Việc xử lý bề mặt có ảnh hưởng đến đặc tính siết chặt củabu lông? Đúng. Để giảm sai số phân tán của hệ số mô-men xoắn bu lông và cải thiện khả năng chống ăn mòn, các ốc vít thường được xử lý bề mặt. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau có tác động đáng kể đến hệ số ma sát của ốc vít có ren, điều này cuối cùng ảnh hưởng đến đặc tính siết chặt của bu lông. Kết hợp kiến thức liên quan về ốc vít, phần sau đây phân tích tác động của việc xử lý bề mặt đến đặc tính siết chặt của bu lông.
I. Phân tích lý thuyết về ảnh hưởng của hệ số ma sát đến hệ số mô men xoắn bu lông
1. Siết chặt mô-men xoắn của kết nối bu lông
1.1 Ma sát trong các cặp ốc vít tam giác
Ma sát trong các cặp chuyển động có thể được chia thành ma sát phẳng, ma sát mặt phẳng nghiêng và ma sát rãnh theo hình dạng của bề mặt tiếp xúc. Để đơn giản hóa việc tính lực ma sát trong các cặp chuyển động, không phụ thuộc vào hình dạng hình học của hai phần tử cặp động học của cặp chuyển động, sự tiếp xúc của hai thành phần có hình dạng hình học khác nhau có thể coi là một cặp chuyển động tiếp xúc dọc theo một mặt phẳng (như trên Hình 1), và công thức tính lực ma sát của nó có thể được biểu diễn thống nhất dưới dạng Công thức (1):
Ma sát rãnh: Cặp ren hình tam giác quay có thể gần giống chuyển động của đai ốc trên vít giống như chuyển động của một thanh trượt hình nêm-trên bề mặt rãnh nghiêng, tức là sự kết hợp giữa ma sát rãnh và ma sát mặt phẳng nghiêng. Lúc này, góc rãnh bằng 90 độ - (như trong Hình 2).
1.2 Momen siết bu lông
Tổng mô men xoắn cần thiết trong quá trình siết chặt bu lông bao gồm hai phần: mômen siết chặt để thắng lực ma sát của cặp ren và mômen ma sát giữa đầu bu lông hoặc đai ốc và bề mặt đỡ.
2. Hệ số mô men xoắn của kết nối bu lông
Tổng mô-men xoắn của bu lông được chia thành ba phần, đó là mức tiêu thụ ma sát trên bề mặt đỡ bu lông, mức tiêu thụ ma sát của ren và mức tiêu thụ tải trước (như trong Hình 3).
Có thể thấy từ Bảng 1, trong quá trình siết chặt, năng lượng tiêu thụ do ma sát trên bề mặt đỡ bu lông chiếm khoảng 50%, mức tiêu thụ ma sát của ren chiếm khoảng 40% và mức tiêu thụ công khi tải trước chiếm khoảng 10%. Trong cùng một mô-men xoắn siết chặt, khi hệ số ma sát thay đổi 0,05, phạm vi biến đổi của tải trước cao tới 43,1%. Điều đó có nghĩa là, nếu có sự khác biệt nhỏ trong quá trình xử lý bề mặt của bu lông, giả sử hệ số ma sát tăng 0,05 thì tải trước dọc trục chỉ bằng 57% so với ban đầu, điều này sẽ mang lại những nguy cơ an toàn tiềm ẩn lớn đối với độ tin cậy của các kết nối bu lông. Vì vậy, phải hết sức chú ý đến việc nghiên cứu hệ số ma sát của các cặp ren.
II. Phân tích tác động của việc xử lý bề mặt đến hệ số mô-men xoắn
Thông qua hệ thống phân tích siết chặt bu lông đa chức năng, có thể đo được lực kẹp, mô men xoắn tổng và mô men xoắn trên cặp ren trong quá trình siết chặt bu lông, điều này có thể phản ánh chính xác và theo thời gian thực mối quan hệ giữa lực kẹp và mô men xoắn, đồng thời đo hệ số ma sát củaren bu lôngvà bề mặt đỡ đầu bu lông. Phân tích dữ liệu cho thấy độ dày của lớp mạ kẽm ít ảnh hưởng đến hệ số ma sát của đầu bu lông, nhưng lại có tác động đáng kể đến hệ số ma sát ren, cuối cùng cũng có tác động đáng kể đến hệ số mô-men xoắn.
III. Tác động của việc xử lý bề mặt đến độ bền cho phép của bu lông
Các chốt có ren phải chịu lực căng xoắn-kết hợp trong quá trình siết chặt. Theo lý thuyết độ bền thứ ba, ứng suất tương đương cho phép của ốc vít có ren có thể tính được theo Công thức (9):
Khi siết chặt các ốc vít có ren, tổng mô-men xoắn được chia thành ba phần: mức tiêu thụ ma sát trên bề mặt đỡ bu lông, mức tiêu thụ ma sát của ren và mức tiêu thụ tải trước. Trong số đó, mức tiêu thụ ma sát trên bề mặt đỡ bu lông và mức tiêu thụ ma sát ren sẽ làm cho phần thanh của dây buộc có ren chịu ứng suất cắt xoắn, và mức tiêu thụ tải trước sẽ làm cho phần thanh của dây buộc ren tạo ra ứng suất kéo thực tế. Ứng suất kéo tương đương mà bu lông có thể chịu được cố định và không được vượt quá ứng suất chảy của bu lông. Vì vậy, việc giảm ứng suất cắt xoắn do phần thanh củadây buộc rencó thể làm tăng ứng suất kéo do tải trước thực tế tạo ra, nghĩa là bằng cách giảm mức tiêu thụ ma sát trên bề mặt đỡ bu lông và mức tiêu thụ ma sát của ren, mô-men xoắn được chuyển thành tải trước càng nhiều càng tốt.
Phân tích hệ số ma sát cho thấy các bu lông có hệ số ma sát nhỏ có thể đạt được tải trước dọc trục lớn hơn bằng cách tác dụng một mô-men xoắn nhỏ, điều này có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và nâng cao hiệu quả sử dụng của bu lông.
IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính siết bu lông
(1) Phân tích cho thấy hệ số ma sát có tác động đáng kể đến sự phân bố năng lượng trong tiêu hao ma sát của bề mặt đỡ bu lông, tiêu hao ma sát ren và tiêu hao công tải trước trong quá trình siết chặt. Một sự thay đổi nhỏ của hệ số ma sát sẽ gây ra biến động lớn về tải trước.
(2) Thông qua phân tích thực nghiệm về mối quan hệ giữa các phương pháp xử lý bề mặt khác nhau và hệ số ma sát của ốc vít có ren, cũng như tải trước mô-men xoắn, người ta thu được các quy luật ảnh hưởng của độ dày lớp mạ kẽm và các phương pháp xử lý cromat khác nhau đến hệ số ma sát và hệ số mô-men xoắn: độ dày lớp phủ càng lớn thì hệ số ma sát càng cao; hệ số ma sát của bu lông được xử lý bằng crom C2C lớn hơn nhiều so với hệ số ma sát của bu lông được xử lý bằng crom C2D.
(3) So với các bu lông được xử lý bằng crom C2C, sử dụng bu lông được xử lý bằng crom C2D có thể làm giảm mức tiêu thụ ma sát của mô-men xoắn trên bề mặt và ren đỡ bu lông, đồng thời đạt được tải trước trục lớn hơn, điều này có ý nghĩa lớn trong việc tiết kiệm năng lượng tiêu thụ và nâng cao hiệu quả sử dụng của bu lông.
