Trả lời trực tiếp: Mối ghép ren tự nới lỏng theo hai cơ chế khác nhau: mất lực căng mà đai ốc không hề quay (do bề mặt bị ép lún hoặc chùng ứng suất), và đai ốc quay ngược dưới tải ngang lặp lại. Mỗi cơ chế đòi hỏi một nhóm biện pháp riêng — dùng nhầm là vô ích.
Nội dung thuộc chuyên trang Thiết kế & chế tạo máy của cokhi.net, cụm Chi tiết máy — ở góc cơ chế nới lỏng, không giới thiệu hay so sánh sản phẩm.
Vì sao phải tách hai cơ chế trước khi chọn biện pháp?
Mối ghép ren giữ được là nhờ lực căng ban đầu trong thân bu lông, theo cơ chế trình bày ở bài cơ học mối ghép ren. Mất lực căng là mất mối ghép — nhưng lực căng có thể mất theo hai con đường hoàn toàn khác nhau.
Cơ chế A — mất lực căng mà không quay. Đai ốc đứng yên, nhưng vật liệu ở các mặt tiếp xúc bị ép lún: các đỉnh nhấp nhô bị san phẳng, lớp sơn hoặc lớp phủ mềm bị nén, gioăng bị ép. Chỉ cần một lượng lún rất nhỏ theo chiều dài kẹp là lực căng tụt đáng kể, vì bu lông là một lò xo rất cứng. Cộng thêm chùng ứng suất của vật liệu theo thời gian và nhiệt độ.
Cơ chế B — đai ốc quay ngược. Xảy ra khi có tải ngang lặp lại làm hai bề mặt kẹp trượt tương đối một chút mỗi chu kỳ. Trong khoảnh khắc trượt đó, ma sát dưới mặt tựa đai ốc mất tác dụng giữ, và ren tự nhả ra một phần. Lặp lại đủ nhiều lần thì đai ốc quay ngược thấy được bằng mắt.
Điểm quyết định: rung động dọc trục hầu như không làm đai ốc quay; rung ngang mới làm. Vì vậy một mối ghép "rung suốt ngày mà không lỏng" và một mối ghép "lỏng liên tục" có thể chỉ khác nhau ở hướng của tải chứ không ở độ lớn.
Ba nhóm biện pháp và cơ chế mà mỗi nhóm thật sự xử
| Nhóm | Cách làm việc | Xử được cơ chế nào |
|---|---|---|
| Tăng và giữ lực căng — bu lông dài hơn, giảm số mặt tiếp xúc, siết đúng lực, siết lại sau chạy rà | Giữ cho lực căng không tụt, hoặc cho phép lún mà lực căng còn đủ | A — và gián tiếp cả B, vì lực căng lớn thì hai mặt khó trượt |
| Chặn quay bằng hình học — chốt chẻ, dây hãm, đệm hãm có vấu, đai ốc rãnh | Khóa cứng đường quay của đai ốc | B — không giúp gì cho A |
| Tăng ma sát trong ren — đai ốc có phần tử hãm, keo khóa ren, ren biến dạng | Làm mô-men nhả lớn hơn | B là chính |
Bảng nêu quan hệ nhóm biện pháp – cơ chế được xử; bảng không nêu trị số mô-men siết, lực căng hay hệ số ma sát, vì các trị số này phụ thuộc cấp bền, đường kính, tình trạng bề mặt và phải lấy từ tài liệu áp dụng. Cách đọc cấp bền ghi trên đầu bu lông trình bày ở bài cấp bền bu lông theo TCVN 1916.
Vì sao đệm vênh thường không giải quyết được gì?
Đây là biện pháp phổ biến nhất và cũng bị hiểu sai nhiều nhất. Lập luận thông thường là "đệm vênh đàn hồi nên bù lại phần lực căng đã mất".
Vấn đề nằm ở độ cứng. Bu lông đã siết đúng là một lò xo rất cứng; năng lượng đàn hồi tích trong nó lớn hơn nhiều so với năng lượng mà một vòng đệm mỏng có thể tích. Khi mối ghép được siết tới lực căng làm việc, đệm vênh thường đã bị ép phẳng hoàn toàn — lúc đó nó chỉ còn là một vòng đệm phẳng bình thường.
Hệ quả: với mối ghép siết đủ lực, đệm vênh gần như không đóng góp gì cho cơ chế A, còn với cơ chế B nó cũng không chặn được đường quay. Nó chỉ có tác dụng ở mối ghép siết nhẹ, nơi nó chưa bị ép phẳng.
⇒ Kết luận thực hành: siết đúng lực còn hiệu quả hơn thêm đệm vênh, và nếu mối ghép vẫn lỏng thì phải xác định đang gặp cơ chế nào trước khi chọn tiếp — đúng kỷ luật "tách cơ chế trước khi ra biện pháp" đã áp dụng ở bài FMEA: phân tích dạng hỏng.
Thiết kế thế nào để mối ghép ít lỏng ngay từ đầu?
Bốn hướng, xếp theo mức độ hiệu quả:
① Loại bỏ tải ngang bằng cách cho chi tiết khác gánh nó: chốt định vị, vai tì, gờ chặn. Đây là cách chắc chắn nhất vì nó xóa hẳn điều kiện của cơ chế B — vai trò của chốt trình bày ở bài chốt định vị trụ và côn.
② Giảm số mặt tiếp xúc trong chiều dài kẹp. Mỗi mặt tiếp xúc là một chỗ có thể lún; ít mặt hơn nghĩa là ít lún hơn.
③ Không đặt vật liệu mềm trong đường lực — sơn, lớp phủ dày, gioăng mềm nằm giữa hai bản kẹp đều là nguồn lún. Đây cũng chính là lý do vùng tiếp xúc của liên kết bu lông kiểu ma sát không được sơn.
④ Kéo dài phần thân chịu kéo của bu lông. Bu lông dài hơn là lò xo mềm hơn, nên cùng một lượng lún làm mất ít lực căng hơn — nguyên lý lò xo cơ bản trình bày ở bài lò xo cơ khí.
Điểm chung của cả bốn hướng: chúng đều can thiệp ở khâu thiết kế, nơi chi phí gần bằng không, thay vì ở khâu lắp ráp hay bảo trì. Đây cũng là cách rẻ nhất để xử một mối ghép chịu tải thay đổi, vì khi lực căng tụt thì thân bu lông bắt đầu chịu tải chu kỳ mà nó không được thiết kế cho — cơ chế phá hủy khi đó là mỏi, trình bày ở bài mỏi chi tiết máy và đường cong S-N. Cách so sánh mối ghép ren với các kiểu nối khác theo tải và khả năng tháo lắp nằm ở bài chọn mối ghép: đinh tán, bu lông hay hàn.
Câu hỏi thường gặp
Siết chặt hơn nữa có chống lỏng tốt hơn không? Tới một mức thì có, vì lực căng lớn giữ hai mặt khỏi trượt. Nhưng vượt quá giới hạn của bu lông thì nó chảy dẻo và mất chính lực căng vừa tạo ra — siết quá thành ra phản tác dụng. Lực siết phải theo tài liệu áp dụng chứ không theo cảm giác tay.
Vì sao có mối ghép cần siết lại sau một thời gian chạy? Vì phần lún ở các mặt tiếp xúc xảy ra chủ yếu trong những chu kỳ tải đầu tiên. Siết lại sau giai đoạn đó bù được phần lực căng đã mất do cơ chế A. Đây là hạng mục nên nằm trong biểu mẫu bảo trì chứ không dựa vào trí nhớ, xem cách lập ở bài kế hoạch bảo trì phòng ngừa.
Mối ghép lỏng lặp lại nhiều lần thì nên xử theo hướng nào? Đừng thay biện pháp chống lỏng mạnh hơn ngay. Trước hết xác định đai ốc có quay hay không — đánh dấu một vạch sơn qua đai ốc và chi tiết là cách kiểm rẻ nhất. Vạch lệch nghĩa là cơ chế B; vạch còn thẳng mà mối ghép vẫn lỏng nghĩa là cơ chế A, và khi đó mọi biện pháp chặn quay đều vô ích.