Vì phần này liên quan tới độ co dãn của vật liệu cho nên mình sẽ bỏ qua những hình ảnh trước để thêm vào những hình ảnh dễ hiểu hơn.
Phần trước ta coi bulong và các tấm là cứng tuyệt đối nhưng trong thực tế trong quá trình siết thì diễn ra như sau:
・ Tấm không có ren sẽ bị siết và co ngắn lại
・ Bu lông bị dãn ra
・ Tưởng tượng bu lông và tấm bị ép là những lò xo sẽ dễ hiểu hơn
・ Lò xo xanh đại diện cho lực dọc trục mà bu lông sinh ra
・ Lò xo đỏ đại diện cho phản lực đàn hồi của tấm bị siết
Ta có công thức đã được học từ cấp 2 liên hệ giữa lực F và độ biến dạng lò xo Δl thông qua hệ số đàn hồi K trong 2 trường hợp như sau:
Đối với bu lông: F = KB.ΔlB (ΔlB là lượng dãn dài, KB là hệ số đàn hồi của bu lông)
Đối với tấm bị siết: F = KC.ΔlC (ΔlC là lượng co ngắn, KC là hệ số đàn hồi của tấm)
Từ đó biểu diễn được cả 2 dưới dạng biểu đồ tuyến tính đơn giản như dưới đây
1. Hệ số hetari, hệ số biến đổi ngoại lực
Do lực tác dụng trên cả bu lông và tấm bị siết đều là lực dọc trục F nên ta có thể kết hợp 2 biểu đồ lại và được biểu đồ của cả hệ
Với lB=FKB Và lC=FKC
Suy ra với mỗi giá trị lực dọc trục F ta luôn có công thức tổng hợp độ biến dạng của cả hệ bu lông và tấm bị siết là
Δl = ΔlB + ΔlC
Suy ra Δl = FKB+ FKC=1KB+ 1KC.F
Từ công thức trên ta có được hệ số liên hệ giữa lực dọc trục F và Δl là
Z=1KB+ 1KC=KB+KCKB.KC
Và trong tiếng nhật người ta gọi hệ số Z=KB+KCKB.KC là “hệ số hetari” nó biểu diễn quan hệ giữa lực dọc trục sinh ra và lượng biến dạng của cả hệ siết bu lông.
Khi thêm tác động của ngoại lực biểu đồ sẽ trở thành:
– F là lực dọc trục của hệ ban đầu
-Ft là ngoại lực tác động
-λ là lượng dãn thêm
Khi này ngoại lực Ft không chỉ tác dụng trực tiếp vào bu lông mà Ft được chia ra 2 thành phần: phần 1 tác động vào bu lông với giá trị φFt, phần còn lại tác động vào tấm bị siết với giá trị (1-φ)Ft.
Chưa cần hiểu sâu vào φ vội mà hãy coi nó là một hệ số nào đó cho chúng ta biết rằng: Cứ tác dụng một ngoại lực Ft vào thì sẽ có một phần nào đó trong Ft tác dụng lên bu lông. Và công việc của chúng là là đi tính φ.
Với bài giải dưới đây mình tin có khi các bạn học hết cấp 3 cũng đã có thể làm được.
Cùng nhìn lại hệ siết bu lông để giải bài:
-Ft là ngoại lực
-Fb là lực dọc trục bu lông khi có tác động của ngoại lực
-Fc là lực đàn hồi của tấm bị siết
Ta có phương trình cân bằng hệ: Fb = Fc + Ft ①
Xét riêng đối với bu lông khi này bị kéo dãn một lượng là: ΔlB+λ
Tức là ta sẽ có: Fb = KB.( ΔlB+λ). Với tích KB. ΔlB = F ban đầu
Suy ra: Fb = F + KB.λ ②
・ Xét riêng đối với tấm bị siết khi này biến dạng một lượng là: ΔlC-λ
Tức là ta sẽ có: Fc = KC.( ΔlC-λ). Với tích KC. ΔlC = F ban đầu
Suy ra: Fc = F – KC.λ ③
Từ hệ phương trình ①②③ với những biến đổi đơn giản ta có thể suy ra được:
Fb = F + KBKB+KCFt
Vậy ta có được thành phần của ngoại lực Ft tác động vào bu lông có giá trị là KBKB+KCFt
Hay : φ = KBKB+KC ( người ta gọi φ là hệ số biến đổi ngoại lực)
Hệ số φ chỉ phụ thuộc vào độ đàn hồi của bu lông và tấm bị siết. Muốn tính hệ số φ ta chỉ cần tìm được hệ số đàn hồi của bu lông “KB” và tấm bị siết “KC”
Hướng dẫn chi tiết tính hệ số đàn hồi KB, KC sẽ được viết tiếp ở phần 5
#ren#bulong#thiết kế cơ khí
#pinus
Tác giả
Trọng Hào