Khớp giãn nở bản lề ( phần 2 )

Ngày đăng: 03-09-2026 09:17:41 Lượt xem: 0

Khớp giãn nở bản lề

Phần 2: Khớp giãn nở bản lề chỉ cho phép chuyển vị góc trong một mặt phẳng mà không cho phép chuyển vị dọc trục

Đặc điểm kỹ thuật quan trọng nhất để phân biệt khớp giãn nở bản lề với khớp giãn nở dọc trục là:

Khớp giãn nở bản lề được thiết kế để cho phép hai đầu khớp quay tương đối quanh trục chốt bản lề, nhờ đó bellows hấp thụ chuyển động quay góc trong một mặt phẳng.
Cơ cấu bản lề khống chế chuyển động dọc trục tương đối giữa hai đầu khớp và tạo đường truyền lực để chịu lực đẩy do áp suất.

Hình 1. Nguyên lý biến dạng của bellows khi chịu chuyển vị góc

1. Cơ cấu bản lề quyết định dạng chuyển động của khớp

Khớp giãn nở bản lề gồm một bellows, đầu nối và cơ cấu bản lề. Cơ cấu bản lề gồm thanh bản lề và chốt bản lề liên kết hai đầu khớp, tạo trục quay xác định cho chuyển động góc.

Các chốt bản lề xác lập trục quay của khớp. Khi hai đầu khớp quay tương đối quanh trục này, bellows biến dạng tương ứng để hấp thụ chuyển động quay góc θ.

Như vậy, cơ cấu bản lề và chốt bản lề giới hạn chuyển động chức năng của khớp thành chuyển động quay góc quanh một trục xác định; đồng thời khống chế chuyển động dọc trục và các chuyển động không mong muốn mà cơ cấu không được thiết kế để tiếp nhận.

Hình 2. Nguyên lý chuyển động của khớp giãn nở bản lề

2. Tại sao khớp giãn nở bản lề có thể hấp thụ chuyển động quay góc ?

Cơ cấu bản lề không tạo một liên kết ngàm cứng giữa hai đầu khớp; các chi tiết bản lề có thể quay tương đối quanh trục chốt bản lề.

Hai đầu khớp quay tương đối quanh trục chốt bản lề → hình thành góc quay θ → bellows biến dạng góc → khớp hấp thụ chuyển động quay góc.

Khi đó các nếp sóng của bellows không biến dạng giống nhau:

Phía trong góc quay: khoảng cách giữa các nếp sóng có xu hướng giảm.
Phía ngoài góc quay: khoảng cách giữa các nếp sóng có xu hướng tăng.
Sự biến dạng không đối xứng này tạo nên biến dạng góc tổng thể của bellows.

Vì vậy, bellows cung cấp độ mềm cần thiết để tiếp nhận biến dạng góc, còn cơ cấu bản lề xác định trục quay và giới hạn chuyển động của khớp trong mặt phẳng được thiết kế.

Hình 3. Hình minh họa hai đầu khớp quay tương đối quanh trục chốt bản lề → bellows biến dạng góc → khớp hấp thụ chuyển động quay góc trong một mặt phẳng

3. Vì sao khớp giãn nở bản lề tiêu chuẩn không được sử dụng để hấp thụ chuyển vị dọc trục

- Không nên xem khớp giãn nở bản lề như một khớp giãn nở dọc trục có thêm bản lề.

Cơ cấu bản lề được thiết kế để khống chế chuyển động dọc trục tương đối giữa hai đầu khớp và tạo đường truyền lực để chịu lực đẩy do áp suất cùng các tải cơ học khác được quy định trong thiết kế. Vì vậy, chuyển vị dọc trục của hệ thống không được phép mặc nhiên phân bổ vào bellows như đối với một khớp giãn nở dọc trục.

Nếu hệ thống áp đặt chuyển vị không tương thích với bậc tự do của khớp, tải phản lực và ứng suất có thể tăng tại:

Đường ống và phụ kiện;
Điểm cố định và gối dẫn hướng;
Mối hàn và vùng liên kết;
Đầu nối/cửa thiết bị;
Bellows;
Cơ cấu bản lề, chốt và các chi tiết liên kết.

Do đó, ngay từ bước thiết kế và phân tích hệ thống đường ống, hình học tuyến ống phải được bố trí sao cho chuyển vị nhiệt cần hấp thụ được chuyển thành chuyển động quay góc phù hợp với khả năng làm việc của hệ thống khớp giãn nở bản lề.

4. Khớp giãn nở bản lề thường phải làm việc theo hệ thống

Trong nhiều bố trí đường ống, khớp giãn nở bản lề được sử dụng theo hệ gồm hai hoặc ba khớp có trục bản lề được định hướng phù hợp, nhằm chuyển chuyển vị của tuyến ống thành các chuyển động quay góc tại từng khớp.

Ví dụ, trong một bố trí đường ống chữ L thích hợp, sự giãn nở nhiệt của một nhánh có thể tạo ra chuyển vị ngang tương đối tại nhánh còn lại. Hai khớp giãn nở bản lề có trục quay song song và được bố trí đúng hình học có thể quay với các góc tương ứng để hệ thống hấp thụ chuyển vị này.

Hình 4. Ví dụ bố trí hệ hai khớp giãn nở bản lề trong tuyến ống chữ L

Nguyên lý hoạt động: Giãn nở nhiệt của đường ống → phát sinh chuyển vị tương đối của tuyến ống → hình học hệ thống chuyển chuyển vị này thành chuyển động quay tại hai khớp giãn nở → cơ cấu bản lề xác lập trục quay, định hướng chuyển động góc, khống chế chuyển vị dọc trục và tạo đường truyền lực để tiếp nhận lực đẩy do áp suất → các bellows biến dạng góc trong phạm vi thiết kế → hệ thống hấp thụ chuyển vị nhiệt và giảm tải, ứng suất do giãn nở nhiệt.

5. Phân biệt nhanh đặc tính của khớp giãn nở bản lề và khớp giãn nở dọc trục

Hình 5. a) Khớp giãn nở bản lề; b) Khớp giãn nở dọc trục

Bảng so sánh khớp giãn nở bản lề và khớp giãn nở dọc trục

Lưu ý:

- Khớp giãn nở dọc trục không được lựa chọn với chức năng chính để hấp thụ chuyển vị góc.

- Nếu hệ thống thực tế tạo ra chuyển vị góc, chuyển vị ngang hoặc tổ hợp nhiều dạng chuyển vị tại vị trí khớp, các chuyển vị này phải được xem xét trong thiết kế và kiểm tra khả năng làm việc của bellows; không được mặc nhiên coi khớp dọc trục có thể hấp thụ chúng.

6. Kết luận

Khớp giãn nở bản lề tiêu chuẩn được thiết kế để hấp thụ chuyển động quay góc quanh trục bản lề trong một mặt phẳng. Cơ cấu bản lề đồng thời khống chế chuyển động dọc trục tương đối giữa hai đầu khớp và tạo đường truyền lực để tiếp nhận lực đẩy do áp suất.

Thiết kế này đồng thời thực hiện hai nhiệm vụ:

Cho phép bellows biến dạng góc trong phạm vi thiết kế.
Tạo đường truyền lực cơ học để tiếp nhận và khống chế lực đẩy do áp suất.

Vì vậy, khi sử dụng khớp giãn nở bản lề, không thiết kế khớp để hấp thụ trực tiếp chuyển vị co – giãn dọc trục như một khớp giãn nở dọc trục. Thay vào đó, hình học và điều kiện ràng buộc của hệ thống đường ống phải được thiết kế và phân tích sao cho chuyển vị nhiệt cần hấp thụ được chuyển thành chuyển động quay góc phù hợp với khả năng làm việc của một hoặc nhiều khớp giãn nở bản lề.