Có một quy tắc thiết kế mà mọi mối ghép ren nên tuân theo: nếu mối ghép quá tải, bulong phải đứt chứ ren không được trờn. Lý do không phải kỹ thuật thuần túy mà là an toàn và chẩn đoán. Bulong đứt là sự cố rõ ràng, nhìn thấy ngay, thay được. Ren trờn thì âm thầm: mối ghép mất lực kẹp dần mà bên ngoài trông vẫn nguyên vẹn, và lỗ ren trong thân máy hỏng thì sửa rất tốn kém.
Điều kiện để đạt quy tắc ấy là chiều sâu ren ăn khớp đủ lớn. Bài này trả lời câu "đủ lớn là bao nhiêu" theo từng vật liệu.
Trực giác thông thường cho rằng ăn khớp gấp đôi thì chịu được gấp đôi. Không đúng. Bulong bị kéo giãn còn đai ốc bị nén, hai chi tiết biến dạng ngược chiều, nên bước ren của chúng không còn khớp hoàn hảo dưới tải. Phân tích đàn hồi kinh điển cho thấy vòng ren đầu tiên (phía mặt tựa đai ốc) gánh khoảng một phần ba tải, và ba vòng đầu tiên gánh khoảng hai phần ba. Các vòng phía cuối gần như không làm gì.
Hệ quả trực tiếp và rất thực dụng: tăng chiều cao đai ốc quá mức không làm mối ghép khỏe hơn. Từ khoảng sáu đến tám vòng ren trở đi, thêm vòng gần như vô ích. Muốn tăng khả năng chịu tải của phần ren thì phải tăng đường kính, hoặc dùng vật liệu bền hơn cho phần ren trong, chứ không phải kéo dài lỗ ren.
Đai ốc lục giác kiểu 1 theo ISO 4032 có chiều cao xấp xỉ 0,8 lần đường kính danh nghĩa — M10 thì cao khoảng 8 mm. Con số ấy không tùy tiện: ISO 898-2 quy định tải thử của đai ốc sao cho, khi lắp với bulong cùng cấp, bulong sẽ đứt trước khi ren đai ốc trờn. Chiều cao 0,8d cùng với vật liệu đai ốc theo cấp tương ứng là điều kiện đủ để bảo đảm điều đó.
Từ đây suy ra hai lưu ý hay bị bỏ qua:
Khi bắt bulong trực tiếp vào lỗ taro trên thân máy, chiều sâu ăn khớp phải bù cho việc vật liệu thân máy thường yếu hơn thép bulong. Nguyên tắc: sức bền cắt của phần ren trong phải lớn hơn sức bền kéo của bulong. Vật liệu càng mềm thì phải ăn khớp càng sâu.
| Vật liệu lỗ ren | Chiều sâu ăn khớp tối thiểu thường dùng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Thép cacbon, thép hợp kim (bền tương đương bulong) | 1,0 × d | Bằng chiều cao đai ốc tiêu chuẩn cộng biên an toàn. |
| Gang xám, gang cầu | 1,25 – 1,5 × d | Gang xám giòn, nên chọn cận trên khi có tải động. |
| Hợp kim nhôm, hợp kim magie | 1,5 – 2,0 × d | Với nhôm mềm hoặc tải động, dùng cận trên hoặc chuyển sang ren cấy. |
| Nhựa kỹ thuật | 2,0 – 2,5 × d | Còn phải kiểm áp lực mặt tựa và hiện tượng rão theo thời gian. |
Điều kiện áp dụng: các con số trên là quy tắc kinh nghiệm dùng để chọn nhanh, không thay thế phép tính. VDI 2230 bước R10 cho công thức tính chiều sâu ăn khớp hiệu dụng meff dựa trên giới hạn bền cắt của vật liệu lỗ ren, giới hạn bền kéo của bulong và diện tích cắt ren có kể khe hở dung sai theo ISO 965-1. Mối ghép quan trọng phải tính, không tra.
Lưu ý về cách đo: chiều sâu ăn khớp là phần ren thực sự ăn khớp đủ biên dạng, không phải chiều sâu khoan. Vài vòng ren đầu ở miệng lỗ thường không đủ biên dạng, và đáy lỗ taro bằng mũi taro thường có một đoạn ren không hoàn chỉnh. Khi ghi trên bản vẽ, hãy ghi rõ "ren ăn khớp tối thiểu" và cộng thêm đoạn dự phòng cho chiều sâu khoan.
Với nhôm mỏng, nhựa, hoặc lỗ ren phải tháo lắp nhiều lần, tăng chiều sâu không phải lúc nào cũng khả thi. Giải pháp là đưa ren thép vào vật liệu mềm:
Sửa chữa lỗ ren đã trờn cũng dùng đúng các giải pháp này: khoan rộng, taro theo cỡ ren cấy, lắp ren cấy, và lỗ trở về đúng cỡ bulong ban đầu — thường bền hơn lỗ nguyên bản.
Thông thường 1,5 đến 2 lần đường kính, ví dụ M10 thì 15–20 mm ren ăn khớp thật sự. Với nhôm mềm hoặc mối ghép chịu tải động và phải tháo lắp nhiều lần, nên dùng ren cấy Helicoil hoặc bạc ren thép thay vì chỉ tăng chiều sâu. Mối ghép quan trọng phải tính theo bước R10 của VDI 2230.
Không. Đai ốc mỏng theo ISO 4035 cao khoảng 0,5d và được ISO 898-2 xếp cấp 04 hoặc 05 với tải thử thấp hơn hẳn đai ốc kiểu 1. Nó chỉ dùng để khóa kép, chặn, hoặc ở vị trí chật không chịu tải chính. Dùng thay đai ốc thường trên mối ghép chịu lực sẽ trờn ren khi siết tới mô men danh định.
Không. Vòng ren đầu tiên gánh khoảng một phần ba tải và ba vòng đầu gánh khoảng hai phần ba, do bulong giãn còn đai ốc nén nên bước ren lệch nhau dưới tải. Từ sáu đến tám vòng ren trở đi, thêm chiều cao gần như không tăng khả năng chịu tải. Muốn khỏe hơn phải tăng đường kính hoặc dùng vật liệu ren trong bền hơn.
Thông lệ nghiệm thu là ít nhất một đến hai vòng ren nhô qua mặt đai ốc. Đó là bằng chứng nhìn thấy được rằng toàn bộ chiều cao đai ốc đã ăn khớp. Ngược lại, bulong nhô ra quá dài không có hại về cơ khí nhưng vướng và tốn vật tư.