- 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
- 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