表面處理對(duì)螺栓擰緊特性有影響嗎?
表面處理對(duì)螺栓擰緊特性有影響嗎?有。為了減少螺栓扭矩系數(shù)的分散誤差和提高防腐性能,緊固件通常都會(huì)進(jìn)行表面處理。然而不同表面處理對(duì)螺紋緊固件的摩擦系數(shù)有很大的影響,最終會(huì)影響螺栓的擰緊特定的。下面臺(tái)達(dá)和眾緊固件帶領(lǐng)大家一起來(lái)分析下,表面處理對(duì)螺栓擰緊特性的影響。
一、摩擦系數(shù)對(duì)螺栓扭矩系數(shù)影響的理論分析
1、螺栓連接擰緊力矩
1.1三角形螺栓螺旋副中的摩擦
移動(dòng)副摩擦按照接觸面的形狀可分為平面摩擦、斜面摩擦和槽面摩擦。為了簡(jiǎn)化移動(dòng)副摩擦力的計(jì)算,不論移動(dòng)副的兩運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀如何,均可將兩構(gòu)件不同幾何形狀的接觸看作是沿單一平面接觸的移動(dòng)副(如圖1所示),而將其摩擦力的計(jì)算式表達(dá)為式(1)所示的統(tǒng)一計(jì)算公式:
槽面摩擦:三角形螺紋旋轉(zhuǎn)副可以把螺母在螺桿上的運(yùn)動(dòng)近似地看作楔形滑塊在斜槽面的運(yùn)動(dòng),即槽面摩擦加斜面摩擦的組合形式,此時(shí)槽面夾角等于90°-β(如圖2所示)。
1.2螺栓的擰緊力矩
螺栓擰緊過(guò)程中所需要的總力矩為兩個(gè)部分:克服螺紋副摩擦的擰緊力矩和螺栓頭或螺母與支撐面間的摩擦力矩。
2、螺栓連接扭矩系數(shù)
螺栓總力矩分為3部分,即螺栓支撐面摩擦消耗,螺紋摩擦消耗和預(yù)緊力消耗。
從表1可以看出,擰緊過(guò)程中能量在螺栓支撐面摩擦消耗約50%、螺紋摩擦消耗約40%、預(yù)緊力做功消耗約10%。在相同的擰緊扭矩下,當(dāng)摩擦系數(shù)變化0.05時(shí),預(yù)緊力的變化幅度高達(dá)43.1%,也就是說(shuō)如果螺栓表面處理狀況出現(xiàn)一點(diǎn)點(diǎn)的不同,假設(shè)使摩擦系數(shù)增大0.05,軸向預(yù)緊力就只有原來(lái)的57%,這會(huì)給螺栓連接的可靠性帶來(lái)重大的安全隱患,因此必須充分重視螺紋副摩擦系數(shù)的研究。
二、表面處理對(duì)扭矩系數(shù)影響分析
經(jīng)多功能螺栓緊固分析系統(tǒng),可以測(cè)量出螺栓擰緊過(guò)程中的夾緊力、總扭矩和螺紋副上的扭矩,對(duì)夾緊力與扭矩的關(guān)系能夠精確實(shí)時(shí)的反映,同時(shí)可以測(cè)出螺栓螺紋和螺栓頭支撐面的摩擦系數(shù)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析可得出,鍍鋅層度對(duì)螺栓頭部摩擦系數(shù)影響不大,但是對(duì)螺紋摩擦系數(shù)影響較大,最終也對(duì)扭矩系數(shù)造成較大的影響。
三、表面處理對(duì)螺栓許用強(qiáng)度的影響
螺紋緊固件在擰緊的時(shí)候受到的是扭一拉復(fù)合應(yīng)力作用,根據(jù)第三強(qiáng)度理論,螺紋緊固件許用的等效應(yīng)力可按式(9)求得:
螺紋緊固件在擰緊的時(shí)候總力矩分為三個(gè)部分,即螺栓支撐面摩擦消耗、螺紋摩擦消耗、預(yù)緊力消耗。螺栓支撐面摩擦消耗、螺紋摩擦消耗使螺紋緊固件桿部承受扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力,預(yù)緊力消耗使螺紋緊固件桿部產(chǎn)生實(shí)際拉應(yīng)力,螺栓所能承受的等效拉應(yīng)力是一定的,不能超出螺栓的屈服應(yīng)力,因此降低螺紋緊固件桿部承受扭轉(zhuǎn)的剪應(yīng)力,可以提高實(shí)際預(yù)緊力產(chǎn)生的拉應(yīng)力,即降低螺栓支撐面摩擦消耗和螺紋摩擦消耗使扭矩盡可能地轉(zhuǎn)化為預(yù)緊力。
經(jīng)摩擦系數(shù)分析,說(shuō)明摩擦系數(shù)小的螺栓,只需加載一個(gè)很小的扭矩即可得到一個(gè)更大的軸向預(yù)緊力,這對(duì)于節(jié)省能耗和提高螺栓的使用效能是非常有意義的。
四、哪些因素影響螺栓擰緊特性
(1)通過(guò)分析,得出了摩擦系數(shù)對(duì)擰緊過(guò)程中能量在螺栓支撐面摩擦消耗、螺紋摩擦消耗、預(yù)緊力做功消耗的影響規(guī)律,摩擦系數(shù)微小的變化,可以引起較大的預(yù)緊力變化。
(2)對(duì)不同表面處理與螺紋緊固件摩擦系數(shù)和扭矩一預(yù)緊力的關(guān)系進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析,得出了鍍鋅層厚度以及不同鉻酸鹽處理對(duì)摩擦系數(shù)和扭矩系數(shù)的影響規(guī)律,即鍍層厚度越大,摩擦系數(shù)越高;鉻酸鹽處理為c2C比鉻酸鹽處理為c2D的摩擦系數(shù)要大很多。
(3)使用鉻酸鹽處理為c2D的螺栓比c2C鉻酸鹽處理的螺栓,可以減少扭矩在螺栓支撐面摩擦消耗和螺紋摩擦消耗,獲得更大的軸向預(yù)緊力,這對(duì)于節(jié)省能耗和提高螺栓的使用效能具有非常重要的意義。