Lực siết bu lông là một khái niệm quan trọng trong ngành cơ khí, đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo độ chắc chắn và an toàn của các liên kết. Bài viết này Thiết bị dụng cụ kỹ thuật Hitami sẽ cung cấp cho bạn những kiến thức cơ bản về lực siết bu lông cũng như hướng dẫn chi tiết cách tính và tra bảng lực siết tiêu chuẩn cho từng loại bu lông.
Lực siết bu lông là gì?
Lực siết bu lông (mô-men xoắn) là lực tác động lên bu lông khi nó được siết chặt vào đai ốc. Quá trình này tạo ra một ứng suất căng ban đầu giữa các bề mặt tiếp xúc, giúp kết nối chúng một cách chặt chẽ và an toàn. Lực siết thường được đo bằng đơn vị Newton-mét (N.m), thể hiện mức độ chặt của liên kết bu lông.
Tầm quan trọng của lực siết bu lông
Lực siết bu lông đóng một vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo tính toàn vẹn và độ tin cậy của các kết cấu cơ khí. Nếu bu lông được siết quá lỏng, các liên kết có thể bị lỏng lẻo, dẫn đến rung lắc, hỏng hóc và thậm chí gây ra sự cố nghiêm trọng. Ngược lại, nếu bu lông được siết quá chặt, nó có thể làm biến dạng hoặc gãy các bộ phận, ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị. Do đó, việc kiểm soát chính xác lực siết bu lông theo tiêu chuẩn là yếu tố không thể thiếu trong quá trình lắp đặt và bảo trì.
Tiêu chuẩn lực siết bu lông
Để đảm bảo chất lượng và an toàn, lực siết bu lông phải tuân theo các tiêu chuẩn nghiêm ngặt được quy định bởi các tổ chức trong nước và quốc tế.
Tiêu chuẩn Việt Nam
Tại Việt Nam, tiêu chuẩn lực siết bu lông được đề cập trong hai văn bản chính:
- TCVN 1916:1995: Quy định về yêu cầu kỹ thuật đối với bu lông, vít và đai ốc. Tiêu chuẩn này phân loại cấp bền của bu lông từ 4.6 đến 12.9, đưa ra bảng tra lực siết tương ứng với từng cấp bền và đường kính.
- TCVN 8298:2009: Áp dụng cho các công trình thủy lợi, hướng dẫn kỹ thuật trong chế tạo và lắp ráp thiết bị cơ khí, kết cấu thép. Tiêu chuẩn chỉ rõ lực siết cần thiết cho từng loại bu lông sử dụng trong lĩnh vực này.
Tiêu chuẩn quốc tế
Trên phạm vi toàn cầu, một số tiêu chuẩn lực siết bu lông phổ biến bao gồm:
- ISO 898-1: Quy định yêu cầu kỹ thuật cho bu lông và đai ốc bằng thép các bon và hợp kim. Tiêu chuẩn phân loại cấp bền tương tự như TCVN 1916:1995.
- ASTM A325: Tiêu chuẩn của Hoa Kỳ về bu lông cường độ cao dùng trong kết cấu thép, đưa ra thông số lực siết cần thiết cho bu lông này trong xây dựng cầu và công trình lớn.
- DIN 933: Tiêu chuẩn của Đức quy định lực siết cho bu lông đầu lục giác, cung cấp bảng tra theo cấp bền và kích thước.
Các tiêu chuẩn này đảm bảo tính nhất quán và an toàn trong tính toán, lựa chọn và kiểm tra lực siết bu lông trên phạm vi toàn cầu.
Cách tính lực siết bu lông
Để đảm bảo chất lượng và an toàn của liên kết bu lông, việc tính toán chính xác lực siết là rất quan trọng. Dưới đây, chúng ta sẽ tìm hiểu các phương pháp tính toán và các yếu tố ảnh hưởng đến lực siết bu lông.
Công thức tính lực siết bu lông
Lực siết bu lông có thể được tính toán thông qua công thức cơ bản sau:
T = K × F × D
Trong đó:
- T là mô-men xoắn (N.m)
- K là hệ số ma sát, dao động từ 0.15 đến 0.25 tùy thuộc vào loại bu lông và tình trạng bề mặt
- F là lực kéo căng (N)
- D là đường kính danh nghĩa của bu lông (m)
Ví dụ, để tạo ra lực kéo căng 10000 N trên bu lông M12 với hệ số ma sát 0.2, mô-men xoắn cần thiết sẽ là:
T = 0.2 × 10000 N × 0.012 m = 24 N.m
Yếu tố ảnh hưởng lực siết bu lông
Ngoài công thức trên, lực siết bu lông còn chịu ảnh hưởng bởi một số yếu tố quan trọng khác.
Độ bền của bu lông
Độ bền của bu lông là một thông số thiết yếu quyết định khả năng chịu lực của liên kết. Bu lông có độ bền càng cao thì khả năng chịu tải và chống biến dạng càng lớn. Các cấp độ bền phổ biến gồm:
- Cấp bền 4.6: Có độ bền kéo tối thiểu là 400 MPa và giới hạn chảy là 240 MPa.
- Cấp bền 5.8: Có độ bền kéo tối thiểu là 500 MPa và giới hạn chảy là 400 MPa.
- Cấp bền 8.8: Có độ bền kéo tối thiểu là 800 MPa và giới hạn chảy là 640 MPa.
- Cấp bền 10.9: Có độ bền kéo tối thiểu là 1000 MPa và giới hạn chảy là 900 MPa.
- Cấp bền 12.9: Có độ bền kéo tối thiểu là 1200 MPa và giới hạn chảy là 1080 MPa.
Trong đó:
- Độ bền kéo là lực tối đa mà bu lông có thể chịu được trước khi bị phá hủy.
- Giới hạn chảy là ứng suất tại điểm mà bu lông bắt đầu biến dạng dư (biến dạng vĩnh viễn) mà không cần tăng thêm lực.
Lực siết tương ứng với độ bền bu lông
Mỗi cấp độ bền bu lông sẽ yêu cầu một giá trị lực siết khác nhau để đảm bảo an toàn và hiệu quả. Lực siết tiêu chuẩn tương ứng với từng cấp bền và kích thước bu lông được quy định trong tiêu chuẩn TCVN 1916:1995. Ví dụ, với bu lông M10, lực siết tiêu chuẩn cho cấp bền 8.8 là 46 N.m, cấp bền 10.9 là 67 N.m và cấp bền 12.9 là 79 N.m. Tương tự, bu lông M12 có lực siết tiêu chuẩn tương ứng là 79 N.m, 116 N.m và 136 N.m cho các cấp bền 8.8, 10.9 và 12.9.
Việc lựa chọn bu lông với cấp bền và lực siết phù hợp sẽ giúp tối ưu hóa độ an toàn và chi phí cho từng ứng dụng cụ thể. Khi lắp đặt, kỹ sư và công nhân cần tuân thủ chặt chẽ các giá trị lực siết tiêu chuẩn này, sử dụng các dụng cụ như cờ lê lực, thiết bị đo mô men xoắn để đảm bảo độ chính xác và an toàn của liên kết bu lông.
Hướng dẫn cách tra bảng lực siết bu lông
Ngoài việc tính toán lực siết bu lông theo công thức, tra cứu bảng tiêu chuẩn cũng là một phương pháp hữu hiệu và tiện lợi để xác định giá trị lực siết phù hợp cho từng loại bu lông.
Bảng tra lực siết bu lông
Để thuận tiện cho việc tính toán và lựa chọn, các tiêu chuẩn lực siết bu lông thường được thể hiện dưới dạng bảng tra. Bảng này tổng hợp lực siết tiêu chuẩn tương ứng với đường kính, cấp bền và kích thước đai ốc của từng loại bu lông.
Cách xác định kích cỡ bu lông
Trước khi tra bảng lực siết, cần xác định chính xác kích thước bu lông thông qua các bước:
- Xác định đường kính bu lông d (mm), ký hiệu từ M3 đến M64
- Xác định kích cỡ đai ốc S (mm) tương ứng, theo công thức S = 1.5 × d
- Xác định cấp bền của bu lông (4.6, 5.8, 8.8, 10.9, 12.9) thông qua ký hiệu trên thân hoặc đỉnh bu lông
Ví dụ, bu lông M12 sẽ có đường kính 12 mm, kích cỡ đai ốc tương ứng S = 18 mm.
Cách xác định lực siết bu lông
Sau khi đã có đủ thông tin về kích thước và cấp bền của bu lông, ta tiến hành xác định lực siết tiêu chuẩn theo các bước:
- Tìm cột đường kính d tương ứng trên bảng tra
- Xác định hàng của cấp bền tương ứng
- Lực siết tiêu chuẩn nằm ở ô giao nhau của cột đường kính và hàng cấp bền
Ví dụ, với bu lông M12 độ bền 8.8, lực siết tiêu chuẩn cần đạt 79 N.m.
Một số lưu ý quan trọng:
- Luôn sử dụng cụ thiết bị đo mô-men xoắn hoặc cần siết lực chuyên dụng để đạt được lực siết chính xác nhất.
- Kiểm tra và hiệu chuẩn thiết bị đo định kỳ để đảm bảo độ tin cậy.
- Chú ý đến hệ số ma sát và độ bền kéo của vật liệu khi tính toán và lựa chọn lực siết.
- Tuân thủ quy trình và tiêu chuẩn siết chặt để tránh lỏng hoặc quá tải bu lông.
Theo Thiết bị dụng cụ kỹ thuật Hitami việc nắm vững lực siết bu lông tiêu chuẩn và phương pháp tính toán, tra cứu sẽ giúp các kỹ sư, nhà thầu và người dùng đảm bảo an toàn, chất lượng và tuổi thọ cho các dự án và thiết bị cơ khí.
