Cách tính lực siết bu lông
Cách tính lực siết bu lông như thế nào?
Cách tính lực siết bu lông là nội dung quan trọng trong quá trình lắp đặt máy móc, thiết bị và đặc biệt là các liên kết kết cấu thép. Lực siết phù hợp giúp tạo ra lực kẹp cần thiết giữa các chi tiết, hạn chế hiện tượng lỏng mối ghép và bảo đảm bu lông làm việc đúng khả năng thiết kế.
Trên thực tế, nhiều người thường gọi chung là “lực siết bu lông”, nhưng cần phân biệt:
- Lực siết: lực tác động trong quá trình vặn.
- Mô-men siết: lực xoắn tác dụng lên đầu bu lông hoặc đai ốc, thường tính bằng N·m.
- Lực kéo trước (preload): lực căng được tạo ra trong thân bu lông sau khi siết.
Trong công việc kỹ thuật, khi sử dụng cờ lê lực, thông số thường được cài đặt là mô-men siết.
Bu lông cường độ cao
1. Công thức tính lực siết bu lông
Công thức thực nghiệm phổ biến để xác định mô-men siết là:
T = K × F × d
Trong đó:
- T: mô-men siết, đơn vị N·m.
- K: hệ số mô-men, phụ thuộc vào điều kiện ma sát.
- F: lực kéo trước mong muốn trong bu lông, đơn vị N.
- d: đường kính danh nghĩa của bu lông, đơn vị m.
Từ công thức trên có thể suy ra:
F = T / (K × d)
Công thức này cho thấy mô-men siết không chỉ phụ thuộc vào kích thước bu lông mà còn phụ thuộc rất lớn vào hệ số ma sát.
Đây là điểm đặc biệt quan trọng khi tính lực siết bu lông.
2. Ví dụ cách tính lực siết bu lông
Giả sử cần siết một bu lông có:
- Đường kính: M20
- d = 0,020 m
- Lực kéo trước yêu cầu: F = 100.000 N
- Hệ số mô-men giả định: K = 0,20
Áp dụng:
T = K × F × d
T = 0,20 × 100.000 × 0,020
T = 400 N·m
Như vậy, trong điều kiện giả định trên, mô-men siết cần thiết khoảng 400 N·m.
Tuy nhiên, đây chỉ là ví dụ minh họa. Không nên lấy 400 N·m làm giá trị áp dụng cho mọi bu lông M20.
Nếu hệ số ma sát thay đổi, mô-men cần thiết cũng thay đổi.
3. Vì sao hệ số ma sát ảnh hưởng lớn đến lực siết?
Khi dùng cờ lê lực, không phải toàn bộ mô-men tác dụng đều chuyển thành lực kéo trong thân bu lông.
Một phần đáng kể mô-men bị tiêu hao do ma sát:
- Giữa các bề mặt ren.
- Giữa mặt dưới đầu bu lông hoặc đai ốc với bề mặt tiếp xúc.
- Do tình trạng bề mặt và lớp phủ.
- Do chất bôi trơn.
Ví dụ, một bu lông khô và một bu lông được bôi trơn có thể tạo ra lực kéo trước khác nhau dù sử dụng cùng một mô-men siết.
Vì vậy, khi tính toán lực siết cần xác định điều kiện ma sát thực tế thay vì chỉ nhìn vào đường kính bu lông.
>>>Tham khảo bài viết: Lực siết bu lông cường độ cao
4. Cách tính lực siết theo cấp bền bu lông
Cấp bền cũng là yếu tố quan trọng khi xác định lực siết.
Một số cấp bền phổ biến:
- Bu lông 4.6
- Bu lông 5.6
- Bu lông 8.8
- Bu lông 10.9
- Bu lông 12.9
Trong đó, 8.8 và 10.9 thường được sử dụng nhiều trong các ứng dụng yêu cầu khả năng chịu lực cao.
Về nguyên tắc, lực kéo trước không nên được lựa chọn tùy tiện. Nó cần được xác định dựa trên yêu cầu của mối ghép và khả năng chịu tải của bu lông.
Đặc biệt, không thể chỉ dựa vào ký hiệu 8.8 hoặc 10.9 để suy ra một mô-men siết duy nhất.
Bu lông cấp bền 10.9
5. Bảng mô-men siết bu lông tham khảo
Bảng dưới đây mang tính tham khảo, với giả định điều kiện ma sát thông thường. Giá trị thực tế có thể thay đổi theo tiêu chuẩn, cấp bền, lớp phủ và điều kiện lắp đặt.
| Kích thước | Cấp bền 8.8 | Cấp bền 10.9 |
|---|---|---|
| M10 | ~50 Nm | ~70 Nm |
| M12 | ~85 Nm | ~120 Nm |
| M16 | ~210 Nm | ~300 Nm |
| M20 | ~410 Nm | ~580 Nm |
| M22 | ~550 Nm | ~780 Nm |
| M24 | ~710 Nm | ~1.000 Nm |
| M27 | ~1.050 Nm | ~1.480 Nm |
| M30 | ~1.450 Nm | ~2.050 Nm |
Lưu ý: Không sử dụng bảng này như bảng nghiệm thu chung cho mọi công trình. Đối với liên kết kết cấu thép, cần tuân thủ hồ sơ thiết kế, tiêu chuẩn áp dụng và quy trình siết được phê duyệt.
6. Cách tính lực siết bu lông bằng cờ lê lực
Cờ lê lực là dụng cụ phổ biến để kiểm soát mô-men siết.
Quy trình cơ bản:
Bước 1: Xác định loại bu lông
Kiểm tra:
- Đường kính.
- Bước ren.
- Chiều dài.
- Cấp bền.
- Tiêu chuẩn sản phẩm.
Bước 2: Xác định mô-men siết yêu cầu
Có thể lấy từ:
- Hồ sơ thiết kế.
- Tiêu chuẩn kỹ thuật.
- Tài liệu nhà sản xuất.
- Quy trình thi công đã được phê duyệt.
Bước 3: Kiểm tra tình trạng ren
Ren cần sạch và không bị biến dạng. Nếu yêu cầu kỹ thuật quy định bôi trơn thì phải sử dụng đúng loại chất bôi trơn.
Bước 4: Cài đặt cờ lê lực
Cài đặt giá trị mô-men theo thông số được xác định.
Bước 5: Siết bu lông
Siết từ từ và đúng phương pháp. Với các cụm nhiều bu lông, thường cần thực hiện theo trình tự nhằm giúp lực kẹp phân bố đồng đều.
7. Có phải bu lông càng lớn thì lực siết càng cao?
Thông thường là có, nhưng không nên hiểu rằng chỉ cần biết đường kính là có thể xác định chính xác lực siết.
Ví dụ, hai bu lông cùng là M20 nhưng khác:
- Cấp bền.
- Tiêu chuẩn.
- Vật liệu.
- Lớp phủ.
- Tình trạng bề mặt.
- Chất bôi trơn.
thì mô-men siết phù hợp có thể khác nhau.
Đây cũng là lý do bảng lực siết bu lông phải luôn đi kèm điều kiện áp dụng.
8. Lực siết bu lông cường độ cao trong kết cấu thép
Đối với bu lông cường độ cao dùng trong kết cấu thép, việc kiểm soát lực siết đặc biệt quan trọng.
Không nên áp dụng máy móc công thức:
T = K × F × d
mà không xác định K và lực kéo trước theo yêu cầu của hệ liên kết.
Tùy thiết kế và tiêu chuẩn áp dụng, việc siết có thể được kiểm soát bằng:
- Mô-men siết.
- Phương pháp góc quay.
- Thiết bị kiểm soát lực kéo.
- Các phương pháp chuyên dụng khác.
Đối với những công trình quan trọng, cần có quy trình kiểm tra và nghiệm thu rõ ràng.
9. Những sai lầm thường gặp khi tính lực siết
Chỉ nhìn đường kính bu lông
M20 không đồng nghĩa với một giá trị mô-men siết cố định.
Bỏ qua hệ số ma sát
Đây là một trong những nguyên nhân khiến lực kéo trước thực tế sai lệch.
Dùng chung bảng cho bu lông khô và bôi trơn
Điều kiện ma sát khác nhau có thể dẫn tới kết quả khác nhau.
Không hiệu chuẩn cờ lê lực
Một dụng cụ đo không chính xác có thể khiến mô-men siết thực tế sai với giá trị cài đặt.
Nhầm giữa lực siết và lực kéo trước
Mô-men siết là thông số tác động lên bu lông/đai ốc, trong khi lực kéo trước là lực căng được hình thành trong thân bu lông. Hai đại lượng này có liên hệ nhưng không phải là một.
10. Công thức tính lực siết bu lông cần nhớ
Công thức cơ bản:
T = K × F × d
Trong đó:
Mô-men siết = Hệ số mô-men × Lực kéo trước × Đường kính bu lông
Đây là công thức đơn giản và rất hữu ích để hiểu mối quan hệ giữa các đại lượng. Tuy nhiên, đối với thiết kế và nghiệm thu thực tế, cần sử dụng phương pháp được quy định cho đúng loại bu lông và điều kiện lắp đặt.
Kết luận
Cách tính lực siết bu lông không đơn giản chỉ là tra đường kính rồi chọn một giá trị mô-men. Muốn xác định chính xác cần xem xét đồng thời đường kính, cấp bền, lực kéo trước yêu cầu, hệ số ma sát, tình trạng bề mặt và phương pháp siết.
Công thức T = K × F × d có thể dùng để hiểu và ước tính mối quan hệ giữa mô-men siết và lực kéo trước. Với các bu lông cường độ cao 8.8, 10.9, bu lông kết cấu thép, nên sử dụng thông số theo đúng tiêu chuẩn và hồ sơ kỹ thuật của từng công trình.
Công ty Lộc Phát chuyên Sản xuất, nhập khẩu và phân phối các sản phẩm Bu lông chính hãng như:
- Bu lông liên kết cấp bền 4.8, 5,6, 8.8, 10.9, 12.9
- Bu lông neo (bu lông móng) cấp bền 4.6, 5.6, 8.8, 10.9 thép C45, 40Cr
- Bu lông inox 201, 304, 316, 316L
- Bu lông lục giác đầu trụ, đầu bằng, đầu cầu chìm thép, INOX
- Thanh ren (ty ren) - Guzong (Gu dông) - Ubolt
- Bu lông nở (tắc kê nở) thép, INOX; Bu lông hóa chất (thanh ren hóa chất)
- Vít gỗ, Vít Pake, Vít bắn tôn, Vít tự khoan INOX các loại
- Các loại Đai ốc (Ecu) - vòng đệm
- Gia công - Sản xuất Bu lông theo yêu cầu
CÔNG TY TNHH SẢN XUẤT VÀ XNK THƯƠNG MẠI LỘC PHÁT
Số 75 ngõ 1295 đường Giải Phóng - Hoàng Mai - TP Hà Nội
ĐT: 0975 45 85 80 / 0979.13.14.80
