Trả lời trực tiếp: Phe cài là vòng đàn hồi lắp vào rãnh trên trục hoặc trong lỗ, tạo ra một vai chặn tháo được để giữ chi tiết không dịch dọc trục. Nó chịu tải theo phương dọc trục chứ không truyền mô-men xoắn, và khả năng chịu tải phụ thuộc vào rãnh nhiều hơn vào chính vòng phe.
Nội dung thuộc chuyên trang Thiết kế & chế tạo máy của cokhi.net, cụm Chi tiết máy — ở góc nguyên lý định vị, không giới thiệu hay so sánh nhà cung cấp vòng phe.
Vì sao cần một vai chặn "tháo được"?
Trục bậc tạo vai chặn bằng cách thay đổi đường kính: chi tiết tì vào chỗ trục to lên và không đi tiếp được. Cách này chắc chắn nhưng có hai giới hạn. Thứ nhất, vai trục chỉ chặn được một chiều; muốn chặn chiều còn lại phải có vai thứ hai, mà khi đó chi tiết không lắp vào được nữa. Thứ hai, mỗi bậc trục là một chỗ đổi tiết diện — nơi ứng suất tập trung, như đã trình bày ở bài thiết kế trục: bậc trục và góc lượn.
Phe cài giải đúng bài toán đó: lắp chi tiết vào trước, rồi mới bấm vòng phe vào rãnh để khóa lại. Vai chặn xuất hiện sau khi lắp và biến mất khi tháo phe ra.
Đây là lý do phe cài xuất hiện dày đặc ở cụm ổ lăn: ổ cần được định vị dọc trục ở cả hai phía mà vẫn phải lắp vào được. Bố trí vai trục ở một phía, phe cài ở phía kia là cách ghép quen thuộc, xem điều kiện lắp ghép chi tiết ở bài lắp ghép ổ lăn lên trục và gối.
Phe trục, phe lỗ và phe hướng tâm khác nhau ở đâu?
| Loại | Lắp ở đâu | Cách bung | Điều kiện làm việc đúng |
|---|---|---|---|
| Phe trục (phe ngoài) | Rãnh trên mặt ngoài của trục | Bóp mở rộng ra để lồng qua trục rồi thả vào rãnh | Rãnh đủ sâu, mặt vai rãnh vuông góc với đường trục |
| Phe lỗ (phe trong) | Rãnh trên mặt trong của lỗ | Bóp thu nhỏ lại để đưa vào lỗ rồi thả vào rãnh | Lỗ tròn đều; lỗ ô van làm phe tì lệch |
| Phe hướng tâm (phe kẹp ngang) | Trượt vào rãnh từ một bên, không lồng dọc trục | Không cần bung, đẩy ngang vào | Chỉ dùng khi tiếp cận được từ bên hông và tải nhỏ |
Bảng nêu quan hệ vị trí lắp – cách bung – điều kiện làm việc; bảng không nêu trị số tải cho phép hay kích thước rãnh, vì các trị số này quy định theo từng cỡ phe và phải tra ở tài liệu của chính bộ phe đó. Cách đọc miền dung sai cho rãnh và lỗ trình bày ở bài dung sai lắp ghép trục – lỗ.
Vì sao rãnh mới quyết định tải, không phải vòng phe?
Đây là chỗ trực giác hay sai. Khi chịu lực dọc trục, phe cài ép lên vai của rãnh, và vai rãnh ép ngược lại. Diện tích tiếp xúc rất hẹp nên áp suất tại đó rất lớn. Kết quả: cái hỏng trước thường không phải vòng phe bị đứt, mà là vai rãnh bị ép biến dạng — rãnh rộng ra, phe lỏng dần và cuối cùng bật ra.
Từ đó suy ra ba hệ quả thực tế:
- Vật liệu chi tiết mang rãnh quan trọng ngang vật liệu vòng phe. Rãnh trên chi tiết mềm hỏng trước rãnh trên chi tiết đã tôi, xem nguyên tắc chọn theo cơ tính ở bài chọn vật liệu chi tiết máy.
- Chiều sâu và độ vuông góc của rãnh là thông số phải kiểm, không phải chi tiết phụ. Rãnh nông hoặc vai rãnh bị vát làm phe có xu hướng trượt ra ngoài dưới tải.
- Tải va đập nguy hiểm hơn tải tĩnh cùng độ lớn, vì mỗi lần va là một lần vai rãnh bị ép cục bộ.
Phe cài bật ra trong những trường hợp nào?
Bốn nhóm nguyên nhân, xếp theo thứ tự hay gặp:
① Rãnh sai — nông, rộng quá, hoặc vai rãnh không vuông góc. Đây là nhóm phổ biến nhất và cũng dễ kiểm nhất. ② Lắp sai — bung phe quá mức khi lắp làm vòng phe mất tính đàn hồi, sau đó không còn ôm chặt vào rãnh. Một vòng phe đã bung quá giới hạn là chi tiết hỏng, không dùng lại được. ③ Dùng lại nhiều lần — mỗi lần lắp là một chu kỳ biến dạng. Phe cài chịu tải chu kỳ theo đúng cơ chế mỏi trình bày ở bài mỏi chi tiết máy và đường cong S-N. ④ Rung động và lực ly tâm — rung làm phe nhích dần trong rãnh; ở tốc độ quay cao, lực ly tâm còn có xu hướng bung phe trục ra. Dấu hiệu rung xấu đi của cụm ổ đọc theo cách nêu ở bài chẩn đoán hỏng hóc qua rung động.
Khi nào không nên dùng phe cài?
Phe cài chỉ chặn dọc trục. Nó không truyền mô-men xoắn — việc đó thuộc về mối ghép then, mối ghép ma sát hoặc chốt. Dùng phe để "giữ cho bánh răng khỏi quay" là dùng sai chức năng.
Nó cũng không phù hợp khi tải dọc trục lớn và liên tục, hoặc khi cụm chi tiết cần dự tải chính xác — dự tải đòi hỏi siết được và điều chỉnh được, xem cách bố trí ở bài ổ đỡ chặn: bố trí cặp ổ và dự tải. Trong các trường hợp đó, đai ốc hãm hoặc nắp bích bắt bu lông là lựa chọn đúng, và nguyên lý siết – lực căng ban đầu trình bày ở bài cơ học mối ghép ren.
Câu hỏi thường gặp
Phe cài dùng lại được không? Không nên. Mỗi lần lắp, vòng phe bị bung ra khỏi hình dạng tự do; sau vài lần nó không còn ôm sát rãnh nữa. Vòng phe là chi tiết rẻ nhất trong cụm nhưng lại là chi tiết giữ cả cụm — tiết kiệm ở đây là đổi rủi ro lấy một khoản rất nhỏ.
Lắp phe cài bằng kìm thường thay kìm chuyên dụng được không? Được về mặt cơ học nhưng rủi ro cao, vì kìm thường không giới hạn được độ bung. Đúng cơ chế hỏng ở nhóm ② nêu trên: phe bung quá giới hạn thì hỏng ngay lúc lắp mà nhìn bề ngoài vẫn nguyên vẹn.
Rãnh phe làm yếu trục nhiều không? Rãnh là chỗ giảm tiết diện đột ngột nên có tập trung ứng suất, giống mọi rãnh khác trên trục. Với trục chịu tải thay đổi thì đây là yếu tố phải xét khi tính bền, theo cách trình bày ở bài thiết kế trục theo độ bền.