Các loại đai ốc (ê cu, con tán) chia theo hình dạng và chức năng thành 12 nhóm: lục giác thường, lục giác cao, mỏng, mặt bích, khóa vòng nylon, khóa toàn kim loại, đai ốc mũ, tai chuồn, xẻ rãnh, đai ốc hàn, nối dài và rivet. Đai ốc lục giác M14 theo ISO 4032 có cỡ cờ lê 21 mm, cao tối đa 12,8 mm; theo DIN 934 cũ là 22 mm và 11 mm.
Các loại đai ốc giữ được lực kẹp khi cùng cỡ ren, cùng bước ren và đủ cấp bền so với bu lông. Cả bộ gồm bu lông, đai ốc và vòng đệm có trong nhóm bu lông đai ốc.
Đai ốc là gì và vì sao đai ốc cao khoảng 0,8d
Đai ốc là chi tiết có lỗ ren trong, vặn lên ren ngoài của bu lông để tạo mối ghép tháo được. Khi siết, thân bu lông bị kéo dãn, các chi tiết bị ép lại, lực truyền qua mặt bên của các vòng ren.
Ê cu (mượn từ tiếng Pháp écrou), con tán và đai ốc là các tên gọi của cùng một chi tiết, tiếng Anh là nut. Bộ bu lông và đai ốc theo cách gọi con tán xem ở nhóm bu lông con tán.
Ren đai ốc làm việc chịu cắt: khi quá tải, các vòng ren bị cắt trượt dọc đường kính chân ren, diện tích cắt tỉ lệ với chiều cao đai ốc m. Mối ghép tốt khi bu lông đứt trước: bu lông đứt dễ phát hiện, còn tuột ren xảy ra đột ngột và không nhìn thấy. Vì vậy đai ốc lục giác thường cao từ khoảng 0,8d và được chia cấp bền.
Ví dụ đai ốc M16 cấp 8: ứng suất thử 880 MPa trên diện tích chịu kéo 157 mm² cho tải thử khoảng 138 kN, cao hơn tải đứt tối thiểu của bu lông 8.8 cùng cỡ (800 × 157 ≈ 125,6 kN), nên khi quá tải bu lông đứt trước.
Các loại đai ốc theo hình dạng và chức năng
Mười hai nhóm sau là các loại đai ốc thường gặp ở mối ghép cơ khí, đường ống và kết cấu thép.
Các loại đai ốc lục giác (ISO 4032, ISO 4033, DIN 934)
ISO 4032 là đai ốc lục giác kiểu 1, ren thô M5 đến M39, cấp sản phẩm A đến M16 và B từ trên M16; bản hiện hành là ISO 4032:2023. DIN 934 đã được thay bằng ISO 4032 (ren thô) và ISO 8673 (ren mịn), nhưng tên DIN 934 vẫn thông dụng.
ISO 4033:2023 là kiểu 2 (đai ốc cao): M12 cao tối đa khoảng 12 mm so với 10,8 mm của kiểu 1. Nhiều vòng ren ăn khớp hơn nghĩa là tải tuột ren lớn hơn, nên kiểu 2 hợp với đai ốc cấp 10, 12 cỡ lớn.
Đai ốc mỏng (ISO 4035, DIN 439)
Trong các loại đai ốc, đai ốc mỏng (kiểu 0) cao khoảng 0,5d đến 0,8d, cấp 04 hoặc 05 với ứng suất thử 380 và 500 MPa. Loại này làm đai ốc hãm cạnh đai ốc thường, hoặc dùng ở chỗ thiếu chiều cao.
Không dùng đai ốc mỏng chịu tải chính. Theo bảng của Bossard dựa trên ISO 898-2, đai ốc 04 ghép bu lông 8.8 tuột ren khi ứng suất lõi bu lông mới khoảng 300 MPa, dưới 40 % giới hạn bền 800 MPa.
Đai ốc mặt bích có răng (ISO 4161, DIN 6923)
Trong các loại đai ốc có vành, đai ốc mặt bích tích hợp sẵn vòng đệm nên áp lực lên chi tiết thấp. Răng cưa dưới vành bám vào mặt tựa để chống xoay, cấp bền thường gặp là 8, 10 và 12; răng làm xước sơn và lớp mạ.
Các loại đai ốc khóa vòng nylon (ISO 7040, DIN 982, DIN 985)
Đai ốc khóa nylon có vòng polyamide ở đầu trên, không có ren sẵn; ren bu lông ép vào nylon, nylon biến dạng đàn hồi và tạo mô men cản xoay. ISO 7040 là kiểu 1 (M10 cao tối đa 11,9 mm), DIN 982 là loại cao, DIN 985 và ISO 10511 là loại thấp.
ISO 2320:2015 giới hạn đai ốc vòng phi kim ở -50 °C đến +120 °C; nóng hơn, polyamide mềm và mất lực ép. Ren bu lông phải nhô qua hết phần nylon thì vòng mới ép được. Lần vặn đầu tạo rãnh trên nylon nên lực cản giảm ở các lần sau.
Các loại đai ốc khóa toàn kim loại (ISO 7042, DIN 980)
Đai ốc khóa toàn kim loại tạo mô men cản bằng vài vòng ren bị bóp méo hoặc kẹp lò xo thép. ISO 7042 là kiểu cao, cấp 5, 8, 10 và 12; DIN 980 và DIN 6925 là tiêu chuẩn DIN tương ứng. Loại này chịu nhiệt cao hơn nylon và tháo lắp nhiều lần hơn, nhưng mô men cản vẫn giảm dần.
Đai ốc mũ (DIN 1587)
Trong các loại đai ốc bảo vệ ren, đai ốc mũ có mũ tròn kín che đầu ren khỏi va chạm, bụi và ăn mòn. Phần mũ không có ren nên chiều cao ăn khớp nhỏ hơn chiều cao tổng; đầu bu lông chạm đáy mũ sớm thì không tạo được lực kẹp.
Đai ốc tai chuồn, tai hồng (DIN 315)
Các loại đai ốc vặn tay như đai ốc tai chuồn (wing nut) có hai cánh, không cần cờ lê. DIN 315 là kiểu cánh tròn, M4 đến M24. Nhóm đai ốc tai chuồn dùng ở chỗ tháo lắp thường xuyên, tải nhẹ; lực siết tay nhỏ nên không dùng cho mối ghép rung mạnh.
Đai ốc xẻ rãnh dùng chốt chẻ (DIN 935)
Các loại đai ốc xẻ rãnh (castle nut) có sáu rãnh ở đỉnh. Chốt chẻ xuyên lỗ ngang ở đầu bu lông, nằm trong hai rãnh và chặn đai ốc quay. Chốt chỉ ngăn đai ốc rời, không giữ lực kẹp; dùng ở trục, khớp xoay, cơ cấu lái.
Đai ốc hàn, đai ốc nối dài và đai ốc rivet
- Đai ốc hàn (DIN 929): có gờ để hàn vào tấm thép, tạo ren cố định ở chỗ không thể giữ đai ốc bằng cờ lê.
- Đai ốc nối dài (DIN 6334): đai ốc lục giác dài khoảng 3d, nối hai đầu ren cùng cỡ.
- Đai ốc rivet: gắn vào tấm mỏng từ một phía bằng dụng cụ rút, tạo ren ở tấm không đủ dày để taro.
Bảng tra kích thước các loại đai ốc lục giác M3 đến M36
Cỡ cờ lê đai ốc trùng cỡ đầu bu lông cùng cỡ ren, nên tra song song với bảng tra kích thước bu lông lục giác. Bảng lấy ren thô (mm); s là cỡ cờ lê, m là chiều cao tối đa.
| Ren | Bước thô | s ISO 4032 | s DIN 934 | m ISO 4032 | m DIN 934 |
|---|---|---|---|---|---|
| M3 | 0,5 | 5,5 | 5,5 | 2,4 | 2,4 |
| M4 | 0,7 | 7 | 7 | 3,2 | 3,2 |
| M5 | 0,8 | 8 | 8 | 4,7 | 4 |
| M6 | 1 | 10 | 10 | 5,2 | 5 |
| M8 | 1,25 | 13 | 13 | 6,8 | 6,5 |
| M10 | 1,5 | 16 | 17 | 8,4 | 8 |
| M12 | 1,75 | 18 | 19 | 10,8 | 10 |
| M14 | 2 | 21 | 22 | 12,8 | 11 |
| M16 | 2 | 24 | 24 | 14,8 | 13 |
| M18 | 2,5 | 27 | 27 | 15,8 | 15 |
| M20 | 2,5 | 30 | 30 | 18 | 16 |
| M22 | 2,5 | 34 | 32 | 19,4 | 18 |
| M24 | 3 | 36 | 36 | 21,5 | 19 |
| M27 | 3 | 41 | 41 | 23,8 | 22 |
| M30 | 3,5 | 46 | 46 | 25,6 | 24 |
| M33 | 3,5 | 50 | 50 | 28,7 | 26 |
| M36 | 4 | 55 | 55 | 31 | 29 |
Kích thước các loại đai ốc lục giác theo ISO 4032 và DIN 934 khác nhau ở bốn cỡ cờ lê: M10 16 và 17, M12 18 và 19, M14 21 và 22; riêng M22 ISO lớn hơn (34 so với 32). ISO 4032:2023 chuyển các cỡ dưới M5 và trên M39 sang phụ lục tham khảo, nên số liệu M3, M4 lấy theo bản 2012. Cờ lê 17 mm trên đai ốc M10 ISO 16 mm bị rơ và dễ làm tròn cạnh; hãy đo cỡ cờ lê bằng thước cặp.
Kích thước đai ốc M14, M8 và M10
Kích thước đai ốc M14: bước ren thô 2 mm, cờ lê 21 mm (ISO) hoặc 22 mm (DIN), cao tối đa 12,8 mm (ISO) hoặc 11 mm (DIN). Đai ốc M8: bước 1,25 mm, cờ lê 13 mm ở cả hai tiêu chuẩn, cao 6,8 mm (ISO) hoặc 6,5 mm (DIN).
Đai ốc ren mịn và ren thô
Các loại đai ốc ren mịn và ren thô phải cùng bước ren với bu lông. Phân biệt bước ren thô và ren mịn bằng dưỡng đo ren và ghi đủ cả hai thông số, ví dụ M10x1,5 hay M10x1,25.
M10x1,25 và M10x1,5 cùng đường kính ngoài nên vặn vào nhau được một đến hai vòng rồi kẹt. Ren mịn có góc nâng nhỏ hơn (M10x1 khoảng 1,95 độ, M10x1,5 khoảng 3,0 độ) nên khó tự lỏng hơn.
Cấp bền các loại đai ốc theo ISO 898-2:2022
ISO 898-2:2022 quy định cấp 04, 05, 5, 6, 8, 10 và 12 cho đai ốc thép, ren thô M5 đến M39 và ren mịn M8x1 đến M39x3. Bản 2022 bỏ cấp 9 (thay bằng cấp 10) và bỏ cấp 5 ren mịn. Tiêu chuẩn áp dụng từ -50 °C đến +150 °C, không quy định đặc tính khóa và loại trừ đai ốc mạ nhúng nóng (thuộc ISO 10684). Số cấp xấp xỉ ứng suất thử chia 100.
| Cấp đai ốc | Ứng suất thử Sp (MPa) | Ghép với bu lông |
|---|---|---|
| 04, 05 | 380, 500 | Không chịu tải chính |
| 5 | 520 đến 630 | 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 |
| 6 | 600 đến 720 | 6.8 |
| 8 | 800 đến 920 | 8.8 |
| 10 | 1040 đến 1060 | 10.9 |
| 12 | 1140 đến 1200 | 12.9 |
Giá trị Sp theo bản 2012; bản 2022 nâng tải thử cấp 6 và 8 cho M27 đến M39. Khi nghiệm thu, tra bản ghi trong hợp đồng. Quy tắc ghép các loại đai ốc thép: cấp đai ốc không thấp hơn số đầu trong cấp bền của bu lông đi kèm, tức 8.8 ghép đai ốc 8, 10.9 ghép 10, 12.9 ghép 12.
Lý do là tải tuột ren: bu lông 10.9 M16 đứt ở khoảng 1040 × 157 = 163 kN, còn đai ốc cấp 8 cùng cỡ chỉ có tải thử khoảng 880 × 157 = 138 kN, nên ren đai ốc bị cắt trước và mối ghép mất lực đột ngột.
Ký hiệu nhận biết cấp bền trên đai ốc
Đai ốc cấp 8, 10 và 12 thường dập số cấp trên mặt hoặc cạnh lục giác, kèm dấu nhà sản xuất; một số loại dùng ký hiệu mặt đồng hồ, vạch ở vị trí giờ ứng với cấp. Đai ốc không dập gì thường là cấp thấp hoặc không rõ cấp; mối ghép chịu lực nên yêu cầu chứng chỉ vật liệu.
Các loại đai ốc inox A2-70, A4-80 (ISO 3506-2:2020)
A2 là nhóm inox 304, A4 là nhóm 316 có thêm molypden nên chịu clorua tốt hơn. Với đai ốc, số sau gạch ngang bằng ứng suất thử chia 10: cấp 70 ứng với 700 MPa, cấp 80 ứng với 800 MPa.
Vật liệu và lớp phủ của các loại đai ốc
- Thép carbon đen: phủ dầu, rẻ nhất nhưng gỉ nhanh, dùng trong nhà.
- Mạ điện: lớp kẽm mỏng vài micromet, dùng ở môi trường khô.
- Mạ kẽm nhúng nóng: lớp kẽm dày hơn nhiều lần, dùng ngoài trời.
- Inox 304 (A2) và 316 (A4): A4 cho môi trường có muối hoặc hóa chất.
- Đồng thau (dẫn điện, không nhiễm từ) và nylon (cách điện): chỉ chịu tải nhỏ.
Với các loại đai ốc mạ nhúng nóng, lớp kẽm phủ cả ren bu lông nên đai ốc phải được taro dư (quá cỡ) theo ISO 10684 thì mới vặn được (miền dung sai 6AZ hoặc 6AX theo ISO 965-5 thay cho 6H); vì ăn khớp nông hơn, ISO 10684 giảm tải thử của đai ốc M8, M10. Đừng lắp đai ốc taro dư lên bu lông chưa mạ vì ren ăn khớp lỏng.
Mạ điện cho bu lông 10.9 trở lên và đai ốc cấp 10, 12 cần khử giòn hydro, vì thép tôi cứng hút hydro khi mạ và có thể nứt trễ dưới tải.
Inox dễ kẹt ren (galling): lớp oxit crom bị phá khi hai ren inox trượt dưới áp lực, kim loại sạch hai bên dính nguội rồi bị xé. Cách tránh: ren sạch, bôi mỡ chống kẹt, siết chậm và giảm mô men siết vì mỡ làm giảm ma sát.
Chống lỏng mối ghép: các loại đai ốc khóa và biện pháp khác
Mối ghép tự lỏng chủ yếu do rung ngang. Khi tải ngang làm hai mặt ghép trượt, ma sát ở ren bị thắng, góc nâng ren đẩy đai ốc quay ngược chiều siết một chút mỗi chu kỳ và lực kẹp mất dần. Thử nghiệm Junker (DIN 65151, ISO 16130) mô phỏng đúng cơ chế này.
Các loại đai ốc khóa chỉ tăng ma sát ở ren, không thay được việc siết đúng mô men siết. Khi lực kẹp đủ lớn, ma sát giữa hai mặt ghép chịu tải ngang và không còn trượt để đai ốc quay lại.
| Biện pháp | Cơ chế | Giới hạn |
|---|---|---|
| Đai ốc khóa nylon | Nylon ép vào ren bu lông | Khoảng 120 °C; giảm tác dụng khi dùng lại |
| Đai ốc khóa toàn kim loại | Ren bóp méo hoặc kẹp lò xo | Mô men cản giảm dần |
| Đai ốc kép (jam nut) | Hai đai ốc ép vào nhau | Đai ốc mỏng không chịu tải chính |
| Chốt chẻ, đai ốc xẻ rãnh | Chặn cơ học | Không giữ lực kẹp |
| Keo khóa ren | Keo kỵ khí đóng rắn trong khe ren | Ren sạch, không dầu |
| Vòng đệm vênh | Lò xo đàn hồi | Bị ép phẳng khi siết |
Trong nhóm này, vòng đệm vênh rẻ nhưng yếu nhất: ở lực căng thông thường vòng bị ép phẳng, lực đàn hồi quá nhỏ so với lực rung, và trong thử nghiệm Junker nó thường không ngăn được đai ốc xoay.
Cách chọn các loại đai ốc cho từng mối ghép
Chọn các loại đai ốc theo năm điều kiện sau.
- Cỡ và bước ren: đo đường kính bằng thước cặp, đo bước bằng dưỡng, ghi cả M10x1,5 thay vì chỉ M10.
- Cấp bền: không thấp hơn số đầu trong cấp bu lông.
- Môi trường: trong nhà dùng thép đen hoặc mạ điện; ngoài trời dùng mạ nhúng nóng hoặc inox; có muối hoặc hóa chất dùng A4.
- Nhiệt độ: nylon dưới khoảng 120 °C; cao hơn dùng đai ốc khóa toàn kim loại.
- Tháo lắp: tháo thường xuyên chọn đai ốc tai chuồn hoặc toàn kim loại; mối ghép một lần chọn đai ốc nylon hoặc thường.
Lỗi thường gặp khi chọn các loại đai ốc
- Dùng đai ốc cấp 5 hoặc 8 cho bu lông 10.9: ren đai ốc tuột trước khi bu lông đạt tải.
- Lẫn ren mịn với ren thô cùng đường kính (M10x1,25 và M10x1,5): ren kẹt và bị cày hỏng.
- Dùng lại đai ốc nylon ở mối ghép quan trọng: vòng nylon đã bị cắt rãnh.
- Dùng đai ốc mỏng chịu tải chính: ren tuột ở tải thấp.
- Bu lông quá ngắn: ren nên thò ra khỏi đai ốc 2 đến 3 bước để đai ốc ăn hết ren.
Kết luận
Nếu chưa biết cần các loại đai ốc nào hoặc chưa xác định được ren, gửi ảnh hoặc mang mẫu đến Số 20, Ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội để Viva hỗ trợ xác định. Các bài liên quan nằm trong tài liệu ren và bu lông.
Địa chỉ: Số 20 ngõ 102 Hoàng Đạo Thành, P. Khương Đình, TP. Hà Nội
Phụ trách kinh doanh: Miss Hoa
Câu hỏi thường gặp về các loại đai ốc
Đai ốc M14 cờ lê bao nhiêu và cao bao nhiêu?
Đai ốc M14 ren thô bước 2 mm dùng cờ lê 21 mm theo ISO 4032 hoặc 22 mm theo DIN 934, cao tối đa 12,8 mm (ISO) hoặc 11 mm (DIN).
Ê cu, con tán và đai ốc có khác nhau không?
Không. Ba tên cùng chỉ một chi tiết có ren trong; ê cu là từ mượn tiếng Pháp (écrou).
Bu lông 10.9 dùng đai ốc cấp nào?
Dùng đai ốc cấp 10, hoặc 12 nếu cần. Cấp 8 có tải thử thấp hơn tải đứt của bu lông 10.9 nên ren đai ốc có thể tuột trước.
Các loại đai ốc chống lỏng nào chịu nhiệt tốt hơn?
Đai ốc khóa toàn kim loại chịu nhiệt cao hơn đai ốc khóa nylon, loại này chỉ dùng đến khoảng 120 °C và không nên dùng lại ở mối ghép quan trọng.
Đai ốc mỏng dùng để làm gì?
Đai ốc mỏng cấp 04 hoặc 05 làm đai ốc hãm cạnh đai ốc thường; không chịu tải chính vì ren tuột ở tải thấp.
