63 Chương 3 LIÊN KẾT CÁC BỘ PHẬN CỦA KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC §3.1.GIỚI THIỆU CHUNG. Để liên kết các bộ phận của kết cấu kim loại với nhau ta có thể dùng 3 phương pháp chủ yếu : liên kết hàn, liên kết tán đinh và liên kết bu lông. Ngoài ra ta có thể dùng phương pháp khác như dán bằng keo dán đặc biệt. Kết cấu dán keo thường sử dụng trong ngành chế tạo máy bay, vì ở đây các hợp kim nhẹ rất khó hàn còn tán đinh thì sẽ làm xấu đến dạng khí động học các bề mặt cánh. 3.1.1.Liên kết hàn (ch.4 – [07]). Hàn là phương pháp chủ yếu để để liên kết các bộ phận của kết cấu thép. Kết cấu hàn kinh tế và nhẹ hơn kết cấu tán đinh 15% ÷ 20%. Phương pháp hàn có thể chia ra : hàn tay, hàn tự động, hàn bán tự động. Quá trình hàn của hai phương pháp sau được cơ giới hóa và tự động hóa, nên độ bền và độ an toàn của mối hàn được nâng cao. 3.1.2.Liên kết tán đinh, bulông. Do những thành tựu mới về hàn mà phương pháp tán đinh ngày càng ít được sử dụng. Phương pháp tán đinh trong liên kết chỉ còn dùng cho những kết cấu chòu tải trọng thay đổi và dao động (trong các cầu đường sắt, cần trục làm việc ở chế độ rất nặng). Liên kết bu lông được sử dụng trong các cấu kiện lắp ráp (để lắp chân, cần, cabin vào thân của cần trục v.v…), trong các cầu dã chiến để thay thế đơn giản, nhanh chóng. Ngoài ra còn sử dụng cho các liên kết sử dụng trong thời gian ngắn. Việc liên kết các kết cấu thép của cần trục chòu tải trọng động và dao động hay dùng bulông tinh và bulông có độ bền cao, đảm bảo cho mối nối có độ tin cậy lớn. §3.2. LIÊN KẾT HÀN. 3.2.1.Các kiểu mối hàn, [07], [08]. Hình 3.1.Sơ đồ các phương pháp hàn : a) Phương pháp hàn tay, b) Phương pháp hàn tự động. c) Phương pháp hàn bán tự động; d) Phương pháp hàn dưới lớp xỉ hàn.(?) 1- Que hàn (hoặc dây hàn trần); 2-Kìm hàn điện; 3-Nguồn điện (biến thế hoặc máy phát); 4- Hồ quang điện; 5-Chất trợ dung; 6-Phễu rải thuốc hàn; 7-Bể hàn; 8- Con trượt; 9-Xỉ hàn; 10-Thanh nối. 64 Trong kết cấu kim loại của cần trục hay sử dụng các kiểu mối hàn sau : mối hàn giáp mối, mối hàn góc hay mối hàn chồng. Hàn giáp mối để nối các đầu thanh yêu cầu nằm cùng trong mặt phẳng (hình 3.2.a), Khi chiều dày các thanh hay các tấm không lớn (δ≤8 mm), đầu thanh không cần cắt vát và khe hở giữa các đầu thanh từ (1÷2) mm sẽ được lấp đầy kim loại hàn. Khi chiều dày lớn hơn thì mép hàn được gia công chữ V, chữ X. Trong trường hợp không thể hàn 2 mặt thì có thể hàn 1 phía theo dạng chữ U. Mối hàn giáp mối có tính liên tục tốt, ứng suất tập trung nhỏ nên hay được dùng cho các kết cấu chòu tải trọng động. Khi chòu tải trọng động chất lượng mối hàn không cao hơn so với bề mặt kim loại cơ bản. Mối hàn góc sử dụng khi cần chập hai thanh hay hai tấm vào với nhau (nên còn gọi là mối hàn chồng) (hình 3.2.b); chồng 1 phía; chồng 2 phía. Mối hàn góc thẳng góc với chiều lực tác dụng thì gọi là mối hàn ngang. Mối hàn góc song song với chiều lực tác dụng thì gọi là mối Hình 3.2 - Các kiểu liên kết hàn. a) Hàn đối đầu; b) Hàn chồng; c) Mối hàn chữ T và mối hàn góc. d) Các dạng gia công mép bản thép khi hàn tay; e) Các dạng gia công mép bản thép khi hàn tự động; f) Gia công bản thép khi h àn với chiều dày khác nhau; g, h, i – Hàn có tấm nối. 65 hàn dọc. Mối hàn bao gồm cả hai loại dọc và ngang thì gọi là mối hàn hỗn hợp. Phương của mối hàn tạo thành một góc nào đó với phương của lực tác dụng gọi là mối hàn xiên. Mặt cắt tiêu chuẩn của mối hàn này là một tam giác cân các cạnh bằng hay nhỏ hơn chiều dày của tấm. Tiết diện tính toán của mối hàn thường được tính thêm một lượng 0,1δ h , do khi hàn kim loại bò dày lên. Ở đây δ h là chiều cao tam giác cân. Khi hàn tay, chiều cao của tiết diện mối hàn được tính bằng : δ h = 0,7 h h , (3.1) Khi hàn nửa tự động và tự động có trợ dung, chiều dày mối hàn có thể tăng lên, cho nên trong trường hợp chung nhất chiều dày tính toán của mối hàn có thể tính theo : δ h = η.h h (3.2) Ở đây : η phụ thuộc phương pháp hàn : hàn tay η = 0,7; hàn nửa tự động η = 0,8; hàn tự động η = 1.h h là kích thước các cạnh tam giác. Khi các cạnh khác nhau thì lấy kích thước cạnh nhỏ nhất. Khi mối hàn chòu tải trọng động, có thể hàn với cạnh rộng hoặc cong lõm. Trường hợp này chiều cao tính toán của mối hàn phải giảm đi. 3.2.2.Tính toán liên kết hàn. 1) Mối hàn chòu trạng thái ứng suất đơn [09], [10]. Hình 3.3Các kiểu mối hàn góc. a) Mối hàn dọc; b) Mối hàn ngang; c) Mối hàn xiên; d) Mối hàn hỗn hợp. Hình 3.3 Đường hàn góc (đều 2 cạnh) a) và b) ; Đường hàn góc lõm và thoải c) và d) 66 Khi tính toán liên kết hàn ta giả thiết ứng suất phân bố đều trên toàn bộ tiết diện của mối hàn giáp mối và cả mối hàn góc. Các công thức tính toán khi đó cho sẵn ở bảng 3.1. Ứng suất cho phép và độ bền tính toán cho ở bảng 3.2 và bảng 3.3. Khi tải trọng thay đổi và cần trục làm việc ở chế độ nặng thì mối hàn được tính theo độ bền mỏi. Chiều dày mối hàn giáp mối là giá trò kết cấu và thường bằng chiều dày của chi tiết hàn. Còn chiều dài của mối hàn thì phải xác đònh bằng cách tính toán, sau đó lấy thêm cho mỗi phía 5 mm; vì khi bắt đầu và kết thúc mối hàn phải có chỗ để duy trì vùng lửa hàn. Nếu như ứng suất cho phép của mối hàn nhỏ hơn ứng suất cho phép (độ bền tính toán) của kim loại nền thì mối hàn và kim loại nền sẽ không cùng độ bền, điều đó chỉ cho phép đối với các tiết diện không chòu tải đầy đủ. Để tăng độ bền, đầu vật hàn khi hàn giáp mối nên cắt xiên 1 góc α. Để tính toán lực N phân làm 2 thành phần N.sinα thẳng góc với mối hàn; N.cosα song song với mối hàn. Tính toán mối hàn theo kéo, nén, cắt, uốn theo các công thức ở bảng 3.1. Bảng 3.1.Các công thức tính toán mối hàn (khi chòu kéo, nén, cắt) – (VII).[10]. Điều kiện bền Kiểu mối hàn Dạng lực Theo ứng suất cho phép Theo trạng thái giới hạn Kéo h k h l N ][ . σ δ ≤ h k h gh R l N ≤ . δ Nén h n h l N ][ . σ δ ≤ h n h gh R l N ≤ . δ Cắt h h l N ][ . τ δ ≤ h k h gh R l N ≤ . δ Mối hàn giáp mối chính chòu lực: ta xét từng trường hợp : Chỉ chòu kéo do lực N, chỉ chòu nén do lực N, chỉ chòu cắt do lực Q, chỉ chòu uốn do mô men uốn M. Trường hợp chòu lực tổng quát sẽ xét ở dưới đây. Uốn h k h x W M ][ σ ≤ h k h x gh R W M ≤ h k h l N ][ . sin. σ δ α ≤ h k h gh R l N ≤ . sin. δ α Kéo h h l N ][ . cos. τ δ α ≤ h c h gh R l N ≤ . cos. δ α h n h l N ][ . sin. σ δ α ≤ h n h gh R l N ≤ . sin. δ α Mối hàn giáp mối xiên còn gọi là mối hàn giáp mối cạnh : lực kéo hoặc nén N được phân làm 2 thành phần : N.sinα gây ứng suất pháp; N.cosα gây ứng suất tiếp trên mặt cắt dọc qua mối hàn. Nén h h l N ][ . cos. τ δ α ≤ h c h gh R l N ≤ . cos. δ α Mối hàn chồng còn gọi là mối hàn góc, lưu ý chiều dài mối hàn được tính bao gồm cả mối hàn dọc và mối hàn ngang. Kéo hoặc nén h hh lh N ][ τ η ≤ Σ h c hh gh R lh N ≤ Σ η Trong các công thức trên : N là do tải trọng tiêu chuẩn gây ra; N gh là lực tính toán theo hệ số tính toán quá tải và hệ số điều kiện làm việc; hh k h n ][,][,][ τσσ là ứng suất cho phép khi nén, kéo, cắt (xem bảng 3.2); h c h n h k RRR ,, là độ bền tính toán theo kéo, nén và cắt (xem bảng 3.3); η là hệ số điều chỉnh công thức (3.2). 67 Mối hàn nghiêng với góc α ≤ 65 o sẽ cho độ bền tương tự độ bền của kim loại nền và không cần kiểm tra mối hàn khi tính toán. Thông thường sử dụng độ nghiêng của nhát cắt 2 :1 và ứng với góc α = 64 o . Tất cả các mối hàn góc không phụ thuộc vào lực dọc trục khi tính toán theo cắt đã cho ở bảng 3.1. Trường hợp này tính toán chiều cao của mối hàn theo các công thức ở bảng 3.4. Bảng 3.2. Ứng suất cho phép của mối hàn, (B2.14).[09]. (dùng cho phương pháp ƯSCP) Phương pháp hàn Kiểu mối hàn Dạng ứng suất Hàn tay với que hàn có quét lớp trợ dung dày (kiểu Э 42) Hàn tay với que hàn có quét lớp trợ dung dày chất lượng cao (kiểu Э 42A); hàn tự động và nửa tự động. Giáp mối Kéo 0,80 [σ] 0,90 [σ] Giáp mối Nén 0,90 [σ] 1,00 [σ] Giáp mối Góc Cắt 0,65 [σ] 0,65 [σ] Bảng 3.3a.Độ bền tính toán R h của mối hàn trong kết cấu thép MN/mm 2 (kG/cm 2 )(B.19).[07] (dùng cho phương pháp TTGH) Hàn tự động, nửa tự động cũng như hàn tay với các kiểu que hàn Э42 và Э42A Э50A Э55 Mác của thép (được hàn) – kim loại nền 14Г2, 16ГC khi δ Các kiểu mối hàn và dạng ứng suất (Trạng thái ứng suất) C T .3 ; C T .4 ≤ 20 mm 21-32 mm 09 Г2C, 10 Г2C1, 15XCHД 10XCHД A. Hàn giáp mối 1. Mối hàn chòu nén ……………………………… h n R 205 (2100) 285 (2900) 275 (2800) 285 (2900) 330 (3400) 2. Mối hàn chòu kéo ……………………………… h k R a) Khi hàn tự động 205 (2100) 285 (2900) 275 (2800) 285 (2900) 330 (3400) b) Khi hàn bán tự động và hàn tay có sử dụng các phương pháp nâng cao chất lượng. b1) Sử dụng các phương pháp nâng cao chất lượng (kiểm tra bằng các PP hiện đại) 205 (2100) 285 (2900) 275 (2800) 285 (2900) 330 (3400) b2) Theo kinh nghiệm (kiểm tra bằng các phương pháp thông thường). 175 (1800) 245 (2500) 235 (2400) 245 (2500) 285 (2900) 3. Cắt…………………………………………………………… h c R 130 (1300) 165 (1700) 165 (1700) 165 (1700) 195 (2000) B. Mối hàn góc (Nén, kéo, cắt) 145 (1500) 195 (2000) 195 (2000) 195 (2000) 235 (2400) 68 Bảng 3.3.b. Độ bền tính toán R h của mối hàn, (thực hiện hàn dưới khí Acgon) trong kết cấu nhôm MN/mm 2 (kG/cm 2 ) (bảng 20 – [07]) Mác hợp kim Kiểu mối hàn Dạng ứng suất AM Г 6 AM Г 6 1 Hàn giáp mối Nén, kéo ……… h n R , h k R 140 (1400) 160 (1600) Hàn giáp mối Cắt …………………………… h c R 85 (850) 100 (1000) Hàn góc Cắt …………………………… h c R 70 (700) 80 (800) Bảng 3.4.Chiều cao nhỏ nhất của mối hàn góc (h h min , mm) (bảng 2-9 – [09], độc giả tham khảo thêm trang 196 – [10]) h hmin khi chiều dày của chi tiết hàn δ max (mm) Thép 5 – 7 8 – 10 11 – 20 21 –30 31 – 50 ≥ 51 Các bon 5 6 7 8 11 12 Hợp kim 6 7 10 12 Để loại trừ việc hàn không thấu và vật hàn bò nung quá nhiệt nên áp dụng đẳng thức : 4 mm ≤ h h ≤ 1,2 δ (3.3) Để giảm ứng suất tập trung thì độ dài của mối hàn góc không nên lớn hơn 60 mm hay 6.h h . Không nên dùng mối hàn cạnh có độ dài hơn 50.h h . Nếu như muốn hàn chồng các loạt tiết diện không đối xứng (như thép góc – hình 3.4 ) thì tiết diện mối hàn (chiều dài mối hàn) phải không bằng nhau để cho chúng làm việc như nhau (ứng suất bằng nhau). Để xác đònh tiết diện hàn cho mỗi một đường hàn thép góc phải xuất phát từ điều kiện cân bằng mômen phát sinh do trọng tâm mối hàn lệch so với tâm kéo của tiết diện. Với điều kiện đó lực trong thanh sẽ không gây hỏng cho mối hàn. Nếu gọi F 1 và F 2 là tiết diện làm việc của các mối hàn, xuất phát từ điều kiện cân bằng mômen ta có (VII-[10]): 2 1 2 1 l l F F = ; ngoài ra ta cần phải có : F 1 + F 2 = F h , Ở đây F h là diện tích tiết diện chung của mối hàn xác đònh theo : F h = h N ][ τ hay F h = h c gh R N ; đối với thép góc đều cạnh : F 1 = 0,7F h , F 2 = 0,3F h ; các giá trò F 1 và F 2 chọn theo độ dài và độ dày của mối hàn góc, theo kinh nghiệm thì thường chọn theo độ dày từ điều kiện (3.3) và bảng 3.4. Hình 3.4. Mối hàn thép góc. Hình 3.5.Tỷ lệ chiều dài mối hàn góc trong các trường hợp : thép góc đều cạnh, không đều cạnh. 69 2) Mối hàn có nhiều thành phần nội lực : Ta xét một số trường hợp mối hàn chòu lực phức tạp, [08]: a) Nếu liên kết hàn đối đầu chòu tác dụng đồng thời của mô men uốn M và lực cắt Q (Hình 3.6), độ bền của nó được kiểm tra theo các công thức sau : h k h h x h l M W M ][ . 6 2 σ δ σ ≤== ; hay h k h gh h x gh R l M W M ≤= 2 . 6 δ (3.4) h h h l Q J QS ][ 2 3 max τ δδ τ ≤== ; hay h c h ghgh R l Q J SQ ≤= δδ 2 3 (3.5) b) Nếu liên kết hàn đối đầu chòu tác dụng đồng thời của mô men uốn M và lực kéo (hoặc nén) N (Hình 3.7), độ bền của nó được kiểm tra theo các công thức sau : h k h h h l M l N ][ 6 2 σ δ δ σ ≤+= (3.6) h k h gh h gh R l M l N ≤+ 2 6 δ δ (3.7) c) Mối hàn góc chòu đồng thời M và Q : Độ bền của nó được kiểm tra theo các công thức sau (hình 3.8), (VII- [10]: h hh hh td lh Q lh M ][ 6 2 2 2 τ β β τ ≤         +         = (3.8) h c hh gh hh gh R lh Q lh M ≤         +         22 2 6 β β (3.9) 3.2.3.Các phương pháp kết cấu và công nghệ để nâng cao độ bền mỏi mối hàn. Việc nâng cao độ bền mỏi của các kết cấu cần trục làm việc khi có tải trọng thay đổi theo chu kỳ và dao động có một ý nghóa rất quan trọng. Để làm được điều đó cần có 2 điều kiện sau : 1) Chọn các kích thước của chi tiết và mối hàn sao cho ứng suất phát sinh khi làm việc phải nhỏ hơn giới hạn bền mỏi. 2) Dựa vào các biện pháp kết cấu và công nghệ để làm giảm ít nhất ứng suất tập trung và làm tăng giới hạn mỏi cũng như thời gian phục vụ của các kết cấu. Điều kiện thứ 2 có tính chất quyết đònh. Chúng ta sẽ nêu một vài biện pháp kết cấu công nghệ để nâng cao độ bền mỏi. Biện pháp 1 : Cố gắng sử dụng hoàn toàn các phương pháp hàn tự động và nửa tự động có trợ dung vì nó có khả năng cho mối hàn có độ bền và độ nhẵn bề mặt cao nhất. Biện pháp 2 : Việc hàn tự động và nửa tự động các kết cấu có nhiều khó khăn, cho nên có thể thay bằng các kết cấu tấm phẳng hoặc kết cấu hộp với điều kiện không tăng trọng lượng quá mức. Biện pháp 3 : Cố gắng sử dụng nhiều nhất mối hàn giáp mối vì có độ bền cao hơn mối hàn góc. Hình 3.6 Mối hàn đối đầu chòu đồng thời mômen uốn và lực cắt. Hình 3.7-Mối hàn đối đầu chòu đồng thời mômen uốn và lực kéo. Hình 3.8. Mối hàn góc chòu đồng thời mômen uốn và lực cắt. 70 Biện pháp 4: Để nâng cao độ bền mỏi của mối hàn giáp mối thì : áp dụng hàn hai bên. Nếu như hàn hai bên khó khăn và không cần thiết thì có thể hàn một bên nhưng phải sâu và thấu. Đầu mối hàn phải quá miếng đệm (nếu hàn có đệm). Không nên hàn đắp lớn quá vì như vậy sẽ làm giảm độ bền mỏi. Việc làm nhẵn mối hàn bằng cơ khí có tác dụng rất lớn để nâng cao độ bền mỏi chung. Bề mặt chuyển tiếp từ mối hàn sang kim loại nền (chi tiết) phải đều đặn, nhất là khi hàn các tấm có chiều dày và chiều rộng khác nhau. Độ nghiêng chuyển tiếp này không được lớn hơn 1:5. Số mối nối bằng hàn phải tối thiểu đặc biệt ở các chi tiết chòu kéo. Biện pháp 5 : Để nâng cao độ bền mỏi trong các mối hàn góc thì phải : + Những mối hàn liên kết các bộ phận kết cấu (dầm, khung, …) phải hàn suốt chiều dài của các chi tiết liên kết. + Chiều dày của mối hàn phải nhỏ nhất, chiều dày đó phụ thuộc vào chiều dày lớn nhất của chi tiết cần hàn (bảng 3.4) *) Chiều dài của mối hàn góc không quá : 60 mm. *) Chiều dài của mối hàn cạnh không quá : 50 mm. *) Làm nhẵn mối hàn sau khi hàn. Lưu ý: khi hàn xong, do ảnh hưởng của nhiệt độ nên cấu kiện thường bò cong vênh, hiện tượng đó gọi là biến hình hàn. Biến hình hàn làm mất công sửa chữa cấu kiện nên cần tìm cách giảm ứng suất hàn và biến hình hàn (độc giả tham khảo thêm các tài liệu về công nghệ hàn). §3.3.LIÊN KẾT BẰNG BU LÔNG. 3.3.1. Cấu tạo chung của bu lông. Hình dáng và ký hiệu các kích thước chính của bu lông cho trên hình Hình 3.9, theo TCVN 1892-76. Thân bu lông là đoạn thép tròn, đường kính thông thường d = 12 ÷ 48 mm, với bulông neo d tới 100 mm . Quan hệ giữa các kích thước như sau (TCVN 1892-76): d 1 =0,85d R 1 = d D =2d S = 0,15d H b =0,7d D v = 2,2d l o =(1,5÷2)d c = 0,15d H đ =0,8d a = (0,15÷0,25)d R =1,5d Đường kính trong của phần bò ren là d 1 , chiều dài của phần thân không ren nhỏ hơn chiều dày tập bản thép liên kết khoảng 2-3 mm. Chiều dài của phần ren l o = 1,5÷2÷2,5d. Chiều dài bu lông : l = 35-300 mm tùy theo yêu cầu sử dụng. Mũ và êcu (đai ốc) của bulông thường có dạng lục giác đều. Long đen đệm hình tròn dùng để phân phối áp lực của êcu lên mặt thép cơ bản. 3.3.2. Phân loại bu lông [08]. Tùy theo cách sản xuất, vật liệu và tính chất làm việc của bulông người ta chia bu lông ra làm các loại : bulông thô, bulông có độ chính xác bình thường (bulông thường), bulông có độ chính xác nâng cao (bulông tinh, bulông chính xác), bulông cường độ cao, bulông neo (bulông nền). Hình 3.9. Bulông và tương quan kích thước của nó. 71 1) Bulông thô và bu lông thường. Bulông thô và bu lông thường được sản xuất từ thép cácbon bằng cách rèn, dập. Độ chính xác thấp nên đường kính thân phải nhỏ hơn đường kính lỗ 1÷3 mm. Lỗ của loại bulông này được làm bằng cách đột hoặc khoan từng bản riêng rẽ. Đột thì mặt lỗ không phẳng, phần thép xung quanh lỗ 2÷3 mm bò giòn và biến cứng nguội. Do độ chính xác không cao nên khi ghép tập bản thép các lỗ không hoàn toàn trùng khít nhau, bu lông không thể tiếp xúc chặt với thành lỗ (ký hiệu lỗ loại C). Loại bulông này rẻ, sản xuất nhanh và dễ đặt vào lỗ nhưng chất lượng không cao. Khi làm việc (chòu trượt) sẽ biến dạng nhiều, vì vậy không nên dùng chúng trong các công trình quan trọng và khi thép cơ bản có giới hạn chảy σ c > 3800 daN/cm 2 . Chỉ nên dùng bulông thô và bu lông thường khi chúng làm việc chòu kéo hoặc để đònh vò các cấu kiện khi lắp ghép. Tùy theo vật liệu, bulông được chia thành các lớp độ bền khác nhau ký hiệu 4.6 ÷ 8.8 (bảng 3.5). Chữ số đầu nhân với 10 cho biết cường độ tức thời của vật liệu bulông σ b (daN/mm 2 ), tích của số đầu với số thứ 2 là giới hạn chảy σ c (daN/mm 2 ). Bulông cho các công trình thông thường nên dùng lớp độ bền 4.6; 4.8; hoặc 5.6. Bảng 3.5.Cường độ tính toán chòu cắt và chòu kéo của bulông, (bảng 2.7 - [08]). Cường độ tính toán của bulông (daN/cm 2 ) từ thép độ bền lớp Trạng thái ứng suất Ký hiệu 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 8.8 Cắt R cbl 1500 1600 1900 2000 2300 3200 kéo R kbl 1750 1600 2100 2000 2500 4000 2) Bulông tinh. Được sản xuất từ thép cácbon và thép hợp kim thấp bằng cách tiện, độ chính xác cao. Đường kính lỗ không lớn hơn đường kính bulông quá 0,3 mm. Để tạo lỗ, dùng máy khoan từng bản riêng rẽ hoặc khoan cả chồng bản theo khuôn mẫu đến đường kính thiết kế. Phương pháp khoan cho lỗ có độ chính xác cao nhưng năng suất thấp. Khi bản thép mỏng có thể đột từng bản riêng tới đường kính lỗ nhỏ hơn đường kính thiết kế từ 2÷3 mm, sau đó khoan mở rộng cả chồng bản đã đột đến đường kính thiết kế. Phương pháp này tận dụng được các ưu điểm của đột và khoan nên nhanh và chính xác, loại bỏ được phần thép quanh lỗ bò giòn do quá trình đột. Lỗ bulông tinh nhẵn, chất lượng cao, ký hiệu lỗ loại B. Khe hở giữa bulông và lỗ nhỏ nên liên kết chặt có thể làm việc chòu cắt tuy không bằng bulông có cường độ cao hoặc đinh tán. Do tính chất phức tạp khi sản xuất và lắp đặt bulông vào lỗ (phải dùng búa gõ nhẹ) nên loại bulông này ít dùng. Bulông tinh có các lớp độ bền tương tự bulông thô và bulông thường. 3) Bulông cường độ cao. Bulông cường độ cao được làm từ thép hợp kim (40X; 35XC; 40XФA; 30X3MФ), sau đó gia công nhiệt, (lưu ý trong thép hợp kim theo ký hiệu của Nga thì Ф là vani (V), còn trong hợp kim màu thì Ф là phốt pho (P)) . Cách sản xuất bulông cường độ cao giống bulông thường, có độ chính xác thấp, nhưng do được làm bằng thép cường độ cao nên có thể vặn êcu rất chặt (bằng clê đo lực) làm thân bu lông chòu kéo và gây lực ép rất lớn lên tập bản thép liên kết. Khi chòu lực, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép có lực ma sát lớn chống lại sự trượt tương đối giữa chúng. Như vậy lực truyền từ cấu kiện này sang cấu kiện khác chủ yếu do lực ma sát. Để đảm bảo khả năng chòu lực của liên kết bulông cường độ cao cần gia công mặt các cấu kiện liên kết để tăng hệ số ma sát. Ví dụ : chải bằng bàn chải sắt, đánh bằng bột kim loại… Bulông cường độ cao dễ chế tạo, khả năng chòu lực lớn, liên kết ít biến dạng nên được dùng rộng rãi và thay thế cho liên kết đinh tán trong các kết cấu chòu tải trọng nặng và tải trọng động. 72 3.3.3.Sự làm việc của liên kết bu lông, khả năng chòu lực của bulông, [08]. 1) Sự làm việc chòu trượt của liên kết bulông thô, bulông thường và bulông tinh. a) Các giai đoạn chòu lực. Do vặn êcu nên bulông chòu kéo và các bản thép bò xiết chặt, giữa mặt tiếp xúc của các bản thép hình thành lực ma sát. Tuy nhiên lực ma sát này không đủ lớn để tiếp nhận hoàn toàn lực trượt do tải trọng ngoài gây nên . Khi chòu lực trượt sự làm việc của các loại bulông này chia làm 4 giai đoạn. - Giai đoạn 1 : lực trượt do ngoại lực gây ra còn nhỏ hơn lực ma sát, lúc đó các bản thép chưa bò trượt, bulông chưa chòu tải ngoài lực kéo ban đầu (hình 3.10.a). - Giai đoạn 2 : tăng tải trọng ngoài, lực trượt bắt đầu lớn hơn lực ma sát, các bản thép trượt tương đối với nhau, thân bulông tỳ sát vào thành lỗ (hình 3.10.b). - Giai đoạn 3 : trong giai đoạn này lực trượt truyền qua liên kết chủ yếu bằng sự ép của thân bulông lên thành lỗ. Thân của bulông chòu cắt, uốn và kéo (do mũ bulông ngăn cản sự uốn tự do của thân). - Giai đoạn 4 : lực trượt tiếp tục tăng, độ chặt của liên kết giảm dần, lực ma sát yếu đi, liên kết chuyển sang giai đoạn dẻo. Liên kết có thể bò phá hoại do cắt ngang thân đinh (hình 3.11) hoặc đứt bản thép giữa 2 lỗ bu lông do áp lực ép mặt trên thành lỗ gây ra (hình 3.12). b) Khả năng làm việc chòu cắt của bulông. Khi đường kính bulông nhỏ, bản thép dày, bulông có thể bò phá hoại do cắt ngang thân (hình 3.11). Khả năng chòu cắt của một bulông được tính theo công thức : [N] cbl = R cbl .γ bl .A bl . n c (3.10) trong đó : R cbl – cường độ tính toán chòu cắt của bulông lấy theo bảng 3.6; γ bl – hệ số điều kiện làm việc của liên kết bulông, đối với bulông thô và bulông thường trong liên kết nhiều bulông, γ bl = 0,9, đối với bulông tinh γ bl = 1; A bl = πd 2 /4 – diện tích tiết diện cắt ngang của thân bulông (phần không bò ren), có thể lấy theo bảng 2.10; d – đường kính thân bulông; n c – số lượng mặt cắt tính toán của thân bulông. Giá trò n c phụ thuộc vào số lượng cấu kiện chòu lực được liên kết. Ví dụ, khi có 2 cấu kiện n c = 1; hình 3.11.a; khi có 3 cấu kiện n c = 2, … c) Khả năng làm việc chòu ép mặt của bulông. Nếu khoảng cách giữa các lỗ bulông hoặc từ lỗ bulông đến mép bản thép quá ngắn thì bản thép có thể bò phá hoại trượt (cắt đứt theo các đường trượt 2-3, (xem hình 3.12) do tác dụng ép mặt của thân bulông lên thành lỗ (sự ép mặt này có σ em phân bố không đều theo chu vi lỗ, (xem hình 3.12), tại điểm 1 có σ em max , tại điểm 2 có σ em = 0. Đồng thời do bản thép ở đây tồn tại các ứng suất σ x , σ y và cũng phân bố không đều, ở mép lỗ có sự tập trung ứng suất σ x lớn nhất. Khả năng chòu trượt của bản thép khi coi chiều dài trượt l = a là : S = 2a. δ .R c (3.11) Hình 3.10 – Sự làm việc của liên kết bulông Hình 3.11-Giai đoạn bu lông bò phá hủy do lực cắt Hình 3.12 – Sự làm việc ép mặt của bản thép [...]... chỉ dùng cho các loại đinh có đường kính nhỏ Đinh tán lấp kín lỗ, do không bò co lại nên lực xiết ban đầu rất nhỏ Phương pháp này thường dùng trong cơ khí, đối với hợp kim nhôm 3) Các hình thức liên kết đinh tán Liên kết đinh tán có các hình thức cấu tạo giống liên kết bulông: liên kết ghép chồng và liên kết đối đầu có bản ghép (h.3.23) Các qui đònh về cấu tạo tương tự như cấu tạo của liên kết bulông... lông Tùy theo hình thức cấu tạo có liên kết đối đầu có bản ghép hoặc liên kết chồng a) Đối với thép tấm Có thể dùng liên kết đối đầu có hai bản ghép (hình 3.15.a) hay có một bản ghép (hình 3.15.b) hoặc dùng liên kết chồng (hình 3.15.c) Liên kết có hai bản ghép đối xứng nên truyền lực tốt Liên kết có một bản ghép và liên Hình 3.15 Các hình thức liên kết thép bản bằng bulông kết chồng có độ lệch tâm... tính đến sự phân bố ứng suất không đều trên các bulông Điều kiện bền của bulông sẽ được viết là (3.28).[03]: My M σ N (3.41) x1i + x y1i ) ≤ [σ] = c + σtt = (2,7÷3) ( n.F J y1 J x1 n trong đó σc = σchảy – ứng suất chảy của vật liệu chế tạo bulông; n = (1,5÷2,5) – hệ số an toàn §3.5.LIÊN KẾT BẢN LỀ Liên kết bản lề dùng trong liên kết các bộ phận của kết cấu kim loại thường không xoay, hoặc xoay rất chậm... bước đinh Các khoảng cách qui đònh để bố trí bulông và đinh tán trên cấu kiện cho ở bảng 3.10 Các khoảng cách nhỏ nhất nhằm đảm bảo độ bền của bản thép và không gian tối thiểu để vặn êcu (hoặc để tán đinh) Các khoảng cách lớn nhất để đảm bảo ổn đònh của của phần bản thép giữa hai bulông (đối với cấu kiện chòu nén) và độ chặt của liên kết, tránh không cho nước hơi, bụi bẩn lọt vào trong liên kết gây mòn... độ bền của bulông được kiểm tra riêng rẽ theo (3.18) và (3.22) 3) Tính liên kết bulông chòu mômen và lực cắt Các mối liên kết bulông chòu mômen thông thường có cấu tạo bề cao vùng liên kết (khoảng cách 2 dãy bulông ngoài cùng) lớn hơn nhiều so với bề rộng vùng liên kết (khoảng cách 2 hàng bulông ngoài cùng) (h.3.20) Với cấu tạo như vậy, gần đúng trong tính toán coi như mô men cân bằng với tổng các cặp... Khi liên kết đối đầu, các thép hình được nối bằng các bản ghép (h.3.16.b,c,d) và có thể nối bằng thép góc (h.3.16.a) Do thép hình cứng nên khi dùng một bản ghép không cần tăng số bulông vì độ lệch tâm ảnh Hình 3.17 Liên kết thép hình với thép bản dùng bulông hưởng ít đến sự làm việc của liên kết Liên kết chồng có cấu tạo đối xứng làm việc tốt hơn (h.3.17, a) Khi thép hình liên kết không đối xứng với cấu. .. xem các hình vẽ 3.23; hình vẽ 3.2,ø bảng 3.13 3.4.2.Sự làm việc và cách tính liên kết đinh tán Hình 3.25.Bố trí đinh tán trên thép tấm a- Bố trí các đường đinh thẳng hàng nhau; b- Bố trí các đường đinh so le nhau; c-Khoảng cách lớn nhất giữa các lỗ; d- sự biến dạng của tấm; e – sự biến dạng của tấm khi kết cấu chòu nén 1) Sự làm việc của đinh tán khi chòu cắt và ép mặt Khi chòu tác dụng của lực trục. .. với các liên kết chòu lực nên bố trí bulông theo khoảng cách nhỏ nhất để liên kết gọn và đỡ tốn thép Đối với thép hình, vò trí của các dãy bulông (các khoảng cách a, b) được qui đònh sẵn theo kích thước tương ứng của từng loại thép hình (hình 3.18.e) Đối với thép góc có bề rộng cánh b < 100 mm chỉ bố trí một dãy bulông trên cánh, khi b ≥ 100 mm bố trí hai dãy 3.3.5 Tính toán liên kết bu lông 1) Tính liên. .. nhau Khớp bản lề được thực hiện dưới dạng trục Tai (vấu) để lắp trục bản lề được cấu tạo từ thép tấm có chiều dày t Ứng suất lớn nhất tại tiết diện 1–1 là (4.21).[1]): P σ1 = kασH = kα (3.42) ( B − d ).t trong đó kα là hệ số tập trung ứng suất phụ thuộc góc tiếp xúc α; B, d là kích thước lỗ Đối với trục bản lề trong liên kết các bộ phận kết cấu kim loại máy trục thì α = 0÷20o; tỷ số B/d = 1,5÷3,5 thì... cao §3.4.LIÊN KẾT BẰNG ĐINH TÁN 3.4.1.Đại cương về liên kết đinh tán 1) Cấu tạo của đinh tán và liên kết đinh tán, [07] Đinh tán là một đoạn thép hình tròn, một đầu được tạo mũ sẵn, đầu kia được tán thành mũ khi đã lắp đinh vào liên kết (h.3.22) Vật liệu làm đinh là các loại thép dẻo như CT2, CT3 (để dễ tán và khỏi hỏng thép cơ bản) hoặc thép hợp kim thấp 09Γ2 (khi thép cơ bản là thép hợp kim thấp) . 63 Chương 3 LIÊN KẾT CÁC BỘ PHẬN CỦA KẾT CẤU KIM LOẠI MÁY TRỤC §3.1.GIỚI THIỆU CHUNG. Để liên kết các bộ phận của kết cấu kim loại với nhau ta có thể dùng 3 phương pháp chủ yếu : liên kết. dạng khí động học các bề mặt cánh. 3.1.1 .Liên kết hàn (ch.4 – [07]). Hàn là phương pháp chủ yếu để để liên kết các bộ phận của kết cấu thép. Kết cấu hàn kinh tế và nhẹ hơn kết cấu tán đinh 15%. biệt ở các chi tiết chòu kéo. Biện pháp 5 : Để nâng cao độ bền mỏi trong các mối hàn góc thì phải : + Những mối hàn liên kết các bộ phận kết cấu (dầm, khung, …) phải hàn suốt chiều dài của các