Vì sao nung ấm vòng kim loại có thể giúp lắp nó vào trục?
Khám phá mở rộng – KHTN, phần Vật lý 8
Khi một vòng kim loại thông thường được làm nóng đều, lỗ của nó cũng có thể rộng ra, giúp vòng tạm thời đi qua trục dễ hơn. Sau khi nguội, vòng có xu hướng co lại. Nếu kích thước được thiết kế có độ dôi, tiếp xúc giữa vòng và trục có thể tạo liên kết chặt.
Lỗ có phải bị kim loại nở lấp vào?
Ta dễ tưởng tượng kim loại nở thì phải tràn vào lỗ. Nhưng trong một vòng tự do nóng đều, sự giãn nở có thể được hình dung như phóng lớn toàn bộ hình vòng: các khoảng cách đều tăng theo vật liệu và mức thay đổi nhiệt.
Hãy tưởng tượng trước đó lỗ được điền bằng cùng một loại kim loại. Nếu cả hình đĩa cùng nở đều, vùng tương ứng lỗ sẽ lớn lên, không nhỏ đi. Phép hình dung này dùng cho điều kiện phù hợp; nung không đều hoặc bị giữ chặt có thể tạo ứng suất và hình dạng khác.
Độ dôi là một chênh lệch có chủ đích
Ở nhiệt độ lắp ghép cuối, trục có thể hơi lớn hơn lỗ tự do của vòng. Nếu ép hai phần vào nhau, cần lực làm chúng biến dạng để cùng tồn tại tại bề mặt tiếp xúc. Làm nóng vòng giúp thay đổi chênh lệch kích thước trong giai đoạn đưa vào.
Sau khi hai phần trở lại trạng thái nhiệt phù hợp, sự cản co và giãn tạo áp lực tiếp xúc. Đó là cách hình học, đàn hồi và nhiệt cùng tham gia một mối lắp, không cần kim loại phải nóng chảy rồi đông cứng như mối hàn.
Ví dụ trong ổ lăn
Một số vòng ổ lăn được lắp bằng gia nhiệt có kiểm soát theo hướng dẫn của nhà chế tạo. Việc này giúp giảm lực lắp cần thiết, nhưng không có nghĩa mọi ổ hoặc mọi bộ phận đều nên được làm nóng như nhau.
Vật liệu, mỡ, phớt, dung sai và nhiệt độ của trục đều ảnh hưởng. Quá nhiệt có thể làm thay đổi tính chất hoặc hỏng chi tiết. Nguyên lý này không phải chỉ dẫn dùng ngọn lửa hay tự lắp một kết cấu cần an toàn.
Hiểu lầm: lỗ luôn co khi miếng kim loại quanh nó nóng lên. Cần xem toàn bộ hình học và ràng buộc.
Ghi nhớ: nóng đều có thể làm cả vòng lẫn lỗ lớn lên; nguội sau lắp tạo điều kiện giữ chặt nhờ độ dôi đã thiết kế.
Đọc thêm
- Sự nở vì nhiệt của rắn, lỏng, khí và ứng dụng
- Vì sao hai lớp kim loại ghép lại có thể làm kim nhiệt kế quay?