Tài liệu Thiết kế máy thử độ bền kéo bulong

GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tuy gặp nhiều khó khăn nhưng em may mắn nhận được nhiều sự quan tâm, động viên và giúp đỡ nên cuối cùng em đã hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp của mình. Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tập thể thầy cô bộ môn Kỹ Thuật Thiết Kế nói riêng và Khoa Cơ khí trường Đại học Bách Khoa nói chung, đã trang bị cho em nhiều kiến thức bổ ích về chuyên môn và đạo đức trong suốt những năm học qua. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc với thầy Phan Đình Huấn thuộc bộ môn Kỹ Thuật Thiết Kế, khoa Cơ Khí, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy những vấn đề cơ bản đến chuyên sâu để em thực hiện đề tài này. Em xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và các anh chị trong công ty Công Nghệ Sài Gòn đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại công ty, được tiếp xúc thực tế, giải đáp thắc mắc, giúp em có thêm những hiểu biết về cơ khí trong quá trình thực tập. Sau cùng, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài luận văn tốt nghiệp này. Sinh viên thực hiện Lý Đăng Hưng SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 i GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn TÓM TẮT ĐỀ TÀI Trong nền công nghiệp cơ khí, bulong là chi tiết thường xuyên dùng trong các máy móc, nó được dùng để nối các chi tiết lại với nhau, sức chịu đựng, độ bền của bulong sẽ ảnh hưởng rất lớn tới năng suất làm việc của máy móc. Đề tài “Thiết kế máy thử độ bền kéo bulong” được định hướng thực hiện tại trường ĐH Bách khoa Tp. Hồ Chí Minh. Sau quá trình đưa ra phương án lựa chọn ý tưởng thiết kế, em quyết định lên phương án thiết kế máy thử độ bền kéo bulong có cơ cấu hoạt động chính là dùng thủy lực để kéo bulong. Bulong phải được gá cố định một đầu, một đầu di chuyển để gây lực dọc trục, kéo đứt bulong. Dựa vào lực phá hủy và vết nứt gãy của bulong ta sẽ lựa chọn bulong phù hợp để lắp ghép các chi tiết. Với kiến thức hạn hẹp, chưa có nhiều kinh nghiệm thực tế trong quá trình thực hiện đề tài sẽ không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận được sự góp ý chân thành từ các thầy cô và các bạn sinh viên. SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 ii GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN......................................................................................................i TÓM TẮT ĐỀ TÀI.............................................................................................ii MỤC LỤC.........................................................................................................iii DANH MỤC HÌNH ẢNH.................................................................................vi DANH SÁCH BẢNG BIỂU..............................................................................ix CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN..............................................................................1 1.1 Giới thiệu về mối ghép ren...................................................................1 1.1.1 Phân loại ren....................................................................................1 1.2 Các đặc tính, chỉ tiêu đánh giá bulong..................................................3 1.2.1 Cấp bền............................................................................................3 1.2.2 Giới hạn bền đứt, chảy.....................................................................5 1.2.3 Độ cứng...........................................................................................9 1.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá........................................................................9 1.3 Vật liệu làm bulong............................................................................10 1.4 Công nghệ thử độ bền........................................................................11 1.4.3 Các tiêu chuẩn đo..........................................................................14 1.5 Máy thử độ bền..................................................................................15 1.5.1 HIT-5KN-100KN............................................................................15 1.5.2 Model H001...................................................................................16 1.5.4 Máy thử vật liệu đẳng hướng.........................................................18 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ........................................................20 2.1 Nguyên lý hoạt động............................................................................20 2.2 Cấu tạo của máy.................................................................................24 2.2.1 Bộ cấp năng lượng.........................................................................24 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 iii GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn 2.2.2 Bộ phận cơ khí...............................................................................24 2.2.3 Bộ thủy lực.....................................................................................24 2.2.4 Bộ điều khiển, đo đạc. Phần điện...................................................26 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ........................................................27 3.1 Bộ phận thủy lực................................................................................27 3.1.1 Lực kéo cần thiết.............................................................................27 3.1.2 Thiết kế mạch thủy lực...................................................................27 3.1.3 Xylanh............................................................................................29 3.1.4 Bơm-Động cơ bơm.........................................................................33 3.1.5 Valve tràn ( Relief valve)...............................................................41 3.1.6 Van tiết lưu+van một chiều............................................................46 3.1.7 Van phân phối................................................................................49 3.1.8 Thiết kế bể dầu (Power back design)..............................................52 3.2 Phần cơ...............................................................................................54 3.2.1 Khung đế máy................................................................................54 3.2.2 Phân tích mẫu kéo..........................................................................57 CHƯƠNG 4 ĐÁNH GIÁ MẪU THÍ NGHIỆM............................................69 4.1 Biến dạng của thanh chịu kéo nén đúng tâm......................................69 4.1.1 Biến dạng dọc................................................................................69 4.1.2 Biến dạng ngang............................................................................70 4.2 Dạng phá hủy.....................................................................................70 4.3 Các đặc tính cần rút ra sau khi thử.....................................................73 4.4 Một số hiện tượng phát sinh trong thanh khi chịu lực........................74 4.4.1 Hiện tượng biến cứng nguội...........................................................74 4.4.2 Hiện tượng lưu biến.......................................................................75 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 iv GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn CHƯƠNG 5 VẬN HÀNH VÀ BẢO DƯỠNG...............................................79 5.1 Vận hành............................................................................................79 5.1.1 Quá trình thí nghiệm......................................................................79 5.1.3 Sau khi sử dụng xong.....................................................................79 5.2 Bảo dưỡng..........................................................................................79 CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...............................82 6.1 Kết luận..............................................................................................82 6.2 Hướng phát triển đề tài.......................................................................83 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................90 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 v GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn DANH MỤC HÌNH ẢNH Chương 1 Hình 1. 1 Các loại vis..........................................................................................1 Hình 1. 2 Các loại đai ốc.....................................................................................2 Hình 1. 3 Bộ ghép bulong...................................................................................2 Hình 1. 4 Bulong hệ Mét.....................................................................................3 Hình 1. 5 Cấp bền bulong hệ Inch.......................................................................5 Hình 1. 6 Biểu đồ ứng suất - chuyển vị của nhôm..............................................6 Hình 1. 7 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị của thép xây dựng...................................7 Hình 1. 8 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị của vật liệu dòn.......................................8 Hình 1. 9 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị ứng với các vật liệu khác nhau................8 Hình 1. 10 Các lực tác động lên bulong............................................................10 Hình 1. 11 Brusting Test...................................................................................12 Hình 1. 12 Cylinder Test...................................................................................13 Hình 1. 13 Plane Biaxial Test...........................................................................13 Hình 1. 14 Thông số hình học của mẫu thử.......................................................14 Hình 1. 15 Các loại mẫu thử.............................................................................14 Chương 2 Hình 2. 1 Nguyên lý hoạt động của máy kéo sử dụng trục vis-đai ốc bi...........20 Hình 2. 2 Sơ đồ nguyên lý máy kéo sử dụng thủy lực kiểu 1............................22 Hình 2. 3 Sơ đồ nguyên lý máy kéo sử dụng thủy lực kiểu 2............................23 Hình 2. 4 Xylanh Thủy Lực..............................................................................25 Hình 2. 5 Valve phân phối................................................................................25 Chương 3 Hình 3. 1 Sơ đồ mạch thủy lực..........................................................................29 Hình 3. 2 Mối quan hệ giữa độ dài hành trình -chiều dài uốn tự do và phương pháp bố trí của piston.................................................................................................30 Hình 3. 3 Biểu tượng trên bản vẽ và bảng chọn diện tích đáy xilanh................31 Hình 3. 4 Quy tắc chọn ký hiệu Xilanh.............................................................32 Hình 3. 5 Các cách lắp đặt Xilanh.....................................................................32 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 vi GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Hình 3. 6 Kiểu mạch một bơm cố định với 1 motor..........................................35 Hình 3. 7 Kiều mạch bơm có bình tích áp.........................................................36 Hình 3. 8 Kiểu mạch sử dụng nhiều bơm..........................................................36 Hình 3. 9 Một số loại model bơm của hãng Yuken...........................................37 Hình 3. 10 Kiểu bơm PV2R..............................................................................37 Hình 3. 11 Kích thước của kiểu bơm Yuken PV2R1........................................38 Hình 3. 12 Các loại bơm của kiểu bơm PV2R1................................................38 Hình 3. 13 Biểu đồ quan hệ giữa P-p-Q của bơm PV2R2-14............................39 Hình 3. 14 Thông số kỹ thuật của motor 1LA7-133-4AA.................................40 Hình 3. 15 Thông số kỹ thuật của motor 1LA7-130-4AA.................................40 Hình 3. 16 Các cách lắp đặt motor bơm............................................................41 Hình 3. 17 Các loại van tràn..............................................................................43 Hình 3. 18 Model van tràn của hãng Yuken......................................................43 Hình 3. 19 Quy tắc chọn model van tràn...........................................................44 Hình 3. 20 Bản vẽ van tràn................................................................................45 Hình 3. 21 Hình ảnh thực tế của van tiết lưu.....................................................46 Hình 3. 22 Bảng lựa chọn van tiết lưu theo áp suất va lưu lượng trong mạch...47 Hình 3. 23 Quy tắc chọn model van tiết lưu......................................................47 Hình 3. 24 Bản vẽ kích thước van tiết lưu FG/FCG-02-30...............................48 Hình 3. 25 Biểu đồ điều chỉnh tín hiệu ứng với lưu lượng mong muốn............48 Hình 3. 26 Biểu đồ tổn áp khi van đóng, khi mở ứng với lưu lượng,................49 Hình 3. 27 Các model van phân phối kích hoạt bằng cuộn từ...........................49 Hình 3. 28 Khả năng làm việc của van DSG-01-3C*-*-70...............................50 Hình 3. 29 Biểu đồ chỉ mức tổn áp qua van phân phối ứng với lưu lượng.......51 Hình 3. 30 Bản vẽ van phân phối......................................................................52 Hình 3. 31 Đặc tính co học của vật liệu làm khung...........................................54 Hình 3. 32 Mô hình 3D của bộ khung...............................................................55 Hình 3. 33 Mô phỏng chuyển vị của bộ khung.................................................56 Hình 3. 34 Giá trị momen, lực, ứng suất, chuyển vị của bộ khung...................57 Hình 3. 35 Ứng suất và chuyển vị của bulong bằng thép..................................58 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 vii GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Hình 3. 36 Ứng suất và chuyển vị của bulong bằng Inox..................................59 Hình 3. 37 Ứng suất và chuyển vị của bulong bằng đồng................................60 Hình 3. 38 PLC FX1N-14MT...........................................................................62 Hình 3. 39 Bộ nguồn chuyển mạch...................................................................63 Hình 3. 40 Cầu chì bảo vệ mạch.......................................................................63 Hình 3. 41 Cầu dao...........................................................................................64 Hình 3. 42 Contactor.........................................................................................65 Hình 3. 43 Ro le trung gian...............................................................................66 Hình 3. 44 Nguyên lí làm việc của công tắc hành trình.....................................66 Hình 3. 45 Công tắc hành trình.........................................................................67 Hình 3. 46 Cảm biến quang...............................................................................67 Hình 3. 47 Màn hình hiển thị............................................................................68 Hình 3. 48 Tension Loadcell.............................................................................68 Chương 4 Hình 4. 1 Biến dạng dọc trục của đoạn thanh dài dz.........................................69 Hình 4. 2 Các dạng phá hủy của bulong............................................................70 Hình 4. 3 Ký hiệu kích thước bulong [13].........................................................71 Hình 4. 4 Hình dạng co thắt tiết diện của các vật liệu khác nhau......................71 Hình 4. 5 Hình chụp mặt cắt của đai ốc M16 [13]............................................72 Hình 4. 6 Dạng phá hủy của bulong khi ren bị tuôn [13]..................................73 Hình 4. 7 Hiện tượng biến cứng nguội..............................................................74 Hình 4. 8 Mẫu bulong thí nghiệm [13]..............................................................76 Hình 4. 9 Setup cho thí nghiệm kéo bulong [13]...............................................77 Hình 4. 10 Biểu đồ lực kéo-chuyển vị của 2 loại bulong [13]...........................78 Chương 6 Hình 6. 1 Kết quả kéo bulong thép thường.......................................................82 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 viii GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1 : Cấp bền và giới hạn bền đứt, chảy tương ứng.......................................4 Bảng 2 : Giới hạn độ bền đứt và độ bền chảy của 1 số vật liệu............................9 Bảng 3 : Cơ tính một số mác thép chế tạo chi tiết máy có ren. [3]......................11 Bảng 4: Thông số kỹ thuật của Xilanh...............................................................33 Bảng 5: Liệt kê các loại bơm thủy lực...............................................................34 Bảng 6: Bảng liệt kê các loại van thủy lực.........................................................42 Bảng 7 : Giá trị v được chọn theo chức năng và áp suất trong ống dẫn.............54 Bảng 8 : Thông số kỹ thuật của các vật liệu thép, Inox, đồng............................57 Bảng 9 : Điều khiển các cuộn nam châm của van phân phối.............................61 Bảng 10 : So sánh hiện tường chùng và hiện tượng dão của vật liệu.................75 Bảng 11 : Giới hạn bền chảy, bền đứt và độ cứng 2 loại vis và đai ốc trên [13] 76 Bảng 12 : Kết quả thí nghiệm kéo bulong..........................................................77 Bảng 13 : Công viêc bảo trì hê thống theo kỳ, tuần, tháng, năm........................80 Bảng 14 : So sánh giữa yêu cầu luận văn và thiết kế đạt được...........................83 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 ix Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về mối ghép ren Mối ghép ren là mối ghép có thể tháo được. Được sử dụng với nhiều mục đích như ghép chặt, truyền động, điều chỉnh. Trong mục đích ghép chặt mối ghép sử dụng ma sát ren để ép 2 chi tiết lại với nhau.Ưu điểm là có độ ổn định cao, có thể tháo lắp được 1.1.1 Phân loại ren Ren được phân loại theo nhiều mục như sau [8]:  Hướng ren: Ren trái và ren phải. Trong đó ren phải là khi muốn vặn vào lỗ ren thì xoay theo chiều kim đồng hồ ( hướng ren từ trái qua phải, dưới lên trên), ren trái thì ngược lại.  Theo biên dạng: - Ren tam giác : trong hệ ISO (ren hệ met) là tam giác đều góc 600, trong hệ Anh là tam giác cân góc đỉnh 55o. - Ren hình thang: Cho độ bền cao, dễ chế tạo - Ren tròn : được dùng trong các mối ghép tại điều kiện làm việc dơ, chịu tải trọng va đập lớn. - Ren đỡ : biên dạng là hình thang không cân. Được dùng trong truyền động tải 1 chiều  Theo vị trí : Ren ngoài (trục, vis), ren trong (lỗ ren)  Theo công dụng :Ren ghép chặt, ren bắt gỗ. 1.1.2 Phân loại bulong Tùy thuộc vào vís xiết mà có thể chia ra các loại: mối ghép bulong, mối ghép bằng vis, mối ghép bằng vis cấy. Bulong là một bộ bao gồm cả 3 thành phần vis, đai ốc, đệm. SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 1 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn a. Vis cấy b. Vis đầu lục giác c. Vis đầu tròn chống xoay d. Vis chìm đầu bằng xẻ rãnh e. Vis lục giác chìm Hình 1. 1 Các loại vis Các loại đai ốc như: đai ốc cánh, đai ốc 6 cạnh, đai ốc dẹt, đai ốc hàn… SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 2 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Hình 1. 2 Các loại đai ốc Các loại đệm như: đệm thường, đệm vênh, đệm cánh. Hình 1. 3 Bộ ghép bulong Bulông còn được chia ra theo độ chính xác chế tạo: thô, bán tinh, tinh:  Bulong thô có cấp chính xác kém nên thường dùng trong các mối ghép không quan trọng hoặc trong các kết cấu bằng gỗ.  Bulong nửa tinh: được chế tạo như bulong thô nhưng được gia công thêm phần mặt tựa của đầu bulong và trên các bề mặt mút để loại bỏ bavia. SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 3 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn  Bulong tinh: được chế tạo bằng máy móc,có độ chính xác cao, các phần đều được gia công cơ khí, bulong loại này được ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp. Trên thực tế,còn có loại bulong siêu tinh đây là loại bulong được sản xuất đặc biệt,có yêu cầu khắc khe về độ chính xác gia công,chúng được sử dụng trong các mối liên kết đặc biệt,có dung sai lắp ghép nhỏ,các ngành cơ khí chính xác. 1.2 Các đặc tính, chỉ tiêu đánh giá bulong 1.2.1 Cấp bền  Bulong hệ mét. Hình 1. 4 Bulong hệ Mét Cấp độ bền của bulong được ký hiệu bằng 2 chữ số. Chữ số đầu bằng 1/100 giới hạn bền đứt, N/mm2 hoặc MPa. Chữ số sau là 10 của tỷ số giữa giới hạn chảy và giới hạn bền đứt =>tích của chữ số này với giới hạn bền đứt bằng 1/10 giới hạn chảy, N/mm2. Ví dụ trên mặt vis ghi 8.8 có nghĩa là giới hạn đứt σb=8*100=800 MPa , giới hạn chảy σc// σb =0,8. σb=0,8*800=640MPa Được chia ra thành 10 cấp gồm : Bảng 1 : Cấp bền và giới hạn bền đứt, chảy tương ứng. Cấp bền Giới hạn bền đứt 4.6 40 0 4.8 400 5.6 500 SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 5.8 500 6.6 600 6.8 600 8.8 800 10.9 1000 12.9 1200 14.9 1400 4 Chương 1: Tổng quan (MPa) Giới hạn bền chảy (MPa) 24 0 320 GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn 300 400 360 480 640 900 1080 1260 Đai ốc cũng tương tự chia ra là 4,5,6,8,10,12,14 để biết là nó phù hợp với vis nào.  Bulong hệ Inch Đối với bulong hệ inch, cấp bền được ký hiệu bằng các vạch và dấu chấm ( đây là quy ước theo hệ tiêu chuẩn SAE J429). Cấp bền chia làm 17 cấp nhưng trên thực tế chỉ sử dụng cấp 2,5 và 8 Hình 1. 5 Cấp bền bulong hệ Inch 1.2.2 Giới hạn bền đứt, chảy  Độ bền đứt ( Ultimate Tensile Strength, σk): Là khả năng chịu đựng của vật liệu khi bị kéo đến khi bị đứt hoặc phá hủy hoàn toàn. Đây là một chi ngành riêng trong kỹ thuật thử nghiệm. Từ đó mà có thể suy ra được các SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 5 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn thông số về giới hạn đứt (Break), độ giãn dài lớn nhất (Elongation), độ co thắt tiết diện (Reduction) của vật liệu khi bị kéo. Một số loại vật liệu thiếu tính dẻo, giòn sẽ có vết đứt sắt (gồ ghề, răng cưa). Các vật liệu khác có tính dẻo hơn thường sẽ tạo thành cổ thắt lại nơi chuẩn bị đứt.  Giới hạn chảy ( Yield Point, σy) : Là giới hạn của ứng suất trong vật liệu. Dưới điểm giới hạn này thì vật liệu vẫn là biến dạng đàn hồi nhưng khi vựợt qua thì vật liệu sẽ biến dạng nhanh hơn và không còn trở về hình dạng cũ được nữa (còn gọi là giai đoạn nhựa dẻo của vật liệu). Sau đó, nếu tiếp tục tác dụng lực thì sẽ đến giới hạn bền đứt của vật liệu và bị phá hủy. Các giới hạn này vốn là ứng suất được tính bằng lực kéo/nén trên một đơn vị diện tích nên những kích thước như chiều dài của mẫu thử không ảnh hưởng nhưng có các yếu tố khác sẽ ảnh hưởng đến kết quả thử như là việc xử lý bề mặt mẩu thử, nhiệt độ phòng nơi thử. Hình 1. 6 Biểu đồ ứng suất - chuyển vị của nhôm Từ gốc đến diểm A là lúc ứng suất được tăng lên nhưng vật liệu chuyển vị rất ít, lúc này ứng suất và chuyển vị quan hệ tuyến tính với nhau, đây còn gọi là giai đoạn đàn hồi vì khi ngừng tác dụng lực, vật sẽ trở lại hình dáng ban đầu. Tương quan giữa ứng suất và chuyển vị là quan hệ bậc nhất. Điểm A còn gọi là giới hạn đàn hồi (hoặc giới hạn tỉ lệ) SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 6 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Nhưng từ A đến B thì mối quan hệ ứng suất-chuyển vị trở thành quan hệ phi tuyến, tại đây vật liệu biến dạng không có khả năng trở về hình dáng cũ khi ngưng tác dụng lực. Giai đoạn này gọi là giai đoạn biến dạng dẻo (chảy). Điểm B sẽ được gọi là giới hạn chảy (Yield point). Sau điểm D thì dù ứng suất không tăng nhưng chuyển vị tăng rất nhanh (đồ thị song song với trục ε, đây là quá trình chảy của vật liệu hay giai đoạn nhựa (Plastic region). Ta có C là giới hạn bền đứt và D là giới hạn đứt gãy. Sau quá trình chảy là tới giai đoạn biến cứng (Strain hardening) đến điểm C. Từ C đến D là giai đoạn mà nơi yếu nhất trên thân vật liệu bắt đầu bị thắt cổ, có thể thấy rõ nhất đối với các vật liệu dẻo. Chính vì hiện tượng thắt cổ này mà trong thực tế cả chuyển vị và ứng suất sẽ tăng lên rất nhanh (vì tiết diện giảm) và đường biểu diễn sẽ cong lên nhưng do trong kỹ thuật ta chỉ tính ứng suất theo tiết diện ban đầu nên tại điểm A trong đồ thị dưới khi ngừng tăng lực kéo thì đường biểu diễn sẽ đi xuống và đến điểm đứt . A: Đường biểu diễn tương ứng (F/A0) Hình 1. 7 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị của thép xây dựng Đối với vật liệu dòn, do có độ dẽo thấp nền hầu như không có giới hạn chảy, vì vậy mà biểu đồ ứng suất-chuyển vị có dạng đường cong như sau: SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 7 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Hình 1. 8 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị của vật liệu dòn Đôi khi có thể dùng biểu đồ ứng suất – chuyển vị này để xem vật liệu đó là gì. Hình 1. 9 Biểu đồ ứng suất-chuyển vị ứng với các vật liệu khác nhau a: Vật liệu dòn. b: Vật liệu có độ bền cao và khó thay đổi hình dáng. c: Vật liệu có độ cứng và độ bền cao. d: Vật liệu dẻo. SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 8 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn Bảng 2 : Giới hạn độ bền đứt và độ bền chảy của 1 số vật liệu. Vật liệu Thép xây dựng Thép không gỉ Hợp kim nhôm Đồng Đồng thau Thủy tinh Kim cương Giới hạn bền chảy (MPa) 250 520 414 69 200 1600 Giới hạn bền đứt (MPa) 400-550 860 483 220 500 32 2800 1.2.3 Độ cứng Độ cứng là độ chống lại sự biến dạng dẻo của vật liệu khi bị tác động lực. Thuộc về đặc tính bề mặt của vật liệu. Nhưng khi tác động lực lên bề mặt vật liệu thì mỗi kiểu tác động lại cho một biểu hiện trên bề mặt khác nhau nên ta chia phương pháp đo độ cứng ra làm 3 loại  Độ cứng xước ( Scratch Hardnesss) : Về nguyên tắc là lấy một vật liệu có độ cứng lớn, sắc nhọn rồi tác dụng lực để phá hủy bề mặt của vật liệu có độ cứng thấp hơn. Dựa trên lực cần thiết để phá hủy bề mặt để suy ra độ cứng. Dụng cụ đo là Sclerometer  Độ cứng Indentation : Đo độ cứng bằng cách tạo một vết lõm hình tròn lên bề mặt vật liệu bằng vật liệu cứng hơn. Lấy lực tác dụng chia diện tích mặt lõm ấy để có độ cứng. Thang đo phổ biến là Rockwell (HR), Vicker (HV), Shore và Brinell (HB).  Độ cứng nảy (Rebound Hardness) : Đo độ nảy lên khi thả một thiết bị đo lên bề mặt vật liệu. Dụng cụ đo có tên là Scleroscope. Thang đo sử dụng là Lee rebound hardness và Bennet Hardness. 1.2.4 Các chỉ tiêu đánh giá Khi lựa chọn bu long thì cần nghĩ đến điều kiện làm việc, môi trường làm việc Ngoài ra còn có một số chỉ tiêu để đánh giá như: Độ bền đứt trên vòng đệm lệch, độ bền chỗ nối đầu mũ và thân bulông, chiều cao nhỏ nhất vùng không thoát cacbon, chiều sâu lớn nhất của vùng thoát cacbon hoàn toàn. Liên kết bulong trong kết cấu có thể chia làm 3 loại: Liên kết chịu cắt, liên kết không trượt, liên kết chịu kéo. Mà từ đó có thể chọn bulong phù hợp.  Liên kết chịu cắt: Lực vuông góc với thân bulong, thân bulong bị cắt và bản chi tiết thành lỗ bị ép. Liên kết này đơn giản, dễ thi công, chịu lực SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 9 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn khỏe nhưng có nhược điểm là dễ bị trượt do lỗ to hơn thân bulong. Kết cấu mà sự trượt không gây ảnh hưởng thường dùng loại bulong này. Bulong không cần xiết chặt lắm, chỉ cần xiết đến mức khít chặt (Không có khe hỡ giữa các bản thép). Vậy nếu dùng bulong cường độ cao trong liên kết này không cần xiết mạnh bulong, chỉ cần dùng cờ-lê chuẩn là đủ.  Liên kết không trượt: Cũng chịu lực vuông góc thân bulong, nhưng bulong được xiết rất chặt để gây ma sát giữa các bản chi tiết cần liên kết, không cho trượt. Liên kết này dùng cho các kết cấu không cho phép trượt như: cầu, dầm cầu trục, kết cấu chịu lực động…Bulong trong kết cầu này phải xiết đến một lực căng lớn quy định bởi thiết kế. Do đó phải là bulong cường độ cao. Việc xiết bulong phải đảm bảo lực căng khống chế, đó là vấn đề khó.  Liên kết chịu kéo: Trong liên kết mà lực dọc theo chiều bulong là chủ yếu thì bulong chịu kéo. Tiêu chuẩn Việt Nam không yêu cầu xiết bulong chịu kéo như thế nào, nhưng tiêu chuẩn của Mỹ, EU, Úc…đều yêu cầu bulong phải được xiết đến lực lớn hơn lực nó sẽ chịu khi làm việc dưới tải, để cho các mặt bích không bị tách ra. Hình 1. 10 Các lực tác động lên bulong 1.3 Vật liệu làm bulong Khi chọn vật liệu chế tạo bulong cần phải chú ý đến điều kiện làm việc (tải trọng tỉnh/động, chịu lực dọc trục/cắt, xiết chặt/hở), khả năng chế tạo và các yêu cầu về kích thước, khối lượng. Các vật liệu làm bulong thường thấy như: SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 10 Chương 1: Tổng quan GVHD: PGS-TS. Phan Đình Huấn  Thép: Trong đó có thể sử dụng thép Cacbon thường, thép cacbon chất lượng tốt hoặc thép hợp kim.  Thép không gỉ (Inox) có khả năng chống sự oxy hóa và mài mòn. Có 4 loại thép không gỉ gồm Austenitic ( Ứng dụng nhiều nhất trong đồ gia dụng, trong công nghiệp), Ferritic ( trong kiến trúc), Duplex (công nghiệp hóa dầu, chế tạo tàu biển), Martensitic (cánh tuabin, lưỡi dao)  Đồng (Copper): Dùng khi cần chống thấm nước  Nhựa (Plastic): Chi tiết nhẹ, cần chống thấm nước Thường nếu không có yêu cầu gì thì bulong sẽ được chế tạo từ thép. Đai ốc được chế tạo bằng cùng loại vật liệu với vis hoặc vật liệu có độ bền thấp hơn. Bảng 3 : Cơ tính một số mác thép chế tạo chi tiết máy có ren. [3] Cấp bền Kích thước bulong Độ bền Proof nhỏ nhất (MPa) Giới hạn bền kéo nhỏ nhất (MPa) 4.6 M5-M36 225 400 Giới hạn chảy nhỏ nhất (MPa) 240 4.8 M1.6-M16 310 420 340 5.8 M5-M24 380 520 420 8.8 M16-M36 600 830 660 9.8 M1.6-M16 650 900 720 10.9 M5-M36 830 1040 940 12.9 M1.6-M36 970 1220 1100 Vật liệu Thép C thấp và trung bình Thép C thấp và trung bình Thép C thấp và trung bình Thép C trung bình, Q&T Thép C trung bình, Q&T Thép không gỉ (40Mn2,40Cr2) Thép hợp kim 1.4 Công nghệ thử độ bền Chúng ta phải thử độ bền vật liệu vì:  Nắm rõ được cơ tính của vật liệu (biểu đồ ứng suất-chuyển vị, giới hạn đàn hồichảy-bền...)  Đảm bảo an toàn khi khách hàng, người lao động sử dụng sản phẩm, từ đó sẽ tăng độ tin tưởng của khách hàng.  Lựa chọn vật liệu phù hợp cho mục đích sử dụng, tối ưu thiết kế.  Dự đoán chuyển vị, cấu trúc của vật liệu khi bình thường, khi chịu lực.  Trong công nghiệp, dựa vào thông số kỹ thuật yêu cầu mà quyết định xem khâu sản xuất có đang làm việc chính xác hay không mà kịp thời điều chỉnh. 1.4.1 Phương pháp  Trên thị trường có 2 loại kiểu thử độ bền chính : SVTH: Lý Đăng Hưng-1411602 11