Trong nhiều xưởng, phản xạ khi mối ghép hay lỏng là "thêm cái vòng đệm vênh". Phản xạ ấy có tuổi đời hàng chục năm và, với rung động ngang, nó gần như vô tác dụng. Điều đó đã được chứng minh bằng một phép thử cụ thể và đã được đưa vào tiêu chuẩn. Bài này trình bày phép thử ấy, cách tiêu chuẩn phân loại các cơ cấu chống tự lỏng, và cách chọn cho đúng vấn đề.
DIN 25201-4 tách rõ hai khái niệm mà tiếng Việt thường gộp thành "chống lỏng":
Nhầm hai loại này với nhau là nguồn gốc của rất nhiều mối ghép "đã có chống lỏng" mà vẫn lỏng. Đai ốc khóa nylon, chốt chẻ, dây thép hãm đều là chống tuột xuất sắc nhưng không phải là biện pháp giữ lực kẹp.
Trực giác cho rằng đai ốc tự xoay ra do bị rung lắc dọc trục. Thực tế, cơ chế mạnh hơn nhiều là rung ngang. Khi có tải ngang dao động, hai chi tiết bị kẹp vi trượt tương đối lên nhau. Vi trượt ấy, trong khoảnh khắc, làm ma sát tĩnh dưới mặt tựa và trong ren biến mất theo phương tiếp tuyến. Khi ma sát giữ đai ốc biến mất dù chỉ trong một phần nghìn giây, mô men do độ nghiêng của ren sinh ra sẽ xoay đai ốc ra một chút. Lặp lại hàng nghìn lần mỗi phút, đai ốc tự nới ra.
Từ cơ chế ấy suy ra ngay ba điều:
Phép thử đặt mối ghép lên một đồ gá tạo dao động ngang có biên độ và tần số xác định, đồng thời đo lực kẹp còn lại theo số chu kỳ. Kết quả là một đường cong lực kẹp theo thời gian — nhìn vào đó biết ngay cơ cấu giữ được lực hay không. DIN 25201-4 dùng chính phương pháp này làm cơ sở phân loại.
Kết quả điển hình của phép thử, đã được lặp lại rộng rãi trong tài liệu kỹ thuật:
| Cơ cấu | Cơ chế | Hiệu quả với rung ngang |
|---|---|---|
| Không có gì, chỉ siết đủ lực kẹp cao | Ma sát nhờ ứng suất trước | Tốt nếu lực kẹp thật sự cao và không có vi trượt; kém nếu siết thiếu. |
| Vòng đệm vênh | Đàn hồi rất nhỏ so với độ giãn của bulong | Gần như không có tác dụng chống tự lỏng. Chỉ giúp chống tuột khi đã lỏng hẳn. |
| Vòng đệm răng cưa | Cắn vào bề mặt | Hạn chế; phá hủy lớp phủ chống ăn mòn tại chỗ cắn. |
| Đai ốc khóa nylon | Ma sát bổ sung trên ren | Chống tuột tốt; chống tự lỏng hạn chế. Giới hạn bởi nhiệt độ làm việc của nylon. |
| Đai ốc tự hãm toàn thép (ISO 2320) | Ren biến dạng tạo ma sát bổ sung | Tốt hơn nylon, chịu nhiệt tốt hơn; vẫn chủ yếu là chống tuột. |
| Keo khóa ren | Lấp đầy khe ren, liên kết hóa học | Hiệu quả cao khi thi công đúng: ren sạch, khô, đúng loại keo, đủ thời gian đóng rắn. |
| Vòng đệm khóa nêm (cặp đôi có mặt nêm) | Góc nêm lớn hơn góc ren nên xoay ra làm tăng chiều cao | Hiệu quả cao — nguyên lý hình học chứ không dựa vào ma sát. |
| Vòng đệm lò xo đĩa | Hành trình đàn hồi lớn, bù được lún và giãn nở | Tốt khi vấn đề là mất lực kẹp do lún hoặc chu kỳ nhiệt, không phải xoay ra. |
| Chốt chẻ, dây thép hãm, đai ốc rãnh | Cản hình học | Chống tuột tuyệt đối; không giữ được lực kẹp. |
Điều kiện áp dụng: bảng trên tổng hợp theo nguyên lý làm việc và kết quả điển hình của phép thử rung ngang. Với mối ghép quan trọng, hãy yêu cầu nhà sản xuất cơ cấu cung cấp đường cong thử theo DIN 65151 cho đúng cỡ và đúng lực kẹp mà bạn sẽ dùng — kết quả phụ thuộc cả hai yếu tố đó.
Lý do rất định lượng. Một bulong M12 siết tới lực kẹp danh định giãn dài cỡ 0,2 mm. Vòng đệm vênh khi bị ép phẳng chỉ có hành trình đàn hồi vào cỡ vài phần mười milimet và bị ép phẳng hoàn toàn ngay khi mối ghép được siết tới lực kẹp bình thường. Khi đã phẳng, nó chỉ còn là một vòng đệm dày, không còn dự trữ đàn hồi nào để bù cho việc mất lực kẹp. Phần cạnh sắc của nó cắn vào mặt tựa, và tác dụng chống xoay của vết cắn ấy nhỏ hơn nhiều so với mô men tự nới do vi trượt sinh ra.
Xem thêm bài tổng quan chống tự lỏng cho mối ghép bulong để so sánh các giải pháp theo giá và theo điều kiện thi công.
Gần như không, với rung động ngang. Hành trình đàn hồi của nó rất nhỏ và nó bị ép phẳng hoàn toàn ngay khi mối ghép được siết tới lực kẹp bình thường, nên không còn dự trữ đàn hồi. Thử rung ngang theo DIN 65151 cho thấy lực kẹp vẫn tụt gần như khi không có gì. Nó chỉ có tác dụng chống tuột sau khi mối ghép đã lỏng hẳn.
Chống tự lỏng là ngăn đai ốc xoay ra, tức giữ được lực kẹp — đây mới là mục tiêu thật. Chống tuột chỉ ngăn đai ốc rơi mất sau khi nó đã lỏng, khi lực kẹp coi như đã mất. Chốt chẻ, dây thép hãm và đai ốc khóa nylon thuộc nhóm chống tuột. DIN 25201-4 tách rõ hai khái niệm này vì lẫn lộn chúng dẫn tới mối ghép có vẻ an toàn mà thực ra không.
Vì rung ngang gây vi trượt giữa hai chi tiết bị kẹp, và trong khoảnh khắc vi trượt đó, ma sát giữ đai ốc theo phương tiếp tuyến biến mất. Khi ma sát biến mất dù chỉ trong một phần nghìn giây, mô men do độ nghiêng của ren sẽ xoay đai ốc ra một chút; lặp lại hàng nghìn lần mỗi phút thì đai ốc tự nới. Đây chính là hiện tượng mà thử Junker tái hiện.
Đánh dấu một vạch sơn liền mạch qua đai ốc, bulong và bề mặt chi tiết ngay sau khi siết. Sau một thời gian vận hành, nếu vạch bị lệch thì đai ốc đã xoay và vấn đề là tự lỏng; nếu vạch vẫn thẳng mà mối ghép đo được lực kẹp thấp thì nguyên nhân là lún bề mặt hoặc rão. Hai vấn đề này có hai giải pháp hoàn toàn khác nhau.