Máy tính Ren: Tính Độ Sâu & Đường Kính Ren

Bộ tính ren cho phép đo vít và bu lông

Bộ tính ren xác định chiều sâu, đường kính chân ren và đường kính trung bình của ren vít hoặc bu lông. Công cụ này hoạt động dựa trên đường kính đỉnh ren và bước ren, hoặc số ren trên mỗi inch (TPI). Thợ cơ khí, kỹ sư và người yêu thích cơ khí dùng nó để kiểm tra xem vít có lắp vừa đai ốc tương ứng hoặc lỗ tarô hay không.

Các thuật ngữ ren chính

• Đường kính đỉnh ren: phần rộng nhất của ren, đo từ đỉnh này đến đỉnh kia.
• Đường kính chân ren: phần hẹp nhất của ren, đo từ chân này đến chân kia.
• Đường kính trung bình của ren: đường kính tưởng tượng gần ở giữa đường kính đỉnh ren và đường kính chân ren, tại đó gờ ren và khoảng trống bên cạnh có bề rộng bằng nhau.
• Bước ren: khoảng cách giữa hai đỉnh ren liền kề. Bước ren được tính bằng milimét đối với ren hệ mét và bằng inch đối với ren hệ Anh.
• Số ren trên mỗi inch (TPI): số đỉnh ren trong một inch của ren hệ Anh. Bước ren và TPI đo cùng một đại lượng bằng các đơn vị khác nhau: bước ren (mm) = 25,4 / TPI.
• Chiều sâu ren: khoảng cách theo phương bán kính giữa đường kính đỉnh ren và đường kính chân ren, hay độ sâu mà rãnh ren được cắt.

Hệ ren hệ mét và hệ Anh

Ren hệ mét tuân theo tiêu chuẩn ISO. Kích thước như M10×1,5 có nghĩa là đường kính đỉnh ren 10 mm với bước ren 1,5 mm. Góc ren là 60°.

Ren hệ Anh tuân theo Tiêu chuẩn Ren Thống nhất (UTS), hệ thống phổ biến nhất tại Hoa Kỳ. Kích thước như 3/8"-16 có nghĩa là đường kính đỉnh ren 3/8 in với 16 ren trên mỗi in. Ren hệ Anh hiện đại cũng dùng góc 60°. Tiêu chuẩn Whitworth cũ của Anh dùng góc 55°.

Cách tính chiều sâu ren

Chiều sâu ren cho biết rãnh ren được cắt sâu đến đâu. Đây là bán kính, không phải đường kính, vì vậy đường kính chân ren nằm thấp hơn đường kính đỉnh ren một khoảng bằng hai lần chiều sâu.

Chiều sâu của ren ngoài (ren bu lông) chỉ phụ thuộc vào bước ren:

h = 0,61343 × P

Hằng số này là 17√3/48, bắt nguồn từ biên dạng cơ bản 60° trong ISO 68-1. Đối với ren hệ Anh, bước ren là nghịch đảo của số ren trên mỗi inch, được đo bằng inch:

P = 1 / TPI, vì vậy h = 0,61343 / TPI

h và P luôn có cùng đơn vị với đường kính đỉnh ren: milimét đối với ren hệ mét và inch đối với ren hệ Anh. Nhân kết quả tính bằng inch với 25,4 để đọc theo milimét.

Công thức tính đường kính chân ren

Đường kính chân ren bằng đường kính đỉnh ren trừ đi hai lần chiều sâu ren:

d₃ = d − 2h = d − 1,226869 × P

d là đường kính đỉnh ren và d₃ là đường kính chân ren của ren ngoài; cả hai có cùng đơn vị với P. Đai ốc hoặc lỗ tarô lắp với nó có đường kính chân ren lớn hơn, D₁ = d − 1,082532 × P, vì chân ren không được cắt sâu bằng.

Công thức tính đường kính trung bình

d₂ = d − 0,649519 × P

d₂, tức đường kính trung bình, nằm gần giữa đường kính đỉnh ren và đường kính chân ren. Đây là kích thước mà dưỡng kiểm ren kiểm tra kỹ nhất, vì nó quyết định mức độ ăn khớp chặt giữa hai chi tiết có ren.

Ví dụ: ren hệ mét (M10×1,5)

Một bu lông M10×1,5 có đường kính đỉnh ren 10 mm và bước ren 1,5 mm.

• Chiều sâu ren: 0,61343 × 1,5 = 0,920 mm
• Đường kính chân ren: 10 − 1,226869 × 1,5 = 8,160 mm
• Đường kính trung bình: 10 − 0,649519 × 1,5 = 9,026 mm

Ví dụ: ren hệ Anh (3/8"-16)

Một bu lông 3/8"-16 có đường kính đỉnh ren 0,375 in và 16 ren trên mỗi in, vì vậy bước ren là 1 / 16 = 0,0625 in

• Chiều sâu ren: 0,61343 × 0,0625 = 0,0383 in (0,974 mm)
• Đường kính chân ren: 0,375 − 1,226869 × 0,0625 = 0,2983 in (7,577 mm)
• Đường kính trung bình: 0,375 − 0,649519 × 0,0625 = 0,3344 in (8,494 mm)

Bộ tính trên trang này hiển thị kết quả hệ Anh theo inch, kèm theo giá trị tương đương bằng milimét, phù hợp với cách đọc thông thường của dưỡng kiểm ren hệ Anh.

Ứng dụng của các phép tính ren

Kỹ sư sử dụng kích thước ren để chọn chi tiết ghép ren vừa với một lỗ hoặc đai ốc cho trước. Thợ cơ khí dùng chúng để thiết lập máy tiện và máy phay khi cắt ren. Nhân viên kiểm tra chất lượng dùng chúng để xác minh các chi tiết hoàn thiện phù hợp với thông số kỹ thuật được in. Thợ sửa chữa dùng chúng để tìm bu lông thay thế phù hợp khi bu lông ban đầu bị mất hoặc tuôn ren. Thợ sửa ống nước dùng chúng để chọn khớp nối ống phù hợp.

Các dạng ren khác nằm ngoài ren chữ V tiêu chuẩn được dùng trong những công thức này. Ren Acme và ren vuông, được dùng trong vít me và kích, có góc ren và cách tính chiều sâu khác. Ren ống thuôn dần theo chiều dài thay vì giữ đường kính không đổi. Mỗi dạng này cần một nhóm công thức riêng.

Lược sử

Trước thế kỷ thứ 19, vít được cắt ren thủ công và hiếm khi lắp khớp với nhau. Henry Maudslay đã chế tạo một máy tiện cắt ren thực dụng vào 1797, lần đầu tiên cho phép tạo ra các ren đồng nhất. Năm 1841, Joseph Whitworth đề xuất tiêu chuẩn ren đầu tiên được sử dụng rộng rãi tại Anh, với góc 55°. Tại Hoa Kỳ, William Sellers đề xuất một hệ thống có góc 60° vào 1864; hệ thống này trở thành tiêu chuẩn của Mỹ.

Năm 1948, Hoa Kỳ, Anh và Canada nhất trí về Tiêu chuẩn Ren Thống nhất, vẫn được sử dụng ngày nay. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế đã công bố biên dạng ren hệ mét với tên ISO/R 68 vào 1958. Ren hệ mét hiện là hệ thống phổ biến nhất trên toàn thế giới, dù ren hệ Anh vẫn là tiêu chuẩn cho nhiều chi tiết ghép ren tại Hoa Kỳ.

Các câu hỏi thường gặp

Bước ren và TPI khác nhau như thế nào?

Bước ren là khoảng cách giữa hai đỉnh ren, được tính bằng milimét. TPI đếm số đỉnh ren nằm trong một inch. Cả hai mô tả cùng một đại lượng bằng các đơn vị khác nhau: bước ren (mm) = 25,4 / TPI.

Làm thế nào để biết một ren là hệ mét hay hệ Anh?

Ren hệ mét được ký hiệu bằng chữ M và hai số tính bằng milimét, chẳng hạn M10×1,5. Ren hệ Anh được ký hiệu bằng đường kính tính bằng inch, thường ở dạng phân số, theo sau là số TPI, chẳng hạn 3/8"-16.

Độ ăn khớp ren là gì?

Độ ăn khớp ren là chiều dài tiếp xúc giữa hai chi tiết có ren lắp với nhau, đo dọc theo trục của vít. Một quy tắc thường dùng đối với chi tiết ghép ren bằng thép là chiều dài ăn khớp ít nhất bằng một đường kính đỉnh ren. Các vật liệu mềm hơn như nhôm thường cần chiều dài bằng 1,5 lần đường kính đỉnh ren để giữ chắc.

Ren thô và ren mịn khác nhau như thế nào?

Ren thô có bước ren lớn hơn và ít ren trên mỗi inch hơn. Chúng ít bị chéo ren và hoạt động tốt trong vật liệu mềm. Ren mịn có bước ren nhỏ hơn và nhiều ren trên mỗi inch hơn. Chúng giữ chặt hơn khi rung động và cho phép điều chỉnh tinh hơn.

Làm thế nào để đo bước ren hoặc TPI của một ren chưa biết?

Dưỡng đo bước ren, một lược mỏng có biên dạng răng được cắt theo các bước ren tiêu chuẩn, được áp vào ren cho đến khi một răng khớp chính xác. Cũng có thể dùng thước cặp để đo khoảng cách qua nhiều ren rồi chia cho số ren đã đếm.

Góc ren có ý nghĩa gì?

Góc ren là góc giữa hai mặt nghiêng của một gờ ren. Gần như mọi ren hệ mét và ren hệ Anh hiện đại đều dùng 60°. Ren Whitworth cũ của Anh dùng 55°.

Tài liệu tham khảo

1. ISO 68-1:1998, Ren vít dùng cho mục đích chung — Biên dạng cơ bản — Ren vít hệ mét.
2. ASME B1.1-2003, Ren vít inch thống nhất (dạng ren UN và UNR).
3. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. Sổ tay máy móc, Ấn bản thứ 31. Industrial Press, 2020.