Bu lông hoạt động như thế nào?

   Bu lông là một chi tiết quan trọng trong cuộc sống hiện đại, có rất nhiều ứng dụng trong sản xuất, thi công các công trình xây dựng, trong lĩnh vực cơ khí, công nghiệp chế tạo lắp ghép máy móc. Loại bu lông, kích thước vật lý, mật độ ren, vật liệu tạo hình và các yêu cầu về độ chặt đều là những đặc điểm quan trọng để lắp đặt bu lông hiệu quả.

1. Các yếu tố tác động đến quá trình làm việc của bu lông

Bu lông đai ốc

1.1 Ren của bu lông

   Ren là một trong những đặc điểm chính của bu lông. Một ren hoạt động theo khái niệm cơ bản của một mặt phẳng nghiêng được xoắn ốc xung quanh chiều dài của dây buộc . Hình xoắn ốc này yêu cầu áp suất quay được đưa vào một rãnh. Xoay bu lông làm cho ren di chuyển rãnh bổ sung hoặc đai ốc lên trên so với mặt phẳng nghiêng. Mômen xoắn hoặc lực quay càng lớn thì áp lực kéo đai ốc về phía trước dọc theo ren càng lớn. Điều này lại tạo ra lực căng trong bu lông và lực kẹp để ép hai thành phần lại với nhau. Số lượng cao hơn hoặc sắp xếp dày đặc hơn các sợi có thể tăng cường sức mạnh cho khớp. Ngoài ra, việc cắt ren vào bu lông sau khi đã được nhiệt luyện cũng giúp cải thiện độ bền của ren.

1.2  Các lực cơ học tác động lên bu lông

   Hành động siết chặt bu lông sử dụng một số loại lực cơ học khác nhau giúp mối nối kết quả được giữ an toàn. Các lực chính được tạo ra bởi quá trình lắp đặt bu lông bao gồm:

• Lực kẹp : Đây là một loại lực nén mà bu lông tác dụng vào mối nối, giữ hai thành phần lại với nhau.
• Lực tải trước : Xoay bu lông làm cho các ren dính vào và kéo căng ra, tạo ra lực tải trước giữ cho các ren ở đúng vị trí.
• Lực cắt : Lực cắt là áp lực ngang tác dụng lên bu lông theo phương vuông góc. Nó có thể hiện diện một mình hoặc kết hợp với lực căng.
• Lực căng : Lực căng áp dụng cho chiều dài của bu lông, cung cấp áp lực dọc theo chiều dọc của nó, thay vì chiều rộng của nó.

   Lực kẹp hoàn thành nhiệm vụ giữ nhiều bộ phận lại với nhau, và được xác định bằng hiệu số giữa lực tải trước và lực căng. Khi cường độ của lực căng bằng cường độ của lực tải trước, bu lông bị hỏng và mối nối bị gãy. Nói chung, lực tải trước cao hơn chuyển thành lực kẹp cao hơn, giúp cho mối nối được bắt vít chắc chắn hơn. Lý tưởng nhất là việc lắp đặt và siết chặt bu lông chính xác sẽ tạo ra một mối nối tạo ra ít hoặc không có lực cắt trực tiếp. 

1.3 Độ bền kéo của bu lông

   Hiệp hội Vật liệu Thử nghiệm Hoa Kỳ (ASTM) đặt ra hầu hết các tiêu chuẩn về thông số kỹ thuật bu lông trong U.S., bao gồm kích thước, vật liệu tạo hình và hoàn thiện sau chế tạo. Bu lông được sản xuất với nhiều độ dài khác nhau và có thể có nhiều hình dạng đầu khác nhau, chẳng hạn như hình lục giác, hình bầu dục, phẳng hoặc cấu hình ổ cắm. Độ bền cơ học tổng thể của một bu lông có thể được đo bằng mức độ căng mà cuối cùng nó bị đứt, trong khi độ bền chảy của nó chỉ ra mức độ uốn cong hoặc biến dạng của nó. Mặc dù cường độ tổng thể, hoặc độ bền kéo, luôn luôn cao hơn cường độ chảy, để một máy chạy đúng cách, bu lông của nó phải có tải dưới mức chảy. Bu lông có sự chênh lệch lớn giữa độ bền kéo và độ chảy của chúng được coi là linh hoạt và sẽ kéo căng ở mức độ tương đối cao trước khi hỏng.

2. Nguyên lí và cách hoạt động của bu lông

   Nguyên lí hoạt động của bu lông:

   – Bu lông hoạt động dựa trên cơ chế ma sát giữa các vòng ren và đai ốc giúp các chi tiết, linh kiện được kẹp chặt lại khi lắp ghép. Đồng thời dễ dàng tháo khi sửa chữa.

   – Bu lông được ứng dụng trong các nhà xưởng, thi công các công trình xây dựng, trong lĩnh vực cơ khí, công nghiệp chế tạo lắp ghép máy móc.

   Cách hoạt động của bu lông:

   Để có thể lắp thành công bu lông gần như luôn luôn đòi hỏi 1 con ốc giữ lại các thành phần trên trục của bu lông. Ốc được lắp thông qua mô men xoắn, còn bu lông lại được giữ nguyên tại vị trí hoặc ngược lại. Ốc và bu lông có vị trí phụ thuộc vào nguyên lý vật lý tương tự: ma sát của ren ốc và đai bu lông liên kết với nhau, trong đó có 1 lực cản nén của các bộ phận bị buộc, cùng 1 biến dạng đàn hồi nhỏ của các bộ phận được tổ chức với nhau. Khi chịu rung động hoặc tải động, ốc có thể bị nới lỏng. Lúc này, ốc khóa hoặc ốc khóa ren có nhiệm vụ siết chặt ốc với bu lông để tránh trường hợp ốc bị tuột khỏi bu lông như thiết kế mong muốn.

3. Tiêu chuẩn của bu lông như thế nào?

   Các tiêu chí của bu lông bao gồm:

   – Vật liệu cấu tạo nên bu lông phải đảm bảo đạt tiêu chuẩn, đó là có tính dễ rèn, dễ hàn và dễ dập.

   –  Độ bền cao, chịu đựng được các va đập và tải trọng, áp lực lớn.

   – Có khả năng chống lại sự mài mòn và oxi hóa.

   – Các sản phẩm bu lông không bị gỉ và chịu được môi trường nhiệt độ cao

   – Có một kích thước nhất định theo chuẩn đã quy định nhằm phù hợp với chuẩn mực đưa ra cho các máy móc, thiết bị vật tư.