Connector mối nối butt joint cho ống vuông và ống chữ nhật (parametric)

Connector ống vuông & chữ nhật dạng parametric hoàn toàn cho mối nối butt joint (tiếng Đức: stumpfer Stoß).

Versioning

090126 - V0
090226 - Update - thêm groove và tongue cho dowel và wedge, đồng thời giảm kích thước ngoài của wedge để dễ fit vào trong ống hơn.

Mô tả

Cho một dự án sắp tới, mình cần làm một khung lập phương bằng kim loại. Mình không muốn dùng extrusion profiles vì giá khá chát. Thay vào đó, mình thiết kế một connector cho mối nối butt joint sao cho không có con ốc hay phần phụ nào thò ra ngoài chu vi của ống. Việc này cần thiết vì sau đó mình phải bắt các tấm panel trực tiếp lên khung. Các kiểu connector chỉ đút vào hoặc dán keo thì либо không đủ chắc, либо không tháo ra được để canh chỉnh. Dùng threaded rod xuyên suốt ống thép cũng không ổn lắm do dễ lệch căn, và còn phải khoan lỗ đủ lớn để đưa được đầu tuýp/nut socket tương ứng vào.

File FreeCAD đã có đầy đủ mọi thứ để bạn tạo và in connector đúng theo kích thước ống bạn đang dùng.

Thiết kế được điều khiển bằng một bảng (table) quản lý toàn bộ tham số cần thiết. Để tuỳ biến connector, chỉ cần chỉnh các giá trị ở cột C theo nhu cầu, rồi export file từ các thư mục METRIC/PRINT.

Tuỳ bạn muốn mối nối butt joint ở góc hay nằm giữa thân ống, hãy chọn đúng drill point template tương ứng.

Chi tiết HOW TO

Thay đổi các giá trị trong cột C theo nhu cầu.

• inner_a: chiều cao lòng trong của ống (min. 10 mm, max ∞)

• inner_b: chiều rộng lòng trong của ống (min. 10 mm, max ∞)

• wall_thickness: độ dày thành ống

• coupling_length: chiều dài của dowel và wedge; phụ thuộc tải mà kết cấu của bạn phải chịu. Giá trị thường dùng là 20 mm.

outer_a và outer_b không nên chỉnh tay, vì được tính tự động. Cả hai giá trị đều suy ra từ _inner_n + wallthickness.

Kích thước screw và nut được chọn tự động theo quy tắc:
đường kính đầu vít ≤ 0.75 × giá trị nhỏ nhất của inner_n.

Ví dụ, với ống 10 mm, ngưỡng là 7.5 mm. Vít M4 (đường kính đầu 7.6 mm) vì vậy sẽ quá lớn, nên hệ thống sẽ dùng vít M3 (đường kính đầu 5.7 mm) thay thế.

Hỗ trợ metric screw tới M16.

Lưu ý: Hiện tại chỉ hỗ trợ hệ metric, vì mình không rành lắm về hệ imperial.
Nếu ai làm việc với đơn vị imperial có thể chia sẻ đường kính lỗ bắt vít đúng và kích thước nut tương ứng, mình sẵn sàng bổ sung hỗ trợ.

Lắp ráp

1. Cắt ống theo chiều dài yêu cầu và deburr (tẩy ba via) tất cả các cạnh.

2. Trượt drill template vào ống và đánh dấu vị trí lỗ, hoặc khoan trực tiếp xuyên qua template bằng mũi khoan 3 mm.

3. Khoét rộng lỗ lên đúng đường kính vít cần dùng. Ở một mặt của ống, khoét rộng thêm lỗ theo đường kính ngoài của đầu vít theo bảng.
   (Khuyến nghị khoét dư một chút để dễ đưa vít vào.)

4. Nhét nut vào trong wedge và đẩy wedge vào dowel cho tới khi vít có thể ăn ren với nut.

5. Cố định nhẹ cụm dowel, wedge và vít ở bên trong ống thứ nhất.

6. Trượt ống thứ hai vào đúng vị trí, ép sát mối butt joint, rồi siết vít từ bên trong ống thứ nhất cho tới khi mối nối khoá chặt.

Testing

Để xác định lực kéo tối đa, mình có làm vài bài test. Dowel và wedge được in bằng PLA+. Ống kích thước 20x20x1,5 mm, chiều dài dowel 20 mm.
Mình dùng một bộ đòn bẩy và cân điện tử để đo lực cần thiết để kéo dowel tuột ra khỏi ống.
Với các mức infill khác nhau, lực kẹp tối đa khoảng 1.3kN.
Wedge bắt buộc phải in 100% infill để tránh trường hợp trong lúc siết, nut bị đẩy xuyên qua.

Cả cân lẫn bộ đòn bẩy dùng trong bài test đều không được hiệu chuẩn, nên các giá trị chỉ mang tính xấp xỉ. Tiếc là mình không có máy thử kéo nén đa năng.
Luôn tự test trước khi dùng các chi tiết này cho bất kỳ ứng dụng thực tế nào!

Khuyến nghị in

1. PETG hoặc ABS

2. ít nhất 3 outer walls

3. nozzle 0.4 mm

4. infill cao (60–100%)

5. tăng nhiệt độ đùn -> cải thiện layer adhesion và tăng tối đa lực kẹp

In trên Adventure 4 Pro của mình