].(h1  h3 )

(9.44)

Lưu ý: h3 tính như hình (không tính phần có ren vì xem như phần này không tiếp xúc).
Tóm lại, để bulông đủ bền (không bò cắt và bò dập), ta chọn đường kính thân bulông là giá trò lớn
nhất trong ba giá trò tính theo (9.40), (9.42) và (9.44).
Nhận xét: So sánh hai phương án lắp bu lông có khe hở và không có khe hở ta thấy:
- Phương án 1 không cần phải gia công chính xác lỗ, đường kính bulông lớn hơn.

- Phương án 2 cần phải gia công chính xác lỗ, đường kính bulông nhỏ hơn.
Do đó, khi thiết kế, phương án 1 là phương án lựa chọn đầu tiên vì dễ gia công lỗ. Nếu kích
thước bulông quá lớn thì chuyển sang phương án 2.
9.4. TÍNH NHÓM BULÔNG
Nguyên tắc: - Phân tích lực tác dụng lên từng bulông trong nhóm.
- Tính như mối ghép bulông đơn cho bulông chòu lực lớn nhất.
- Chọn các bulông còn lại bằng bulông chòu lực lớn nhất.
9.4.1. Mối ghép chòu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép đi qua trọng tâm mối ghép
F1

F2

1

2

F

F3

F4

4

3

Hình 9.9 Mối ghép chòu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép, đi qua trọng tâm
- Giả thiết lực từ tấm ghép tác dụng lên từng bulông là như nhau:
F1  F2  F3  F4  Fi 

F
z

(9.45)

với z là số bulông.
- Tính như mối ghép bulông đơn chòu lực ngang (có hoặc không có khe hở).
Bm. Thiết kế máy

-102-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

9.4.2. Mối ghép chòu moment nằm trong mặt phẳng ghép

F1

1

r1

2 F2

r2

M
r4

r3

F4

F3

4

3

Hình 9.10 Mối ghép chòu moment nằm trong mặt phẳng ghép
- Giả thiết lực từ tấm ghép tác dụng lên từng bulông tỉ lệ thuận với khoảng cách từ các bulông
đến trọng tâm mối ghép:
F1 F2
F

   i
r1
r2
ri



Fi 

(9.46)

F1
ri
r1

(9.47)

Và
n

n

i 1

i 1

M  F1r1  F2 r2      Fi ri   Fi ri  

F1 2 F1 n 2
ri   ri
r1 i1
r1

(9.48)

Vậy, lực tác dụng lên bulông số 1 tính như sau:
F1 

M r1
n

r
i 1

(9.49)

2

i

- Suy ra, Fmax ứng với rmax . Do đó, tính như mối ghép bulông đơn chòu lực ngang (có hoặc
không có khe hở).
9.4.3. Mối ghép chòu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép không đi qua trọng tâm mối ghép
- Tiến hành dời lực F về trọng tâm mối ghép, ta được lực F và momnet M. Lúc này, xem như
mối ghép chòu tác dụng đồng thời lực F đi qua trọng tâm và moment M . Dưới tác dụng của
các lực này, các tấm ghép có thể bò trượt hoặc xoay lên nhau.

Bm. Thiết kế máy

-103-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

l
1

  1800  



F1

FMi

FQi 

F2

M

Fi

FMi

2

Fi
3

FQi

FMi 


F3

F



F

F
z
M ri
n

r
i 1

2

i

FQi

Hình 9.11 Mối ghép chòu lực ngang nằm trong mặt phẳng ghép, không đi qua trọng tâm

Fi  FM2i  FQ2i  2FMi .FQi . cos 

(9.50)

Fi  FM2i  FQ2i  2FMi .FQi . cos 

(9.51)

- Lực Fmax : chọn lực lớn nhất trong tất cả các lực Fi , và   1800   .
9.4.4. Mối ghép chòu lực bất kỳ không nằm trong mặt phẳng ghép
l2

N


Q



V


T


V


N

l1

M 
T

V
-

N

-

 max

-

M

 min

Hình 9.12 Mối ghép chòu lực bất kỳ không nằm trong mặt phẳng ghép
Bm. Thiết kế máy

-104-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

- Dạng hỏng:

 Tấm ghép bò tách hở (do tác dụng của lực N ).

 Tấm ghép bò trượt (do tác dụng của lực T ).
 Bulông bò phá hủy ở chân ren.

- Công thức tính:
 Để tránh tấm ghép bò tách hở:

 max   N   M   V  0

(9.52)

trong đó,

N 

Nm
, với Nm  (1   ) N là thành phần lực tác dụng lên tấm ghép và
A
A là diện tích bề mặt ghép.

M 

Mm
, với Mm  (1   )M là thành phần moment tác dụng lên tấm
Wu

ghép và Wu là moment chống uốn của tiết diện ghép.

V 

V. z
, với V là lực xiết trên một bulông và z là số bulông.
A

Điều kiện (9.52) trở thành:



(1   ) N (1   ) M V. z


0
A
Wu
A

(9.53)

N M
A

.(1   ). 
z
 A Wu 

(9.54)

V

Lực xiết V (trên một bulông) để tránh tách hở là:

V

k(1   ) 

M . A

. N 
z
Wu 


(9.55)

 Để tránh tấm ghép bò trượt:
Fms  V.z  (1   ) N . f  T

(9.56)

V.z. f  (1   ) N. f  k.T

(9.57)

Lực xiết V (trên một bulông) để tránh trượt là:
Bm. Thiết kế máy

-105-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren

V

k.T  (1   ).N. f
z. f

(9.58)

Tổng các lực tác dụng lên bulông:

Fb  V 

 .N
z



 .M . r

(9.59)

n

r

2

i

i 1

trong đó ri là khoảng cách từ tâm bulông đến đường trung hòa.
Tổng các lực tác dụng lên bulông chòu tải lớn nhất:
Fmax  V 

 .N
z



 .M . rmax

(9.60)

n

r
i 1

2

i

Khi tính toán bulông chòu tải trọng tónh, lực xiết V cần nhân với 1,3 vì xét đến ứng suất
xoắn do moment trên ren gây nên:
Fmax  1,3V 

 .N
z



 .M . rmax

(9.61)

n

r
i 1

2

i

 Để tránh phá hủy chân ren:
 Nếu bỏ qua ma sát trên bề mặt ren:

d1 



 .N  .M . rmax
 n
4 V 

z
ri 2


i 1


 [ k ]








(9.62)

 Nếu tính đến ma sát trên bề mặt ren:
 Xiết chặt rồi mới chòu lực:

d1 



 .N  .M . rmax
4 1,3V 
 n

z
ri 2


i 1

 [ k ]








(9.63)

 Xiết chặt đồng thời với chòu lực: (nên tránh)

Bm. Thiết kế máy

-106-

TS. Bùi Trọng Hiếu


Bài giảng CHI TIẾT MÁY

Chương 9: Mối ghép ren



 .N  .M . rmax
1,3. 4  V 
 n

z

ri 2


i 1

d1 
 [ k ]








(9.64)

9.5. TÍNH MỐI GHÉP VÒNG KẸP (SV tự đọc trong tài liệu [1])

Bm. Thiết kế máy

-107-

TS. Bùi Trọng Hiếu